ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО ВЕТРОКОЛЕСА ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к области машиностроения, и в частности, к конструкциям тормозных устройств ветроколеса вертикально - осевой ветроэнергетической установки (ВЭУ).
Из уровня техники известны запатентованные конструкции, решающие проблему остановки ветроколеса при экстремальных условиях эксплуатации, возникающих при работе ВЭУ (ураганный ветер, повышенные вибрации, повышенная частота вращения ветроколеса ВЭУ и др.), а также при возникновении необходимости проведения ремонтных и профилактических работ.
Известно тормозное устройство ветроустановки [1], содержащее ряд симметрично расположенных тормозов, опорное кольцо каждого размещено на кольцевом выступе, расположенном на внутренней стороне полого цилиндра, на нем закреплены корпус с катушкой и тормозная пружина, охватывающая якорь тормоза, один конец которой поджат к опорному кольцу, а другой прижат к внутренней поверхности наружной части якоря и удерживается от бокового смещения цилиндрической втулкой.
Недостатком указанной выше конструкции тормозного устройства является сложность ее изготовления и регулирования усилий торможения пружинами. Кроме того, конструкция, удерживающая якорь от бокового смещения, склонна к заеданию из-за наличия трения между якорем и удерживающей втулкой, которое имеет прямопропорциональную зависимость от усилия торможения.
Известно также устройство для ограничения частоты вращения ротора ветродвигателя [2], содержащее в качестве центробежного груза тормозящие подпружиненные пластины, которые шарнирно закреплены на ободе ротора, а хвостовики смежных пластин, выполненные в виде двуплечих рычагов, соединены между собой шарнирными связями, образуя параллелограммный механизм.
Недостатком указанной выше конструкции является сложность ее изготовления и регулирования усилий торможения. Кроме того, шарнирные связи, образующие параллелограммный механизм, имеют собственные массы, и, следовательно, их центробежные силы будут действовать в противофазе с центробежными силами тормозных пластин, т.е. уменьшать усилия торможения.
Несмотря на недостатки, указанное техническое решение [2] может быть принято в качестве прототипа, как наиболее близкий аналог.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание конструкции, обеспечивающей получение технического результата, заключающегося в создании простой и надежной конструкции тормозного устройства ветроколеса вертикально - осевой ветроэнергетической установки, обеспечивающей экстренную остановку ветроколеса в экстремальных случаях и в случае проведения профилактических и ремонтных работ, а также упрощение регулирования усилий торможения.
Этот технический результат достигается тем, что тормозное устройство ветроколеса вертикально - осевой ветроэнергетической установки, смонтированное на платформе, установленной в месте стыка мачты с осью вращения ветроколеса, выполнено в виде двух осесимметричных самоустанавливающихся тормозных колодок, взаимодействующих с фрикционным кольцом, закрепленным на ступице ветроколеса, при этом тормозные колодки кинематически связаны с установленными на общей оси коромыслами, свободные концы которых соединены шатунами с неравноплечим качающимся рычагом, к большему плечу которого шарнирно присоединена подпружиненная тяга с наружной резьбой и регулировочными гайками, на свободном конце которой установлен вращающийся по резьбе тяги ролик с внутренней резьбой и наружной поверхностью для наматывания и сматывания каната, жестко зафиксированного, например, винтом, в ребре, расположенном в центральной части наружной поверхности ролика, а общая ось коромысел, ось качания неравноплечего рычага и кронштейн для упора пружины жестко закреплены на платформе.
Такая конструкция проста в изготовлении и эксплуатации и существенно упрощает регулирование усилий торможения.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется графическими материалами, где:
- на Фиг.1 изображена смонтированная на мачте вертикально-осевая ветроэнергетическая установка с ветроколесом на вертикальной оси вращения;
- на Фиг.2 показан разрез А-А на Фиг.1 (вид на конструкцию тормозного устройства ветроколеса);
- на Фиг.3 показан разрез Б-Б на Фиг.2
Тормозное устройство ветроколеса 1 вертикально-осевой ветроэнергетической установки (Фиг.1 и 2), смонтированное на платформе 2, установленной в месте стыка мачты 3 с осью 4 вращения ветроколеса 1, выполнено в виде двух осесимметричных самоустанавливающихся тормозных колодок 5, взаимодействующих с фрикционным кольцом 6, закрепленным на ступице 7 ветроколеса 1. Кольцо 6 может быть изготовлено из фрикционного материала, например, асбестовой тормозной ленты (ГОСТ 1198-69). Тормозные колодки 5 кинематически (например, с помощью осей) связаны с установленными на общей оси 8 коромыслами 9. Свободные концы коромысел 9 шарнирно соединены шатунами 10 с неравноплечим качающимся рычагом 11. К большему плечу рычага 11 шарнирно присоединена подпружиненная тяга 12 с регулировочными гайками 13. На свободном резьбовом конце тяги 12 (Фиг.3) установлен вращающийся по резьбе тяги 12 ролик 14 с внутренней резьбой 15 и наружной поверхностью 16 для наматывания и сматывания каната 17.
Общая ось 8 коромысел 9, ось качания 18 неравноплечего рычага 12 и кронштейн 19 для упора пружины 20 жестко закреплены на платформе 2.
Середина каната 17 (Фиг.3) жестко зафиксирована винтом 21 в отверстии кольцевого ребра 22, расположенного в центральной части наружной поверхности 16 ролика 14, делящего наружную поверхность 16 на две равные части, предназначенные для размещения витков каната 17. Конструктивно ролик 14 с канатом 17 выполнены так, что с ролика 14 при его вращении от натяжения одной из ветвей каната 17 последний разматывается, при этом вторая ветвь каната 17 наматывается на ролик 14.
Тормозное устройство работает следующим образом.
В исходном положении ветроколесо ВЭУ под действием ветровых нагрузок вращается, при этом тормозные колодки 5 отведены на заданное расстояние от фрикционного кольца 6. Пружина 20 находится в сжатом состоянии. Ролик 14 максимально навинчен на тягу 12. Одна из двух зон ролика 14 заполнена витками каната 17, другая - свободна от витков каната. При возникновении необходимости торможения или полной остановки ветроколеса 1 производят натяжение «от руки» ветви каната 17, свисающей с зоны ролика 14 (Фиг.3), заполненной его витками, при этом канат начнет разматываться и вращать ролик 14, который будет свинчиваться с тяги 12. Под действием пружины 20 тяга 12, освобождаясь, передает усилие пружины на рычаг 11. Проворачиваясь на оси 18, рычаг 11 через шатуны 10 приводит в действие коромысла 9, которые сближаясь прижимают тормозные колодки 5 к фрикционному кольцу 6, что приводит к торможению ветроколеса 1.
Патентуемая полезная модель отличается от известных простотой и надежностью конструкции, обеспечивающей экстренную остановку ветроколеса в случае возникновения при работе ВЭУ повышенных вибраций, увеличенной частоты вращения ветроколеса ВЭУ, воздействий на ВЭУ ураганного ветра, а также в случае проведения профилактических и ремонтных работ. Отличительным признаком данного тормозного механизма является то, что в нем усилие прижатия тормозных колодок к фрикционному кольцу не зависит от физических параметров обслуживающего ВЭУ персонала, т.к. тормозное усилие заранее регулируется с помощью установки параметров пружины регулировочными гайками.
Источники информации:
1. Патент RU 2315892. Ветроэнергетическая установка, кл. МПК F03D 9/00 (2006.01). Приоритет от 12.07.2006 г.
2. Патент RU 2078251. Устройство для ограничения частоты вращения ротора ветродвигателя, кл. МПК F03D 7/06 (2006.01). Приоритет от 15.02.1997 г.