ВЕТРОКОЛЕСО

Полезная модель относится к ветроэнергетике, к устройствам регулирования частоты вращения и крутящего момента ветроколеса.
Известно ветроколесо - патент РФ №2272173, содержащее ступицу, жестко закрепленные на ней подшипниковые узлы, в которых размещены лопасти с возможностью поворота относительно своих осей, расположенных конусно по отношению к оси ветроколеса, а также размещенное в ступице устройство, влияющее на поворот лопасти, которое состоит из направляющей, установленных на ней как минимум двух пружин разной жесткости, выполненных с возможностью последовательного выключения из работы пружины сначала меньшей жесткости, а затем большей, жестко закрепленных на опорных частях лопастей качалок, соединенных через тяги со скользящим по направляющей толкателем, опирающимся на пружину меньшей жесткости, и устройства регулирования сжатия пружин.
Общими существенными признаками предлагаемого технического решения с прототипом являются следующие - ветроколесо содержит ступицу, жестко закрепленные на ней подшипниковые узлы, в которых размещены лопасти с возможностью поворота относительно своих осей, расположенных под углом по отношению к оси ветроколеса, а также размещенное в ступице устройство, влияющее на поворот лопасти, которое состоит из направляющей и пружины; на опорных частях лопастей жестко закреплены качалки, соединенных через тяги со скользящим по направляющей толкателем.
В известном ветроколесе устройство, влияющее на поворот лопасти, позволяет обеспечить точность поддержания оборотов ветроколеса в рабочем диапазоне скоростей ветровых потоков и перевести ветроколесо в невращательное (флюгерное) состояние при очень больших скоростях ветра, однако нагрузки при таких скоростях ветра создают угрозу разрушения
башни ветродвигателя прежде, чем будет достигнуто флюгерное положение лопастей ветроколеса.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является обеспечение быстрого перевода лопастей ветроколеса в безопасное - флюгерное положение при высоких скоростях ветровых потоков.
Для решения данной технической задачи в ветроколесе, содержащем ступицу, жестко закрепленные на ней подшипниковые узлы, в которых размещены лопасти с возможностью поворота относительно своих осей, расположенных конусно по отношению к оси ветроколеса, а также размещенное в ступице устройство, влияющее на поворот лопасти, которое состоит из направляющей и пружины; на опорных частях лопастей жестко закреплены качалки, соединенных через тяги со скользящим по направляющей толкателем, направляющая выполнена в виде цилиндра, при этом пружина жестко закреплена одним концом на ступице, а другим на цилиндрической направляющей; на направляющей выполнен дугообразный паз, выполненный с возможностью скольжения в нем конца толкателя, при этом дугообразный паз выполнен такой формы, что на начальном участке прохождения конца толкателя по пазу направляющей она взаимодействует с пружиной с возможностью ее напряжения кручением (т.е. препятствуя повороту лопастей), а на конечном участке с возможностью ее расслабления кручением (т.е. наоборот увеличивая поворот лопастей вплоть до флюгерного).
Отличительными признаками предлагаемого технического решения от известного являются следующие - направляющая выполнена в виде цилиндра, при этом пружина жестко закреплена одним концом на ступице, а другим на цилиндрической направляющей; на направляющей выполнен дугообразный паз, выполненный с возможностью скольжения в нем конца толкателя, при этом дугообразный паз выполнен такой формы, что на начальном участке прохождения конца толкателя по пазу направляющей она
взаимодействует с пружиной с возможностью ее напряжения кручением, а на конечном участке с возможностью ее расслабления кручением.
Благодаря существенным признакам предлагаемого технического решения в совокупности с известными достигается следующий технический результат - обеспечивается быстрый перевод лопастей ветроколеса в безопасное - флюгерное положение при высоких скоростях ветровых потоков при опасных скоростях ветра, предотвращая угрозу разрушения башни ветродвигателя прежде, чем будет достигнуто флюгерное положение лопастей ветроколеса.
Предложенное техническое решение может найти применение в конструкции ветроэнергетических установок горизонтально-осевого типа, особенно в условиях, когда возможны опасные с точки зрения разрушения ветроколеса ветровые нагрузки.
Конструкция предлагаемого ветроколеса поясняется рисунком.
Изображенное на рисунке ветроколесо содержит ступицу 1, жестко закрепленные на ней подшипниковые узлы 2, в которых размещены лопасти 3 с возможностью поворота относительно своих осей, расположенных конусно по отношению к оси ветроколеса, а также размещенное в ступице устройство, влияющее на поворот лопастей 3, которое состоит из направляющей 4 и пружины 5; на опорных частях лопастей 3 жестко закреплены качалки 6, соединенных через тяги 7 со скользящим по направляющей 4 толкателем 8, направляющая 4 выполнена в виде цилиндра, при этом пружина 5 жестко закреплена одним концом на ступице 1, а другим на цилиндрической направляющей 4, на которой выполнен дугообразный паз 9, в котором скользит конец 10 толкателя 8, при этом дугообразный паз 9 выполнен такой формы, что на начальном участке 11 прохождения конца 10 толкателя 8 по пазу 9 направляющей 4 она взаимодействует с пружиной 5 с возможностью ее напряжения кручением (т.е. препятствуя повороту лопастей 3), а на конечном участке 12 с возможностью ее расслабления кручением (т.е. наоборот увеличивая поворот лопастей 3 вплоть до флюгерного).
Предложенное ветроколесо работает следующим образом. При скоростях ветра от нулевой до опасной аэродинамический момент поворачивает лопасть (лопасти) 3 относительно своей оси в подшипниках 2 в сторону уменьшения угла атаки (в сторону флюгерного положения). При этом лопасть 3 через качалку 6, тягу 7 и толкатель 8 посредством его конца 10, передвигающегося по пазу 9 (на начальном участке 11) передает усилие на цилиндрическую направляющую 4, скручивающую или раскручивающую (в любо случае напрягающую) пружину 5, что препятствует повороту лопастей 3 во флюгерное положение. При возрастании скоростей ветра до опасных конец 10 толкателя 8 продолжает двигаться по пазу 9, увеличивая напряжение пружины 5. При достижении скорости ветра опасного (расчетного) предела конец 10 толкателя 8 переходит на участок 12, на котором пружина 5 начинает расслабляться (если сначала она скручивалась, то теперь раскручивается, и наоборот). При этом сопротивление повороту лопасти 3 во флюгерное положение резко падает и лопасти 3 ветроколеса встают во флюгерное положение, предотвращая его разрушение.
После данного перевода во флюгерное положение, в соответствии с регламентом работ производится осмотр ветроколеса на предмет дефектов и разрушений, после чего лопасти 3 переводятся в положение с максимальным углом атаки, соответственно конец 10 толкателя 8 переходит в начальное положение в пазу 9 цилиндрической направляющей 4.