RU2280785C1 - Ветроэнергетическая установка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам. Технический результат заключается в значительном повышении мощности и чувствительности к слабым ветрам, а также в снижении себестоимости ветроэнергетической установки. Установка содержит установленные на круговом пути взаимосвязанные платформы, взаимодействующие с центральным узлом и флюгером, установленными в центре установки. При этом каждая платформа содержит складывающуюся из двух половин лопасть, в корневой части которой установлены узлы изменения и фиксации их углового положения двух половин лопасти, взаимодействующие с флюгером. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим установкам, использующим возобновляющиеся источники энергии, и преобразующим ее в другие виды, преимущественно в электрическую энергию.

Известна ветроэнергетическая установка с использованием основного рабочего элемента в виде паруса, установленного на платформе, а платформы соединены, в свою очередь, в состав, начало и конец которого соединены вместе, то есть образуют кольцо. Состав устанавливается на соответствующий размерам платформ круговой путь. Парус имеет наибольший коэффициент использования ветровой энергии. Мощность, развиваемая установкой, отбирается от вала колес платформы [1].

Недостаток указанной ветроэнергетической установки заключается в механической (ручной) первоначальной установке ориентации паруса в зависимости от направления ветра и ручной корректировки его положения при изменении направления ветра. Кроме того, ориентация паруса меняется синхронно на всем протяжении времени прохода платформы по кольцевому пути. За это время парус делает полуоборот (180°) вокруг своей оси (стойки). Такое изменение ориентации лопасти (паруса) на подавляющем отрезке прохождения платформы по кольцевому пути не обеспечивает эффективного отбора энергии ветра.

Известен также ветродвигатель, который по своим конструктивным признакам может быть указан в качестве прототипа предлагаемой ветроэнергетической установки [2].

Прототип содержит круговую дорогу, по которой вращаются платформы, каждая из которых содержит стойку, лопасть, узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти, которые взаимодействуют с выходным валом и флюгером, установленными в центре установки.

Платформы вращают вертикальный центральный вал, от которого движение передается через мультипликатор электрогенератору или водяному насосу.

К недостаткам прототипа относится сложность конструкции узла изменения ориентации и фиксации лопасти, что затрудняет его применение.

Технический результат заключается в значительном повышении мощности установки и ее чувствительности к слабым ветрам, а также в снижении себестоимости установки и обеспечивается за счет того, что в ветроэнергетической установке, содержащей установленные на круговом пути взаимосвязанные платформы, взаимодействующие с центральным узлом и флюгером, установленными в центре установки, согласно изобретению, каждая платформа содержит складывающуюся из двух половин лопасть, в корневой части которой установлены узлы изменения и фиксации их углового положения двух половин лопасти, взаимодействующие с флюгером.

Узел изменения и фиксации углового положения двух половин лопасти содержит взаимосвязанные периферийную звезду, фланец ориентации, пружину, верхний и нижний фланцы, сегментные звезды, первую и вторую внутренние звезды, каждая из которых кинематически связана через шестеренчатые пары с соответствующими стойками левой и правой половин лопасти, при этом верхний фланец через пружину взаимодействует с корпусом платформы, а фланец ориентации через периферийную звезду и цепную связь - с флюгером.

Центральный узел содержит кинематически связанные выходной вал, коническую пару шестерен, электрогенератор, центральную звезду, установленную на стойке флюгера и взаимодействующий с флюгером конической формы узел торможения, содержащий взаимодействующие палец, кольцо, тормозной диск и тормозной барабан, неподвижно связанный с выходным валом.

Узел изменения углового положения двух половин лопасти является общим для всех платформ, выполнен в виде коромысла, неподвижно связанного с флюгером и на двух концах которого попарно установлены кинематически связанные звезда, две шестерни и соосные нижние полумуфты, взаимодействующие через цепь с центральным узлом, которые, в свою очередь, содержат взаимосвязанные фланец ориентации, установленный на втулке флюгера, шестишлицевую муфту, пружину третью и втулку с кулачковым торцом, которые через шарики взаимодействуют с выходным валом, при этом узел фиксации углового положения двух половин лопасти содержит взаимодействующие друг с другом периферийную звезду, фланец ориентации с двумя фиксирующими пальцами, подпружиненные верхний и нижний фланцы, связанные с соответствующими верхними кулачковыми полумуфтами и взаимодействующие через кулачки с корпусом платформы.

Центральный узел содержит центральный вал, связанный через пару конических шестерен с электрогенератором, флюгер формы усеченного конуса или усеченной пирамиды, связанный неподвижно с центральной звездой и взаимодействующий с узлом торможения, который содержит взаимодействующие друг с другом трос, четвертую пружину, вторые пальцы, металлическое и тормозное кольца.

Новая конструкция ветроэнергетической установки позволяет обеспечить достижение технического результата путем использования основных рабочих элементов в виде плоских вертикальных лопастей, состоящих из двух половин, установленных на платформах. Платформы вращаются вокруг центрального вертикального вала. Мощность, развиваемая установкой, отбирается от центрального вала ветроэнергетической установки.

Наличие относительно большого количества платформ позволяет значительно удешевить всю конструкцию, т.к. при этом используются однотипные детали. Большая суммарная масса платформ защищает конструкцию от резких порывов ветра и стабилизирует скорость вращения платформ.

При маломощных преобразователях (1-5 кВт) платформы соединены между собой неподвижно и вращаются вокруг вертикального выходного вала, установленного на неподвижной стойке.

При мощности ветродвигателя (5÷15 кВт) платформы могут быть выполнены в виде тележек на обычных резиновых колесах с воздушным наполнением. Платформы с помощью сцепок и плоских шарниров соединяют в замкнутую цепь и с помощью рычагов скрепляют с центральным валом, от которого отбирается мощность, развиваемая установкой. При таком соединении платформ с центральным валом число колес может быть сокращено до двух или даже до одного. Они могут быть установлены одно за другим по направлению движения платформы, аналогично велосипедным. Наиболее выгодно, когда центральный вал через мультипликатор подключается непосредственно к электрогенератору (или к насосу).

Мощность такой ветроустановки будет зависеть от мощности, развиваемой единичной платформой, и количества соединенных между собой платформ и практически не ограничена в пределах экономической целесообразности.

На фиг.1 представлен вид сверху на ветроэнергетическую установку, где:

1 - вращающиеся платформы;

2 - центральная стойка;

3 - сцепки;

4 - рычаги;

5 - лопасти раскрытые;

6 - лопасти закрытые;

7 - флюгер конический;

8 - центральная звезда;

9 - звезды периферийные;

10 - цепь первая.

На фиг.2 приведена конструкция первого варианта вращающейся платформы, где: позиции 4, 9, 10 те же, что на фиг.1:

11 - корпус платформы;

12 - колеса;

13 - радиально-упорный подшипник;

14, 15 - первая и вторая стойки лопасти;

16, 17 - левая и правая половины лопасти;

18 - палец с кольцом;

19 - пружина первая;

20 - фланец ориентации;

21 - фланец верхний;

22 - фланец нижний;

23 - узел фиксации положения двух половин лопасти;

24 - шарикоподшипник;

25 - кронштейн;

26, 27 - первая и вторая втулки;

28, 29 - верхняя и нижняя сегментные звезды;

30 - цепь вторая;

31, 32 - первая и вторая внутренние звезды;

33, 34 - первая и вторая ведущие шестерни;

35, 36 - первая и вторая ведомые шестерни;

37, 38 - третья и четвертая втулки.

На фиг.3 приведен вид А-А на разрез узла фиксации положения двух половин лопасти 23 по фиг.2, где позиции 14, 15, 21, 23, 24, 26 те же, что на фиг.2:

39 - радиальные отверстия во фланце 20;

40 - пружина вторая;

41 - ролики;

42 - шарики.

На фиг.4 представлена конструкция первого варианта центрального узла ветроэнергетической установки, где позиции 2, 4, 7, 8, 10 те же, что на фиг.1:

43 - втулка флюгера;

44 - горизонтальный рычаг;

45 - втулка крепежная;

46 - втулка цилиндрическая;

47 - корпус;

48 - радиальные стержни;

49 - палец первый;

50 - паз;

51 - трос;

52 - пружина третья;

53 - палец второй;

54 - тормозной барабан;

55 - тормозной диск;

56 - кольцо;

57 - выходной вал;

58 - упорный подшипник;

59, 60 - ведущий и ведомый центральные шестерни;

61 - электрогенератор (насос);

62 - блок.

На фиг.5 представлен второй вариант конструкции ветроэнергетической установки, где позиции 9, 10, 14-17 те же, что на фиг.1 и 2:

63 - кольцо с пальцем;

64 - упорный подшипник;

65 - крышка подшипника;

66 - корпус платформы;

67 - втулка;

68 - рычаг;

69 - подпорка;

70 - фланец ориентации;

71, 72 - верхний и нижний фланцы;

73, 74 - первый и второй фиксирующие пальцы;

75 - подшипник;

76 - пружины;

77, 78 - внешняя и внутренняя четырехкулачковые муфты сцепления;

79 - наконечник коромысла;

80 - оси вращения;

81, 82 - третий и четвертая шестерни;

83, 84 - пятая и шестая центральные шестерни;

85, 86 - третья и четвертая звезды;

87 - нейтральная звезда;

88 - центральная ось вращения;

89 - колесо;

90 - сцепки;

91 - кронштейн;

92 - кольцо упорное.

На фиг.6 представлен фронтальный вид конструкции второго варианта платформы ветроэнергетической установки, где позиции 9-17, 63-92 те же, что на фиг.5:

93 - упор горизонтальный;

94 - паз;

95 - палец.

На фиг.7 представлен вид В-В на четырехкулачковые муфты 77 и 78 по фиг.5, где позиции 77, 78, 84, 88 те же, что на фиг.5:

96 - кулачки внешней нижней полумуфты;

97 - кулачки внутренней нижней полумуфты.

На фиг.8 представлена кинематическая цепная связь между третьими и четвертыми звездами двух противоположных наконечников коромысла, где позиции 7; 28-30; 79-88 те же, что на фиг.5.

На фиг.9 представлен второй вариант конструкции центрального узла ветроэнергетической установки, где позиции 2-60 те же, что на фиг.4:

98 - коромысло;

99 - второе тормозное кольцо;

100 - второе металлическое кольцо;

101 - второй палец;

102 - пружина четвертая;

103, 104 - внешняя и внутренняя шлицевые полумуфты;

105 - пружина третья;

106 - упорное кольцо;

107 - фланец ориентации;

108 - втулка с кулачковым торцом;

109 - шарики;

110 - втулка с секторными звездами.

На фиг.10 представлен вид С-С по фиг.9, где позиции 2, 91-109 те же, что на фиг.9.

Ветроэнергетическая установка функционирует следующим образом.

Установку необходимо собрать на горизонтальном участке земли, расположенном желательно на горе или на склоне горы, а также в открытой степи, где ветер достигает наибольшей скорости.

Вертикальный выходной вал устанавливают на вертикальной стойке 2, неподвижно закрепленной в земле. В качестве неподвижной стойки может быть использован задний мост автомобиля ВАЗ. На половину до уровня редуктора мост закапывают в землю. Вместо кардана через мультипликатор на выходе редуктора устанавливают электрогенератор. На тормозной колодке вместо колеса устанавливают диск, с которым с помощью одностепенных шариков соединяют радиальные рычаги 4.

Тормозная система автомобиля может быть использована для синхронизации скорости вращения выходного вала ветроэнергетического устройства при изменении (увеличении) скорости ветра.

Вращающиеся платформы 1 с установленными на них вертикально лопастями 5, 6 соединены друг с другом жесткими сцепками 3. При этом каждая лопасть состоит из двух шарнирно установленных, раскрывающихся и закрепляющихся половинок 5, 6.

Флюгер конический 7 установлен на центральной стойке 2 с возможностью свободного вращения и связан неподвижно с центральной звездой 8.

На каждой платформе 1 в корневой части лопасти установлена периферийная звезда 9. С помощью первой цепи 10 периферийные звезды связаны кинематически друг с другом и с центральной звездой 8. Диаметры и число зубьев всех периферийных звезд и центральной звезды равны друг другу. Цепная связь на фиг.1 обеспечивает синхронное изменение углового положения всех периферийных звезд и центральной звезды, угловое положение которой задается флюгером.

На фиг.1 правая половина траектории вращения платформ по кругу активная. На активном участке лопасти раскрыты 5 и сила давления ветра на лопасти создает положительный момент вращения на выходном валу.

На левом пассивном участке вращения платформ лопасти закрыты 6 и не оказывают сопротивление встречному потоку ветра. В результате под воздействием давления ветра на раскрытые лопасти платформы 1 приводят их и выходной вал во вращение по часовой стрелке.

На фиг.2 приведена конструкция первого варианта вращающейся платформы 1. Корпус платформы 11 имеет форму четырехгранной усеченной пирамиды, сваренной из металлических уголков. Основание корпуса имеет форму креста и состоит из двух уголков или швеллеров, установленных под прямым углом друг к другу.

Корпус установлен на двух колесах 12 с воздушным наполнением. По центру корпуса на радиально-упорном подшипнике 13 установлены соосно первая 14 и вторая 15 стойки лопасти. К указанным стойкам 14 и 15 неподвижно закреплены левая 16 и правая 17 половины лопасти соответственно. Стойки с левым и правым половинами лопасти имеют возможность относительного поворота на угол ±90° и свободного вращения относительно корпуса платформы 11.

Левая половина лопасти 16 с помощью двух колец с пальцами 18 крепится к внутренней стойке 14. Для свободного относительного поворота пальца на ±90° внешняя стойка 15 имеет прорез на 180°.

Кроме того, на внешней стойке 15 соосно установлены первая 26 и вторая 27 втулки с возможностью свободного вращения. На первой (верхней) втулке 26 неподвижно установлены периферийная звезда 9 и фланец ориентации 20. С верхней и нижней сторон фланца ориентации установлены связанные друг с другом шлицевым соединением верхний 21 и нижний 22 фланцы. Эти фланцы совместно с двумя выдвижными подпружиненными роликами 41 образуют узел фиксации положения двух половин лопасти 23 (см. фиг.3).

Верхний фланец 21 через первую пружину взаимодействует с корпусом платформы 11. Нижний фланец 22, верхняя 28 и нижняя 29 секторные звезды установлены неподвижно на второй втулке 27 и взаимодействуют через вторую цепную 30 связь с первой 31 и второй 32 внутренними звездами.

Первые внутренняя звезда 31 и ведущая шестерня 33 установлены неподвижно на третьей втулке 37, которая свободно вращается на оси вращения, связанной с корпусом платформы. Аналогично установлены вторые внутренняя звезда 32 и ведущая шестерня 34, неподвижно закреплены на четвертой втулке 38, также свободно вращающейся вокруг неподвижной оси.

При этом первая и вторая ведущие шестерни находятся в сцеплении с соответствующими ведомыми шестернями и приводят их к повороту во взаимно противоположных направлениях на угол ±90°.

Первая ведомая шестерня неподвижно установлена в корневой части первой (внешней) стойки 14 и изменяет ориентацию левой половины лопасти 16.

Вторая ведомая шестерня 36, в свою очередь, неподвижно установленная в корневой части второй (внутренней) стойки 15, меняет ориентацию правой половины лопасти 17.

В результате лопасть раскрывается (или закрывается) на границе раздела активного и пассивного участков траектории вращения и сохраняет такое положение лопасти на всем протяжении указанных участков. Угловое положение периферийной звезды 9 и неподвижно связанного с ней фланца ориентации 20 задается угловым положением конического флюгера 7. При постоянном направлении ветра флюгер удерживает через первую цепь 10 неизменным угловое положение фланца ориентации.

Узел фиксации положения двух половин лопасти 23 фиксирует и сохраняет угловое положение верхнего 21 и нижнего 22 фланцев на всем протяжении активного и пассивного участков вращения платформы.

Так как нижний конец первой пружины 19, связанный с верхним фланцем 21, находится в фиксированном положении, при вращении платформы вокруг центральной стойки происходит закрутка пружины. На границе раздела активного и пассивного участков узел фиксации положения лопасти 23 выводит связанные друг с другом верхний и нижний фланцы из сцепления с фланцем ориентации. Закрученная на ±180° первая пружина 19 поворачивает на угол +180° фланцы 21 и 22, а также связанные с ними неподвижно верхнюю 28 и нижнюю 29 сегментные звезды.

Сегментные звезды 28 и 29 по очереди входят в сцепление со второй цепью 30.

Аналогично кинематической схеме, представленной на фиг.7, в сцепление входят то верхняя, то нижняя сегментные звезды. При каждой смене звезд направление движения цепи 30 меняется на противоположное. Это приводит, в свою очередь, к изменению направления вращения первой 31 и второй 32 внутренних звезд.

Подбором диаметров сегментных 28, 29 и внутренних 31, 32 звезд, а также диаметров делительных окружностей ведущих 33, 34 и ведомых 35, 36 шестерен возможно добиться того, чтобы левая и правая половины лопасти поворачивались на угол ±90°. После очередного поворота ±90° угловое положение левой и правой половин лопасти фиксируется с помощью узла фиксации положения двух половин лопасти 23 (см. фиг.3).

Этот узел содержит два радиально противоположных отверстия 39 во фланце ориентации 20. В этих отверстиях размещаются подпружиненные выдвижные ролики 41. В пределах активного и пассивного участков под воздействием вторых пружин 40 ролики отжимаются и наполовину входят в отверстия нижнего фланца 22. При этом ролики отжимают шарики 42 и выводят их в диаметрально противоположные крайние положения. В этом положении шарики выходят за пределы внешней окружности взаимосвязанных фланцев 21 и 22.

На границах раздела активного и пассивного участков шарики 42 наталкиваются на подшипники 24, установленные с помощью кронштейнов 25 неподвижно на корпусе платформы 11. Это происходит дважды за период вращения платформы на границах раздела активного и пассивного участков. В результате взаимодействия подшипников 24 с шариками 42 и роликами 41 ролики выходят из отверстий нижнего фланца 22 и выводят его из сцепления с фланцем ориентации 20.

Закрученная первая пружина 19 поворачивает фланцы 21, 22 на +180° по часовой стрелке. После этого подпружиненные ролики 41 снова входят в отверстия нижнего фланца и фиксируют это положение еще на полпериода вращения платформы.

С помощью радиальных рычагов 4 вращающиеся платформы 1 связаны шарнирно с выходным валом 57 (см. фиг.4). Выходной вал 57 установлен на центральной вертикальной стойке 2 над упорным подшипником 58.

На выходном валу 57 установлена ведущая коническая шестерня 59, находящаяся в сцеплении с ведомой шестерней. Вращение ведомой шестерни через мультипликатор (на фиг.4 не указан) передается электрогенератору. Мультипликатор служит для повышения скорости вращения и согласования скорости вращения выходного вала 57 с номинальной скоростью вращения якоря электрогенератора 61.

Втулка 43 флюгера 7 устанавливается на неподвижной центральной стойке 2 с возможностью свободного вращения. На указанной втулке 43 неподвижно установлена центральная звезда 8, связанная с помощью первой цепи 10 со всеми периферийными звездами 9 по кинематической схеме, представленной на фиг.1. Эта кинематическая связь обеспечивает одинаковое угловое положение всех указанных звезд 8, 9. При равенстве диаметров и числа зубьев этих звезд изменение направления ветра, а соответственно, и направления флюгера 7, приводит к синхронному и одинаковому изменению углового положения всех периферийных звезд 9. Это, в свою очередь, приводит к одинаковому изменению ориентации всех фланцев ориентации 20 и радиальных отверстий 39 в них (см. фиг.2 и 3).

Для регулировки скорости вращения выходного вала при изменении скорости ветра используется флюгер формы усеченного конуса или усеченной пирамиды и тормозная система, включающая позиции 53-56.

Флюгер конической формы 7 перемещается под воздействием ветра по горизонтальному рычагу 44. Рычаг крепится к вертикальной втулке флюгера 43 с помощью крепежной втулки 45.

Флюгер содержит цилиндрическую втулку 46, радиальные стержни 48 и корпус 47, формы усеченного конуса или усеченной четырехгранной пирамиды.

Конец горизонтального рычага 44 имеет паз 50, по которому свободно перемещается палец 49. К пальцу привязан трос 51. Другой конец троса 51, перекинутого через блочок 62, привязан к пружине 52.

При слабом ветре пружина 52 обеспечивает с помощью троса 51 крайнее левое положение флюгера 7 на горизонтальном рычаге 44 и прижимает его к ограничительному кольцу.

При увеличении скорости ветра флюгер перемещается по горизонтальному рычагу и тянет за собой трос и связанный с ним второй палец 53, преодолевая силу притяжения пружины 52.

Палец 53 перемещается по пазу в вертикальной стойке и прижимает металлическое кольцо 56 с установленным на нем тормозным диском к тормозному барабану 54. Тормозной барабан неподвижно связан с выходным валом 57. Чем больше скорость ветра, тем больше сила торможения выходного вала. Таким образом регулируется скорость вращения выходного вала и соответственно скорость вращения якоря электрогенератора 61.

Принципиальное отличие конструкции второго варианта вращающейся платформы заключается в том, что узел изменения ориентации общий для всех платформ. Этот узел размещен в центральном узле ветроустановки (фиг.9) и на коромысле (фиг.8). Узлы фиксации положения двух половин лопасти автономные и установлены на каждой вращающейся платформе.

Платформа 1 имеет каркас формы усеченной четырехгранной пирамиды. Она может быть установлена на одном колесе 89 или на двух колесах, связанных с платформой 1 один вслед за другим с одной его стороны, аналогично велосипедным колесам.

Платформы соединяются друг с другом жесткими сцепками 90. Крепление сцепки к соседней платформе осуществляется с помощью плоского шарнира. Такое крепление платформ 1 предохраняет их при вращении от опрокидывания.

Кроме того, каждая платформа соединяется с центральным узлом ветроэнергетической установки радиальными рычагами и горизонтальными упорами 93 (см. фиг.6) с помощью плоских шарниров. Шарниры, ориентированные в вертикальной плоскости, создают момент вращения на центральном валу, допуская небольшие перемещения платформ 1 в вертикальном направлении.

В целом вращающиеся платформы, соединенные друг с другом и с центральным узлом, создают единое ветроколесо, вращающееся в горизонтальной плоскости. Общая суммарная масса ветроколеса стабилизирует скорость его вращения.

Аналогично конструкции первого варианта вращающейся платформы (фиг.2), на упорном подшипнике 64 устанавливаются соосно первая 14 и вторая 15 стойки лопасти. К ним неподвижно крепятся левая 16 и правая 17 половины лопасти соответственно.

В корневой части первой (внутренней) 14 стойки неподвижно установлен нижний фланец 72. Верхний торец фланца 72 имеет форму кольцевого сектора с углом ~100° и на нем установлен кулачок, взаимодействующий с подшипником 75. Пружина 76, установленная между нижним фланцем 72 и диском, неподвижно закрепленным к нижнему торцу первой стойки 14, обеспечивает необходимое прижатие фланца 72 к первому фиксирующему пальцу 73. Ограничительное кольцо на пальце фиксирует верхнее положение первого фланца. Дважды за период вращения на границе раздела активного и пассивного участков вращения платформ кулачок фланца наталкивается на подшипник 75 и выводит фланец из сцепления с пальцем 73. С помощью внутренней четырехкулачковой муфты 78 узел изменения ориентации 23 поворачивает нижний фланец на угол 90°. Фиксирующий палец 73 при этом входит во второе отверстие в торце фланца и фиксирует его угловое положение еще на полпериода вращения платформы. Отверстия в секторном торце фланца расположены через 90° и он поворачивается относительно фиксирующего пальца на угол ±90°.

Для предотвращения углового смещения фланца относительно стойки 14 используется вертикальный паз 94, по которому ходит палец 95, вставленный неподвижно в стойку 14.

К нижнему торцу фланца 72 неподвижно закреплена верхняя полумуфта внутренней четырехкулачковой муфты 78.

Левая половина лопасти 16 связана неподвижно с первой (внутренней) стойкой 14. Она крепится к двум кольцам 63, свободно вращающимся на внешней стойке 15 и связанной с помощью пальцев неподвижно с первой (внутренней) стойкой 14.

Для обеспечения относительного поворота двух половин лопасти на ±90° паз во внешней стойке должен быть прорезан на угол более 180° с учетом толщины пальца.

Для обеспечения необходимого поворота и фиксации положения правой половины лопасти 17 используются признаки, аналогичные вышеизложенным.

Правая половина лопасти неподвижно закреплена на второй (внешней) стойке 15.

На этой стойке установлен верхний фланец 71 с возможностью продольного смещения. Верхний торец фланца 71 имеет форму кольцевого сектора с углом ~100°. На нем установлен кулачок, взаимодействующий с подшипником 75, закрепленным на платформе. Кроме того, в торце фланца 71 имеются два отверстия, расположенные через 90°, которые взаимодействуют со вторым фиксирующим пальцем 74.

Верхний фланец с помощью кронштейна 91 связан с верхней полумуфтой внешней четырехкулачковой муфты 77. Между верхним фланцем и упорным кольцом 92 установлена пружина 76, которая прижимает фланец к торцу второго фиксирующего пальца 74. При взаимодействии подшипника с кулачком верхний фланец опускается вниз, снимается с фиксирующего пальца.

При этом верхняя полумуфта четырехкулачковой муфты входит в сцепление с нижней полумуфтой. Указанная муфта обеспечивает поворот верхнего фланца и связанных с ним неподвижно второй стойки и правой половины лопасти на угол ±90°.

Взаимодействие двух подшипников 75 с кулачками верхнего 71 и нижнего 72 фланцев происходит одновременно и поворот их осуществляется во взаимно противоположных направлениях на угол ±90°. Таким образом, на активном участке лопасть принимает раскрытое положение, а на пассивном - закрытое.

Для сохранения такой ориентации лопастей на всем протяжении активного и пассивного участков траектории их вращения вокруг центрального вала используются фланцы ориентации 70, установленные на каждой платформе.

Фланец ориентации 70 имеет два фиксирующие пальца 73 и 74. Фланец 70 и периферийная звезда 9 установлены неподвижно на одной втулке 67 и через цепь 10 взаимодействуют с центральной звездой 8. Центральная звезда неподвижно связана с флюгером 7. Флюгер определяет и одновременно синхронно меняет угловое положение фланцев ориентации всех платформ и фиксирующих пальцев 73 и 74.

Таким образом, при изменении направления ветра изменяется положение границ между активным и пассивным участками, где изменяется ориентация двух половин лопасти.

На фиг.5 две половины раскрыты, и подшипники наталкиваются на кулачки 96. Это соответствует моменту перехода с активного участка на пассивный до изменения ориентации лопасти. На фиг.6 две половины лопасти закрыты и соответствуют тому же моменту, что на фиг.5, но после изменения ориентации двух половин лопасти.

Внешняя 77 и внутренняя 78 четырехкулачковые муфты сцепления служат для стыковки вращающейся платформы с узлом изменения ориентации двух половин лопасти. Этот узел общий для всех платформ и размещен в центре преобразователя и на коромысле 98.

На фиг.7 приведен вид В-В по фиг.6. Четыре кулачка 96, 97 внешней 77 и внутренней 78 нижних полумуфт входят в сцепление с верхними полумуфтами при их опускании. Это происходит под воздействием подшипников 75 на кулачки.

Внутренняя нижняя полумуфта неподвижно связана с пятой центральной шестерней 83, находящейся в сцеплении с третьей шестерней 81. Третья шестерня, в свою очередь, неподвижно связана с третьей звездой 85, соосно установленной на втулке.

Аналогично внешняя нижняя полумуфта неподвижно связана с шестой центральной шестерней 84. Эта шестерня находится в сцеплении с четвертой шестерней 82. Четвертая шестерня и четвертая звезда 86 неподвижно установлены на одной втулке, вращающейся на оси 80.

Нейтральная звезда 87 свободно вращается на центральной оси 88. Оси вращения центральной, третьей и четвертой звезд неподвижно закреплены на наконечнике кронштейна. Эти звезды с помощью второй цепи кинематически связаны друг с другом, а также с верхним и нижним сегментными звездами 28 и 29, установленными в центре ветроустановки.

Подбирая диаметр и число зубьев секторных, третьей и четвертой звезд, а также коэффициент передачи пар третьей (четвертой) - пятой (шестой) шестерен, можно добиться поворота двух половин лопасти на угол ±90°. Для этой цели используется второй центральный узел (фиг.9) и коромысло с секторными звездами (фиг.8). Центральный узел содержит неподвижную вертикальную стойку и связанное с ней упорное кольцо 106. Над упорным кольцом установлен центральный вал с возможностью свободного вращения. Вал 57 шарнирно связан с радиальными рычагами 4. Горизонтальные упоры 93 шарнирно связаны с корпусом подшипника, установленного на втулке 43 флюгера 7.

На этой же втулке 43 неподвижно установлены центральная звезда 8, фланец ориентации 107 и коромысло 98. Фланец ориентации, втулка флюгера с коромыслом и центральной звездой установлены над упорным кольцом. Фланец ориентации неподвижно связан с внешней шлицевой полумуфтой 103.

Внутренняя шлицевая полумуфта 104 неподвижно соединена с цилиндрической втулкой с кулачковым торцом 108 и втулкой с секторными звездочками 110.

Пружина третья 105 установлена между выходным валом 57 и внутренней шлицевой полумуфтой 104. При этом нижний конец пружины входит в отверстие в выходном валу, а верхний - в отверстие в шлицевой полумуфте 104.

При фиксированном угловом положении внутренней шлицевой полумуфты, которое осуществляется с помощью фланца ориентации 107, при вращении выходного вала пружина 105 закручивается и набирает энергию.

Кулачковый торец втулки 108 имеет шесть кулачковых выступов, расположенных через 60° друг от друга. При взаимодействии указанных кулачков с двумя шарнирами, катающимися в углублениях выходного вала, втулка 108 выводит шлицевую полумуфту 104 из сцепления с внешней шлицевой полумуфтой 103.

Вид С-С - это вид сверху на шестишлицевую муфту 104. При каждом переключении внутренняя шлицевая полумуфта поворачивается относительно внешней полумуфты 103 на 60° (см. фиг.10). При выходе шлицевых полумуфт из сцепления друг с другом накопленная энергия обеспечивает поворот секторных звездочек на 60°.

Эти звездочки с помощью второй цепи 30 связаны с третьими, четвертыми и нейтральными звездами, установленными на двух концах коромысла 98. Путем подбора диаметров и числа зубцов указанных звездочек при кинематической связи, приведенной на фиг.8, можно обеспечить поворот звездочек 85 и 86 на угол ±90°.

Верхний и нижний секторные звездочки входят в сцепление с цепью 30 по очереди. Это приводит к периодическому изменению направления движения замкнутой цепи 30.

Изменение направления движения цепи приводит к циклическому изменению направления поворота третьих 85 и четвертых 86 звезд на угол ±90°.

Ориентация коромысла 98 совпадает с ориентацией флюгера 7.

С помощью четырех пар шестерней 83, 84, третьих 85 и четвертых 86 звезд обеспечивается поворот нижних четырехкулачковых муфт на угол ±90°.

Эти полумуфты с помощью верхних полумуфт обеспечивает изменение ориентации двух половин лопастей на двух платформах, находящихся на границе раздела активного и пассивного участков траектории их вращения.

Участки (секторы) с зубцами на верхней сегментной звезде заменяются участками (секторами) без зубцов. Количество зубцов должно быть таким, чтобы обеспечить поворот третьей и четвертой звезд на угол ±90°. При вхождении в защепление с цепью 30 зубцов верхней сегментной звезды 28, зубцы нижней секторной звезды должны быть свободны. При этом цепь 30 перемещается так, что указано цифрой 1 на фиг.8. При вхождении в сцепление с цепью зубцов нижней секторной звезды 29, направление движения цепи меняется на противоположное.

Таким образом, с помощью одного узла изменения ориентации изменяется ориентация всех лопастей на границе раздела активного и пассивного участков.

Claims (5)

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая установленные на круговом пути взаимосвязанные платформы, взаимодействующие с центральным узлом и флюгером, установленными в центре установки, отличающаяся тем, что каждая платформа содержит складывающуюся из двух половин лопасть, в корневой части которой установлены узлы изменения и фиксации их углового положения двух половин лопасти, взаимодействующие с флюгером.

2. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что узел изменения и фиксации углового положения двух половин лопасти содержит взаимосвязанные периферийную звезду, фланец ориентации, пружину, верхний и нижний фланцы, сегментные звезды, первую и вторую внутренние звезды, каждая из которых кинематически связана через шестеренчатые пары с соответствующими стойками левой и правой половин лопасти, при этом верхний фланец через пружину взаимодействует с корпусом платформы, а фланец ориентации через периферийную звезду и цепную связь - с флюгером.

3. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что центральный узел содержит кинематически связанные выходной вал, коническую пару шестерен, электрогенератор, центральную звезду, установленную на стойке флюгера, и взаимодействующий с флюгером конической формы узел торможения, содержащий взаимодействующие палец, кольцо, тормозной диск и тормозной барабан, неподвижно связанный с выходным валом.

4. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что узел изменения углового положения двух половин лопасти является общим для всех платформ, выполнен в виде коромысла, неподвижно связанного с флюгером и на двух концах которого попарно установлены кинематически связанные звезда, две шестерни и соосные нижние полумуфты, взаимодействующие через цепь с центральным узлом, который, в свою очередь, содержит взаимосвязанные фланец ориентации, установленный на втулке флюгера, шестишлицевую муфту, пружину третью и втулку с кулачковым торцом, который через шарики взаимодействует с выходным валом, при этом узел фиксации углового положения двух половин лопасти содержит взаимодействующие друг с другом периферийную звезду, фланец ориентации с двумя фиксирующими пальцами, подпружиненные верхний и нижний фланец, связанные с соответствующими верхними кулачковыми полумуфтами и взаимодействующие через кулачки с корпусом платформы.

5. Ветроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что центральный узел содержит центральный вал, связанный через пару конических шестерен с электрогенератором, флюгер формы усеченного конуса или усеченной пирамиды, связанный неподвижно с центральной звездой и взаимодействующий с узлом торможения, который содержит взаимодействующие друг с другом трос, четвертую пружину, вторые пальцы, металлическое и тормозное кольца.

Images