PL223598B1 - Głowica wiatrakowca - Google Patents

Abstract

Głowica posiadająca wirnik, elementy mocowania wirnika, tarczę (6) sterującą skokiem łopat, osadzoną na nieruchomej tulei (7) ułożyskowanej w osi obrotu wirnika oraz zespół napędowy wirnika ze sprzęgłem jednokierunkowym (19) osadzonym na wale napędowym (11). Wał napędowy (11) jest osadzony obrotowo w nieruchomej tulei (7), na której jest osadzona obrotowo piasta (3) wirnika, połączona z wałem napędowym (11) sprzęgłem jednokierunkowym (19), usytuowanym w osi obrotu wirnika.

Description

Przedmiotem wynalazku jest głowica wiatrakowca z zespołem napędowym wirnika umożliwiającym pionowy start.

W większości wiatrakowców głowice nie umożliwiają startu pionowego. Jeśli posiadają napęd głowicy, to prowadzony jest on wałem giętkim albo sztywnym obok osi wirowania wirnika, co związane jest z zabudową elementu pośredniego, czyli przekładni. Jest to zazwyczaj przekładnia łańcuchowa lub walcowa o zębach prostych, pracująca w bardzo trudnych warunkach. Narażona jest na trudne warunki atmosferyczne takie jak woda i pyły, gdyż przeważnie pracuje bez osłony i bez smarowania.

W zgłoszeniu patentowym US 20120181378 opisany jest zespół napędowy wiatrakowca, w którym wał napędowy przebiegający obok osi wirowania wirnika jest zakończony na wyjściu kołem zęb atym współpracującym z kołem łańcuchowym głowicy wirnika, a na wejściu jest połączony przegubem uniwersalnym, przekładnią kątową i sprzęgłem pneumatycznym z wałem korbowym silnika napędzającego śmigło.

Inne rozwiązanie, które umożliwia pionowy start wiatrakowca, jest opisane w artykule pt.: „Głowica wiatrakowca IL-28 umożliwiająca pionowy start”, M. Delega, opublikowanym w kwartalniku naukowym 7/2009, Prace Instytutu Lotnictwa. W tym rozwiązaniu w skład głowicy wchodzi wirnik, elementy mocowania wirnika, tarcza sterująca skokiem łopat, oraz zespół napędowy wirnika złożony z przekładni zębatej napędzanej wałem napędowym połączonym z silnikiem za pośrednictwem sprzęgła kardana. W małym kole zębatym przekładni osadzone jest sprzęgło jednokierunkowe. Wał napędowy przebiega obok osi wirnika. W skład wirnika wchodzi piasta i dwie wyważone łopaty. Wirnik ma możliwość pochylania się do przodu i do tyłu oraz na boki. Oś wirnika jest mocowana przegubowo na dźwigni przytwierdzonej do struktury związanej z kadłubem wiatrakowca. Do tarczy sterującej podpięte są popychacze. Do łopat przymocowane są dźwignie, które napędzane popychaczami powodują zmianę kąta ustawienia łopat. Poniżej dużego koła zębatego przekładni, na osi jest osadzona tuleja, na której ułożyskowana jest tarcza sterująca. Tarcza sterująca może przemieszczać się względem tulei. Jednocześnie przemieszcza się względem dużego koła zębatego i obraca się razem z nim. Na tulei znajduje się oś, na którą nakłada się dźwignię sterującą skokiem łopaty. Jedno ramię dźwigni związane jest z linką bowdena, a drugie ramię z popychaczem. Pociągnięcie za linkę bowdena powoduje zmianę skoku łopat wirnika. Po rozpędzeniu wirnika do określonej prędkości można odłączyć napęd od silnika. W tym momencie zacznie działać sprzęgło jednokierunkowe, wał przestanie się kręcić, a będzie się obracać duże i małe koło zębate. Przy odpowiedniej zmianie ustawienia łopat pojawi się siła nośna, która spowoduje uniesienie się wiatrakowca. Wadą tego rozwiązania jest stosunkowo duża masa zespołu napędowego i wymienione wcześniej niedogodności związane z prowadzeniem wału napędowego obok osi obrotu głowicy rotora.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie tych wad.

Głowica wiatrakowca, posiadająca wirnik, elementy mocowania wirnika, tarczę sterującą skokiem łopat osadzoną na nieruchomej tulei ułożyskowanej w osi obrotu wirnika, oraz zespół napędowy wirnika ze sprzęgłem jednokierunkowym osadzonym na wale napędowym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wał napędowy jest osadzony obrotowo w nieruchomej tulei, na której jest osadzona obrotowo piasta wirnika połączona z wałem napędowym sprzęgłem jednokierunkowym usytuowanym w osi obrotu wirnika.

Korzystnym jest, jeżeli sprzęgło jednokierunkowe jest osadzone w kołpaku przymocowanym do piasty, a kołpak jest osadzony na górnej części wału napędowego.

Korzystnym jest, jeżeli nieruchoma tuleja jest zamocowana na wale napędowym pomiędzy kołpakiem a łożyskiem wzdłużnym, w którym jest osadzona dolna część wału napędowego, przy czym na końcu dolnej części wału jest zamocowana sztywno tuleja dolna łącząca wał napędowy z silnikiem za pośrednictwem sprzęgła kardana.

Korzystnym jest także, jeżeli na nieruchomej jest osadzona przesuwna tuleja połączona z dźwignią górną do sterowania skokiem wirnika, podpartą przegubowo w zespole dźwigni, przy czym zespół dźwigni jest przymocowany do podstawy nieruchomej tulei, a na przesuwnej tulei jest ułożysk owana tarcza sterująca połączona z piastą wahaczami i z półosiami kompletnymi popychaczami.

Rozwiązanie według wynalazku ma prostą, lekką i zwartą konstrukcję, z wałem napędowym osadzonym w osi obrotu wirnika. Wał napędowy jest osłonięty kołpakiem i nieruchomą tuleją, na której jest zamocowana tarcza sterująca z zespołem dźwigni do sterowania wirnikiem.

PL 223 598 B1

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia głowicę wiatrakowca z półosiami kompletnymi w widoku z boku, a fig. 2 przedstawia zespół napędowy wirnika w przekroju osiowym.

Jak przedstawiono na fig. 1, w skład głowicy wchodzi wirnik z piastą 3, elementy mocowania wirnika, tarcza sterująca 6, i zespół napędowy z drążonym wałem napędowym 11 widocznym na fig. 2, usytuowanym w osi obrotu wirnika. W skład wirnika wchodzą półosie kompletne 2 zamocowane do piasty 3 wirnika. Do półosi kompletnych 2 są mocowane łopaty o profilu lotniczym. Od góry do piasty 3 jest zamocowany kołpak 18 osadzony na górnej części wału napędowego 11. Półosie kompletne 2 są połączone z tarczą sterującą 6 za pośrednictwem popychaczy 10 mocowanych do przegubów na obwodzie półosi. Na dolnym końcu wału napędowego 11 jest zamocowana sztywno tuleja dolna 1 łącząca wał napędowy 11 z silnikiem za pośrednictwem sprzęgła kardana, nie pokazanego na rysunku. Do sterowania wiatrakowcem służy zespół dźwigni 8 i zespół kardana, którego korpus 4 jest mocowa ny do struktury związanej z kadłubem wiatrakowca.

Jak przedstawiono na fig. 2, wał napędowy 11 jest osadzony obrotowo w nieruchomej tulei 7, na której jest osadzona obrotowo piasta 3 połączona z wałem napędowym 11 sprzęgłem jednokierunkowym 19 usytuowanym w osi obrotu wirnika wewnątrz kołpaka 18. Wał napędowy 11 ma kształt stopniowanej tulei, której dolny odcinek ma najmniejszą średnicę. W podstawie nieruchomej tulei 7 jest zamocowane łożysko wzdłużne 17, w którym jest osadzona dolna część wału napędowego 11. Poniżej łożyska wzdłużnego 17, na odcinku wału napędowego 11 o najmniejszej średnicy, jest zam ocowana tuleja dolna 1 połączona z wałem za pomocą połączenia wpustowego spoczynkowego zac iśniętego śrubą wpustową.

Piasta 3 jest ułożyskowana na górnej części nieruchomej tulei 7 za pomocą łożyska kulkowego dwurzędowego skośnego 16, które jest zabezpieczone podkładką zębatą i nakrętką łożyskową 20. Piasta 3 jest połączona z tarczą sterującą 6 wahaczami 12. Kołpak 18 jest połączony z wałem napędowym 11 poprzez sprzęgło jednokierunkowe 19.

W skład zespołu kardana wchodzi tuleja dolna 1 połączona ze sprzęgłem kardana, korpus 4, człon wewnętrzny 5, oraz zespół dźwigni 8 przymocowany do podstawy nieruchomej tulei 7. Człon wewnętrzny 5 zespołu kardana umożliwia pochylenie głowicy wirnika do przodu, do tyłu oraz na boki przy pomocy zespołu dźwigni 8. Obsada zespołu dźwigni 8 jest przymocowana śrubami do podstawy nieruchomej tulei 7.

W skład zespołu dźwigni 8 wchodzi dźwignia górna 13 podparta na wsporniku 14 widocznym na fig. 1. Wspornik 14 jest zamocowany przegubowo pomiędzy zespołem dźwigni 8 a dźwignią górną 13. Wolny koniec dźwigni górnej 13 jest podparty na sprężynie 21. Drugi koniec dźwigni górnej 13 jest zamocowany przegubowo do przesuwnej tulei 15 o jednym stopniu swobody ruchu, osadzonej na nieruchomej tulei 7 za pomocą połączenia wpustowego przesuwnego 9. Na przesuwnej tulei 15 znajduje się oś poprzeczna, na którą nakłada się rozwidlony drugi koniec dźwigni górnej 13. Powyżej tej osi, na przesuwnej tulei 15 jest osadzona obrotowo na łożysku kulkowym tarcza sterująca 6, zabezpieczona pierścieniami osadczymi. Pomiędzy zespołem dźwigni 8 a wolnym końcem dźwigni górnej 13 jest mocowana linka bowdena współpracująca ze sprężyną 21. Linka jest prowadzona wewnątrz sprężyny 21 i mocowana do dźwigni górnej 13, a pancerz do zespołu dźwigni 8. Zespół dźwigni 8 służy do sterowania skokiem wirnika za pomocą dźwigni górnej 13 i linki bowdena, oraz do pochylania wirnika do przodu i do tyłu a także na boki w zespole kardana. W ten sposób zapewnione jest sterowanie wiatrakowcem.

Napęd przekazywany jest z silnika na tuleję dolną 1 wału napędowego 11 poprzez sprzęgło kardana i kompozytowy wał pośredni połączony innym sprzęgłem z wałem korbowym silnika napędzającego śmigło. Moment obrotowy wału napędowego 11 jest przenoszony na piastę 3 wirnika za pośrednictwem sprzęgła jednokierunkowego 19 i kołpaka 18. Wraz z piastą 3 obraca się tarcza sterująca 6. Pociągnięcie za linkę bowdena spowoduje uniesienie tarczy sterującej wraz z przesuwną tuleją 15, a popychacze 10 napędzane tarczą sterującą 6 spowodują zmianę kąta natarcia łopat wirnika, a tym samym zmianę skoku wirnika. Po rozpędzeniu wirnika do określonej prędkości można odłączyć wał napędowy 11 od silnika. W tym momencie zacznie działać sprzęgło jednokierunkowe 19, a wał napędowy 11 zatrzyma się. Przy odpowiednim ustawieniu kąta natarcia łopat pojawi się siła nośna, która spowoduje uniesienie wiatrakowca.

Claims (4)

1. Głowica wiatrakowca, posiadająca wirnik, elementy mocowania wirnika, tarczę sterującą (6) skokiem łopat osadzoną na nieruchomej tulei (7) ułożyskowanej w osi obrotu wirnika, oraz zespół napędowy wirnika ze sprzęgłem jednokierunkowym (19) osadzonym na wale napędowym (11), znamienna tym, że wał napędowy (11) jest osadzony obrotowo w nieruchomej tulei (7), na której jest osadzona obrotowo piasta (3) wirnika połączona z wałem napędowym (11) sprzęgłem jednokierunk owym (19) usytuowanym w osi obrotu wirnika.

2. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że sprzęgło jednokierunkowe (19) jest osadzone w kołpaku (18) przymocowanym do piasty (3), a kołpak (18 ) jest osadzony na górnej części wału n apędowego (11).

3. Głowica według zastrz. 2, znamienna tym, że nieruchoma tuleja (7) jest zamocowana na wale napędowym (11) pomiędzy kołpakiem (18) a łożyskiem wzdłużnym (17), w którym jest osadzona dolna część wału napędowego (11), przy czym na końcu dolnej części wału jest zamocowana sztywno tuleja dolna (1) łącząca wał napędowy (11) z silnikiem za pośrednictwem sprzęgła kardana.

4. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że na nieruchomej tulei (7) jest osadzona przesuwna tuleja (15) połączona z dźwignią górną (13) do sterowania skokiem wirnika, podpartą przeg ubowo w zespole dźwigni (8), przy czym zespół dźwigni (8) jest przymocowany do podstawy nieruchomej tulei (7), a na przesuwnej tulei (15) jest ułożyskowana tarcza sterująca (6) połączona z piastą (3) wahaczami (12) i z półosiami kompletnymi (2) popychaczami (10).