Вітродвигун

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности, к конструкции горизонтально–осевых ветродвигателей. На практике используются ветродвигатели с фиксированными и управляемыми лопастями. Управление лопастями с целью поддержания стабильности частоты вращения ветродвигателя при увеличении скорости ветра осуществляется, как путем увеличения угла атаки на профиле лопасти до отрыва потока, так и путем уменьшения угла атаки и соответствующим уменьшением величины аэродинамической силы. Известна конструкция ветродвигателя с поворотными лопастями, в которой стабилизация частоты вращения при увеличении скорости ветра достигается путем увеличения угла атаки на профиле лопасти до отрыва потока. При этом, чем выше скорость ветра, тем большая часть лопасти попадает в зону отрыва. Поворот лопастей выполняется с помощью механического центробежного регулятора [Е.М. Фатеев, "Ветродвигатели и ветроустановки", Москва – 1957, стр. 199]. Недостатком такой конструкции является невозможность стабилизации частоты вращения и необходимость принудительной остановки ветродвигателя при ветрах более 25м/с. Дополнительным недостатком является повышенная шумность и уровень вибрации на ветродвигателе вследствие наличия значительных зон с отрывным течением. Известен ветродвигатель, выбранный в качестве прототипа [Е.М. Фатеев, "Ве тродвигатели и ветроустановки", Москва – 1957, стр. 193 – 195], который включает в себя главный вал, на котором установлена ступица с закрепленными с возможностью свободного вращения вокруг своих продольных осей лопастями или частями лопастей, поворотные стабилизаторы, установленные на кронштейнах на поворотных лопастях или поворотных частях лопастей, центробежные регуляторы, включающие в себя пружины и грузы с системами тяг и качалок, расположенные внутри лопастей и на ступице, механизм синхронизации отклонения стабилизаторов, расположенный на главном валу ветродвигателя и систему балансирования лопастей. Недостатком известной конструкции является сложность и многозвенность системы управления стабилизаторами, приводящая к возникновению люфтов и увеличению приведенного момента инерции стабилизаторов, что ухудшает статические и динамические характеристики системы. Система в целом имеет низкий уровень надежности и ресурс, а также высокую стоимость. В основу изобретения поставлена задача создания ветродвигателя путем улучшения динамических и статических характеристик, повышения надежности, снижения стоимости и увеличения ресурса. Поставленная задача решается тем, что в известной конструкции ветродвигателя, которая включает в себя главный вал, на котором установлена ступица с закрепленными с возможностью свободного вращения вокруг своих продольных осей лопастями или частями лопастей, систему балансирования лопастей, поворотные стабилизаторы, установленные на кронштейнах на поворотных лопастях или поворотных частях лопастей, согласно изобретению, центробежный регулятор выполнен в виде груза, жестко закрепленного на подпружиненном стабилизаторе, а ось вращения стабилизатора расположена под углом к оси поворота лопасти. Поставленная задача решается также тем, что в известной конструкции ветродвигателя, которая включает в себя главный вал, на котором установлена ступица с закрепленными с возможностью свободного вращения вокруг своих продольных осей лопастями или частями лопастей, систему балансирования лопастей, поворотные стабилизаторы, установленные на кронштейнах на поворотных лопастях или поворотных частях лопастей, согласно изобретению, центробежный регулятор выполнен в виде гр уза закрепленного на поворотном кронштейне, находящемся на кронштейне крепления стабилизатора и соединенным с подпружиненным стабилизатором двухзвенной механической передачей. Исполнение ветродвигателя, согласно изобретению, приводит к упрощению конструкции, снижению массы, уменьшению приведенного момента инерции стабилизаторов и уменьшению количества шарнирных соединений. Уменьшение количества шарнирных соединений позволяет уменьшить люфт в центробежном регуляторе, снизить стоимость, повысить надежность работы и увеличить ресурс ветродвигателя. Уменьшение приведенного момента инерции стабилизаторов и уменьшение люфта позволяет улучшить динамические и статические характеристики ветродвигателя, что позволяет обеспечить более точную стабилизацию частоты вращения и снизить нагрузки на элементы ветродвигателя при переходных процессах (порыв ветра, изменение нагрузки), что повышает надежность и увеличивает ресурс ветродвигателя. Сущность изобретения поясняется чертежами где на фиг. 1 и фиг. 4 показаны общие виды вариантов исполнения ветродвигателя, а на фиг. 2, фиг. 3, фи г. 5, фи г. 6 и фиг. 7 виды, поясняющие конструкцию вариантов ветродвигателя. Ветродвигатель (фиг. 1 – 3) содержит лопасти 1 и стабилизаторы 2, которые крепятся к лопастям с помощью кронштейнов 3 и 4. Оптимальный угол между продольными осями стабилизаторов и лопастей составляет не менее 15 град. На расстоянии от оси на стабилизаторах жестко закреплены грузы 5 центробежных регуляторов. Стабилизаторы 2 подпружинены пружинами 6 и могут поворачиваться вокруг своих осей во втулках 7. На лопастях 1 закреплены системы балансирования 8. Лопасти 1 закреплены в подшипниках ступицы 9, содержащей систему синхронизации 10 углового отклонения лопастей относительно их продольной оси. Ступица 9 закреплена на главном валу 11. Ветродвигатель (фиг. 4 – 7) отличается от предыдущего тем, что грузы 5 центробежных регуляторов закреплены на поворотных кронштейнах 12, которые могут отклонять стабилизатор 2 нажатием на отогнутый конец пружины 6. Ветродвигатель работает следующим образом. Первоначально пружина 6 отклоняет стабилизатор 2 на определенный угол. При возникновении ветра на стабилизаторе 2 возникает аэродинамическая сила, поворачивающая лопасть 1 вокруг ее оси. Возникающая аэродинамическая сила на лопасти 1 приводит к вращению ветродвигателя. При вращении ветродвигателя на грузе 5 возникает центробежная сила, момент от которой стремится повернуть стабилизаторы в сторону, противоположную направлению момента от пружины 6. При достижении номинальных оборотов система уравновешивается. В случае роста оборотов свыше номинального при воздействии внешнего возмущения возросший момент от грузов 5 отклоняет стабилизаторы 2 на меньшие углы, что приводит к уменьшению углов атаки, аэродинамической силы и крутящего момента относительно оси вращения ветродвигателя на лопастях 1 и снижению частоты вращения ветродвигателя. В случае уменьшения оборотов процесс происходит в обратном порядке. Предлагаемый ветродвигатель по сравнению с прототипом имеет более простую конструкцию, улучшенные статические и динамические характеристики. Это позволяет повысить надежность и ресурс ветродвигателя, снизить его стоимость и трудоемкость. Вследствие того, что лопасть большую часть времени работает в оптимальном режиме, ветродвигатель имеет меньшую шумность и уровень вибраций.