Ротор ветросиловой установки

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4798276/06 (22) 16.01.90 (46) 30,05.93. Бюл, N- 20 (71) Жуковский центр научно-технического творчества молодежи "Икар" (72) А.Т. Белобаба (56) Патент Франции М 2190664, кл. В 64 С

27/38, опублик. 1974. (54) РОТОР ВЕТРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

Изобретение относится к конструкции установок, использующих энерги1о ветра.

Цель изобретения повышение надежности и снижение весогабаритных характеристик.

Поставленйая цель достигается тем, что каждый из шарниров втулки расположен в плоскости, перпендикулярной оси вала и связан с шарниром лопасти, размещенной относительно вала стороны втулки под углом, не более 90 к оси -лопасти. Цилиндр расположен параллельно оси соответствующей лопасти. Шток установлен с воэможностью поворота относительно своей оси и соединен с рычагом и последний соединен с лопастью посредством тяги.

На фиг.1 показана конструктивная схема ротора ветросиловой установки c поперечными шарнирами под углом 90 к оси лопасти.

На фиг.2 изображена схема ротора .с поперечными шарнирами под углом 90 к оси лопасти, На фиг.3 представлено сечение А-А фиг.1.

На фиг.4 дано сечение Б-Б фиг.1, БЫ, „1818271 А1 (57) Использование: в ветросиловых установках. Сущность изобретения: ротор вет. росиловой установки содержит вал с размещенной на нем ступицей, соединенной посредством шарниров и промежуточных звеньев с узлами крепления лопастей.

Каждый шарнир ступицы расположен оппозитно присоединенной к немулопасти относительно оси вала. Продольная ось шарнира расположена под углом к продольной оси этой лопасти, не превышающим 90 . 8 ил.

На фиг.5 показана схема сил на роторе при осевом потоке.

На фиг.6 дана схема сил на роторе при косой обдувке.

На фиг.7 изображена конструктивная схема втулки для ротора.

На фиг.8 показан вид В фиг.7.

Ротор ветросиловой установки (фиг,1) (0 состоит из ступицы втулки 1 с отверстием в под вал 2 и лопасти 3 с осью 4, а также р лопасти 5 с осью 6. Лопасти 3 и 5 присоединены к осевым шарнирам 7 втулки 1, а осевые шарниры 7 сопряжены со ступицей с помощью промежуточных звеньев 8. К осевым шарнирам 7 прикреплены рычаги упрввленнл шагом лопастей 9.

Лромежуточное звено о сопряжено со сту- в пицей втулки 1 посредством шарнира с осью 10, лежащей в плоскости перпендикулярной оси отверстия под вал и расположенйой пад углом pi к оси соответствующей лопасти. Угол равен 900, т.е. ось шарнира 10 ортогональна оси 4 лопасти 3. Аналогично расположена и ось 11 для лопасти 5. Ось шарнира 10 относительно оси отверстия под валы расположена оппозитно лопасти 3

1818271 ротора. Точна так же расположена аппоэитно лопасти 5 ось 11, Оси 10, 11 могут быть (фиг.2) к осям лопастей 4, 6 расположены под углом д2, который меньше ООО, Т.о, эти оси расположены к соответству ащим осям лопастей под углом p 90О.

Шарниры с осями 10, 11 (фиг,3) в дальнейшем именуемые поперечными шарнирами. образованы, установленными в расточках 12 ступицы втулки 1, подшипниками 13 и цапфами 14 промежуточных звеньев 8, К промежуточному звену 8 (фиг,4); к его вилке 15, цапфа 16 осевого шарнира 7 присоединена, расположенными в растачках17 цапфы 16, подшипниками 18, которые опираются на палец 19, установленный s rIpoушинах вилки 15. Т.а. вилка 15, цапфа 16, подшипники 18 и палец 19 образуют шарнир, ось которого лежит в плоскости, проходящей через ось 6 лопасти 5 и ась отверстия под вал 2, параллельно оси отверстия пад вал 2. В дальнейшем эти шарниры именуются продольными. Продольные шарниры расположены по одну сторону от отверстия под вал вместе с соответствующими лопастями.

При вращении ротора (фиг.5) в осевом потоке, имеющем скорость Чср, лопасти 3, 5 своими осями 4, 5 относительно шарниров . 10, 11 втулки 1 с валом 20 устанавливаются пад углом у1 к плоскости вращения 21 под действием равнодействующих сил В, состоящих из центробежной силы лопасти Р и подьемнай силы лопасти, направленной по оси 22 вала 20. Осевая сила на ротор У1, проходящая через ось поворота головки ротора 23, в этом случае момента относительно вертикальной оси 23 не дает.

При косой обдувке ротора (фиг.6), когда поток со скоростью направлен под углом и к аси 22 вращения ротора, лопасть 3 своей осью 4 устанавливается пад углом у2 к плоскости вращения ротора 21, а лопасть 5— пад углом уз, Это происходит потому, что на лопасть 5 до этого в поперечной плоскости действовала большая аэродинамичеcKBsI сила, а 3HGRMT M cvlll8 падьемная HB лопасти 5. От взмаха лопасти вверх относительно своего шарнира 11 угол у нее с плоскостью вращения увеличился. В этой же плоскости на лопасть 3 действовала меньшая подъемная сила, чем в положении фиг.5. Поэтому у нее угол с плоскостью вращения уменьшился. Равнодействующая этих падьемных сил на ась, т,е. осевая сила

Yz, заваливается в сторону скорости скоса, сохраняя с лопастями равные углы Р, Теперь Yz проходит на расстоянии Н, т.е. наплече, от оси поворота 23 головки ротора.

В силу того, что вынос поперечных шарниров обратный, то лопасть 3 и 5 становятся длиннее своега размера да оси отверстии 2 или вала 20. Т.о. при действии на нее прежней возмущающей подьемной силы она будет отклоняться на меньшие углы, т,е, ее равнодействующая Yz тоже будет завали10 ваться на меньшие углы, чем у роторов с прямым выносом поперечных шарниров, т,е. когда поперечные шарниры расположе.ны с соответствующими лопастями на одной стороне от оси отверстия под вал 2. Мень15 ший завал Yz определяет и значительно меньшее плечо Н до Yt от оси 23. Соответственна на вал 20, а значит и на всю установку будет действовать заведомо меньший момент, равный Yz Н в сравнении с рото20 ром, имеющим прямой вынос поперечных шарниров.

Втулка ротора (фиг.7) состоит иэ ступицы 24 с отверстием под вал 25, в расточках которой расположены цапфы поперечных

25 шарниров 26, выполненные за одно целое с промежуточными звеньями 27. Промежу. точное звено 27 выполнено П-образной формы. На части промежуточного звена, противоположной цапфе 26, образован про30 дальный шарнир 28, т.е, шарнир с осью параллельной оси отверстия 25. Продольный шарнир 28 образован двумя взаимодействующими звеньями — проме>куточным звеном

26 и цапфай осевого шарнира 29. Осевой

35 шарнир 29 снабжен узлом навески лопастей

30. В промежуточном звене 27, в его ригеле, выполнено продольное сверление 31 с осью, параллельной оси осевого шарнира

29. В расточке 31 на опорах, одна из которых

"0 выполнена в промежуточном звене 27, а вторая образована втулкой 32, расположен вал 33. На валу 33 закреплен рычаг управления шагом лопасти 34, который пропущен через вырез в стенке промежуточного зве45 на. На конце вала 33, расположенном у осевого шарнира 29 размещена тяга 35, взаимодействующая с осевым шарниром

29. Точка 36 подсоединения тяги 35 к ocesoму шарниру 29 расположена в плоскости, 50 проходящей через ось 37 шарнира 28 и ось шарнира 29. Поперечный шарнир с цапфой

26 каждой лопасти расположен относительна аси отверстия 25 аппозитна продольному шарниру 28 и осевому шарниру 29.

На валу 30 (фиг,8) закреплен рычаг 38, а осевой шарнир 29 снабжен кронштейном

39, которым соединены между собой шарнирной тягой 37, Работа ротора состоит в следующем.

При действии на него набегающего по1818271 о тока — ветра, со скоростью Нск ротор при- двамомента-продольныйипоперечныйею ходит во вращение. На его лопастях 3, 5, не воспринимаются, т.к. их практически на появляется подьемная сила. дающая осе- лопастях ротора, на роторе не существует. вую силу У1 проходящую через ось 23 пово- В силу того, что направление ветра прэктирота головки, т.е. рс ора. При косой обдувке 5 чески никогда не совпадает с осью вращеподуглом а равнодействующая подьем- ния втулки, с осью ротора, то на втулке ных сил лопастей 3, 5, т.е. осевая сила Yz существуютимоменты, вчастности,относиотклоняется и теперь действует на плече Н тельно оси параллельной осям поперечных от оси 23.Т.о. на вал 20 ротора, следователь- шарниров и проходящей через ocb отверно на голову и всю установкудействуетма- 10 стия 25, т,е, моменты относительно попемент, равный У2 Н, Этот момент речных шарниров. Т.к. вынос поперечных дестабилизирует всю установку. шарниров выполнен обратным, то величина

Работа втулки ротора заключается в этих моментов; действующих через втулку следующем. При вращении центробежные на рбгор ветродвигателя будет незначисилы, действующие на лопасть, через узел 15 тельной. Ось рычага 24 может проходить по . навески лопасти 30 передаются на осевой оси параллельной оси цапфы 26 и проходяшарнир 29, а с него через продольный шар- щей через ось отверстия 25 или располонир 28 эти усилия передаются нэ промежу- женной между осью отверстия 25 и осью 37 точное звено 27. С промежуточного звена 27 продольного шарнира 28. Вместе с тем рыусилия передаются через цапфу26 попереч- 20 чаг 34 может быть расположен между осью ного шарнира на ступицу 24 втулки. Анало- . отверстия 25 и.осью цапфы 26. Предельным гично передаются и перерезывающие силы . случаем является расположение рычага 44 в плоскости вращения втулки и в плоскости на оси цапфы 26, При движении лопасти, тяги. Моменты от сил на лопасти поворачи- следовательно, и промежуточного звена 27 вают ее в плоскости тяги и в плоскости вра- 25 с шарниром 29 относительно поперечного щения. При повороте лопасти в плоскости шарнира углы установки лопасти изменятьтяги осевой шарнир 29 втулки вместе с про- ся не будут. Во всех остальных случаях при дольным шарниром 28 и промежуточным вэмахелопастиповетруимеемуменьшение звеном 27 все вместе поворачиваются отно- углов установки лопасти, а при взмахе лопасительно ступицы 24 в поперечном шарнире 30 сти на ветер имеем увеличение углом уставтулкй относительно оси цапфы 26, При по- . новки лопасти, Т.о, колебания лопасти будут вороте лопасти в плоскости вращения осе- демпфироваться аэродинамическим спасовой шарнир 29 поворачивается в бом, т о. будет отсутствовать увеличение угпродольном шарнире 28 относительно про- лов взмаха, т.е, лопасть не сможет войти в межуточного звена 27. Промежуточное зве- 35 резонанс и разрушаться. Направление врано 27 при этом остается иеподвижным. Для щения втулки имеет место рычагами 44 впеизменения шага лопасти механизмом уп- реди шарниров 29. При колебаниях лопасти равления воздействуют на рычаг управле- относительно продольного шарнира 28 при ния шагом лопасти 44, который приводит во движении лопасти по направлению вращевращение вал 30. Вал 33 через рычаг 48 и 40 ния углы установки лопасти будутувеличитягу26передаетдвижениенакронштейн39 ваться. А при движении лопасти против осевого шарнира 29. При перемещении ры- направления вращения углы установки ло. чага 39 узел навески лопастей 30 поворачи- пасти будут уменьшаться. В результате этовается относительно оси шарнира 29, . ro будет изменяться сопротивление изменяя углы установки лопасти.Т.о. втулка 45 лопасти, т.е, будем снова иметь аэродинапоэволяет лопасти вращаться относительно . мическое демпфирование колебаний лопатрех осей. Относительно оси осевого шар- сти. . нира 29 для изменения шага лопасти при:

",Ъ, управлении им, а также .относительно оси Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я параллельной оси вращения вала втулки и 50 Ротор ветросиловой установки, содеротносительно оси перпендикулярной пер- жащий вал с размещенной на нем ступицей, вым двум. T.å. втулка снабжена, rio сущест- узлы крепления лопастей и промежуточные ву, тремя шарнирами. Осевым-" звенья, каждое из которых соединено одрасположенным по оси лопасти, Продоль- - йим концом со ступицей посредством шарным — параллельным оси вращения втулки 55 нира, а другим концом — с узлом крепления и всего ротора, Поперечным — перпендику- лопастей посредством осевого шарнира, лярным осевому и продольному шарнирам.: отличающийся тем, что, с целью

Только осевой, т.е. шарнирный момент ло- повышения надежности и снижения массы пасти воспринимается втулкой. Остальные габаритных характеристик, каждый шарнир ступицы расположен оппозитно присоеди3818271 ненной к нему лопасти относительно оси вала, а пророльнал ось шарнира рзсположена под углом к продольной оси этой лопасти; яе превышающим,90 .

1818271

1818271

Фиа7

Составитель А. Белобаба

Редактор С. Кулакова Техред M.Mîðãåíòàë Корректор A. Обручар

Заказ 1922 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101