РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к ветроэнергетике и может использоваться как рабочее колесо ветродвигателя.
Известно рабочее колесо чашечного анемометра, представляющее собой вертикальную ось, к которой на стержнях прикреплены полушария или полусферы, расположенные по окружности, находящейся в горизонтальной плоскости. Поскольку преобразование воздушного потока в давление эффективнее на вогнутой стороне полушария, то устройство приходит во вращение, передавая крутящий момент на исполнительный механизм (см. Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам, Л., Гидрометеоиздат, 1971, с.9).
Недостатком известной конструкции является ее неспособность стабилизировать крутящий момент на валу исполнительного механизма, например, электрогенератора при изменении скорости воздушного потока.
Технический результат, который может быть получен от использования заявленной полезной модели, заключается в стабилизации крутящего момента на валу ветродвигателя.
Указанный технический результат достигается в конструкции рабочего колеса ветродвигателя, состоящего из чашек-полусфер, радиальных горизонтальных траверс, прикрепленных к ступице, установленной на вертикальном валу, шарикоподшипников вертикального вала, причем траверсы выполнены с изломом, при этом концы траверс расположены ниже их горизонтальных участков, прикрепленных к ступице, а каждая чашка-полусфера снабжена рычагом, один из концов которого неподвижно прикреплен к ободу чашки-полусферы, а ось вращения рычага соединена с концом одной из траверс и к каждой траверсе в месте ее перелома присоединен вертикальный стержень, имеющий груз, при этом второй конец рычага соединен с вертикальным стержнем посредством шатуна, а место соединения шатуна с вертикальным стержнем расположено выше места расположения груза, причем все соединения выполнены шарнирными с использованием шарикоподшипников.
Вертикальный стержень на нижнем конце снабжен ограничительным элементом.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На чертеже представлено рабочее колесо ветродвигателя в сборе, где I - увеличенный узел оси вращения рычага.
Устройство состоит из чашек-полусфер 1, прикрепленных к рычагам 2, которые своими осями вращения 3 закреплены на концах траверс 4, выполненных с изломом. К месту излома траверс 4 присоединены вертикальные стержни 5, на которых посажены грузы 6 с элементами 7 для фиксации. Грузы 6 могут быть передвинуты вдоль вертикальных стержней 5 для определения их местоположения экспериментальным путем в зависимости от диапазона изменения скорости ветра в районе эксплуатации ветряка. Кроме того, диапазон изменения скорости ветра должен быть учтен при выборе места крепления шатунов 8 на вертикальных стержнях 5, при этом вторые концы шатунов 8 прикреплены к концам рычагов 2. Ограничительные элементы 9 предотвращают сход грузов 6 с вертикальных стержней 5 при любых обстоятельствах, обеспечивая безопасность персонала, при этом высота расположения над землей нижних концов вертикальных стержней 5 обязательно должна быть значительно больше роста человека, что совпадает и с требованиями по расположению колеса из условия его энергоотдачи.
Шарикоподшипники 10, установленные в рычагах 2, насажены на оси 11, неподвижно закрепленных на кронштейнах 12, принадлежащих траверсам 4. Аналогичные шарнирные узлы установлены в изломах траверс, где закреплены вертикальные стержни 5. Траверсы 4 прикреплены к ступице 13, которая через шлицы (или шпонку) соединена с валом 14, связанным с электрогенератором (на чертеже не показан).
Вал 14 имеет собственные подшипники 15, установленные в мачте 16 ветряка. Рабочее колесо ветродвигателя может содержать несколько чашек-полусфер 1, обычно их число составляет от 4 до 8 штук.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии ветра вертикальные стержни 5 с грузами 6 занимают вертикальное положение. По мере нарастания скорости воздушного потока и скорости вращения рабочего колеса, грузы 6, под действием центробежных сил, начинают удаляться от оси вращения вала 14, при этом за счет передачи усилия через шатуны 8 на рычаги 2 чашки-полусферы 1 движутся в обратном направлении - к оси вращения, сохраняя крутящий момент на валу 14 из-за уменьшения плеч А и чашки-полусферы занимают положение показанное пунктиром. При уменьшении силы ветра чашки-полусферы 1 отходят от оси вала 14, сохраняя крутящий момент на валу.
Все шарнирные соединения содержат шарикоподшипники, а узлы, принадлежащие траверсам 4 - по паре шарикоподшипников.
Кроме того, грузы, обладающие большим моментом инерции (маховик), способствуют стабилизации частоты вращения вала 14 при резком нарастании или спаде скорости воздушного потока.
1
2
1
2
Для работы устройства целесообразно соблюдать условие G·C>>G·А, где G - вес груза 6, G - вес чашки-полусферы 1, С и А - расстояния от оси вала 14 до центров тяжести груза 6 и чашки-полусферы 1 соответственно.