Регулятор скорости вращения ветроколеса

 

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для регулирования скорости вращения устройств, использующих энергию движущихся сред. Технический результат, заключающийся в повышении точности регулирования скорости вращения ветроколеса путем использования в конструкции электромагнита, достигается за счет того, что регулятор скорости вращения ветроколеса содержит генератор с подключенной к нему электрической нагрузкой, установленный на поворотной головке, шарнирно закрепленной на втулке, установленной с возможностью поворота коаксиально башне, два боковых рычага, связанных с поворотной головкой и направленных в противоположные стороны, пружину, один конец которой связан с одним из рычагов, две пластины, установленные на концах рычагов, закрепленную на втулке горизонтальную штангу и концевым флюгером и выступом, связанным с другим концом пружины, трехзвенный шарнирный механизм, первый, второй, третий стержни которого соединены общим шарниром, при этом первый стержень закреплен на поворотной головке, второй и третий стержни шарнирно связаны с соответствующими рычагами в точках, равноудаленных от штанги, причем рычаги шарнирно соединены с последней, согласно изобретению он снабжен электромагнитом, якорь электромагнита шарнирно прикреплен к одному из рычагов, а индуктор электромагнита шарнирно прикреплен к выступу, при этом обмотка индуктора электромагнита включена последовательно в цепь электрической нагрузки генератора. 3 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к регуляторам скорости вращения ветроколес.

Известен регулятор скорости вращения ветроколеса, содержащий установленный в канале каждой лопасти стержень и соединенный с ним подпружиненный плоский клапан, расположенный с тыльной стороны лопасти, стержни, каждый из которых снабжен запорным элементом, расположенным с рабочей стороны лопасти, и установленные с возможностью перемещения в поперечном, относительно лопастей, направлении, каждый клапан жестко соединен со стержнем, и каждая лопасть с рабочей стороны снабжена впускными отверстиями, перекрываемыми запорным элементом, а с тыльной - щелью для прохода клапана и выпускными отверстиями (A.C. СССР N 1332069, F 03 D 7/04, 1987 г.).

Известен также регулятор скорости вращения ветроколеса, содержащий установленную на валу ветроколеса ползушку и жестко связанные с лопастями ветроколеса поворотные двуплечные рычаги, первое плечо каждого из которых снабжено грузом, а второе поджато к ползушке при помощи пружины, каждая пружина установлена между первыми плечами рычагов диаметрально расположенных лопастей и концами шарнирно соединена с плечами, а оси поворота рычагов смещены относительно оси вала на равные расстояния в противоположные стороны (А. С. СССР N 1280182, F 03 D 7/04, 1986 г.).

Наиболее близким к заявленному является регулятор скорости вращения ветроколеса, содержащий два боковых рычага, связанных с поворотной головкой ветроколеса и направленных в противоположные стороны от башни ветроколеса, пружину, один конец которой связан с одним из рычагов, две пластины, закрепленные на концах рычагов, втулку, установленную с возможностью поворота коаксиально башне, закрепленную на втулке горизонтальную штангу с концевым флюгером и выступом, связанным с другим концом пружины, трехзвенный шарнирный механизм, три стержня которого соединены общим шарниром, при этом первый стержень закреплен на поворотной головке, второй и третий стержни шарнирно связаны с соответствующими рычагами в точках, равноудаленных от штанги, а рычаги шарнирно соединены с последней (А.С. СССР N 1721286, F 03 D 7/02, 1992 г.).

Недостатком описанного регулятора скорости вращения ветроколеса является отсутствие системы регулирования частоты вращения при изменении электрической нагрузки генератора.

Задачей изобретения является повышение точности регулирования скорости вращения ветроколеса путем использования в конструкции электромагнита.

Поставленная задача решается тем, что в регуляторе скорости вращения ветроколеса, содержащем генератор, с подключенной к нему электрической нагрузкой, установленный на поворотной головке, шарнирно закрепленной на втулке, установленной с возможностью поворота коаксиально башне, два боковых рычага, связанных с поворотной головкой и направленных в противоположные стороны, пружину, один конец которой связан с одним из рычагов, две пластины, установленные на концах рычагов, закрепленную на втулке горизонтальную штангу с концевым флюгером и выступом, связанным с другим концом пружины, трехзвенный шарнирный механизм, три стержня которого соединены общим шарниром, при этом первый стержень закреплен на поворотной головке, второй и третий стержни шарнирно связаны с соответствующими рычагами в точках, равноудаленных от штанги, а рычаги шарнирно соединены с последней, в отличие от прототипа он снабжен электромагнитом, якорь и индуктор которого шарнирно прикреплены соответственно к одному из рычагов и к выступу, при этом обмотка индуктора электромагнита включена последовательно в цепь электрической нагрузки генератора.

Введение электромагнита позволяет автоматически регулировать скорость вращения ветроколеса при изменении электрической нагрузки генератора.

Существо устройства поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен общий вид регулятора скорости вращения ветроколеса.

На фиг. 2 - проекция на горизонтальную плоскость.

На фиг. 3 - проекция на вертикальную плоскость.

Регулятор скорости вращения ветроколеса 1 содержит генератор 2, с подключенной к нему электрической нагрузкой 3, установленный на поворотной головке 4, шарнирно закрепленной на втулке 5, установленной с возможностью поворота коаксиально башне 6, два боковых рычага 7 и 8, связанных с поворотной головкой 4 и направленных в противоположные стороны, пружину 9, один конец которой связан с одним из рычагов 7 или 8, две пластины 10 и 11, установленные на концах рычагов 7 и 8, закрепленную на втулке 5 горизонтальную штангу 12 с концевым флюгером 13 и выступом 14, связанным с другим концом пружины 9, трехзвенный шарнирный механизм, стержни первый 15, второй 16, третий 17 которого соединены общим шарниром 18, при этом первый стержень 15 закреплен на поворотной головке 4, второй 16 и третий 17 стержни шарнирно связаны с соответствующими рычагами 7 и 8 в точках, равноудаленных от штанги 12, причем рычаги 7 и 8 шарнирно соединены с последней. Якорь 19 электромагнита шарнирно прикреплен к одному из рычагов 7 или 8, а индуктор 20 электромагнита шарнирно прикреплен к выступу, при этом обмотка индуктора 20 электромагнита включена последовательно в цепь электрической нагрузки 3 генератора 2.

Регулятор скорости вращения ветроколеса работает следующим образом. Флюгер 13 в горизонтальной плоскости (см. фиг. 2) устанавливается вдоль направления ветра и поворачивает головку 4 с ветроколесом 1 так, что, последнее устанавливается напротив ветра (α=0), при этом проекция вектора скорости ветра на вертикальную плоскость, параллельную оси вращения ветроколеса, будет всегда равна самому вектору. Номинальное положение головки 4 с ветроколесом 1 определяется углом β_ном (см. фиг.3) между осью ветроколеса 1 и проекцией вектора номинальной скорости ветра V_ном на вертикальную плоскость. Величина угла β_ном определяется равнодействием сил, создаваемых давлением ветра на ветроколесо 1 и пластины 10 и 11, с одной стороны, и силы растяжения пружины 9 и силы втягивания якоря 19 электромагнита, с другой, обусловленной номинальным током нагрузки, действующих через посредство системы рычагов 7 и 8, стержней 15, 16, 17 на головку 4.

При возрастании тока в цепи электрической нагрузки 3, увеличивается сила втягивания якоря 19 электромагнита и равнодействие сил нарушается, происходит поворот головки 4 с ветроколесом 1 в сторону уменьшения угла между вектором скорости ветра и осью ветроколеса 1, т.е. угол β уменьшается, скорость вращения ветроколеса 1 увеличивается, благодаря чему, увеличивается активная энергия, подводимая к генератору, соответственно стабилизируется напряжение на клеммах электрической нагрузки 3.

При уменьшении тока в цепи электрической нагрузки 3, сила втягивания якоря 19 электромагнита уменьшается и равнодействие сил нарушается, происходит поворот головки 4 с ветроколесом 1 в сторону увеличения угла между вектором скорости ветра и осью ветроколеса 1, т.е. угол β увеличивается, скорость вращения ветроколеса 1 уменьшается, благодаря чему, уменьшается активная энергия, подводимая к генератору, соответственно стабилизируется напряжение на клеммах электрической нагрузки 3.

При уменьшении скорости ветра относительно номинальной (электрическая нагрузка генератора остается неизменной) силы, создаваемые давлением ветра на ветроколесо 1 и пластины 10 и 11, уменьшаются, и нарушается равнодействие сил, происходит поворот пластин 10 и 11 в сторону увеличения угла между рычагами 7, 8 и горизонтальной штангой 12, головка 4 с ветроколесом 1 поворачиваются в сторону уменьшения угла β между осью ветроколеса и проекцией вектора скорости ветра V на вертикальную плоскость, скорость вращения ветроколеса 1 увеличивается, соответственно увеличивается активная энергия, подводимая к генератору, тем самым стабилизируется напряжение на клеммах электрической нагрузки 3.

При увеличении скорости ветра сверх номинальной (электрическая нагрузка генератора остается неизменной) силы, создаваемые давлением ветра на ветроколесо 1 и пластины 10 и 11, увеличиваются, и нарушается равнодействие сил, происходит поворот пластин 10 и 11 в сторону уменьшения угла между рычагами 7, 8 и горизонтальной штангой 12, головка 4 с ветроколесом 1 поворачиваются в сторону увеличения угла β между осью ветроколеса и проекцией вектора скорости ветра V на вертикальную плоскость, скорость вращения ветроколеса 1 уменьшается, соответственно уменьшается активная энергия, подводимая к генератору, тем самым стабилизируется напряжение на клеммах электрической нагрузки 3. При дальнейшем увеличении скорости ветра наступает момент, когда угол β достигает своего максимального значения β_макс= 90°, и ветроколесо 1 прекращает вращаться и останавливается.

Когда скорость ветра снижается до расчетных значений, давление на боковые пластины 10 и 11 уменьшается и под действием пружины 9 ветроколесо 1 занимает рабочее положение (в диапазоне углов β_мин÷β_макс Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить точность регулирования скорости вращения ветроколеса.

Формула изобретения

Регулятор скорости вращения ветроколеса, содержащий генератор с подключенной к нему электрической нагрузкой, установленный на поворотной головке, шарнирно закрепленной на втулке, установленной с возможностью поворота коаксиально башне, два боковых рычага, связанных с поворотной головкой и направленных в противоположные стороны, пружину, один конец которой связан с одним из рычагов, две пластины, установленные на концах рычагов, закрепленную на втулке горизонтальную штангу с концевым флюгером и выступом, связанным с другим концом пружины, трехзвенный шарнирный механизм, три стержня которого соединены общим шарниром, при этом первый стержень закреплен на поворотной головке, второй и третий стержни шарнирно связаны с соответствующими рычагами в точках, равноудаленных от штанги, а рычаги шарнирно соединены с последней, отличающийся тем, что он снабжен электромагнитом, якорь и индуктор которого шарнирно прикреплены соответственно к одному из рычагов и к выступу, при этом обмотка индуктора электромагнита включена последовательно в цепь электрической нагрузки генератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3