Ротор ветросиловой установки

)5 86 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМ ЕТЕЛЬСТВ(57) Использование: в ветросиловых установках. Сущность изобретения: ротор вет. росиловой установки содержит вал с размещенной на нем ступицей, соединенной посредством шарниров и промежуточных звеньев с узлами крепления лопастей. Каждый шарнир ступицы расположен оппозитно присоединенной к немулопасти относительно оси вала. Продольная ось шарнира расположена под углом к продольной оси этой лопасти, не превышающим 90. 8 ил.(71) Жуковский центр научтворчества молодежи "Икар(54) РОТОР ВЕТРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ Изобретение относится к конструкции На фиг.5 показана схема сил на роторе установок, использующих энергию ветра. при осевом потоке.Цель изобретенияповышение надеж- На фиг.6 дана схема сил на роторе при ности и снижение весогабаритных характе- косой обдувке.ристик. На фиг.7 изображена конструктивнаяПоставленйая цель достигается тем, что схема втулки для ротора.каждый из шарниров втулки расположен в На фиг.8 показан вид В фиг,7.плоскости, перпендикулярной оси вала и Ротор ветросиловой установки (фиг,1) связан с шарниром лопасти, размещенной состоит из ступицы втулки 1 с отверстием относительно вала стороны втулки под уг- под вал 2 и лопасти 3 с осью 4, а также лом, не более 90 к оси лопасти. Цилиндр лопасти 5 с осью 6. Лопасти 3 и 5 присоедирасположен параллельно оси соответствую- нены к осевым шарнирам 7 втулки 1, а осещей лопасти. Шток установлен с возможно- вые шарниры 7 сопряжены со ступицей с стью поворота относительно своей оси и помощьюпромежуточныхзвеньев 8. Косе- соединен с рычагом и последний соединен вым шарнирам 7 прикреплены рычаги упс лопастью посредством тяги, равления шагом лопастей 9.На фиг.1 показана конструктивная схе- Промежуточное звено 8 сопряжено со стума ротора ветросиловой установки с попе- пицей втулки 1 посредством шарнира с речными шарнирами под углом 90 к оси осью 10, лежащей в плоскости перпендикулопасти. лярной оси отверстия под вал и расположенНа фиг,2 изображена схема ротора сйой пад углом р к оси соответствующей поперечными шарнирами под углом 90 к лопасти. Угол равен 900, т.е. ось шарнира 10 оси лопасти, ортогональна оси 4 лопасти 3. АналогичноНа фиг.3 представлено сечение А-А расположена и ось 11 для лопасти 5. Осьшарнира 10 относительно оси отверстия4 дано сечение Б-Б фиг.1, под валы расположена оппозитно лопасти 3ротора, Точно так же расположена оппоэитно лопасти 5 ось 11,Оси 10, 11 могут быть (фиг,2) к осям лопастей 4, 6 расположены под углом р 2, который меньше 90 О, Т,о, эти оси расположены к соответствующим осям лопастей подуглом у 90,Шарниры с осями 10, 11 (фиг,З) о дальнейшем именуемые поперечными шарнирами, образованы, установленными о расточках 12 ступицы втулки 1, подшипниками 13 и цапфами 14 промежуточных звеньев 8,К промежуточному звену 8 фиг,4); к его вилке 15, цапфа 16 осевого шарнира 7 присоединена, расположенными в расточках 17 цапфы 16, подшипниками 18, которые опираются на палец 19, установленный а проушинах вилки 15, Т.о, вилка 15, цапфа 16, подшипники 18 и палец 19 образуют шарнир, ось которого лежит о плоскости, проходящей через ось 6 лопасти 5 и ось отверстия под вал 2, параллельно оси отверстия под вал 2. В дальнейшем эти шарниры именуются п родольн ыми. П родольн ые шарниры расположены по одну сторону от отверстия под вал вместе с соответствующими лопастями.При вращении ротора (фиг.5) в осевом потоке, имеющем скорость Чср, лопасти 3, 5 своими осями 4, 5 относительно шарнироо . 10, 11 втулки 1 с валом 20 устанавливаются под углом у 1 к плоскости вращения 21 под действием равнодействующих сил В, состоящих из центробежной силы лопасти Р и подьемной силы лопасти, направленной по оси 22 вала 20, Осевая сила на ротор У 1, проходящая через ось поворота головки ротора 23, в этом случае момента относительно вертикальной оси 23 не дает.При косой обдувке ротора фиг.6), когда поток со скоростью направлен под углом й к оси 22 вращения ротора, лопасть 3 своей осью 4 устанавливается под углом у 2 к плоскости вращения ротора 21, а лопасть 5 - под углом уз, Это происходит потому, что на лопасть 5 до этого в поперечной плоскости действовала большая аэродинамическая сила, а значит и сила подъемная на лопасти 5. От взмаха лопасти вверх относительно своего шарнира 11 угол у нее с плоскостью вращения увеличился. В этой же плоскости на лопасть 3 действовала меньшая подъемная сила, чем в положении фиг.5. Поэтому у нее угол с плоскостью вращения уменьшился. Равнодействующая этих подъемных сил на ось, т,е, осевая сила У 2, заваливается о сторону скорости скоса, сохраняя с лопастями равные углы р, Теперь Ур проходит на расстоянии Н, т.е. наплече, от оси поворота 23 головки ротора.В силу того, что вынос поперечных шарнироо обратный, то лопасть 3 и 5 становятся5 длиннее своего размера до оси отверстия 2или вала 20. Т.о. при действии на нее прежней возмущающей подъемной силы она будет отклоняться на меньшие углы, т,е, ееравнодействующая У 2 тоже будет завали 10 оаться на меньшие углы, чем у роторов спрямым выносом поперечных шарниров,т,е. когда поперечные шарниры расположе,ны с соответствующими лопастями на однойстороне от оси отверстия под оал 2. Мень 15 ший завал У 2 определяет и значительноменьшее плечо Н до У 1 от оси 23. Соответственно на вал 20, а значит и на всю установку будет действовать заведомо меньшиймомент, равный У 2 Н о сравнении с рото 20 ром, имеющим прямой вынос поперечныхшарниров.Втулка ротора (фиг.7) состоит иэ ступицы 24 с отверстием под оал 25, в расточкахкоторой расположены цапфы поперечных25 шарниров 26, выполненные за одно целое спромежуточными звеньями 27. Промежу. точное звено 27 выполнено П-образнойформы. На части промежуточного звена,противоположной цапфе 26, образован про 30 дальный шарнир 28, т.е, шарнир с осью параллельной оси отверстия 25. Продольныйшарнир 28 образован двумя взаимодействующими звеньями - промекуточным звеном26 и цапфой осевого шарнира 29. Осевой35 шарнир 29 снабжен узлом навески лопастей30. В промежуточном звене 27, в его ригеле,выполнено продольное сверление 31 сосью, параллельной оси осевого шарнира29. В расточке 31 на опорах, одна из которых"0 выполнена о промежуточном звене 27, авторая образована втулкой 32, расположенвал 33. На валу 33 закреплен рычагуправления шагом лопасти 34, который пропущенчерез вырез в стенке промежуточного зве 45 на, На конце вала 33, расположенномуосеоого шарнира 29 размещена тяга 35,взаимодействующая с осевым шарниром29. Точка 36 подсоединения тяги 35 к осевому шарниру 29 расположена в плоскости,50. проходящей через ось 37 шарнира 28 и осьшарнира 29. Поперечный шарнир с цапфой26 каждой лопасти расположен относительно оси отверстия 25 оппозитно продольному шарниру 28 и осевому шарниру 29,55 На валу 30 (фиг,8) закреплен рычаг 38, аосевой шарнир 29 снабжен кронштейном39, которым соединены между собой шарнирной тягой 37,Работа ротора состоит в следующем.При действии на него набегающего по1818271отока - ветра, со скоростью Нск ротор при- двамомента-продольныйипоперечныйею ходит во вращение. На его лопастях 3, 5, не воспринимаются, т.к, их практически иа появляется подьемная сила, дающая осе- лопастях ротора, на роторе не существует.вую силу У 1 проходящую через ось 23 пово- В силу того, что направление ветра прэктирота головки,т.е. рстора, При косой обдувке 5 чески никогда не совпадает с осью вращеподуглом а равнодействующая подьем- ния втулки, с осью ротора, то на втулке ных сил лопастей 3, 5, т.е. осевая сила У 2 существуютимоменты, вчастности,относи- отклоняется и теперьдействует на плече Н тельно оси параллельной осям поперечных от оси 23, Т,о, на вал 20 ротора, следователь- шарниров и проходящей через ось отверно иа головуи всюустановкудействуетмо стия 25, т,е, моменты относительно попе- мент, равный У 2 Н, Этот момент речных шарниров. Т.к. вынос поперечных дестабилизирует всю установку. шарниров выполнен обратным, то величинаРабота втулки ротора заключается в этих моментов;действующих через втулкуследующем. При вращении центробежные на рбгор ветродвигателя будет незначисилы, действующие на лопасть, через узел 15 тельной, Ось рычага 24 может проходить по . навески лопасти 30 передаются на осевой оси параллельной оси цапфы 26 и проходяшарнир 29, а с него через продольный шар- щей через ось отверстия 25 или располонир 28 эти усилия передаются нэ промежу- женной между осью отверстия 25 и осью 37 точное звено 27. С промежуточного звена 27 продольного шарнира 28. Вместе с тем рыусилия передаются через цапфу 26 попереч чаг 34 может быть расположен между осью ного шарнира иа ступицу 24 втулки. Анало- . отверстия 25 и.осью цапфы 26. Предельным гичио передаются и перерезывающие силы . случаем является расположение рычага 44 в плоскости вращения втулки и в плоскости на оси цапфы 26, При движении лопасти, тяги. Моменты от сил на лопасти поворачи- следовательно, и промежуточного звена 27 вают ее в плоскости тяги и в плоскости вра с шарниром 29 относительно поперечного щения. При повороте лопасти в плоскости шарнира углы установки лопасти измеиятьтяги осевой шарнир 29 втулки вместе с про-ся не будут, Во всех остальных случаях при дольным шарниром 28 и промежуточным вэмахелопэстиповетруимеемуменьшение звеном 27 все вместе поворачиваются отио- углов установки лопасти, а при взмахе лопасительно ступицы 24 в поперечном шарнире 30 сти иа ветер имеем увеличение углом уставтулкй относительно оси цапфы 26, При по-. иовки лопасти, Т.о, колебания лопасти будут вороте лопасти в плоскости вращения осе-демпфироваться аэродинамическим спасовой шарнир 29 поворачивается в бом, т о, будет отсутствовать увеличение угпродольном шарнире 28 относительно про- лов взмаха, т.е, лопасть не сможет войти в межуточиого звена 27. Промежуточное зве резонанс и разрушаться, Направление враио 27 при этом остается иеподвижным. Дпя . щения втулки имеет место рычагами 44 впеизменения шага лопасти механизмом уп- реди шарниров 29. При колебаниях лопасти равления воздействуют на рычаг управле- относительно продольного шарнира 28 при ния шагом лопасти 44, который приводит во движении лопасти по направлению вращевращение вал 30. Вал 33 через рычаг 48 и 40 ния углы установки лопасти будут увеличитягу 26 передаетдвижеииенакроиштейи 39 ваться, А при движении лопасти против осевого шарнира 29. При перемещении ры- направления вращения углы установки ло. чага 39 узел навески лопастей 30 поворачи- пасти будут уменьшаться. В результате этовается относительно оси шарнира 29, . го будет изменяться сопротивление изменяя углы установки лопасти.Т.о, втулка 45 лопасти, т.е, будем снова иметь аэродинапоэволяет лопасти вращаться относительно . мическое демпфирование колебаний лопатрех осей. Относительно оси осевого шар-сти.. нира 29 для изменения шага лопасти при:)управлении им, а также .относительно осиФ о р м у л а и э о б р е т е н и я " параллельной оси вращения вала втулки и 50 Ротор ветросиловой установки, содеротносительно оси перпендикулярной пер- жащий вал с размещенной на нем ступицей, вым двум. Т.е. втулка снабжена, по сущест- узлы крепления лОпастей и промежуточные ву, тремя шарнирами. Осевым-" звенья, каждое из которых соединено одрасположенным по оси лопасти, Продоль- йим концом со ступицей посредством шарным - параллельным оси вращения втулки 55 нира, а другим концом - с узлом крепления и всего ротора, Поперечным - перпендику- лопастей посредством осевого шарнира, ляриым осевому и продольному шарнирам.: о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью Только осевой, т.е. шарнирный момент по- повышения надежности и снижения массы пасти воспринимается втулкой. Остальные габаритных характеристик, каждый шарнирступицы расположен оппозитно присоединенной к нему лопасти относительно оси вала, а пророльнал ось шарнира рзсположена под углом к продольной оси этой лопасти;яе превышающим,90.1818271 Фиа 7 Редактор С. Кулакова оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1922 ВНИИПИ Составитель А, БелобабаТехред М.Моргентал Корректор А, Обруч Тираж . Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5