Вітроколесо

1. Вітроколесо, що містить вал, порожнисту маточину з жорстко закріпленими на ній втулками, в яких установлені на підшипникових опорах підпружинені висувні лопаті з можливістю повертання відносно своєї поздовжньої осі під взаємодією гвинтових пар, утворених елементами втулок і комелів лопатей, кінематично з'єднаних важелями з установленою в маточині поворотною ланкою, вісь обертання якої співвісна осі вала вітроколеса, яке відрізняється тим, що підшипникові опори кожної 3 Цей пристрій містить вал, порожнисту маточину, на якій нерухомо закріплені втулки з установленими в них на підшипникових опорах підпружиненими і кінетично з'єднаними між собою висувними поворотними лопатями, взаємодіючими з втулками за допомогою гвинтових пар: гвинтових пазів, виконаних в нерухомих втулках, і установлених в них повзунів, закріплених в рухомих лопатях. Суттєвим недоліком цього відомого пристрою, не дивлячись на його переваги над іншими, вказаними вище, являється недостатньо висока ефективність його опорно-поворотних елементів та рухомих з'єднань лопатей з втулками, виконаних на підшипниках ковзання. Це обумовлює нестабільність і збільшення протидіючих сил тертя в рухомих з'єднаннях лопатей і негативно впливає на працездатність, точність регулювання частоти обертання вітроколеса і термін експлуатації. Задачею заявленого пристрою є підвищення надійності роботи і точності регулювання частоти обертання вітроколеса з підпружиненими висувними лопатями за рахунок поліпшення конструкції опорно-поворотних елементів лопаті. Суттєвими ознаками, що характеризують заявлений пристрій являються: - вал вітроколеса; - маточина; - прикріплені нерухомо до маточини втулки; - лопаті у втулках установлені на підшипникових опорах і підпружинені до втулок; - гвинтові пари утворені елементами втулок і комелів лопатей; - комелі лопатей кінематично з'єднані важелями з установленою в маточині поворотною ланкою, вісь обертання якої співвісна вісі вала вітроколеса. Відмінними ознаками заявленого пристрою, необхідними для одержання вищевказаного результату, є у його складі: - рухомі підшипникові опори із сепараторних шарикопідшипників (підшипники без кілець),установлених на розрахунковій відстані один від одного і жорстко з'єднаних між собою циліндричною гільзою, а поверхні кочення утворені зовнішньою циліндричною поверхнею комлевої частини рухомої лопаті і внутрішньою поверхнею втулки; - пружина стиснення, яка розміщена у внутрішній порожнині комлевої частини лопаті з упором одним кінцем у торець комеля лопаті, а другим через упорний підшипник у дно стакана, встановленого в тій же порожнині і закріпленого до нерухомої втулки штифтами, які проходять через вікна, утворені в комлевій частині рухомої лопаті; - гвинтовий паз, виконаний у циліндричній комлевій частині рухомої лопаті, а взаємодіючий з ним повзун, закріплений в поперечному кільцевому наскрізному пазу, утвореному у втулці. Виконання підшипникових опор рухомими із сепараторних шарикопідшипників, установлених на розрахунковій відстані один від одного і жорстко з'єднаних між собою циліндричною гільзою в єдиний підшипниковий вузол з можливістю кочення по 53303 4 зовнішній циліндричній поверхні комлевої частини рухомої лопаті і внутрішній поверхні втулки забезпечує: - можливість поступального і обертального руху лопаті з мінімальною величиною тертя кочення, значно меншою величини тертя ковзання (коефіцієнт тертя в підшипниках ковзання знаходиться в межах 0,01÷0,2, а в шарикопідшипниках кочення 0,001÷0,002, див. П.И. Орлов "Основы конструирования" т.2, М. «Машиностроение», 1977г., с.328, 465); - постійну відстань між шарикопідшипниковими опорами і стабільність протидіючих сил і моментів під час висування і повороту лопатей, таким чином, можливість підвищення точності регулювання частоти обертання вітроколеса ВУ, зменшення габаритів і маси пружин, підвищення надійності і збільшення терміну експлуатації ВУ. Розміщення пружини стиснення у внутрішній порожнині комлевої частини кожної лопаті з упором одним кінцем в торець комеля лопаті, а другим-через упорний підшипник у дно стакана, встановленого в тій же порожнині і закріпленого до нерухомої втулки штифтами, які проходять через вікна, утворені у комлевій частині лопаті, забезпечує: - поліпшення компоновки елементів вітроколеса і зменшення в них сил тертя, а також зменшення його габаритів і маси за рахунок більш ефективного використання внутрішньої порожнини комлевої частини лопатей. Виконання у комлевій циліндричній частині кожної рухомої лопаті гвинтового пазу, взаємодіючого з повзуном, закріпленим у поперечному кільцевому наскрізному пазу, утвореному у втулці, забезпечує: - поліпшення умов складання, відпрацювання та технічного обслуговування ВУ за рахунок можливості регулювання початкових пускових і робочих кутів орієнтації лопаті відносно напрямку вітру без її демонтування шляхом відповідного розфіксування повзуна і його пересування у поперечному кільцевому наскрізному пазу у втулці сумісно з поворотом лопаті на потрібний кут з послідуючим жорстким закріпленням повзуна в поперечному кільцевому наскрізному пазу втулки. Винахідницький рівень визначається тим, що підшипникові опори кожної лопаті виконані із сепараторних шарикових підшипників, установлених на розрахунковій відстані один від одного і жорстко з'єднаних між собою циліндричною гільзою, а поверхня кочення опор утворена зовнішньою циліндричною поверхнею комеля лопаті і внутрішньою поверхнею втулки. А сукупність усіх вказаних вище ознак заявленого пристрою дозволяє забезпечити досягнення позитивного технічного результату щодо підвищення надійності роботи і точності регулювання частоти обертання вітроколеса, поліпшення компоновки і масових характеристик його елементів, умов експериментального відпрацювання та технічного обслуговування, збільшення терміну експлуатації ВУ. 5 Для більш детального пояснення суті заявленого пристрою надано його креслення, наведено опис його конструкції і роботи. На Фіг.1 показано загальний вигляд конструкції вітроколеса, на Фіг.2 - переріз по А-А на Фіг.1, на Фіг.3 - вигляд Б на Фіг.1, на Фіг.4 - вигляд В на Фіг.2. Вітроколесо містить вал 1, порожнисту маточину 2 з жорстко закріпленими на ній втулками 3, в яких установлені на підшипникових опорах 4, 5 підпружинені висувні лопаті 6 з можливістю повертання відносно своєї поздовжньої вісі під взаємодією гвинтових пар, утворених елементами втулок 3 і комелів лопатей 6, які кінематично з'єднані важелями 7 з установленою в маточині поворотною ланкою 8, вісь обертання якої співвісна вісі вала 1 вітроколеса. Підшипникові опори 4, 5 кожної лопаті виконані із сепараторних (безкільцевих) шарикових підшипників, жорстко з'єднаних між собою циліндричною гільзою 9. Поверхні кочення опор утворені зовнішньою циліндричною поверхнею 10 комеля лопаті 6 і внутрішньою поверхнею 11 втулки 3. Крім цього, в кожній лопаті у внутрішній порожнині її комлевої частини розміщена пружина стиснення 12 з упором одним кінцем у торець 13 комеля лопаті, а другим, через упорний підшипник 14 - в дно стакана 15, прикріпленого до втулки 3 штифтами 16, які проходять через вікна 17 комлевої частини лопаті. Гвинтова пара кожної лопаті вітроколеса складається із гвинтового паза 18, виконаного в комлевій частині лопаті 6 і повзуна 19, що проходить через поперечний кільцевий паз 20 втулки 3 і закріплений в ньому гайкою 21. Система синхронізації кутів повороту лопатей містить важелі 7, які одним кінцем з'єднані через радіально-упорний підшипник 22 з комлевою частиною лопатей 6, а другим - шарнірно з установленою в маточині поворотною ланкою 8, що з'єднує лопаті 6 в єдиний кінематичний ланцюг, а вісь її вільного обертання співвісна вісі вала 1 вітроколеса. Робота вітроколеса полягає в постійному підтриманні положення лопатей 6 під кутом "атаки" вітрового потоку таким чином, щоб при підсиленні швидкості вітру кут "атаки" зменшувався, а при послабленні швидкості вітру - збільшувався, підтримуючи, таким чином, задану частоту обертання 53303 6 вітроколеса, яка визначається розрахунково і підтверджується експериментально. Під час роботи відцентрова сила, що виникає в рухомих лопатях 6, врівноважується зусиллям пружин 12, яке діє в протилежному напрямку тобто, до вісі вітроколеса 1. При підвищенні швидкості вітру частота обертання вітроколеса збільшується, зростає відцентрова сила в лопатях 6 і вони висуваються із втулок 3, стискаючи пружини 12 в стаканах 15. При цьому за рахунок взаємодії гвинтових пазів 18 і повзунів 19 лопаті 6, які з'єднані в єдиному кінематичному ланцюгу, синхронно обертаються в напрямку гальмуючого положення і частота обертання вітроколеса знижується. Зменшується також відцентрова сила в лопатях 6 до величин менших, ніж зусилля пружин 12, які повертають лопаті 6 в положення, протилежне гальмуючому, яке забезпечує задану робочу частоту обертання вітроколеса. Таким чином, відбувається автоматичне регулювання частоти обертання вітроколеса. Запропонована конструкція вітроколеса забезпечує також можливість шляхом переміщення повзунів 19 в кільцевих поперечних наскрізних пазах 20 у втулках 3 і їх фіксації гайками 21 змінювати початкові пускові кути положення лопатей 6 при експериментальному відпрацюванні або перенастройці вітроколеса на оптимальний режим роботи в залежності від регіональних та сезонних вітрових умов експлуатації. При повертанні лопатей 6 вітроколеса із робочого положення в гальмуюче прямолінійне переміщення Н лопаті 6 складається з 2-х рівних частин Н/2: переміщення комлевої частини лопаті 6 відносно опор 4, 5, з'єднаних між собою циліндричною гільзою 9, і переміщенням опор 4, 5 відносно втулки 3. Довжина гвинтового паза 18 визначається переміщенням Н і діапазоном зміни робочих кутів лопатей 6: від пускового до гальмуючого положення лопатей 6. Для забезпечення надійної працездатності вітроколеса, поліпшення його експлуатаційних характеристик і точності автоматичного регулювання частоти обертання в його рухомих елементах застосовані підшипники кочення 4, 5,14, 22. Згідно заявленому технічному рішенню розроблена конструкторська документація для виготовлення дослідного зразка. 7 Комп’ютерна верстка O. Рябко 53303 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601