РЕГУЛИРУЕМЫЙ ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ
ADJUSTABLE PROPELLER

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к регулируемым воздушным винтам.
Известны различные регулируемые ветроколеса [1], такие, например, как выводящиеся из-под ветра, с воздушными тормозами. Однако наибольшее распространение получили ветроколеса с поворотными лопастями (или части лопастей). Применяются схемы со стабилизаторами, с инерционными (центробежными) регуляторами, с поворотом лопасти под давлением ветра.
Наиболее распространены центробежные регуляторы [2, 3], однако им присущи серьезные недостатки, связанные, например, с возникновением автоколебаний (под воздействием порывов ветра), недостаточной диссипацией энергии в системе, а также с необходимостью наличия грузов, что утяжеляет подвижную лопасть, негативно влияя на массогабаритные показатели ветроколеса.
Наиболее близким к заявленному является регулируемый воздушный винт [4] с электрическим приводом поворота лопастей, при этом двигатель с передачей установлен в ступице, ветроколесо закреплено на основании, которое может быть поворотным, имеются соответственно лопасти с механизмом поворота, редуктор.
Существенным недостатком данного устройства является необходимость в наличии вращающихся токосъемников со щетками, что усложняет конструкцию и понижает надежность из-за необходимости периодического обслуживания.
Изобретение направлено на устранение вращающегося токосъема и повышение надежности.
Это достигается тем, что регулируемый воздушный винт с вращающимся валом, закрепленным на основании, содержащий ступицу, поворотные лопасти с механизмами их поворота, редукторы, электродвигатели, установленные во вращающейся на валу ступице, согласно изобретению, роторы электродвигателей снабжены общими круговыми торцевыми статорами, установленными на основании.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 изображен заявленный воздушный винт, разрез в вертикальной плоскости, на фиг.2 условно показано расположение приводов поворота лопастей, на фиг.3 приведен вид на статоры со стороны воздушного зазора.
Регулируемый воздушный винт (для примера двухлопастный) содержит неподвижное основание 1 (башню в случае ветроколеса), поворотное основание 2 (также в случае ветроколеса), на котором укреплены внешний 3 и внутренний 4 торцевые статоры привода поворота лопастей. Воздушный винт содержит корпус 5, в передней части которого размещен аэродинамический колпак 6, в корпусе на подшипниках 7 установлен червяк 8 червячного редуктора, червяк находится в зацеплении с червячным колесом 9, которое закреплено на торце 10 поворотной лопасти, которая вращается в подшипниках 11. На фиг.1 показана только концевая часть лопасти 12, внешние части лопастей не показаны, чтобы не загромождать чертеж. На одном валу 13 расположены червяк 8 и торцевой ротор 14 привода поворота лопастей, который находится в магнитном контакте со статорами 3 и 4 см. фиг.2 и 3. Вал 15 воздушного винта вращается в подшипниках 16 и 17. Статоры 3 и 4 выполнены секционированными, что показано на фиг.3. Таким образом, например, на фиг 3. в верхней части верхнего ротора находятся секции 18 и 19, в нижней части верхнего ротора - секции 20 и 21. Естественно при вращении ветроколеса в зоне ротора будут поочередно находиться другие секции.
Регулируемый воздушный винт работает следующим образом. Если на статоры 3 и 4 напряжение не подается (источник питания на чертеже не показан, чтобы не загромождать чертеж), то роторы 14, а следовательно, и вал 13 с червяком 8, а также колесо 9 и торец 10 лопасти 12 неподвижны вследствие самотормозящих свойств червячной передачи. Если же по каким-либо причинам, включая аварийные режимы, нужно изменить угол наклона лопастей, то в зависимости от знака поворота секции статоров 3 и 4 коммутируются в том или ином направлении, при этом направление коммутации статоров 3 и 4 противоположно. Например, если рассмотреть фиг.3 и для примера рассмотреть режим, при котором ротор 14 поворачивается по часовой стрелке, его зона взаимодействия условно показана на фиг.3 штрихпунктирным линиями, то направление коммутации секции внешнего статора - по часовой стрелке, т.е. от секции 18 к секции 19 и далее по всем остальным секциям, которые не обозначены на фиг.3. Направление же коммутации секции внутреннего статора - противоположное, т.е. против часовой стрелки, например, от секции 21 к секции 20. Таким образом, на верхнюю часть статора действует момент, направленный по часовой стрелке, а на нижнюю часть ротора - вращающий момент, направленный против часовой стрелки. В результате ротор 4 придет во вращение по часовой стрелке. Такая же ситуация складывается и по отношению к противоположно расположенному ротору 2-й лопасти или к другим роторам в случае многолопастных ветроколес. Роторы 14, вращаясь, с помощью вала 13 приводят во вращение червяка 8, а те, в свою очередь, через колеса 9 и торцы 10 поворачивают лопасти 12. При необходимости поворота в другую сторону направление коммутации секций статоров 3 и 4 меняется на противоположное.
Технико-экономическим преимуществом заявляемого воздушного винта является бесконтактность передачи усилия со статора на вращающуюся часть через воздушный зазор между статорами и роторами, что резко повышает надежность по сравнению с воздушными винтами, поворот лопастей которых осуществляется редукторами с электродвигателями, которые в свою очередь требуют наличия питания, подводящегося через скользящие токосъемы, которые обладают пониженной надежностью, вызванной износом щеток и контактных колец. Вторым важным технико-экономическим преимуществом заявляемого винта является облегчение подвижной вращающейся части за счет того, что статорные элементы, обладающие увеличенной массой и габаритами по сравнению с роторами, расположены на основании 2 и не вращаются вместе с винтом. Это преимущество особенно заметно по сравнению с центробежными регуляторами, поскольку позволяют отказаться от грузов, т.е. облегчить подвижную часть ветроколеса.
Источники информации
1. Фатеев Е.М. Ветродвигатели. - ГНТИ, Москва, 1962, с.67.
2. Патент РФ №2205292 - Ветроэнергетическая установка / А.В.Околов, С.А.Авраменко.
3. Патент РФ №2235902 - Ветроколесо ветроэнергетической установки горизонтально-осевого типа / А.Е.Веремеенко и др.
4. Александров В.Л. Воздушные винты. - Оборонгиз, Москва, 1951, стр.59, фиг.37.