Ротор вітродвигуна

1. Ротор вітродвигуна, що містить порожнисту маточину, лопаті, які складаються з жорстко закріплених до маточини нерухомих частин і шарнірно з'єднаних з ними кінцевих поворотних частин, механізм повороту кінця лопаті, підпружинені відцентрові вантажі, який відрізняється тим, що у маточині на валу, співвісному з віссю обертання ротора, установлений механізм синхронізації повороту кінців лопатей, а відцентровий вантаж являє собою жорстку трубчасту тягу й розташований уздовж внутрішньої порожнини нерухомої частини лопаті, при цьому трубчаста тяга з'єднана шарнірно одним кінцем за допомогою важеля з механізмом синхронізації повороту кінців лопатей, а іншим кінцем - з механізмом повороту лопаті. 2. Ротор вітродвигуна за п. 1, який відрізняється тим, що в ньому трубчаста тяга підпружинена в порожнині біля комля нерухомої частини лопаті. Запропонований пристрій належить до вітротехніки. Його використання найбільше доцільно при створенні вітроенергетичних установок різного призначення середньої потужності ~200±250кВт з діаметром ротора до 20±30м. Відоме рішення "Вітроколесо" (UA 62398А, F03D1/00, 2003 р.) з автоматичним регулюванням частоти обертання за рахунок підпружинених висувних поворотних лопатей під дією власних відцентрових сил і механізмів синхронізації робочих кутів. Недоліком зазначеного "Вітроколеса" являються великі масово-габаритні характеристики потужних поворотних пружин і гвинтоподібних механізмів повороту лопатей. Найбільш близьким аналогом по технічній сутності й досягаємим результатом до заявленого пристрою, є "Устройство стабилизаторного регулирования поворотом конца лопасти" (Е.М. Фатеев "Ветродвигатели и ветроустановки", издательство сельскохозяйственной литературы, Москва, 1948г., стр.218, рис.132). Зазначений пристрій стабілізаторного регулювання містить лопать, що складається з нерухомої (жорсткої) частини і поворотної кінцевої частини, що встановлені на єдиній несучій трубі, розміщеній у середині лопаті і прикріпленій до валу на якому обертається ротор. На поворотній частині лопаті, до її задньої кромки, прикріплений стабілізатор, який з'єднаний важелем з відцентровим вантажем, розміщеним у цій же частині лопаті. При цьому відцентровий вантаж за допомогою тяги, розташованої в несучій трубі лопаті, і важеля, розміщеного на валу ротора, з'єднаний з пружиною розтягання, яка регулює відхилення стабілізатора, і таким чином поворот кінцевої частини лопаті. Під дією зазначених елементів при переміщенні відцентрового вантажа забезпечується регулювання частоти обертання ротора. Суттєвими недоліками "Устройства стабилизаторного регулирования..." є: (19) UA (11) 91775 (13) (21) a200900588 (22) 27.01.2009 (24) 25.08.2010 (46) 25.08.2010, Бюл.№ 16, 2010 р. (72) ГЛАЗКОВ ВЛАДИСЛАВ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ДУНАЄНКО ВІКТОР ГРИГОРОВИЧ, КАЛЬНИШ РУСЛАН ВОЛОДИМИРОВИЧ, МУСІЄНКО ПАВЛО БОРИСОВИЧ, ШИХАЙЛОВ МИКОЛА ОЛЕКСАНДРОВИЧ (73) ГЛАЗКОВ ВЛАДИСЛАВ ОЛЕКСАНДРОВИЧ (56) UA 62398, 15.12.2003 Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1948. - С. 218, рис. 132 RU 2046998, 27.10.1995 UA 2004042674, 17.10.2005 US 4374631, 22.02.1983 US 4495423, 22.01.1985 US 2282077, 05.05.1942 US 4068131, 10.01.1978 GB 1341604, 28.12.1973 C2 1 3 1. Завищена маса поворотної кінцевої частини лопаті через складність її конструкції, яка працює в периферійній зоні максимальних швидкостей ротора, що негативно впливає на її працездатність і підвищує шарнірний момент у вузлі повороту. Це обумовлено наявністю всередині поворотної частини лопаті відцентрового вантажу, стабілізатора, прикріпленого до зовнішньої задньої кромки кінця лопаті, а також наявністю елементів кінематичного зв'язку стабілізатора з відцентровим вантажем і підпружиненою тягою; 2. Недостатня захищеність механізму повороту лопаті від впливу метеорологічних чинників, що негативно впливає на термін його експлуатації й точність регулювання частоти обертання ротора; 3. Автономне і експериментальне відпрацювання елементів ротора спряжені зі значними труднощами через наявність механікоаеродинамічного механізму повороту кінця лопаті, що вимагає спеціального устаткування і додаткових матеріальних витрат. Задачею заявленого пристрою є спрощення конструкції, підвищення його надійності та ефективності регулювання частоти обертання. Рішення задачі здійснене за рахунок наступних загальних ознак, що характеризують заявлений пристрій і прототипи: - порожниста маточина; - лопаті, що складаються з жорстко закріплених до маточини нерухомих частин і шарнірне з'єднаних з ними кінцевих поворотних частин; - гвинтоподібні механізми повороту кінців лопатей; - відцентрові підпружинені вантажі, з'єднані з механізмами повороту кінців лопаті. Відмінними ознаками заявленого пристрою є: - механізм синхронізації повороту кінців лопатей встановлений у маточині, на валу, співвісному з віссю обертання ротора; - відцентровий вантаж являє собою жорстку трубчасту тягу, встановлену з можливістю поздовжнього переміщення уздовж внутрішньої порожнини нерухомої частини лопаті; - трубчаста тяга з'єднана шарнірне одним кінцем, за допомогою важеля регульованої довжини, з механізмом синхронізації повороту кінців лопатей, а іншим кінцем - з механізмом повороту кінця лопаті, установленим наприкінці нерухомої частини лопаті; - трубчаста тяга підпружинена регульованою пружиною стиснення в порожнині нерухомої частини біля комля лопаті. Винахідницький рівень пристрою, який заявлений, полягає в тім, що в нерухомій частині лопатей ротора вітродвигуна, для регулювання частоти обертання поворотом кінців лопатей, встановлені жорсткі трубчасті тяги з можливістю поздовжнього переміщення, підпружинені в порожнині біля комля нерухомої частини лопаті і з'єднані шарнірно за допомогою важелів з механізмом синхронізації робочих кутів лопаті, а іншим кінцем з'єднані з механізмом повороту лопаті і виконують одночасно дві основні робочі функції: - функцію силових приводів механізмів повороту кінця лопаті в положення гальмування за ра 91775 4 хунок власних відцентрових сил, що виникають у процесі роботи ротора, і в робоче положення - за рахунок зусилля пружин; - функцію кінематичного зв'язку механізмів повороту кінців лопатей з механізмом синхронізації їхніх робочих кутів, розташованим у маточині ротора. Всі вищевказані ознаки заявленого пристрою в сукупності дозволяють забезпечити досягнення позитивного ефекту, що характеризується: - спрощенням конструкції, технології виготовлення і складення, експериментального відпрацювання й технічного обслуговування ротора; - зменшенням маси конструкції ротора і шарнірного моменту поворотної частини його лопаті; - підвищенням надійності ротора за рахунок поліпшення його працездатності, ефективності регулювання частоти обертання і самозахищеності, поліпшенням експлуатаційних властивостей і захищеності кінематичних елементів керування лопатями від впливу метеорологічних чинників; - зниженням вартості. Для більш детального пояснення суті пристрою, який заявлений, представлені креслення та опис його конструкції і роботи. На Фіг.1 показаний загальний вид конструкції ротора вітродвигуна; на Фіг.2 - переріз А-А ротора площиною, що проходить уздовж осі робочого валу ротора та уздовж поздовжньої осі лопаті 2; на Фіг.3 (виносний елемент В на Фіг.2) - вид перерізу А-А в місці з'єднання нерухомої частини лопаті 3 з поворотною частиною 4; на Фіг.4 - переріз Б-Б ротора (на Фіг.2) площиною, що проходить через поздовжню вісь лопаті перпендикулярно осі робочого вала ротора; на Фіг.5 - виносний елемент Г з Фіг.4 у збільшеному масштабі. Ротор вітродвигуна містить: - порожнисту маточину 1; - три лопаті 2, кожна з яких складається із жорсткої нерухомої частини З, закріпленої на маточині 1 і з'єднаної з поворотною кінцевою частиною 4 шарнірною опорою 5; - механізм повороту кінця лопаті, який складається із втулки 6, установленої з можливістю тільки зворотно-поступального руху, і вала 7, на якому закріплений кінець лопаті 4; - механізм синхронізації 8 повороту кінця лопаті 4; - три тяги 9, кожна з яких з'єднує втулку 15 механізму повороту кінця лопаті за допомогою важеля регульованої довжини 10 з механізмом синхронізації 8; - три пружини 11 з регульованим зусиллям стиску за допомогою гайки 12; - фіксатори 13 тяг 9 від переміщення їх при стисненні пружин 11; - три кронштейни 14 для кріплення пружин 11. Робота ротора вітродвигуна відбувається в такий спосіб. Під дією аеродинамічних сил, що виникають у лопатях при обдуванні їх потоком вітру, створюється обертальний момент і відбувається обертання ротора, що передається на робочий вал 5 вітроустановки. Робота ротора характеризується двома режимами: - Не регульованим, коли частота його обертання не перевищує допустимих значень, визначених розрахунково-експериментальним шляхом, виходячи з умов його механічної міцності і безпеки. При цьому лопаті 2, у тому числі і їх кінцеві частини 4 перебувають у початковому робочому положенні, утримувані втулками 6 механізму повороту, пружинами 11 і тягами 9. - Регульованим, коли частота його обертання досягає граничнодопустимого рівня при значному посиленні вітру та у трубчастих тягах 9 виникають відцентрові сили, що перевищують початкові зусилля пружин 11. При цьому тяги 9, стискаючи пружини 11 і переміщаючись уздовж лопаті 2 до їх периферії впливають на втулки 6 механізму повороту 6, 7, які повертають кінці лопатей 4 у гальмуюче положення. Поворот кінців 4 всіх лопатей 2 відбувається синхронно, завдяки наявності механізму синхронізації 8, що з'єднує за допомогою тяг 9 і важелів 10 91775 6 механізми повороту 6, 7 у єдиний кінематичний ланцюг. При ослабленні вітру й зменшенні відцентрових сил у тягах 9, до величин, менших зусиль пружин 11, останні повертають поворотні частини 4 лопаті 2 у робоче положення й частота обертання ротора стабілізується в межах допустимих значень. Діапазон граничних значень частоти обертання ротора установлюється регулюванням зусилля підтиснення пружин 11 гайками 12 таким чином, щоб при цьому забезпечити так само надійну роботу тяг 9, підтримуючи їх у стані постійного розтягання в процесі роботи ротора і виключити умови їх стиску, при яких відносно довгі й тонкі трубчасті тяги можуть втрачати стійкість на вигин. Для поліпшення умов роботи тяг 9, вони встановлені з можливістю ковзання у втулках 15, закріплених у порожнині нерухомої частини 3 лопаті 2. Проведені проектно-конструкторські опрацювання та отримані розрахункові дані підтверджують, що заявлений пристрій ротора вітродвигуна технічно обґрунтований і може бути реалізований з одержанням позитивного ефекту. 7 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 91775 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