Ротор вітросилової установки

1 Ротор вітросилової установки, що містить вертикально розташовані лопаті, кожна з яких зв'язана за допомогою траверс і цапф із вертикальним валом, один кінець якого розміщений усередині опорної стійки з опорним вузлом, а другий шарнірно через кронштейн і розтяжки також зв'язаний з нерухомою основою, при цьому лопаті оснащені шарнірними кільцями, за допомогою яких вони закріплені на траверсах з можливістю повороту навколо вертикальної осі, і встановленими на нижніх кінцях лопатей вилками з роликами, а також флюгер з приєднаною до нього кільцеподібною напрямною, який відрізняється тим, що кільцеподібна напрямна має реброподібну форму і и з'єднання з флюгером виконане пружним з можливістю зміни кутового зсуву їх відносно один одного, а напрямна додатково оснащена приймачем швидкісного напору 2 Ротор за п 1, який відрізняється тим, що пружне з'єднання флюгера з кільцеподібною напрямною містить установлений на флюгері підпружинений ролик і контактуючу з ним опорну кругову циліндричну поверхню, установлену на кільцеподібній замкнутій напрямній з ексцентриситетом щодо осі повороту флюгера 3 Ротор за п 1, який відрізняється тим, що вертикальні поверхні кільцеподібної напрямної реброподібної форми мають у плані форму кіл, центр яких зміщений щодо осі повороту флюгера у бік його робочого елементу 4 Ротор за п 1, який відрізняється тим, що приймач швидкісного напору виконаний зонтоподібним, причому пелюстки зонтоподібної поверхні з'єднані з розташованим горизонтально осьовим штоком зонта пружно, а останній установлений на кільцеподібній напрямній шарнірно з кутовим зсувом у 135° відносно подовжньої осі важеля флюгера в напрямку обертання ротора 00 Винахід відноситься до вітроенергетики і стосується вітродвигунів у вигляді ротора з вертикальною віссю обертання з поворотними лопатями Відомий вітродвигун [1], що містить вертикальну вісь і розташовані паралельно їй керовані поворотні лопаті, з'єднані кінцями з горизонтальними роторними дисками і кінематичне зв'язані між собою і з валом електрогенератора, а також розміщений зовні дисків вилковий кронштейн із закріпленим на його вертикальній ДІЛЯНЦІ пристроєм орієнтації дисків по напрямку вітру, що містить Vобразний флюгер із зірочками і профільними кулачками Обидва роторні диски закріплені на валу і споряджені обертовими блоками зірочок по числу поворотних лопатей Вітродвигун містить також шарнірні багатоланкові механізми циклічної зміни кута встановлення лопатей, кожний з яких має зірочки і важіль з роликом, що взаємодіє із профільними кулачками вилкового кронштейна, і меха нізми циклічної зміни форми профілю лопаті, які містять валики з гребінкою, при цьому валик має кілька пар зірочок Кінематичний зв'язок елементів здійснюється у виді нескінченних ланцюгів, що охоплюють ці зірочки Недоліками зазначеного пристрою є надмірна складність багатоланкових механізмів, керуючих кутом встановлення лопатей, необхідність мати для кожної лопаті окремий такий механізм, що при необхідності збільшення потужності вітроустановки, і, як слідство, діаметра ротора і числа лопатей, веде до надмірного обважнення конструкції і до зниження ефективності і надійності вітродвигуна Більш близькою по своїй конструкції до пропонованого винаходу є "Вітросилова установка" [2], що містить вітроколесо роторного типу з вертикальною віссю обертання, кожна вертикальна лопать якого оснащена закріпленим у вилці і контактуючим з кільцевою трасою опорним роликом і зв'яза 00 ю 58189 на за допомогою траверс і цапф із вертикальним валом, усередині якого розміщена опорна стійка, один кінець якої встановлений в опорному вузлі, а інший за допомогою кронштейна і розтяжек зв'язаний з нерухомою основою Установка містить також флюгер, оснащений замкнутою напрямною, яка має форму подібно до скоби, і роликами, що спираються на кільцеву доріжку, зв'язану з внутрішньою поверхнею кільцевої траси за допомогою гідродомкратів Кожна лопать вітроколеса споряджена шарнірними кільцями, за допомогою яких вона закріплена на траверсах з можливістю повороту навколо вертикальної осі, і виконана у виді двох лопаток, що мають однаковий аеродинамічний профіль та розвернуті одна відносно другої на 180° і жорстко скріплені між собою в МІСЦІ з'єднання з цапфами, причому кожна нижня цапфа споряджена встановленими під гострим кутом до поперечної осі лопаті Г-образними важелями із закріпленими на них роликами, що контактують зі стінками замкнутої направляючої, яка має форму подібно до скоби, і штоком, яким ця цапфа зв'язана з опорним роликом Недоліками описаної вище вітроустановки є неможливість регулювання кута встановлення лопатей ротора при збільшенні швидкості вітру до буремної з метою зменшення швидкості обертання ротора або його зупинки, а також необхідність додаткової системи керування гідродомкратами для здійснення роз'єднання роликів Г-образних важелів лопатей із замкнутою направляючою, яка має форму подібно до скоби Задача, розв'язувана пропонованим винаходом - підвищення ефективності роботи вітросилової установки за рахунок поліпшення експлуатаційних характеристик і підвищення надійності ротору вітросилової установки при дуже великих і буремних швидкостях вітру шляхом зміни кутів встановлення лопатей ротора за рахунок кутового зсуву кільцеподібної замкнутої направляючої щодо напрямку вітру на деякий регульований кут Поставлена задача вирішується тим, що ротор вітросилової установки містить вертикально розташовані лопаті, кожна з яких зв'язана за допомогою траверс і цапф із вертикальним валом, один кінець якого розміщений усередині опорної стійки з опорним вузлом, а другий шарнірно через кронштейн і розтяжки також зв'язаний з нерухомою основою, при цьому лопаті споряджені також шарнірними кільцями, за допомогою яких вони закріплені на траверсах з можливістю повороту навколо своєї вертикальної осі, і встановленими на нижніх кінцях лопатей вилками з роликами, а також містить флюгер із приєднаною до нього кільцеподібною направляючою, причому їх з'єднання виконане пружним з можливістю зміни кутового зсуву їх відносно один одного, а направляюча додатково споряджена приймачем швидкісного напору Додаткові відрізнення полягають у тому, що пружне з'єднання флюгера з кільцеподібною направляючою містить установлений на флюгері підпружинений ролик і контактуючу з ним опорну кругову циліндричну поверхню, установлену на кільцеподібній направляючій з ексцентриситетом щодо осі повороту флюгера, причому вертикальні поверхні кільцеподібної направляючої реброподі бної форми мають у плані форму окружностей, центр яких зміщений щодо осі повороту флюгера у бік його робочого елементу, а приймач швидкісного напору виконаний зонтикоподібним, причому пелюстки зонтикоподібної поверхні з'єднані з розташованим горизонтально осьовим штоком зонтика пружно, а останній установлений на кільцеподібній направляючій шарнірно з кутовим зсувом у 135° відносно подовжньої осі важеля флюгера в напрямку обертання ротора Пропонована конструкція ротора вітросилової установки дозволяє в залежності від швидкості вітру автоматично за рахунок зрівноважування моментів від сил, що виникають на приймачі швидкісного напору, на аеродинамічній поверхні флюгера, у точці контакту підпружиненого ролика з опорною поверхнею, а також від аеродинамічного скручуючого моменту ротора, встановлювати кути установки лопатей вітроколеса шляхом кутового зсуву кільцеподібної направляючої стосовно напрямку вітрового потоку таким чином, щоб при різних швидкостях вітру (у тому числі і перевищуючих робочу) зберігати максимальним момент, що крутить ротор, і постійну кутову швидкість обертання ротора Сутність винаходу пояснюється кресленнями На фіг 1 представлений вид збоку вітросилової установки з ротором в розрізі по вертикальній осі, на фіг 2 - розріз АА на фіг 1 (взаємне розташування елементів ротора при малих швидкостях вітру), на фіг 3 - те ж при буремних швидкостях вітру, на фіг 4 - пружне з'єднання флюгера з кільцеподібною направляючою, на фіг 5 - приймач швидкісного напору Ротор 1 вітросилової установки (фиг 1) містить лопаті 2, кожна з яких зв'язана за допомогою траверс 3 і цапф 4 і 5 з вертикальним валом 6, один кінець якого розміщений усередині опорної стійки 7 з опорним вузлом 8, а другий шарнірно через кронштейн 9 і розтяжки 10 зв'язаний з нерухомою основою Лопаті 2 споряджені шарнірними кільцями 11, за допомогою яких вони закріплені на траверсах 3 з можливістю повороту навколо вертикальних осей цапф 4 і 5 На нижніх кінцях лопатей закріплені вилки 12 з роликами 13 розміщеними з обох сторін кільцевого ребра направляючої 14 вертикальні поверхні ребра якої мають у плані форму окружності (фіг 2) Кільцеподібна направляюча 14 розміщена з ексцентриситетом щодо осі вала б і опорної стійки 7 на опорному диску 15, що за допомогою опорних котків 16 розміщений на опорній СТІЙЦІ 7 з можливістю повороту щодо осі останньої На СТІЙЦІ 7 за допомогою опори котіння 17 з можливістю вільного обертання установлений флюгер 18 з робочим елементом 19 і важелем 20 На важелі 20 розміщене пружне з'єднання 21 флюгера 18 з кільцеподібною направляючою 14 Пружне з'єднання 21 містить ролик 22 із пружиною 23 (фіг 4) і контактуючу з ним опорну циліндричну поверхню 24, що має в плані вид сегмента окружності радіусом R і яка встановлена на кільцеподібній направляючій 14 зі зсувом щодо осі обертання флюгера 18 у бік, протилежний робочому елементу 19 (фіг 2) Кільцеподібна направляюча 14 додатково споряджена приймачем швидкісного напору 58189 25 зонтикоподібного типу (фіг 5), що містить пелюстки 26, пружні елементи 27, горизонтальний осьовий шток 28 і шарнір 29 з вертикальною віссю Кріплення осі шарніра 29 на направляючій 14 зміщено щодо подовжньої осі важеля 20 флюгера 18 на кут у 135° у напрямку обертання ротора 1 Ротор вітросилової установки працює в такий спосіб При виникненні вітрового потоку флюгер 18 під впливом аеродинамічних сил, що виникають на його робочому елементі 19, вільно повертається на опорі 17 навколо вертикальної осі опорної стійки 7 до положення, при якому його опір потоку, що набігає, буде мінімальним (при цьому подовжня вісь важеля 20 збіжиться з напрямком вітру) Ролик 22 притиснутий пружиною 23 до опорної поверхні 24 і оскільки в цей момент часу на роторі є відсутнім аеродинамічний момент, що крутить, то механічний зв'язок між флюгером і кільцеподібною направляючою 14 досить твердий, у зв'язку з чим остання також повернеться разом із флюгером 18 на той же кут і займе таке положення, при якому лопаті 2 ротора 1 за допомогою роликів 13, що відслідковують положення стінок замкнутої направляючої 14, розташованої з ексцентриситетом щодо осі повороту флюгера 18, займуть положення з оптимальними робочими настановними кутами, при цьому на роторі 1 від обтікання лопатей вітровим потоком з'явиться аеродинамічний момент, що крутить, достатній для приведення ротору вітросилової установки в коловий рух (фіг 2) При досягненні вітром робочої (найбільш ефективної для даної конструкції вітроколеса) швидкості відбувається зрівноважування 4-х моментів Мі - від сили, що виникає на приймачі швидкісного напору 25, Мг - від сили, що виникає на аеродинамічній (робочій) поверхні 19 флюгера 18, М 3 - від сили реакції, що виникає в точці дотику ролика 22 і опорної поверхні 24 (від стиску пружини 23) і М 4 аеродинамічного моменту, що крутить, на роторі 1 При цьому кільцеподібна направляюча 14 під впливом моменту Мі повернена вже на деякий кут від первісного положення у бік, протилежний напрямку обертання ротора 1 Коли швидкість вітру перевищує деяке припустиме значення, під впливом швидкісного напору, що збільшився, пелюстки 26 зонтикоподібного приймача швидкісного напору 25 розкриваються, площа приймача 25 збільшується, при цьому збільшується і момент Мі, що провертає кільцеподібну направляючу 14 далі у бік, протилежний напрямку обертання ротора 1, при цьому буде відбуватися також кутовий зсув флюгера 18 і направляючої 14 відносно один одного У зв'язку з поворотом направляючої 14 кути установки лопатей 2, що забезпечуються роликами 13, вже не будуть оптимальними, що призведе до зменшення аеродинамічних сил на лопатях 2 і, ВІДПОВІДНО, ДО зменшення моменту М 4 При буремних (ураганних) поривах вітру від впливу моменту т і спрямовуюча 14 може повернутися на кут до 90°, що призведе до зміни кутів установки лопатей 2 до такого ступеня, що аеродинамічний момент, що крутить, на роторі 1 може бути зменшений практично до нуля Джерела інформації 1 А с 1462021 СРСР, МКИ F03D7/06 (1989р) 2 А с 1548504 СРСР, МКИ F03D5/02 (1990р) - прототип 58189 Комп'ютерна верстка М Клюкш Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна