Вітроенергетична установка з вітроколесом зі змінними осями

Вітроенергетична установка з вітроколесом зі змінними осями, що містить башту з генератором, C2 1 3 рювати переміщення лопатей вітроколеса з змінними осями, які вони здійснюють під дією підйомної сили, в крутячий момент на вихідному валу. Поставлена мета досягається тим, що кожна лопать містить вінець конічної передачі, що контактує з аналогічним вінцем, установленим з можливістю обертання на шийці розміщеній паралельно осі обертання елементу вітроколеса і зв'язаним з механічною передачею з загальним передаточним відношенням 1, що кінематично зв'язана з вихідним валом. В башті вітроенергетичної установки розміщено механізм з шаговим переміщенням, його вхідна ланка кінематично зв'язана механічною передачею з вихідним валом, а вихідна ланка через механічну передачу зв'язана з елементом вітроколеса. При обертанні лопатей крутний момент через вінці конічної передачі передається на механічну передачу з загальним передаточним відношенням 1 і далі на вихідний вал, обертаючи його. При цьому в період коли вітроколесо здійснює робочий цикл і лопаті повертаються в площині перпендикулярній площині обертання, проекція підйомної сили, що паралельна вісі шийки на якій розміщено лопать здатна за рахунок кутового зміщення шийок утворювати додатковий крутний момент на елементі вітроколеса і передається через механічну передачу на вихідний елемент механізму з шаговим переміщенням, далі на вхідний елемент і від нього через механічну передачу на вихідний вал, збільшуючи крутний момент що утворений лопатями при обертанні навколо осей де їх установлено. Коригування кута атаки лопатей здійснюється сервоприводами, установленими безпосередньо на лопатях, подача енергії на сервоприводи здійснюється завдяки струмоз'ємним пристроям. На Фіг.1 зображено кінематичну схему вітроенергетичної установки з вітроколесом з змінними осями; на Фіг.2 зображено положення елементів 3; 10; 11; 12; 13 при здійснені холостого циклу; на Фіг.3 зображено положення елементів 3; 10; 11; 12; 13 при завершені холостого і на початку робочого циклу; на Фіг.4 зображено положення елементів 3; 4; 5 в кінці робочого і на початку холостого циклу, вид спереду; на Фіг.5 зображено положення елементів 3; 4; 5 в кінці робочого і на початку холостого циклу, вид зверху; на Фіг.6 зображено положення елементів 3; 4; 5 в кінці холостого і на початку робочого циклу, вид спереду; на Фіг.7 зображено положення елементів 3; 4; 5 в кінці холостого і на початку робочого циклу, вид зверху; на Фіг.8 зображено положення елементів 15 і 17 в період холостого циклу; на Фіг.9 зображено положення елементів 3; 10; 11; 12; 13 при здійснені робочого циклу; на Фіг.10 зображено положення елементів 15 і 17 в період початку робочого циклу; на Фіг.11 зображено положення елементів 3; 4; 5, що відповідають половині періоду робочого циклу, вид спереду; 90614 4 на Фіг.12 зображено положення елементів 3; 4; 5, що відповідають половині періоду робочого циклу, вид збоку; на Фіг.13 зображено положення елементів 15 і 17, що відповідають половині періоду робочого циклу; на Фіг.14 зображено схему дії сил на елементи 3; 4; 5; на Фіг.15 зображено схему дії сил на елемент 4 в момент, що відповідає початку робочого циклу; на Фіг.16 зображено схему дії сил на елемент 4 в момент, що відповідає повороту лопатей 3 на кут α після початку робочого циклу; на Фіг.17 зображено схему дії сил на елемент 4 в момент, що відповідає половині періоду робочого циклу; на Фіг.18 зображено схему дії сил на елемент 4 в момент, що відповідає повороту лопатей 3 на кут γ після початку робочого циклу; на Фіг.19 зображено схему дії сил на елемент 4 в момент, що відповідає кінцю робочого циклу. Вітроенергетична установка Фіг.1 містить щоглу 1, башту 2, вітроколесо з змінними осями в склад якого входять лопаті 3, обертальний елемент вітроколеса 4, осі лопатей 5. Лопаті 3 містять сервоприводи 6 і установлені з можливістю їх провертання для коригування кута атаки сервоприводами б. Кожна лопать З містить конічний зубчатий вінець 7, установлений співвісно осям 5. Кожний зубчатий вінець 7 зчеплений з аналогічним зубчатим вінцем 8 установленим співвісно на осі 9, що паралельна вісі обертання елементу вітроколеса 4. Кожний зубчатий вінець 8 з'єднаний з зубчатим колесом 10. Зубчаті колеса 10 контактують з проміжними зубчатими колесами 11, які зчеплені з зубчатим колесом 12 установленим на вихідному валу 13. Діаметри зубчатих коліс 10 і 12 однакові, разом з проміжним колесом 11 вони утворюють механічну передачу 14 з загальним передаточним відношенням 1. В башті 2 вітроенергетичної установки розміщено механізм з шаговим переміщенням у якого вхідна ланка 15 кінематично зв'язана механічною передачею 16 з вихідним валом 13, а вихідна ланка 17 кінематично зв'язана механічною передачею 18 з елементом вітроколеса 4 передаточне відношення механічних передач 16 і 18 таке, що при повороті вихідного валу 13 на 180° вхідна ланка 15 повернеться на кут, що відповідає періоду руху, або періоду вистою вихідної ланки 17, при цьому кут повороту при періоді руху вихідної ланки 17 повинен, разом з механічною передачею 18, забезпечувати поворот елементу вітроколеса 4 на 360°. При роботі вітроенергетичної установки з вітроколесом з змінними осями лопаті 3 вітроколеса, сприймаючи тиск вітру, обертаються з сталою кутовою швидкістю. При здійснені холостого циклу елемент вітроколеса 4 - не обертається, при повороті лопаті 3 на кут α за годинниковою стрілкою Фіг.2 і 3, конічні зубчаті вінця повернуть зубчате колесо 10 на цей же кут α за годинниковою стрілкою, при цьому проміжне зубчате колесо 11 повернеться на певний кут, який залежить від його діаметру, в протилежну сторону, а зубчате колесо 12, що рівне по діаметру до колеса 10, разом з вихід 5 ним валом 13 повернуться на кут α за годинниковою стрілкою. Лопаті 3 при здійснені холостого циклу повернуться на 180° за годинниковою стрілкою, відповідно повернувши на 180° вихідний вал і при цьому з початкового положення Фіг.5 і 6 займуть кінцеве положення холостого циклу Фіг.7 і 8, яке одночасно являється початковим положенням робочого циклу. На протязі холостого циклу лопаті 3 обертаються під дією проекції підйомної сили на площину, що перпендикулярна до осі 5 на якій розміщено лопать і розміщена під кутом β (Фіг.5 і 7) до площини, що перпендикулярна осі 9. За період здійснення лопатями 3 холостого циклу положення елементів механізму з шаговим переміщенням буде таким що відповідає Фіг.8, де вхідна ланка 15 обертається проти годинникової стрілки, а вихідна ланка 17 - нерухома і відповідно елемент вітроколеса 4 не обертається. При здійснені робочого циклу лопаті 3 продовжують обертання за годинниковою стрілкою, одночасно елемент вітроколеса 4 починає обертатися з вдвічі більшою кутовою швидкістю Фіг.3 і 9. При повороті лопаті 3 на кут α зубчаті вінці 7 і 8 повернуть зубчате колесо 10 на кут α за годинниковою стрілкою, при цьому елемент 4 повернеться на кут 2α, разом з елементами 10; 11; 12 механічної передачі 14, проміжне колесо 11 повернеться проти годинникової стрілки на кут рівний сумі двох кутів: перший - викликаний кутом повороту зубчатого колеса 10 (при рівних діаметрах коліс 10; 11 і 12 він буде становити α); другий - викликаний кутом повороту елементу вітроколеса 4 і становить 2α. Зубчате колесо 12 повернеться на кут α за годинниковою стрілкою, разом з вихідним валом 13. Обертання вихідного валу 13 викликає обертання, через механічну передачу 16, вхідної ланки 15 механізму з шаговим переміщенням проти годинникової стрілки Фіг.10, величина кута повороту вхідної ланки 15 повинна забезпечити період руху вихідної ланки 17 на протязі повороту лопатей 3 на кут 180° і разом з механічною передачею 18 поворот елементу вітроколеса 4 на кут 360°. Вихідна ланка 17 під дією вхідної ланки 15 обертається за годинниковою стрілкою Фіг.10, викликаючи обертання за годинниковою стрілкою елементу вітроколеса 4. При обертанні елементу вітроколеса 4 осі 5 лопатей 3 змінюють своє положення, повертаючи лопаті в напрямі дії проекції підйомної сили Фіг.7 і 5, при 90614 6 цьому кут повороту лопатей в цьому напрямі (за період робочого циклу) буде становити 2β, на середині робочого циклу елементи вітроенергетичної установки займуть положення відображене на Фіг.11; 12; 13. При здійснені лопатями 3 робочого циклу, проекція підйомної сили Рх (Фіг.14) на площину що проходить через вісь лопаті і вісь осі 5 утворює на кінцях втулки лопаті, що установлена на осі 5 пару сил R1 і R2, проекції даних сил на площину, що перпендикулярна вісі обертання елемента вітроколеса 4 рівні Rx1=R1×cosβ; Rx2=R2×cosβ і утворюють крутні моменти рівні добутку відповідно Rx1 і Rx2 та найкоротшої відстані від центру елементу вітроколеса 4 до векторів Rx1 і Rx2. В початковий момент робочого циклу Фіг.15 крутні моменти від проекцій сил Rx1 і Rx2 будуть однакові і врівноважені оскільки відстані від даних векторів однакові, а напрями їх дії - протилежні, отже на початку робочого циклу додатковий крутний момент на елементі вітроколеса 4 - відсутній і елемент 4 обертається за рахунок відбору потужності від вихідного валу 13 через елементи 15; 16; 17; 18. В подальшому при повороті лопатей 3 на кут α (Фіг.16) крутний момент від проекції Rx2 перевищує момент від проекції Rx1, оскільки відстань від центру обертання до Rx2 більше ніж до Rx1, отже результуючий момент рівний 2×MRx2 2×MRx1 діє на елемент вітроколеса 4 повертаючи його за годинниковою стрілкою, при цьому він передається від елементу вітроколеса 4 на механічну передачу 18, від неї на вихідну ланку 17, потім вхідну ланку 15 механізму з шаговим переміщенням і через механічну передачу 16 на вихідний вал 13. Далі в середині робочого циклу Фіг.17 проекції Rx1 врівноважують одне одну і елемент вітроколеса 4 обертається виключно під дією крутного моменту від проекції Rx2. Далі в певному положенні крутні моменти від проекцій Rx1 і Rx2 врівноважуються, і при подальшому збільшені кута γ крутні моменти від проекцій Rx1 будуть більші ніж крутні моменти від проекцій Rx2 (Фіг.18), і сумарний момент продовжить обертати елемент вітроколеса 4 за годинниковою стрілкою, збільшуючи потужність на вихідному валу 13. В кінці робочого циклу Фіг.19 - крутні моменти від проекцій Rx1 і Rx2 врівноважуються і елемент вітроколеса 4 завершує обертання, не передаючи крутний момент через елементи 18; 17; 15 і 16 на вихідний вал. 7 90614 8 9 90614 10 11 Комп’ютерна верстка А. Рябко 90614 Підписне 12 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