Ветродвигатель планетарного типа

Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено преимущественно к применению в местностях с невысокими скоростями ветра. Технический результат заключается в повышении надежности ветродвигателя путем управления законом движения лопастей. Ветродвигатель планетарного типа включает вращающуюся на основании раму с подвижными лопастями и поворотный вал, причем лопасти связаны с поворотным валом передаточным механизмом с постоянным отношением 1:2, при этом поворотный вал снабжен подвижно установленным флюгером и связан с ним управляющим устройством, состоящим из кривошипно-ползунного механизма, шатуна, регулирующей пластины и возвратной пружины, а в качестве передаточного механизма использована ременная зубчатая передача. 6 ил.

 

Изобретение относится к ветроэнергетике и предназначено преимущественно к применению в местностях с невысокими скоростями ветра.

Известен ветряной агрегат Патент РФ №2070659, класс F 03 D 3/02, 7/06, 1994, в котором на центральном валу установлен каркас с вертикально расположенными лопастями, которые могут вращаться вокруг своих осей и связаны зубчатыми передачами с ведущей шестерней, жестко соединенной с флюгером, нагруженным в сторону зацепления, причем соотношение зубчатой передачи от флюгера к лопастям составляет 1:2 при нормальной скорости ветра, в случае буревого ветра передача размыкается.

Основными недостатками известного ветряного агрегата являются: использование зубчатых передач довольно сложной конструкции и дискретный характер срабатывания механизма, предохраняющего агрегат от буревых ветров. Зубчатые передачи для эффективной работы требуют регулировки зацеплений и постоянного наличия смазки в контактах, что значительно усложняет конструкцию, повышает ее стоимость и снижает надежность. Также данные передачи значительно повышают инертность всей конструкции во вращательном движении, что снижает ее эффективность при малых скоростях ветра. Дискретный характер срабатывания предохраняющего механизма приводит к тому, что остановка агрегата и ориентация его лопастей по ветру должны выполняться при достижении максимально возможной скорости ветра и, соответственно, максимальных оборотах каркаса с лопастями. При этом в конструкции будут возникать значительные инерционные нагрузки.

Наиболее близкой по совокупности признаков является ветроэлектроустановка планетарного типа Патент РФ №2030777, класс F 03 D 3/02, 7/06, 1995, включающая вращающуюся на основании раму с подвижными лопастями и поворотный вал, причем лопасти связаны с поворотным валом передаточным механизмом с постоянным отношением 1:2. Недостатком данной конструкции является использование горизонтально расположенных цепных передач, которые для эффективной продолжительной работы требуют смазки трущихся деталей и наличия направляющих устройств, обеспечивающих правильное набегание цепей на звездочки. Также существенными недостатками являются: необходимость в дополнительном устройстве, обеспечивающем ориентацию установки по ветру, и отсутствие механизма, предохраняющего ее от буревых ветров.

Задачей изобретения является повышение надежности двигателя путем управления законом движения лопастей.

Это достигается тем, что в ветродвигателе, включающем вращающуюся на основании раму с подвижными лопастями, поворотный вал, лопасти, связанные с поворотным валом передаточным механизмом с постоянным отношением 1:2, согласно изобретению, поворотный вал снабжен подвижно установленным флюгером и связан с ним управляющим устройством, состоящим из кривошипно-ползунного механизма, шатуна, регулирующей пластины и возвратной пружины, а в качестве передаточного механизма использована ременная зубчатая передача.

1. На фиг.1 изображен эскиз конструкции ветроагрегата.

2. На фиг.2 изображены последовательные положения лопасти ветродвигателя при нормальной скорости ветра.

3. На фиг.3 показаны движущие моменты сил M₁, М₂ от действия лопастей 3 при нормальной скорости ветра.

4. На фиг.4 показаны последовательные положения лопасти при достижении предельной скорости ветра.

5. На фиг.5 показаны движущие моменты сил M₁, M₂ от действия лопастей 3 при достижении предельной скорости ветра.

6. На фиг.6 показано устойчивое положение лопастей 3 после достижения предельной скорости ветра.

Ветродвигатель состоит из неподвижного основания 1, установленной на нем поворотной рамы 2, лопастей 3, подвижно установленных на раме 2, поворотного вала 4 и флюгера 5, установленного на поворотном валу 4 с возможностью вращения и связанного с ним управляющим устройством 6.

Лопасти 3 установлены парно для того, чтобы уравновесить опрокидывающий момент сил.

Лопасти связаны с поворотным валом ременной зубчатой передачей 7 с отношением 1:2 от вала 4 к лопастям 3.

Управляющее устройство 6 состоит из кривошипно-ползунного механизма, включающего рычаг 8, жестко связанный с валом 4, шатун 9, ползун 10, а также из шатуна 11, регулирующей пластины 12 и возвратной пружины 13.

Ветродвигатель работает следующим образом. При силе ветра, находящейся в оптимальном диапазоне скоростей [ϑ_min, ϑ_opt], регулирующая пластина 12 под действием своего веса и возвратной пружины 13 находится в нижнем положении. В этом случае обеспечивается оптимальный закон движения лопастей 3 относительно ветра. На фиг.2 показаны последовательные положения лопасти при ее повороте на 0, 90, 180 и 270 градусов относительно оси, задаваемой флюгером. На фиг.3 показаны движущие моменты сил М₁, М₂, создаваемые на поворотной раме парой лопастей 3, установленных на ней со сдвигом 180 градусов, а также суммарный момент сил МΣ от действия обеих лопастей.

При увеличении силы ветра свыше некоторой величины ϑ_opt под действием ветра регулирующая пластина 12 поднимается и через управляющее устройство, состоящее из рычага 8, шатуна 9, ползуна 10 и шатуна 11, поворачивает относительно флюгера 5 поворотный вал 4 вместе с закрепленными на нем малыми шкивами ременных передач 7. При этом средние значения М₁, М₂ и МΣ будут постепенно уменьшаться по сравнению с их оптимальными значениями. При достижении предельной скорости ветра ϑ_пред регулирующая пластина 12 займет крайнее верхнее положение, повернув вал 4 на 90 градусов по отношению к оптимальному положению. На фиг.4 показаны последовательные положения лопасти при достижении предельной скорости ветра и повороте ее на 0, 90, 180 и 270 градусов относительно оси, задаваемой флюгером. На фиг.5 показаны движущие моменты сил M₁, М₂, создаваемые на поворотной раме парой лопастей 3, установленных на ней со сдвигом 180 градусов, а также суммарный момент сил МΣ от действия обеих лопастей в этом случае. Как видно, средние значения M₁, М₂ и МΣ равны нулю и рама ветродвигателя через некоторое время останавливается в устойчивом положении, при котором моменты сил на обеих лопастях уравновешивают друг друга (фиг.6).

Ременные зубчатые передачи, в отличие от зубчатых и цепных передач, не требуют смазки, более просты по конструкции и при монтаже, что увеличивает надежность и долговечность всей конструкции в целом. Управляющее устройство 6 позволяет плавно управлять движением рамы 2 и лопастей 3 таким образом, что при превышении скорости ветра порогового значения ветродвигатель начинает затормаживаться за счет изменения закона движения лопастей относительно ветрового потока, а при предельной скорости и вовсе останавливается, занимая устойчивое равновесное состояние (фиг.6).

Авторами спроектирована и изготовлена действующая модель ветродвигателя планетарного типа заявленной конструкции с расчетной мощностью 400 Вт при силе ветра 5 м/с. Модель была представлена на выставке НТТМ-2002, проходившей в июне - июле 2002 года, где была награждена дипломом.

Ветродвигатель планетарного типа, включающий вращающуюся на основании раму с подвижными лопастями и поворотный вал, причем лопасти связаны с поворотным валом передаточным механизмом с постоянным отношением 1:2, отличающийся тем, что поворотный вал снабжен подвижно установленным флюгером и связан с ним управляющим устройством, состоящим из кривошипно-ползунного механизма, шатуна, регулирующей пластины и возвратной пружины, а в качестве передаточного механизма использована ременная зубчатая передача.