RU25915U1

RU25915U1 - CENTRIFUGAL REGULATOR OF ANGLE OF TURN OF THE BLADES OF A WIND POWER INSTALLATION

Info

Publication number: RU25915U1
Application number: RU2002115368/20U
Authority: RU
Inventors: А.Е. Веремеенко; В.С. Дмитриев; В.И. Нырковский; В.В. Обрезчиков; Е.Н. Платонов; В.Н. Трусов; Б.М. Фридман; Р.Ш. Хайкин
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2002-10-27

Abstract

Центробежный регулятор угла поворота лопастей, содержащий размещенный в опорах вращения вал с механизмом передачи его вращения к лопастям, рычажные механизмы с центробежными грузами и ограничителями хода грузов, имеющими в своем составе по две пружины разной жесткости с обеспечением возможности их последовательного включения в работу, отличающийся тем, что центробежные грузы связаны непосредственно с валом центробежного регулятора рычажными механизмами, каждый из которых является шарнирным двухкоромысловым четырехзвенником, расположенным в плоскости, параллельной плоскости вращения ветроколеса.A centrifugal blade rotation angle regulator containing a shaft located in the rotation supports with a mechanism for transmitting its rotation to the blades, linkage mechanisms with centrifugal weights and load travel stops, which have two springs of different stiffness in their composition, ensuring the possibility of their sequential inclusion in work, characterized by the fact that the centrifugal weights are connected directly to the shaft of the centrifugal regulator by link mechanisms, each of which is a hinged two-spindle four-link, located in a plane parallel to the plane of rotation of the wind wheel.

Description

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ РЕГУЛЯТОР УГЛА ПОВОРОТА ЛОНАСТЕЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ.CENTRIFUGAL REGULATOR OF ANGLE OF TURN OF THE VOLES OF THE WIND POWER INSTALLATION.

Полезная модель относится к ветроэнергетике, в частности, к устройствам для автоматического регулирования угла поворота лопастей и может быть использовано при создании ветроэнергетических установок.The utility model relates to wind energy, in particular, to devices for automatically controlling the angle of rotation of the blades and can be used to create wind energy installations.

Известен центробежный регулятор угла поворота лопастей ветроэнергетической установки горизонтально-осевого типа, принятый в качестве прототипа (свидетельство на полезную модель РФ №21938), содержащий размещенный в опорах вращения вал с механизмом передачи его вращения к лопастям, рычажные механизмы с центробежными грузами и ограничителями хода грузов, имеющими в своем составе по две пружины разной жесткости с обеспечением возможности их последовательного включения в работу, муфту. Все данные признаки, за исключением муфты, присутствуют (являются общими) и в предлагаемом техническом рещении. Описанный центробежный регулятор угла поворота лопастей обеспечивает реверсивное изменение угла поворота лопастей при увеличении угловой скорости вращения от нуля до максимально допустимой. При нулевой скорости вращения ветроколеса лопасти установлены под большим углом к плоскости, проходящей через точку пересечения осей поворота лопастей с осью вращения ветроколеса перпендикулярно последней (плоскости вращения ветроколеса), что обеспечивает раскрутку ветроколеса при малых скоростях ветра. В процессе раскрутки центробежный регулятор уменьщает угол поворота лопастей до величины, при которой достигается максимальное значение коэффициента использования энергии ветра, а при превыщении расчетного значения скорости вращения ветроколеса опять увеличивает этот угол, обеспечивая управление скоростью вращения. Однако данный центробежный регулятор имеет достаточно большие габариты и массу, а также технологически сложен.Known is a centrifugal regulator of the angle of rotation of the blades of a wind turbine of a horizontal-axial type, adopted as a prototype (certificate for a utility model of the Russian Federation No. 21938), containing a shaft located in the supports of rotation with a mechanism for transmitting its rotation to the blades, linkage mechanisms with centrifugal loads and load limiters having in its composition two springs of different stiffness with the possibility of their sequential inclusion in the work, the clutch. All these signs, with the exception of the coupling, are present (are common) in the proposed technical solution. The described centrifugal regulator of the angle of rotation of the blades provides a reversal change in the angle of rotation of the blades with an increase in the angular velocity of rotation from zero to the maximum allowable. At zero speed of rotation of the wind wheel, the blades are installed at a large angle to the plane passing through the point of intersection of the axes of rotation of the blades with the axis of rotation of the wind wheel perpendicular to the latter (plane of rotation of the wind wheel), which ensures the spin of the wind wheel at low wind speeds. In the process of spinning, the centrifugal controller reduces the angle of rotation of the blades to a value at which the maximum value of the coefficient of utilization of wind energy is achieved, and when the calculated value of the speed of rotation of the wind wheel is exceeded, this angle again increases, providing control of the rotation speed. However, this centrifugal regulator has a sufficiently large size and weight, and is also technologically complex.

Предлагаемым техническим решением решается задача снижения габаритов и массы центробежного регулятора угла поворота лопастей ветроколеса. Кроме того существенно улучщается технологичность конструкции и повышается надежность центробежного регулятора.The proposed technical solution solves the problem of reducing the dimensions and mass of the centrifugal regulator of the angle of rotation of the blades of the wind wheel. In addition, the manufacturability of the structure is significantly improved and the reliability of the centrifugal controller is increased.

Для достижения указанного технического результата в центробежном регуляторе угла поворота лопастей, содержащем размещенный в опорах вращения вал с механизмом передачи его вращения к лопастям, рычажные механизмы с центробежными грузами и ограничителями хода грузов, имеющими в своем составе по две пружины разной жесткости с обеспечением возможности их последовательного включения в работу, центробежные грузы связаны непосредственно с валом центробежного регулятора рычажными механизмами, каждый из которых является шарнирным двухкоромысловым четырехзвенником, расположенным в плоскости, параллельной плоскости вращения ветроколеса.To achieve the specified technical result in a centrifugal regulator of the angle of rotation of the blades, containing a shaft located in the bearings with a mechanism for transmitting its rotation to the blades, linkage mechanisms with centrifugal weights and load limiters, which include two springs of different stiffness with the possibility of their sequential switching on, centrifugal loads are connected directly to the shaft of the centrifugal regulator by lever mechanisms, each of which is a hinged two-core A four-link finisher located in a plane parallel to the plane of rotation of the wind wheel.

s а ,i 1 15 У 6 s a, i 1 15 Y 6

Объект-устройство МКИ: F03D7/04MKI device object: F03D7 / 04

Причем параметры рычажного механизма (длины коромысел и шатуна, расстояния между точками кренления коромысел к ступице ветроколеса и валу центробежного регулятора) подобраны таким образом, что при перемещении центробежных грузов из одного крайнего положения в другое вал центробежного регулятора совершает реверсивное угловое перемешение.Moreover, the parameters of the lever mechanism (the length of the rocker arm and connecting rod, the distance between the heel points of the rocker arm to the hub of the wind wheel and the shaft of the centrifugal regulator) are selected in such a way that when the centrifugal loads are moved from one extreme position to the other, the shaft of the centrifugal regulator reverses angular mixing.

Отличительными признаками предлагаемого регулятора является то, что центробежные грузы связаны непосредственно с валом центробежного регулятора рычажными механизмами, каждый из которых является шарнирным двухкоромысловым четырехзвенником, расположенным в плоскости, параллельной плоскости враш;ения ветроколеса.Distinctive features of the proposed controller is that centrifugal loads are connected directly to the shaft of the centrifugal controller by lever mechanisms, each of which is an articulated double-link four-link located in a plane parallel to the plane of rotation of the wind wheel.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы), достигается следующий технический результат - по сравнению с прототипом в результате более компактного размещения регулятора уменьшаются габариты и масса ветроколеса; за счет укорочения цепи передачи усилий от центробежных грузов к валу центробежного регулятора уменьшаются трение и люфты в кинематике рычажных механизмов; увеличивается надежность, как результат упрощения конструкции и разделения действующих на ограничители хода грузов динамических нагрузок на два канала; улучшается технологичность.Due to the presence of these distinctive features in conjunction with the known (indicated in the restrictive part of the formula), the following technical result is achieved - in comparison with the prototype, the dimensions and weight of the wind wheel are reduced as a result of a more compact placement of the controller; due to the shortening of the chain of transmission of forces from centrifugal loads to the shaft of the centrifugal regulator, friction and backlash in the kinematics of the linkage mechanisms are reduced; reliability increases as a result of simplifying the design and dividing the dynamic loads acting on the load limiters into two channels; manufacturability improves.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризуюшая предлагаемый центробежный регулятор, не была обнаружена. Таким образом, предлагаемая полезная модель соответствует критерию охраноспособности новое.As a result of a search by sources of patent and scientific and technical information, the totality of features characterizing the proposed centrifugal regulator was not found. Thus, the proposed utility model meets the eligibility criterion new.

Предложенное техническое решение может найти применение в конструкциях ветроэнергетических установок, особенно для обеспечения их работы во всем диапазоне скоростей ветра. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию охраноспособности промышленно применима.The proposed technical solution can find application in the construction of wind power plants, especially to ensure their operation in the entire range of wind speeds. Thus, the proposed technical solution meets the eligibility criteria of industrial applicability.

Изобретение поясняется чертежами фиг. 1-4.The invention is illustrated by the drawings of FIG. 1-4.

Па фиг. 1,2,3 - изображен предлагаемый центробежный регулятор угла поворота лопастей ветроэнергетической установки в трех характерных положениях, возникающих при его работе: старт, реверс и флюгер.Pa fig. 1,2,3 - shows the proposed centrifugal regulator of the angle of rotation of the blades of the wind power installation in three characteristic positions that arise during its operation: start, reverse and weather vane.

Па фиг. 4 изображены элементы механизма передачи вращения от вала центробежного регулятора к лопастям в сечении А-А.Pa fig. 4 shows the elements of the transmission mechanism of rotation from the shaft of the centrifugal regulator to the blades in section AA.

Представленный на фиг. 1-4 центробежный регулятор угла поворота лопастей содержит: размещенный в опорах вращения 1 ступицы 2 вал 3, ось которого совпадает с осью вращения ветроколеса 6, механизмом передачи движения 4 лопастям 5 ветроколеса 6; рычажные механизмы 7, содержащие каждый в свою очередь: щарнирно закрепленное на ступице 2 коромысло 8 с центробежным грузом 9, установленное на валу 3 коромысло 10, а также шарнирно соединенный с коромыслами 8 и 10 шатун 11; шарнирно соединенный с коромыслом 8 и ступицей 2 ограничитель хода 12, содержащий в своем составе предварительно растянутую пружину малой жесткости 13 и предварительно сжатую пружину большой жесткости 14. Для обеспечения кинематической совместимости рычажных механизмов 7 коромысло 10 одного из них закреплено на валу центробежного регулятора 3 неподвижно штифтомPresented in FIG. 1-4, the centrifugal regulator of the angle of rotation of the blades contains: located in the bearings of rotation of 1 hub 2 shaft 3, the axis of which coincides with the axis of rotation of the wind wheel 6, the transmission mechanism of the movement of the 4 blades 5 of the wind wheel 6; lever mechanisms 7, each containing in turn: a rocker 8 pivotally mounted on the hub 2 with a centrifugal load 9, a rocker arm 10 mounted on the shaft 3, and a connecting rod 11 pivotally connected to the rocker arms 8 and 10; A travel stop 12 pivotally connected to the rocker arm 8 and the hub 2, comprising a pre-stretched spring of low stiffness 13 and a pre-compressed spring of high stiffness 14. To ensure the kinematic compatibility of the linkage mechanisms 7, the rocker arm 10 of one of them is fixed to the shaft of the centrifugal regulator 3 by a fixed pin

15, a аналогичное коромысло 10 другого рычажного механизма одето на штифты 16 нервого с зазором, несколько превышающим возможное рассогласование в углах поворота двух коромысел 10, обусловленное производственными допусками на входящие в кинематическую цепь элементы. Центробежный регулятор закрыт обтекателем 17. Ветроколесо 6, включающее ступицу 2, лопасти 5, предлагаемый центробежный регулятор и обтекатель 17, закреплено на валу 18, размещенном в опорах вращения гондолы 19 ветроэнергетической установки.15a, a similar rocker 10 of another linkage mechanism is dressed on the pins 16 of the nerve with a gap slightly exceeding the possible mismatch in the angles of rotation of the two rocker arms 10 due to manufacturing tolerances on the elements entering the kinematic chain. The centrifugal regulator is closed by a fairing 17. The wind wheel 6, including the hub 2, blades 5, the proposed centrifugal regulator and fairing 17, is mounted on a shaft 18 located in the supports of rotation of the nacelle 19 of the wind power installation.

Работа центробежного регулятора угла поворота лопастей происходит следующим образом. При не вращающемся ветроколесе 6 элементы центробежного регулятора занимают положение, показанное на фиг. 1. При этом лопасти 5 установлены под углом, обеспечивающим раскрутку ветроколеса при малых значениях скорости ветра. При действии на ветроколесо 6 ветрового потока, оно начинает вращаться. Под действием возникающих центробежных сил грузы 9 начинают удаляться от оси вращения ветроколеса 6. Движение грузов 9 преобразуется рычажными механизмами 7 в поворот вала 3. Вал 3 поворачивается относительно ступицы 2 против часовой стрелки и с помощью механизма передачи движения 4 лопастям 5 поворачивает последние в сторону уменьшения отсчитываемого от плоскости вращения ветроколеса 6 угла установки лопастей 5. Поворот коромысла 8 приводит к растяжению пружины 13 ограничителя хода 12. 14 на этапе раскрутки в работу не включается. Раскрутка ветроколеса 6 заканчивается, когда центробежный регулятор переходит в положение, показанное на фиг.2 (положение реверса), при котором оси шарниров крепления шатуна 11 к коромыслам 8, 10 и ось шарнира крепления коромысла 8 к ступице 2 лежат на одной прямой. В этом положении угол установки лопастей 5 принимает наименьшее значение, обеспечивающее достижение максимального значения коэффициента использования энергии ветра. Угловые скорости, соответствующие началу движения грузов 9 относительно ступицы 2 и концу этапа раскрутки, регулируются выбором предварительного натяжения пружины 13 и ее жесткости. В положении реверса центробежный регулятор удерживается усилием предварительного поджатия пружины 14 и усилием в пружине 13 до достижения угловой скорости вращения ветроколеса 6, обеспечивающей снятие установленной мощности при расчетной скорости ветра. При большей скорости вращения грузы 9 продолжают движение от оси вращения ветроколеса 6, а вал 3 начинает поворачиваться в обратную сторону (по часовой стрелке), увеличивая тем самым угол установки лопастей 5. Пружина 14 сжимается. Показанное на фиг. 3 положение центробежного регулятора соответствует переводу лопастей 5 во флюгерное положение. Подбором жесткости пружины 14 регулируется значение максимальной угловой скорости вращения ветроколеса 6 в рабочем диапазоне скоростей ветра.The operation of the centrifugal regulator of the angle of rotation of the blades is as follows. With a non-rotating wind wheel 6, the elements of the centrifugal controller occupy the position shown in FIG. 1. At the same time, the blades 5 are installed at an angle that ensures the spinning of the wind wheel at low wind speeds. When the wind flow 6 acts on the wind wheel, it starts to rotate. Under the action of the emerging centrifugal forces, the loads 9 begin to move away from the rotational axis of the wind wheel 6. The movement of the loads 9 is converted by the lever mechanisms 7 into the rotation of the shaft 3. The shaft 3 is rotated counterclockwise relative to the hub 2 and rotates the latter 4 to the blades 5 in a decreasing direction counted from the plane of rotation of the wind wheel 6, the angle of installation of the blades 5. The rotation of the rocker arm 8 leads to the extension of the spring 13 of the travel stop 12. 14 at the stage of promotion in the work is not included. The spinning of the wind wheel 6 ends when the centrifugal regulator switches to the position shown in figure 2 (reverse position), in which the axis of the hinge connecting the connecting rod 11 to the rocker arms 8, 10 and the axis of the hinge of the rocker arm 8 to the hub 2 lie on one straight line. In this position, the angle of installation of the blades 5 takes the smallest value, ensuring the achievement of the maximum value of the coefficient of utilization of wind energy. The angular velocities corresponding to the beginning of the movement of goods 9 relative to the hub 2 and the end of the unwinding stage are controlled by the selection of the pre-tension of the spring 13 and its stiffness. In the reverse position, the centrifugal controller is held by the pre-pressing force of the spring 14 and the force in the spring 13 until the angular speed of rotation of the wind wheel 6 is reached, which ensures the removal of the installed power at the estimated wind speed. At a higher speed of rotation, the cargo 9 continues to move from the axis of rotation of the wind wheel 6, and the shaft 3 begins to turn in the opposite direction (clockwise), thereby increasing the angle of installation of the blades 5. The spring 14 is compressed. Shown in FIG. 3, the position of the centrifugal regulator corresponds to the translation of the blades 5 in the vane position. The selection of the stiffness of the spring 14 controls the value of the maximum angular velocity of rotation of the wind wheel 6 in the operating range of wind speeds.

Claims

A centrifugal adjuster of the angle of rotation of the blades, containing a shaft located in the bearings of rotation with a mechanism for transmitting its rotation to the blades, linkage mechanisms with centrifugal weights and load limiters, comprising two springs of different stiffness, ensuring the possibility of their sequential inclusion in operation, characterized in that centrifugal loads are connected directly to the shaft of the centrifugal regulator by lever mechanisms, each of which is an articulated double-link four-link, located dix in a plane parallel to the plane of rotation of the propeller.