МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА ЛОПАСТЕЙ ВЕТРОКОЛЕСА
MECHANISM TO ROTATE WIND WHEEL BLADES

Изобретение относится к ветроэнергетике, может быть использовано в механизмах поворота лопастей ветроколеса, в частности для регулирования работы ветродвигателя с быстроходным ветроколесом и для защиты лопастей ветроколеса от повреждения при сильном ветре.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является механизм поворота лопастей ветроколеса, содержащий ступицу с установленными на ней радиально продольной оси втулками со стержнями, снабженными шестернями, периферийные части которых неподвижно связаны с основаниями лопастей, подпружиненный стакан, соединенный со ступицей с возможностью продольного перемещения и снабженный зубчатыми рейками (патент RU 2282052 C2, F03D 7/02 (2006.01)).
Недостатком данной конструкции является отсутствие защиты лопастей ветроколеса от повреждения при сильном ветре.
Задача изобретения - защита лопастей ветроколеса от повреждения при сильном ветре.
Технический результат заключается в улучшении надежности механизма поворота лопастей ветроколеса и в дифференциации усилия, прилагаемого для движения ступицы относительно стакана, что позволяет сглаживать продольные движения ступицы во время резких порывов ветра.
Эта задача решается тем, что предлагаемый механизм поворота лопастей ветроколеса содержит ступицу с установленными на ней радиально продольной оси втулками со стержнями, снабженными шестернями, неподвижно связанными с основаниями лопастей, подпружиненный стакан с зубчатыми рейками, соединенный со ступицей с возможностью продольного перемещения, а стакан дополнительно содержит упор и распорную пружину с роликами, причем ролики, подпружиненные распорной пружиной, ограничивают величину хода поступательного движения ступицы.
Механизм поворота лопастей ветроколеса представлен на чертеже и содержит ступицу 1, в которой установлен внутренний стакан 2 с пружиной 3 и зубчатыми рейками 4, количество которых соответствует количеству лопастей ветроколеса. На корпусе ступицы 1 установлены втулки 7 со стержнями 6, периферийные части которых связаны с основаниями лопастей 5 ветроколеса, а на внутренних их концах установлены шестерни 8. На стакане установлены ролики 9 с распорной пружиной 10 и упор 11. Стакан 2 с зубчатыми рейками 4 может быть соединен со ступицей 1 с помощью шлицевого соединения, предотвращающего проворачивание и обеспечивающего продольное перемещение ступицы 1 относительно стакана 2, соединение также может быть выполнено любым другим образом, позволяющим перемещаться ступице 1 продольно относительно стакана 2. Стакан 2 имеет неразъемное соединение с валом 12 и через опорный подшипник 13 закреплен на опоре 14.
Стоит также отметить патент на изобретение RU 2165544 C1, 20.04.2001, в котором подробно раскрыт механизм поворота лопастей ветроколеса с фиксацией лопастей во флюгерном положении посредством упора на ступице и упорной шайбы на стакане.
Механизм поворота лопастей ветроколеса работает следующим образом.
В исходном положении, т.е. при отсутствии ветра, пружина 3 разжата, ступица 1 находится в крайнем правом положении и наиболее удалена от упора 11, при этом шестерни 8 находятся в крайнем правом положении, распорная пружина 10 удерживает ролики в выдвинутом положении. Стоит также отметить, что ступица 1 и стакан 2 совершают вращательное движение вместе.
При возрастании скорости ветра лопасти ветроколеса начинают вращаться, при этом возрастает лобовое давление, передаваемое на ступицу 1, которая преодолевает первоначальное давление пружины 3 и занимает новое положение. Шестерни 8 входят в зацепление с зубчатыми рейками 4, и при движении ступицы 1 лопасти будут поворачиваться, занимая меньший угол атаки. При этом увеличение скорости вращения ветроколеса за счет аэродинамических сил, действующих на лопасти, вызывает усиление давления на ступицу 1. Величину хода поступательного движения ступицы 1 ограничивают ролики 9, оказывая дополнительное сопротивление на внутренние стенки ступицы, подпружиненные распорной пружиной 10, благодаря чему производится установка угла поворота лопастей в рабочее состояние. Распорная пружина размещена в стакане перпендикулярно оси перемещения ступицы и размещена между пружиной 3 и упором 11. На концах распорной пружины расположены ролики, постоянно находящиеся в контакте с внутренней стенкой ступицы 1 и оказывающие на нее давление за счет распорной пружины 10. При сильных порывах ветра ступица сдвигает ролики, заставляя сжаться распорную пружину 10, и перемещается до упора 11, лопасти поворачиваются и становятся во флюгерное состояние. Упор 11 расположен на стакане 2 таким образом, что ступица при движении вдоль стакана упирается в упор при максимально допустимом сжатии пружины 3. Упор расположен слева от распорной пружины 10, и в крайнем левом положении ступица 1 касается упора 11. Упор 11 выполнен в форме кольца и непрерывно опоясывает стакан 2 в зоне контакта со ступицей 1.
Таким образом, достигается поставленная задача защиты лопастей ветроколеса от повреждения при сильном ветре.
Обратное перемещение ступицы 1, при уменьшении силы ветра, осуществляется при помощи пружины 3.