Результат интеллектуальной деятельности: РЕГУЛЯТОР ОБОРОТОВ ВЕТРОКОЛЕСА ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к ветроэнергетике, к устройствам регулирования частоты вращения ветроколеса посредством изменения угла поворота лопастей относительно их оси вращения.

Известен принятый за прототип регулятор оборотов ветроколеса ветродвигателя, основанный на повороте лопастей ветроколеса относительно их оси вращения (поворот лопастей в "рабочее" или "флюгерное" положение), основанный на принципе "винт-гайка" описанном в журнале "EWEK' 86" (A.Raguzzi, Bookshop for Scientific Publications, ISES, 1986, стр.563-570). Данный регулятор оборотов ветроколеса ветродвигателя (ветроэнергетической установки) содержит закрепленные на валу ветроколеса лопасти, соединенные с качалками, которые через тяги соединены шарнирно с гайкой, расположенной на винтовом валу, соединенном посредством редуктора с электроприводом. При этом регулятор оборотов снабжен системой автоматического управления. Работа регулятора-прототипа основана на том, что винтовой вал вращается электроприводом с постоянной скоростью, соответствующей рабочей (номинальной) скорости вращения ветроколеса. При этом, если фактическая скорость вращения ветроколеса равна номинальной, то гайка вращается одновременно с винтовым валом, не совершая никаких перемещений относительно него, соответственно и приводимые тягами лопасти установлены в расчетное рабочее положение. При увеличении или уменьшении фактической скорости вращения ветроколеса относительно номинальной гайка будет перемещаться на винтовом валу, передавая тягами поворот лопасти соответственно в сторону "флюгерного" положения или положения максимального отбора энергии воздушного потока.

Общими существенными признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются следующие: регулятор оборотов ветроколеса ветродвигателя содержит закрепленные на валу ветроколеса лопасти, соединенные с качалками, которые через тяги соединены шарнирно с гайкой, расположенной на винтовом валу; при этом регулятор оборотов снабжен системой автоматического управления.

Известное устройство позволяет регулировать скорость вращения ветроколеса (поддерживать постоянную рабочую скорость), однако в связи с наличием электропривода с редуктором является более дорогостоящим и более сложным, а соответственно менее надежным и менее экономичным (электродвигатель или электродвигатели работают постоянно, необходим дополнительный достаточно мощный источник электроэнергии, а для небольших ветродвигателей существенно снижается кпд).

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение, удешевление конструкции, увеличения ее кпд.

Для решения данной технической задачи регулятор оборотов ветроколеса, содержащий закрепленные на валу ветроколеса лопасти, соединенные с качалками, которые через тяги соединены шарнирно с гайкой, расположенной на винтовом валу, систему автоматического управления, дополнительно содержит соединенные с системой автоматического управления электромагнитные муфты торможения гайки относительно вала ветроколеса, гайки относительно неподвижной части ветродвигателя, винтового вала относительно вала ветроколеса и винтового вала относительно неподвижной части ветродвигателя.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения от известного является то, что регулятор дополнительно содержит соединенные с системой автоматического управления электромагнитные муфты торможения гайки относительно вала ветроколеса, гайки относительно неподвижной части ветродвигателя, винтового вала относительно вала ветроколеса и винтового вала относительно неподвижной части ветродвигателя.

Благодаря данным отличительным существенным признакам предлагаемого технического решения в совокупности с известными из прототипа достигается следующий технический результат - вместо электропривода с редуктором используются менее сложные, менее энергоемкие электромагнитные муфты, что сказывается как на цене ветродвигателя, так и на его кпд.

Предложенное техническое решение может найти применение в конструкции ветроэнергетических установок в системах регулирования частоты вращения ветроколеса посредством изменения угла поворота лопастей относительно их оси вращения.

Конструкция предлагаемого регулятора оборотов ветроколеса поясняется чертежами фиг.1-3.

На фиг.1 изображен ветродвигатель в режиме работы, когда скорость вращения ветроколеса соответствует расчетной и все электромагнитные тормозные муфты отключены.

На фиг.2 изображен ветродвигатель в режиме работы, когда скорость вращения ветроколеса падает и включены электромагнитные муфты торможения гайки относительно вала ветроколеса и винтового вала относительно неподвижной части ветродвигателя.

На фиг.3 изображен ветродвигатель в режиме работы, когда скорость вращения ветроколеса растет и включены электромагнитные муфты торможения гайки относительно неподвижной части ветродвигателя и винтового вала относительно вала ветроколеса.

Изображенный на фиг.1-3 регулятор оборотов ветроколеса ветродвигателя содержит закрепленные на валу 1 ветроколеса лопасти 2, соединенные с качалками 3, которые через тяги 4 соединены шарнирами 5 с гайкой 6, расположенной на винтовом валу 7. При этом регулятор содержит соединенные с системой автоматического управления (не показана) электромагнитные тормозные муфты: 8 - торможения гайки 6 относительно вала 1 ветроколеса; 9 - гайки 6 относительно неподвижной части (гондолы) 12 ветродвигателя; 10 - винтового вала 7 относительно вала 1 ветроколеса; 11 - винтового вала 7 относительно неподвижной части 12 ветродвигателя.

Предложенный регулятор оборотов работает следующим образом. При нормальной рабочей частоте вращения ветроколеса (фиг.1) все муфты 8, 9, 10 и 11 разомкнуты и гайка 6 вращается с винтовым валом 7 с одинаковой скоростью без взаимного перемещения.

При снижении ветра и соответствующем снижении оборотов ветроколеса по сигналу автоматической системы управления включаются электромагнитные муфты 8 и 11, и гайка 6 перемещается влево, разворачивая лопасти 2 в положение, соответствующее рабочей скорости вращения ветроколеса, по достижении которого муфты 8 и 11 автоматически отключаются.

При увеличении ветра и соответствующем увеличении оборотов ветроколеса по сигналу автоматической системы управления включаются электромагнитные муфты 9 и 10, и гайка 6 перемещается вправо, разворачивая лопасти 2 в более "флюгерное" положение, соответствующее рабочей скорости вращения ветроколеса, по достижении которого муфты 9 и 10 автоматически отключаются.