ветродвигатель

Формула изобретения

1. ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ветроколесо, управляющий механизм, корпус, размещенные в корпусе вал силовой трансмиссии, связанный с ветроколесом, и тормозной диск, закрепленный на валу, отличающийся тем, что ветродвигатель снабжен обоймой с выступами, защелкой с осью, закрепленной в корпусе, и по меньшей мере одним дополнительным тормозным диском, при этом дополнительный тормозной диск установлен на валу с возможностью осевого перемещения, обойма расположена между тормозными дисками и совместно с дополнительным тормозным диском подпружинена в осевом направлении к тормозному диску, а защелка выполнена с возможностью взаимодействия с выступами обоймы и связана с управляющим механизмом.

2. Ветродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что управляющий механизм снабжен профилированным кулачком, связанным с обоймой, и имеет по меньшей мере два звена, первое звено установлено на одной оси с защелкой и выполнено с возможностью взаимодействия с кулачком, второе звено имеет возможность взаимодействия с первым звеном и защелкой, причем последняя подпружинена относительно корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобpетение относится к ветроэнергетике и предназначено для использования в ветроагрегатах различного назначения и мощности.

Известен ветродвигатель, входящий в состав ветроэлектрического агрегата и содержащий ветроколесо, закрепленное на валу и кинематически связанное с электрическими генераторами при помощи ременной передачи. Шкив ременной передачи жестко закреплен на валу и имеет полость, в которой установлен нажимной ролик. Последний при помощи системы рычагов контактирует с тормозной поверхностью полости шкива и тормозит вал вместе с ветроколесом. Усилие торможения возникает при воздействии вручную на трос управления. Кроме того, есть возможность торможения ветроколеса при помощи включения дополнительной обмотки на генераторе, включатель такой нагрузки связан с ветровой лопаткой, которая срабатывает при усилении ветра [1]

Недостатком известного ветродвигателя является недостаточная мощность торможения при буревых скоростях ветра, поскольку в автоматическом режиме это торможение осуществляется нагружением дополнительной обмотки одного генератора, а для полного останова ветроколеса надо использовать ручной механический тормоз, которым трудно пользоваться при сильной скорости ветра.

Известен также ветродвигатель, содержащий ветроколесо с управляемыми от центробежного регулятора поворотными лопастями, силовую трансмиссию, связывающую при помощи валов и мультипликатора ветроколесо с электрическим генератором, тормозной диск, взаимодействующий с прижимной обоймой при помощи ветровой лопатки с управляющим механизмом [2]

Недостатками этого ветродвигателя являются сложный механизм управления, включающий электрический двигатель, редуктор и передачу с рычагом и винтовой парой, резкое включение механизма управления ветровой лопаткой, имеющей фиксатор положения, а прижимная обойма не находится в постоянном контакте с тормозным диском.

Известен, принятый за прототип ветродвигатель, содержащий ветроколесо, вал силовой трансмиссии, связанный с ветроколесом, тормозной диск, закрепленный на валу в корпусе ветродвигателя, и управляющий механизм [3]

Пуск в работу и останов ветроколеса ветродвигателя-прототипа осуществляется при заданной скорости ветра воздействием на тормозной диск при помощи управляющего механизма, который имеет рычаг с грузом и приводной электромагнит. При срабатывании электромагнита груз с рычагом опускается и через тормозные колодки нажимает на тормозной диск. Плавность торможения при опускании рычага производится при помощи демпфера, состоящего из поршня с цилиндром.

Недостатками прототипа являются громоздкая конструкция управляющего механизма с грузом управления большой массы и необходимость работы только при наличии электроэнергии, что требует установки на ветродвигателе электроаккумулятора. Это снижает надежность работы ветродвигателя.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности его работы, снижение габаритов и массы управляющего механизма.

Это достигается тем, что ветродвигатель содержит ветроколесо, вал силовой трансмиссии, тормозной диск, корпус, управляющий механизм, подпружиненные дополнительный тормозной диск и обойму, соосные с тормозным диском, выступы на обойме, защелка с осью, связанной с корпусом, выполненная с возможностью взаимодействия с выступами обоймы и связанная с управляющим механизмом, последний снабжен профилированным кулачком, связанным с обоймой, имеет минимум два звена, из которых первое звено установлено на одной оси с защелкой и выполнено с возможностью взаимодействия с кулачком, второе звено взаимодействует с первым и защелкой, подпружиненной относительно корпуса.

На фиг. 1 представлен ветродвигатель, управляющий механизм которого в качестве примера имеет ветровую лопатку, общий вид; на фиг. 2 кинематическая схема управляющего механизма в положении "Выключено"; на фиг. 3 то же, в положении "Включено".

Ветродвигатель содержит ветроколесо 1, вал силовой трансмиссии 2, связанный с ветроколесом, тормозной диск 3, закрепленный на валу, корпус 4 ветродвигателя и управляющий механизм 5.

Ветродвигатель снабжен обоймой 6 с выступами 7, защелкой 8 с осью 9, закрепленной в корпусе 4, и минимум одним дополнительным тормозным диском 10, установленным на валу 2 с возможностью осевых перемещений. Обойма 6 расположена между тормозными дисками 3 и 10 и совместно с дополнительным тормозным диском 10 подпружинена пружинами 11 в осевом направлении к тормозному диску 3, а защелка 8 выполнена с возможностью взаимодействия с выступами 7 обоймы 6 и связана с управляющим механизмом 5.

Управляющий механизм снабжен профилированным кулачком 12, связанным с обоймой 6, и имеет минимум два звена, первое звено 13 установлено на одной оси 9 с защелкой 8 и выполнено с возможностью взаимодействия с кулачком 12, второе звено 14 имеет возможность взаимодействия с первым звеном 13 и защелкой 8, а последняя подпружинена пружиной 15 относительно корпуса 4.

Кроме того, в качестве примера конструктивного исполнения на схемах показаны ось 16 связи защелки 8 со вторым звеном 14, упор 17 и ролик 18, а также ветровая лопатка 19 и генератор 20 или рабочая машина, кинематически связанный с ветроколесом. Для принудительного пуска-останова ветроколеса 1 служит тяга 21.

В качестве привода управляющего механизма 5 может служить ветровая лопатка 19 или другое средство (например, маломощный электромагнит, гидроцилиндр и пр.).

Ветродвигатель работает следующим образом. При отсутствии ветра ветроколесо 1 не вращается, защелка 8 пружиной 15 удерживается от контакта с одним из выступов 7 обоймы 6, т.е. управляющий механизм не воздействует на силовую трансмиссию и вал 2.

В случае появления рабочей скорости ветра механизм ориентации поворотной головки ветродвигателя устанавливает ветроколесо на ветер, ветроколесо 1 и вал 2 начинают вращаться, передавая энергию генератору 20 или рабочей машине. Затем от генератора 20 энергия по кабелю и опоре поступает к потребителю. Обойма 6 с кулачком 12 также вращаются на валу 2, а пружины 11 прижимают к диску 3 обойму 6 и диск 10.

Усилие прижатия рассчитано на передачу определенного момента, при возникновении которого начинается торможение ветроколеса. Однако при поднятой защелке 8, т.е. оттянутой пружиной 15 к корпусу, торможения не производится, а звенья 13 и 14 расположены на упоре 17.

Для сохранения прочности ветродвигателя ветроколесо необходимо остановить при штормовой скорости ветра 15-25 м/с. В этом случае, например, ветровая лопатка 19 под напором ветра через звенья 14 и 13 перемещает защелку 8 к выступу 7 и растягивает пружину 15. При заранее рассчитанной скорости ветра (15-25 м/с) ролик 18 сходит с упора 17 и вступает в контакт с выемкой на звене 13. Тогда защелка 8 на участке между осями 9 и 16 и два звена 13 и 14 образуют жесткий треугольник, а профилированный выступ кулачка 12, взаимодействуя с первым звеном 13, поворачивает указанный треугольник вместе с защелкой 8 к выступу 7 обоймы 6.

Геометрия кулачка 12 такова, что его максимальный профилированный выступ направляет торец защелки 8 к выступу 7 на всю его высоту. Это позволяет обеспечить полный контакт деталей 8 и7 на высоту выступа и избежать разрушений его кромок. При упоре защелки 8 в выступ кинематическая энергия обоймы 6 расходуется на трение между дисками 3 и 10, которое создает тормозной момент, превышающий движущий момент ветроколеса. После этого наступает остановка ветроколеса. При включении защелки 8 не происходит удара, так как трение между дисками 3, 10 и обоймой 6 демпфирует удар.

После уменьшения скорости ветра лопатка 19 пружиной 15 вернется в исходное положение, ролик 18 сместится за упор 17, контакт звеньев 13 и 14 нарушится, защелка 8 выйдет из контакта с выступом 7, а управляющий механизм 5 вернется в исходное положение. Ветроколесо станет вновь вращаться.

Упор 17 определяет начало включения механизма 5 и поэтому его положение на корпусе 4 может изменяться, что приводит к изменению расчетной скорости ветра для начала торможения ветроколеса.

Для принудительного останова ветроколеса вручную или при помощи электромагнита воздействуют на тягу 21 и через нее на привод 19.

Таким образом, предложенный ветродвигатель автоматически выключается при опасной буревой скорости ветра, а после окончания бури снова продолжает работать. Это позволяет повысить надежность ветродвигателя, увеличить срок службы и получить значительный технико-экономический эффект, заключающийся в увеличении выработки электроэнергии.

Кроме того, управляющий механизм предложенного ветродвигателя имеет небольшие габариты и массу, а при наличии ветровой лопатки 19 его работа автономна и не требует дополнительного источника электроэнергии в виде аккумулятора.