Вітроенергетична установка

Вітроенергетична установка, що містить башту з генератором, редуктором, механізмом повороту, щоглу, приводи для коригування кута атаки лопатей, вихідний вал, нерухомий елемент, лопа C2 1 3 в якому осі лопатей установлені з можливістю обертання і кінематично зв'язані з елементами механізмів з шаговим переміщенням таким чином, що при обертанні лопатей вони послідовно виконують повороти необхідні для здійснення лопатями робочих і холостих циклів, при цьому на осях виникають додаткові крутні моменти, які при робочому циклі передаються елементами механізму з шаговим переміщенням і механічними передачами на вихідний вал, при холостому циклі - компенсуються силами опору в нерухомому елементі. Конструкція вітроенергетичної установки передбачає установку елементу вітроколеса співвісно вихідному валу, вони кінематично зв'язані між собою планетарною передачею, воділо якої закріплено на нерухомому елементі і містить спарені сателітні колеса, що обертаються в різних напрямах і забезпечують однакові напрям обертання і кутову швидкість елементу вітроколеса і вихідного валу. Елемент вітроколеса містить механічні передачі з загальним передаточним відношенням 1, які кінематично зв'язують лопаті через конічні вінці з вихідним валом і забезпечують однаковий напрям обертання вихідного валу і лопатей відносно нерухомого елементу. При обертанні лопатей навколо осей механічні передачі передають крутний момент на вихідний вал. Елемент вітроколеса містить механічні передачі з загальним передаточним відношенням 1, кожна з яких зв'язує нерухомий елемент з корпусом механізму з шаговим переміщенням, установленим з можливістю обертання в елементі вітроколеса співвісно осі лопаті. Вхідна ланка механізму кінематично зв'язана з лопатю і забезпечує в залежності від положення лопаті відносно нерухомого елементу, рух, або вистій вихідної ланки, кінематично зв'язаної з осью вітроколеса. При обертанні вихідної ланки, ось обертається в одному напрямі з лопатю і забезпечує робочий цикл лопаті, тобто поворот лопаті під дією підйомної сили в площині, яка перпендикулярна до площини обертання лопаті, додатковий крутний момент при цьому передається від осі через механізм з шаговим переміщенням на механічні передачі лопаті, далі на вихідний вал. При вистої вихідної ланки - ось не обертається відносно нерухомого елементу, даючи змогу лопаті, обертаючись, здійснити холостий цикл і вийти в початкове положення робочого циклу, при цьому сила яка діє з боку лопаті створює момент на осі, який передається механізмом з шаговим переміщенням і механічними передачами на нерухомий елемент і врівноважується моментом опору нерухомого елементу, при цьому елемент вітроколеса обертається під дією крутного моменту від вихідного валу. Механізми з шаговим переміщенням відрегульовані таким чином, що лопаті по черзі виконують робочий цикл, зменшуючи нерівномірність крутного моменту на вихідному валу. Коригування кута атаки лопатей здійснюється сервоприводами, установленими безпосередньо на лопатях, подача енергії на сервоприводи здійснюється завдяки токоз'ємним пристроям. На Фіг.1 зображено кінематичну схему вітроенергетичної установки; 90618 4 на Фіг.2 зображено положення елементів 3; 10; 11; 12; 13; 14 в певний початковий період, вид спереду; на Фіг.3 зображено положення елементів 3; 4; 10; 11; 12; 13; 14 в певний початковий період, вид зверху; на Фіг.4 зображено положення елементів 3; 10; 11; 12; 13; 14 після повороту елементів 12; 13; 14 на кут , вид спереду; на Фіг.5 зображено положення елементів 3; 4; 10; 11; 12; 13; 14 після повороту елементів 12; 13; 14 на кут , вид зверху; на Фіг.6 зображено положення елементів 3; 4; 10; 12; 13; 14; 18; 19; 20 в певний початковий період, вид спереду; на Фіг.7 зображено положення елементів 3; 4; 10; 12; 13; 14; 18; 19; 20 після повороту елементів 12; 13; 14 на кут , вид спереду; на Фіг.8 зображено положення елементів 3; 4; 10; 21; 23; 25; 26; 27; 28 в певний початковий період, вид спереду; на Фіг.9 зображено положення елементів 3; 4; 10; 21; 23; 25; 26; 27; 28 після повороту елемента 3 на кут , вид спереду; на Фіг.10 зображено положення елементів 21 і 23, при робочому циклі; на Фіг.11 зображено положення елементів 21 і 23, при холостому циклі; на Фіг.12 зображено схему дії сил на елементи 10; 11; 12; на Фіг.13 зображено положення елементів 3; 10; 11; 12; 13; 14 в кінці робочого і на початку холостого циклів лопаті 12, вид спереду; на Фіг.14 зображено положення елементів 3; 10; 11; 12; 13; 14 в кінці робочого і на початку холостого циклів лопаті 12, вид зверху; на Фіг.15 зображено положення елементів 3; 4; 10; 12; 13; 14; 18; 19; 20 в кінці робочого і на початку холостого циклів лопаті 12, вид спереду; на Фіг.16 зображено положення елементів 3; 4; 10; 21; 23; 25; 26; 27; 28 в кінці робочого і на початку холостого циклів лопаті 12, вид спереду; Вітроенергетична установка Фіг.1 містить щоглу, башту, обертальний елемент вітроколеса 3, установлений з можливістю обертання співвісно вихідному валу 4 вітроенергетичної установки, вихідний вал 4 установлений з можливістю обертання і кінематично зв'язаний планетарною передачею з нерухомим елементом 5 і елементом вітроколеса 3, причому вхідний елемент 6 планетарної передачі установлено на вихідному валу 4, вихідний елемент 7 - закріплено на елементі вітроколеса 3, а водило 8 з парними сателітними колесами 9 закріплено на нерухомому елементі 5, передаточне відношення планетарної передачі 1, напрям обертання вхідного 6 і вихідного 7 елементів - однаковий, завдяки парі колес 9, що обертаються в різних напрямах. На елементі вітроколеса 3, симетрично вісі його обертання, з можливістю обертання установлені скріплені між собою під певним кутом осі 10 і 11 лопатей. Лопаті містять сервоприводи 15 і установлені з можливістю їх провертання для коригування кута атаки сервоприводами 15. Кожна лопать 12, 13, 14 установлена з можливістю обертання на осі 10 і міс 5 тить конічний зубчатий вінець 16, який контактує з конічним зубчатим вінцем 17, установленим з можливістю обертання на осі 11 і з'єднаним з зубчатим колесом 18. Зубчаті колеса 18 контактують з проміжними зубчатими колесами 19, які зчеплені з зубчатим колесом 20, закріпленим на вихідному валу 4. Діаметри зубчатих колес 18 і 20 - однакові. В елементі вітроколеса 3 установлені механізми з шаговим переміщенням, кожний з яких кінематично зв'язаний з відповідною осью 11. Вхідна ланка 21 кожного механізму з шаговим переміщенням кінематично зв'язана з зубчатим колесом 18 механічною передачею 22. Вихідна ланка 23 механізму з шаговим переміщенням кінематично звязана механічною передачею 24 з осью 11. Параметри механічних передач 22 і 24 забезпечують період вистою, або руху вихідної ланки 23, при повороті колеса 18 на 180° відносно нерухомого елементу 5. Корпус 25 механізму з шаговим переміщенням установлено з можливістю обертання співвісно осі 11 і зв'язано з зубчатим колесом 26. Зубчаті колеса 26 контактують з проміжними зубчатими колесами 27, які зчеплені з зубчатим колесом 28 закріпленим на нерухомому елементі 5. Діаметри зубчатих колес 26 і 28 - однакові. При обертанні елементу вітроколеса 3 кутове положення корпусу 25 нерухомого елементу 5 залишається незмінним. Взаємне положення елементів 21, 23, 25 механізму з шаговим переміщенням, осей 10, 11, лопатей 12, 13, 14 таке, що лопаті і осі, обертаючись, здійснюють цикли послідовно з рівною періодичністю. При роботі вітроенергетичної установки лопаті 12, 13, 14, сприймаючи тиск вітру, обертаються проти годинникової стрілки (Фіг.2) з сталою кутовою швидкістю навколо осей 10 і розміщенні під однаковим кутом одна до одної. При цьому лопать 12 (Фіг.2; 3) починає виконувати робочий цикл, лопать 13 - виконує робочий цикл, лопать 14 - виконує холостий цикл. Після повороту лопатей 12, 13, 14 на кут (Фіг.4; 5) через конічні вінці 16 і 17 обертання передається на колеса 18 (Фіг.6; 7), які повертаються проти годинникової стрілки на кут , і викликають поворот колес 19 на певний кут (якщо діаметр колес 19 рівний діаметру колес 18, 20 - то цей кут буде ) за годинниковою стрілкою, що викличе поворот колеса 20 і вала 4 на кут проти годинникової стрілки, елементи 6, 8, 9, 7 планетарної передачі забезпечують поворот елементу 3 проти годинникової стрілки відносно нерухомого елементу 5, при цьому колесо 19 обертається проти годинникової стрілки, а кутове положення колес 18 і 20 не змінюється, причому відносно елементу вітроколеса 3 положення колес 18 і 20 буде таким, як і до повороту (Фіг.2; 3; 6). Після повороту на кут лопаті займуть наступне положення (Фіг.4; 5; 7): лопать 12 - здійснює робочий цикл; лопать 13 продовжує здійснювати робочий цикл; лопать 14 здійснила половину холостого циклу і знаходиться в серединному його положенні. При здійснені повороту елементу вітроколеса 3 на кут (Фіг.8; 9) проти годинникової стрілки колеса 27 повернуться на певний кут (якщо діаметр колес 27 рівний діаметру колес 26, 28 - то цей кут буде ), проти годинникової стрілки навколо нерухомого колеса 28, 90618 6 колеса 26 повернуться на кут за годинниковою стрілкою, їх кутове положення відносно нерухомого елементу 5 не зміниться. Разом з колесами 26 залишиться сталим і кутове положення корпусів 25 механізмів з шаговим переміщенням, але колеса 18 відносно корпусу 25 (Фіг.6; 7; 8; 9) повернуться на кут проти годинникової стрілки, викликаючи обертання елементів механічної передачі 22, які обертають вхідну ланку 21 механізму з шаговим переміщенням (Фіг.10; 11) проти годинникової стрілки. Для лопатей 12 і 13 (здійснюють робочий цикл) дане обертання викликає обертання вихідної ланки 23 за годинниковою стрілкою (Фіг.10) і обертання елементів механічної передачі 24, які повертають осі 10 і 11 проти годинникової стрілки на кут відносно елементу вітроколеса 3 і колеса 18 і кут 2 відносно корпусу 25 і колеса 26. Для лопаті 14 (здійснює холостий цикл) обертання колес 18 відносно корпусу 25 викликає обертання вхідної ланки 21, але вихідна ланка 23 не обертається (Фіг.11), що викликає обертання осей 10 і 11 корпусом 25 відносно елемента вітроколеса 3 за годинниковою стрілкою на кут , відносно нерухомого елементу 5 кутове положення осей 10, 11 залишається незмінним (Фіг.8; 9). При обертанні лопатей 12, 13, 14 навколо осей 10 в кожній лопаті виникає підйомна сила Рх (Фіг.12; 2; 4), перпендикулярна площині обертання лопаті, дана сила передається на ось 10 через втулку лопаті двома різнонаправленими силами R1 і R2. Сила R1 завжди направлена від центру обертання осі 11 в центр обертання елементу вітроколеса 3, сила R2 зміщена від центрів обертання осі 11 і елемента вітроколеса 3 і паралельна силі R1. В момент коли лопаті здійснюють робочий цикл (лопаті 12 і 13 Фіг.2; 3; 4; 5) осі 10 і 11, повертаючись, дозволяють лопатям здійснити поворот під дією сили Рх в напрямі, який перпендикулярний площині їх обертання, при цьому сила R2 утворює на осі 11 крутний момент, який повертає осі 10 і 11 проти годинникової стрілки, обертання передається механічною передачею 24 на вихідну ланку 23 (Фіг.1; 10), що обертає вхідну ланку 21 проти годинникової стрілки, передаючи додатковий крутний момент через механічну передачу 22 на колесо 18 і далі на вихідний вал 4. В момент коли лопаті здійснюють холостий цикл (лопать 14 Фіг.2; 3; 4; 5) осі 10 і 11, повертаючись відносно елемента вітроколеса 3 за годинниковою стрілкою не змінюють кутове положення відносно нерухомого елементу 5. Сила R2 утворює на осі 11 момент який передається на вихідну ланку 23, яка зафіксована механізмом з шаговим переміщенням, тому момент далі передається на корпус 25, колеса 26, 27, 28, на нерухомому колесі 28 момент врівноважується моментом опору від нерухомого елементу 5, при цьому в точках контакту колес 28 і 27, а також 27 і 26 утворюється пара сил рівних по величині і протилежних по напряму, що викликає на осі 10 появлення сили яка врівноважує силу R2 і не створює опору для обертання елементу вітроколеса 3. Отже за період здійснення кожною лопатю робочого циклу лопать повернеться на 180° з положення лопаті 12 Фіг.2 в положення лопаті 12 Фіг.13, при цьому лопать здійснить поворот в на 7 прямі дії підйомної сили Рх з положення лопаті 12 Фіг.3 в положення лопаті 12 Фіг.14, елементи 18, 19, 20, 4, 6, 7, 3 (Фіг.2; 13; 6; 8; 15; 16) повернуться проти годинникової стрілки на 180° відносно нерухомого елементу 5, при цьому вхідна ланка 21 повернеться на кут, який забезпечує період руху вихідної ланки 23 і поверне її за годинниковою стрілкою, механічна передача 24 поверне осі 10, 11 проти годинникової стрілки на 180° відносно елементу вітроколеса 3 і на 360° відносно нерухомого елементу 5, корпус 25, колесо 26 не обертаються відносно нерухомого елементу 5. За період здійснення кожною лопатю холостого циклу лопать повернеться на 180° з положення лопаті 12 Фіг.13 90618 8 в положення лопаті 12 Фіг.2, при цьому лопать повертаючись навколо осі 10 проти годинникової стрілки перейде з положення лопаті 12 Фіг.14 в положення лопаті 12 Фіг.3, елементи 18, 19, 20, 4, 6, 7, 3 (Фіг.2; 13; 6; 8; 15; 16) повернуться проти годинникової стрілки на 180° відносно нерухомого елементу 5, при цьому вхідна ланка 21 повернеться на кут який забезпечує період вистою вихідної ланки 23, вихідна ланка - нерухома, корпус 25 і колесо 26 не обертаються відносно нерухомого елемента 5 і разом з осью 10 не обертається відносно корпусу 25 і нерухомого елементу 5 і повернеться на 180° за годинниковою стрілкою відносно елементу вітроколеса 3. 9 90618 10 11 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 90618 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