RU1818271C

RU1818271C - Rotor of wind-driven electric plant

Info

Publication number: RU1818271C
Application number: SU904798276A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Трофимович Белобаба
Original assignee: Жуковский центр научно-технического творчества молодежи "Икар"
Priority date: 1990-01-16
Filing date: 1990-01-16
Publication date: 1993-05-30

Description

. Изобретение относитс к конструкции установок, использующих энергию ветра.. The invention relates to the construction of plants using wind energy.

Цель изобретени - повышение надежности и снижение весогабаритных характеристик .The purpose of the invention is to increase reliability and reduce weight and size characteristics.

Поставленна цель достигаетс тем, что каждый из шарниров втулки расположен в плоскости, перпендикул рной оси вала и св зан с шарниром лопасти, размещенной относительно вала стороны втулки под углом , не более 90° к оси лопасти. Цилиндр расположен параллельно оси соответствующей лопасти. Шток установлен с возможностью поворота относительно своей оси и соединен с рычагом и последний соединен с лопастью посредством т ги.The goal is achieved in that each of the hinges of the sleeve is located in a plane perpendicular to the axis of the shaft and is connected to the hinge of the blade located relative to the shaft of the side of the sleeve at an angle of not more than 90 ° to the axis of the blade. The cylinder is parallel to the axis of the corresponding blade. The rod is rotatably mounted about its axis and is connected to the lever and the latter is connected to the blade by means of a rod.

На фиг.1 показана конструктивна схема ротора ветросиловой установки с поперечными шарнирами под углом 90f к оси лопасти.Figure 1 shows a structural diagram of a rotor of a wind power installation with transverse hinges at an angle of 90f to the axis of the blade.

На фиг.2 изображена схема ротора с поперечными шарнирами под углом 90° к оси лопасти.о,Figure 2 shows a diagram of a rotor with transverse hinges at an angle of 90 ° to the axis of the blade.

На фиг.З представлено сечение А-А фиг.1.In Fig.3 shows a section aa of Fig.1.

На фиг.4 дано сечение Б-Б фиг.1.Figure 4 is a section bB of figure 1.

На фиг.5 показана схема сил на роторе при осевом потоке.Figure 5 shows a diagram of the forces on the rotor with axial flow.

На фиг.б дана схема сил на роторе при косой обдувке.On figb a diagram of the forces on the rotor with oblique blowing is given.

На фиг.7 изображена конструктивна схема втулки дл ротора.Fig. 7 is a structural diagram of a hub for a rotor.

На фиг.З показан вид В фиг.7.In Fig.3 shows a view In Fig.7.

Ротор ветросиловой установки (фиг.1) состоит из ступицы втулки 1 с отверстием под вал 2 и лопасти 3 с осью 4, а также лопасти 5 с осью 6. Лопасти 3 и 5 присоединены к осевым шарнирам 7 втулки 1, а осевые шарниры 7 сопр жены со ступицей с помощью промежуточных звеньев 8. К осевым шарнирам 7 прикреплены рычаги управлени шагом лопастей 9. Промежуточное звено 8 сопр жено со ступицей втулки 1 посредством шарнира с осью 10, лежащей в плоскости перпендикул рной оси отверсти под вал и расположенной под углом р к оси соответствующей лопасти. Угол равен 90°, т.е. ось шарнира 10 ортогональна оси 4 лопасти 3. Аналогично расположена и ось 11 дл лопасти 5. Ось шарнире 10 относительно оси отверсти под валы расположена оппозитно лопасти 3The rotor of the wind power installation (Fig. 1) consists of the hub of the sleeve 1 with an opening for the shaft 2 and the blade 3 with the axis 4, as well as the blade 5 with the axis 6. The blades 3 and 5 are attached to the axial hinges 7 of the sleeve 1, and the axial hinges 7 of the wife with the hub using intermediate links 8. To the axial hinges 7 are attached levers for controlling the pitch of the blades 9. The intermediate link 8 is connected to the hub of the sleeve 1 by means of a hinge with an axis 10 lying in the plane of the perpendicular axis of the hole under the shaft and located at an angle p axis of the corresponding blade. The angle is 90 °, i.e. the axis of the hinge 10 is orthogonal to the axis 4 of the blade 3. The axis 11 for the blade 5 is likewise located. The axis of the hinge 10 relative to the axis of the shaft hole is opposite the blade 3

елate

сwith

0000

ю VIwu vi

ротора. Точно так же расположена оппоэит- но лопасти 5 ось 11..rotor. Similarly located oppositely to the blade 5 axis 11 ..

Оси 10, 11 могут быть (фиг.2) к ос м лопастей 4, 6 расположены под углом pi, который меньше 90°. Т.о. эта оси расположены к соответствующим ос м лопастей под углом ф 90°.The axes 10, 11 can be (Fig. 2) to the axes of the blades 4, 6 located at an angle pi, which is less than 90 °. T.O. this axis is located to the corresponding axis of the blades at an angle of 90 °.

Шарниры с ос ми 10, 11 (фиг.З) в дальнейшем именуемые поперечными шарнирами , образованы, установленными в расточках 12 ступицы втулки 1, подшипниками 13 и цапфами 14 промежуточных звеньев 8.Hinges with axes 10, 11 (Fig. 3) are hereinafter referred to as transverse hinges, formed by the bores 12 of the hub hub 1, bearings 13 and pins 14 of the intermediate links 8.

К промежуточному звену 8 (фиг,4), к его вилке 15, цапфа 16 осевого шарнира 7 при- соединена, расположенными в расточках 17 цапфы 16, подшипниками 18, которые опираютс на палец 19, установленный в проушинах вилки 15. Т.о. вилка 15, цапфа 16, подшипники 18 и палец 19 образуют шарнир , ось которого лежит в плоскости, проход щей через ось 6 лопасти 5 и ось отверсти под вал 2, параллельно оси отверсти под вал 2. В дальнейшем эти шарниры именуютс продольными. Продольные шарниры расположены по одну сторону от отверсти под вал вместе с соответствующими лопаст ми.To the intermediate link 8 (FIG. 4), to its plug 15, the pin 16 of the axial hinge 7 is connected by bearings 18 located in the bores 17 of the pin 16, which are supported by a pin 19 mounted in the eyes of the fork 15. Thus, the yoke 15, the pin 16, the bearings 18 and the pin 19 form a hinge, the axis of which lies in a plane passing through the axis 6 of the blade 5 and the axis of the hole for the shaft 2, parallel to the axis of the hole for the shaft 2. Hereinafter, these hinges are called longitudinal. Longitudinal hinges are located on one side of the shaft bore together with corresponding blades.

При вращении ротора (фиг.5) в осевом потоке, имеющем скорость VCp, лопасти 3, 5 своими ос ми 4, 5 Относительно шарниров . 10, 11 втулки 1 с валом 20 устанавливаютс под углом yi к плоскости вращени 21 под действием равнодействующих сил R, состо щих из центробежной силы лопасти Р и подъемной силы лопасти, направленной по оси 22 вала 20, Осева сила на ротор YI, проход ща через ось поворота головки ротора 23, в этом случае момента относительно вертикальной о си 23 не дает.When the rotor rotates (Fig. 5) in an axial flow having a speed VCp, the blades 3, 5 with their axes 4, 5 are relative to the hinges. 10, 11 of the sleeve 1 with the shaft 20 are installed at an angle yi to the plane of rotation 21 under the action of the resultant forces R, consisting of the centrifugal force of the blade P and the lifting force of the blade directed along the axis 22 of the shaft 20, Axial force on the rotor YI passing through the rotation axis of the rotor head 23, in this case, does not give a moment relative to the vertical axis 23.

При косой обдувке ротора (фиг.6), когда поток со скоростью направлен под углом а к оси 22 вращени ротора, лопасть 3 своей осыо 4 устанавливаетс под углом уг к плоскости вращени ротора 21, а лопасть 5 - под углом уз- Это происходит потому, что на лопасть 5 до этого в поперечной плоскости действовала больша аэродинамическа сила, а значит и сила подъемна на лопасти 5. От взмаха лопасти вверх относительно своего шарнира 11 угол у нее с плоскостью вращени увеличилс . В этой же плоскости на лопасть 3 действовала меньша подъемна сила, чем в положении фиг.5. Поэтому у нее угол с плоскостью вращени уменьшилс . Равнодействующа этих подъемных сил на ось, т.е. осева сила Y2, заваливаетс в сторону скорости скоса, сохран с лопаст ми равные углы /. Теперь Ya проходит на рассто нии Н, т.е. на плече, от оси поворота 23 головки ротора.When oblique blowing of the rotor (Fig.6), when the flow with speed is directed at an angle a to the axis of rotation of the rotor 22, the blade 3 of its axis 4 is installed at an angle of angle to the plane of rotation of the rotor 21, and the blade 5 is at an angle of knot. This is because so that a large aerodynamic force acted on the blade 5 before in the transverse plane, and therefore the force is lifted on the blade 5. From the sweep of the blade upwards relative to its hinge 11, the angle with the plane of rotation increased. In the same plane, less lift was acting on the blade 3 than in the position of FIG. 5. Therefore, her angle with the plane of rotation decreased. The resultant of these lifting forces on the axis, i.e. axial force Y2, tilts in the direction of the bevel speed, maintaining equal angles / with the blades. Now Ya passes at a distance of H, i.e. on the shoulder, from the axis of rotation 23 of the rotor head.

В силу того, что вынос поперечных шарниров обратный, то лопасть 3 и 5 станов тс Due to the fact that the offset of the transverse hinges is reverse, the blade 3 and 5 become

длиннее своего размера до оси отверсти 2 или вала 20. Т.о. при действии на нее прежней возмущающей подъемной силы она будет отклон тьс на меньшие углы, т.е. ее равнодействующа Y2 тоже будет завали0 ватьс на меньшие углы, чем у роторов с пр мым выносом поперечных шарниров, т.е. когда поперечные шарниры расположе- .ны с соответствующими лопаст ми на одной стороне от оси отверсти под вал 2. Мень5 ший завал Y2 определ ет и значительно меньшее плечо Н до YI от оси 23. Соответственно на вал 20, а значит и на всю установку будет действовать заведомо меньший момент, равный YZ -Н в сравнении с рото0 ром, имеющим пр мой вынос поперечных шарниров.longer than its size to the axis of the hole 2 or shaft 20. Thus when the former perturbing lifting force acts on it, it will deviate to smaller angles, i.e. its resultant Y2 will also tilt to smaller angles than rotors with direct extension of transverse hinges, i.e. when the transverse hinges are located with the corresponding blades on one side of the axis of the hole under the shaft 2. A smaller block Y2 defines a significantly smaller shoulder Н to YI from the axis 23. Accordingly, on the shaft 20, and therefore for the whole installation, act on a deliberately lower moment equal to YZ -H in comparison with a rotor having a direct extension of the transverse hinges.

Втулка ротора (фиг.7) состоит из ступицы 23 с отверстием под вал 25, в расточках которой расположены цапфы поперечныхThe rotor sleeve (Fig. 7) consists of a hub 23 with an opening for a shaft 25, in the bores of which there are transverse axles

5 шарниров 26, выполненные за одно целое с5 hinges 26, made in one piece with

промежуточными звень ми 27. Промежу . точное звено 27 выполнено П-образнойintermediate links 27. I’ll cross. the exact link 27 is made U-shaped

формы. На части промежуточного звена,forms. On the part of the intermediate link,

противоположной цапфе 26, образован про0 дольный шарнир 28, т.е. шарнир с осью параллельной оси отверсти 25. Продольный шарнир 28 образован двум взаимодействующими звень ми - промежуточным звеном „26 и цапфой осевого шарнира 29. Осевойopposite axle 26, a longitudinal hinge 28 is formed, i.e. hinge with an axis parallel to the axis of the hole 25. The longitudinal hinge 28 is formed by two interacting links - intermediate link "26 and the axle pin of the axial hinge 29. Axial

5 шарнир 29 снабжен узлом навески лопастей 30. В промежуточном звене 27, в его ригеле, выполнено продольное сверление 31 с осью, параллельной оси осевого шарнира 29. В расточке 31 на опорах, одна из которых5, the hinge 29 is equipped with a hinge unit for the blades 30. In the intermediate link 27, in its crossbar, longitudinal drilling 31 is made with an axis parallel to the axis of the axial hinge 29. In the bore 31 there are supports, one of which

0 выполнена в промежуточном звене 27, а втора образована втулкой 32, расположен вал 33. На валу 33 закреплен рычаг управлени шагом лопасти 34, который пропущен через вырез в стенке промежуточного зве5 на. На конце вала 33, расположенном у осевого шарнира 29 размещена т га 35, взаимодействующа с осевым шарниром 29. Точка 36 подсоединени т ги 35 к осевому шарниру 29 расположена в плоскости,0 is made in the intermediate link 27, and the second is formed by the sleeve 32, the shaft 33 is located. On the shaft 33 is fixed a pitch control lever for the blade 34, which is passed through a cutout in the wall of the intermediate link 5. At the end of the shaft 33, located at the axial hinge 29, a rod 35 is placed which interacts with the axial hinge 29. The point 36 for connecting the rod 35 to the axial hinge 29 is located in a plane

0 проход щей через ось 37 шарнира 28 и ось шарнира 29. Поперечный шарнир с цапфой 26 каждой лопасти расположен относительно оси отверсти 25 оппозитно продольному шарниру 28 и осевому шарниру 29.0 passing through the axis 37 of the hinge 28 and the axis of the hinge 29. The transverse hinge with the pin 26 of each blade is located relative to the axis of the hole 25 opposite to the longitudinal hinge 28 and the axial hinge 29.

5 На валу 30 (фиг.8) закреплен рычаг 38, а осевой шарнир 29 снабжен кронштейном 39, которым соединены между собой шарнирной т гой 37.5 A lever 38 is fixed on the shaft 30 (Fig. 8), and the axial hinge 29 is provided with an arm 39, which are connected to each other by a hinge rod 37.

Работа ротора состоит в следующем. При действии на него набегающего потока - ветра, со скоростью Vc« ротор приходит во вращение. На его лопаст х 3, 5 , по вл етс подъемна сила, дающа осевую силу YI проход щую через ось 23 пово- рота головки, т.е. ротора. При косой обдувке 5 под углом а равнодействующа подъемных сил лопастей 3, 5, т.е. осева сила Y2 отклон етс и теперь действует на плече Ы от оси 23. Т.о. на вал 20 ротора, следователь- но на голову и всю установку действует мо- 10 мент, равный Y2-H. Этот момент дестабилизирует всю установку.The work of the rotor is as follows. Under the action of an oncoming flow - wind, with a speed Vc “the rotor comes into rotation. On its blades 3, 5, a lifting force appears, giving an axial force YI passing through the axis of rotation of the head 23, i.e. rotor. When oblique blowing 5 at an angle a results from the lifting forces of the blades 3, 5, i.e. the axial force Y2 deviates and now acts on the arm Y from the axis 23. Thus 10 rotor acts on the rotor shaft 20, consequently on the head and the entire installation, equal to Y2-H. This moment destabilizes the entire installation.

Работа втулки ротора заключаетс в следующем. При вращении центробежные силы, действующие на лопасть, через узел 15 .навески лопасти 30 передаютс на осевой шарнир 29, а с него через продольный шарнир 28 эти усили передаютс на промежуточное звено 27. С промежуточного звена 27 усили передаютс через цапфу 26 попереч- 20 ного шарнира на ступицу 24 втулки. Аналогично передаютс и перерезывающие силы . в плоскости вращени втулки и в плоскости т ги. Моменты от сил на лопасти поворачивают ее в плоскости т ги и в плоскости вра- 25 щени . При повороте лопасти в плоскости т ги осевой шарнир 29 втулки вместе с продольным шарниром 28 и промежуточным звеном27 все вместе поворачиваютс относительно ступицы 24 в поперечном шарнире 30 втулки относительно оси цапфы 26. При по- вороте лопасти в плоскости вращени осевой шарнир 29 поворачиваетс в продольном шарнире 28 относительно промежуточного звена 27. Промежуточное зве- 35 но 27 при этом остаетс неподвижным. Дл : изменени шага лопасти механизмом управлени воздействуют на рычаг управле- н и шагом лопасти 44, который приводит во вращение вал 30. Вал ЗЗ через рычаг 48 и 40 т гу 26 передает движение на кронштейн 39 осевого шарнира 29. При перемещении ры- . чага 39 узел навески лопастей 30 поворачиваетс относительно оси шарнира 29, измен углы установки лопасти. Т.о, втулка 45 позвол ет лопасти вращатьс относительно трех осей. Относительно оси осевого шар- . нира 29 дл изменени шага лопасти при , управлении им, а также относительно оси параллельной оси вращени вала втулки и ВО относительно оси перпендикул рной первым двум. Т.е. втулка снабжена, по существу , трем шарнирами. Осевым- расположенным по оси лопасти. Продольным - параллельным оси вращени втулки 55 и всего ротора. Поперечным - перпендикул рным осевому и продольному шарнирам. Только осевой, т.е. шарнирный момент лопасти воспринимаетс втулкой. ОстальныеThe operation of the rotor hub is as follows. During rotation, the centrifugal forces acting on the blade through the assembly 15. The portions of the blade 30 are transmitted to the axial joint 29, and from it through the longitudinal joint 28 these forces are transmitted to the intermediate link 27. From the intermediate link 27 the forces are transmitted through the axle 26 of the transverse 20 Hinge on the hub 24 bushings. Similarly, cutting forces are transmitted. in the plane of rotation of the sleeve and in the plane of the thrust. The moments of force on the blades rotate it in the plane of the thrust and in the plane of rotation. When the blades rotate in the thrust plane, the axial hinge 29 of the sleeve together with the longitudinal hinge 28 and the intermediate link 27 all together rotate relative to the hub 24 in the transverse hinge 30 of the sleeve relative to the axis of the pin 26. When the blades rotate in the plane of rotation, the axial hinge 29 rotates in the longitudinal hinge 28 relative to the intermediate link 27. The intermediate link 35 but 27 remains stationary. For: changes in the pitch of the blade by the control mechanism act on the control lever and pitch of the blade 44, which drives the shaft 30. The shaft ЗЗ through the lever 48 and 40 of the rod 26 transfers the movement to the bracket 39 of the axial joint 29. When moving the lever. Chaga 39, the hinge assembly of the blades 30 rotates relative to the axis of the hinge 29, changing the blade installation angles. Thus, sleeve 45 allows the blades to rotate about three axes. Regarding the axis of the axial ball -. nira 29 for changing the pitch of the blade during, controlling, and also with respect to the axis parallel to the axis of rotation of the shaft of the sleeve and BO relative to the axis perpendicular to the first two. Those. the sleeve is provided with essentially three hinges. Axial - located along the axis of the blade. Longitudinal - parallel to the axis of rotation of the sleeve 55 and the entire rotor. Transverse - perpendicular to axial and longitudinal hinges. Axial only, i.e. the articulated moment of the blade is perceived by the sleeve. Rest

два момента - продольный и поперечный ею не воспринимаютс , т.к. их практически на лопаст х ротора, на роторе не сущесУвует. В силу того, что направление ветра практически никогда не совпадает с осью вращени втулки, с осью ротора, то на втулке существуют и моменты, в частности, относительно оси параллельной ос м поперечных шарниров и проход щей через ось отверсти 25, т.е. моменты относительно поперечных шарниров. Т.к. вынос поперечных шарниров выполнен обратным, то величина этих моментов, действующих через втулку на ротор ветродвигател будет незначительной . Ось рычага 24 может проходить по оси параллельной оси цапфы 26 и проход щей через ось отверсти 25 или расположенной между осью отверсти 25 и осью 37 продольного шарнира 28. Вместе с тем рычаг 34 может быть расположен между осью отверсти 25 и осью цапфы 26. Предельным случаем вл етс расположение рычага 44 на оси цапфы 26. При движении лопасти, следовательно, и промежуточного звена 27 с шарниром 29 относительно поперечного шарнира углы установки лопасти измен тьс не будут. Во всех остальных случа х при взмахе лопасти по ветру имеем уменьшение углов установки лопасти, а при взмахе лопасти на ветер имеем увеличение углом установки лопасти. Т.о. колебани лопасти будут демпфироватьс аэродинамическим способом , т.о. будет отсутствовать увеличение углов взмаха, т.е. лопасть не сможет войти в резонанс и разрушатьс . Направление вращени втулки имеет место рычагами 44 впереди шарниров 29. При колебани х лопасти относительно продольного шарнира 28 при движении лопасти по направлению вращени углы установки лопасти будут увеличиватьс . А при движении лопасти против направлени вращени углы установки лопасти будут уменьшатьс . В результате этого будет измен тьс сопротивление лопасти, т.е. будем снова иметь аэродинамическое демпфирование колебаний лопасти .two points - longitudinal and transverse, are not perceived by it, because they are practically on the rotor blades x, on the rotor does not exist. Due to the fact that the wind direction almost never coincides with the axis of rotation of the sleeve, with the axis of the rotor, there are also moments on the sleeve, in particular, with respect to the axis parallel to the axis of the transverse joints and the hole 25 passing through the axis, i.e. moments relative to the transverse joints. Because the removal of the transverse hinges is made inverse, then the magnitude of these moments acting through the sleeve on the rotor of the wind turbine will be negligible. The axis of the lever 24 can pass along an axis parallel to the axis of the pin 26 and passing through the axis of the hole 25 or located between the axis of the hole 25 and the axis 37 of the longitudinal hinge 28. However, the lever 34 can be located between the axis of the hole 25 and the axis of the pin 26. Limit case is the location of the lever 44 on the axis of the pin 26. When the blade moves, therefore, the intermediate link 27 with the hinge 29 relative to the transverse hinge, the blade installation angles will not change. In all other cases, when the blade sweeps in the wind, we have a decrease in the angles of the blade, and when you swing the blade in the wind, we have an increase in the angle of the blade. T.O. blade vibrations will be damped in an aerodynamic manner, i.e. there will be no increase in swing angles, i.e. the blade cannot enter the resonance and collapse. The direction of rotation of the sleeve takes place with levers 44 in front of the hinges 29. When the blades oscillate relative to the longitudinal hinge 28, the blade angles will increase when the blade moves in the direction of rotation. And when the blade moves against the direction of rotation, the blade installation angles will decrease. As a result of this, the blade resistance, i.e. we will again have aerodynamic damping of the blade.

Форму л а изобретени Ротор ветросиловой установки, содержащий вал с размещенной на нем ступицей, узлы креплени лопастей и промежуточные звень , каждое из которых соединено одним концом со ступицей посредством шарнира , а другим концом - с узлом креплени лопастей посредством осевого шарнира, отличающийс тем, что, с целью повышени надежности и снижени массы габаритных характеристик, каждый шарнир ступицы расположен оппозитно присоединенной к нему лопасти относительно оси на под углом к продольной оси этой лопасти, вала, а продольна ось шарнира расположе- не превышающим,90°.SUMMARY OF THE INVENTION A rotor of a wind power installation comprising a shaft with a hub mounted thereon, blade attachment units and intermediate links, each of which is connected at one end to the hub via a hinge and the other end to a blade attachment via an axial hinge, characterized in that , in order to increase reliability and reduce the mass of overall characteristics, each hinge of the hub is located opposite the axis of the blade attached to it relative to the axis at an angle to the longitudinal axis of this blade, shaft, and longitudinal The locations of the hinge axis does not exceed 90 °.

33

ФигFigs

te.2te.2

8 «8 "

ФигЗFigz

79 (Dua f79 (Dua f

ГсоGSO

Ф«2. 5F "2. 5

Фш.6Ft. 6

2929th

Фие.0Fie. 0