F03D7 - Управління і регулювання вітряних двигунів
B64C11 - Повітряні гвинти, наприклад тунельного типу; елементи, загальні для тягових і несучих гвинтів (несучі гвинти для гвинтокрилих літальних апаратів B64C 27/32)
Власники патенту RU 2381956:
Державна освітня установа вищої професійної освіти "Воронезький державний технічний університет" (RU)
Винахід відноситься до вітроенергетики, зокрема до регульованим повітряних гвинтів.
Відомі різні регульовані вітроколеса [1], такі, наприклад, як виводяться з-під вітру, з повітряними гальмами. Однак найбільшого поширення набули вітроколеса з поворотними лопатями (або частини лопатей). Застосовуються схеми із стабілізаторами, з інерційними (відцентровими) регуляторами, з поворотом лопаті під тиском вітру.
Найбільш поширені відцентрові регулятори [2, 3], проте їм притаманні серйозні недоліки, пов'язані, наприклад, з виникненням автоколивань (під впливом поривів вітру), недостатньою диссипацией енергії в системі, а також з необхідністю наявності вантажів, що ускладнює рухливу лопать, негативно впливаючи на масогабаритні показники вітроколеса.
Найбільш близьким до заявленого є регульований повітряний гвинт [4] з електричним приводом повороту лопатей, при цьому двигун з передачею встановлено в ступиці, вітроколесо закріплено на підставі, яке може бути поворотним, є відповідно лопаті з механізмом повороту, редуктор.
Істотним недоліком даного пристрою є необхідність в наявності обертових струмознімачів зі щітками, що ускладнює конструкцію і знижує надійність через необхідність періодичного обслуговування.
Винахід направлено на усунення обертового струмознімання і підвищення надійності.
Це досягається тим, що регульований повітряний гвинт з обертовим валом, закріпленим на підставі, що містить маточину, поворотні лопаті з механізмами їх повороту, редуктори, електродвигуни, встановлені під обертається на валу маточини, відповідно до винаходу, ротори електродвигунів забезпечені загальними круговими торцевими статорами, встановленими на підставі.
Суть винаходу ілюструється кресленням, де на фіг.1 зображений заявлений повітряний гвинт, розріз у вертикальній площині, на фіг.2 умовно показано розташування приводів повороту лопатей, на Фіг.3 наведено вид на статори з боку повітряного зазору.
Регульований повітряний гвинт (для прикладу дволопатевий) містить нерухоме підставу 1 (вежу в разі вітроколеса), поворотний підставу 2 (також у разі вітроколеса), на якому укріплені зовнішній 3 і внутрішній 4 торцеві статори приводу повороту лопатей. Повітряний гвинт містить корпус 5, в передній частині якого розміщений аеродинамічний ковпак 6, в корпусі на підшипниках 7 виявлено черв'як 8 черв'ячного редуктора, черв'як знаходиться в зачепленні з черв'ячним колесом 9, яке закріплене на торці 10 поворотною лопаті, яка обертається в підшипниках 11. На фіг.1 показана тільки кінцева частина лопаті 12, зовнішні частини лопатей не показані, щоб не захаращувати креслення. На одному валу 13 розташовані черв'як 8 і торцевої ротор 14 приводу повороту лопатей, який знаходиться в магнітному контакті зі статорами 3 і 4 см. Фіг.2 і 3. Вал 15 повітряного гвинта обертається в підшипниках 16 і 17. Статори 3 і 4 виконані секціонованими , що показано на фіг.3. Таким чином, наприклад, на фіг 3. у верхній частині верхнього ротора знаходяться секції 18 і 19, в нижній частині верхнього ротора - секції 20 і 21. Природно при обертанні вітроколеса в зоні ротора будуть по черзі перебувати інші секції.
Регульований повітряний гвинт працює наступним чином. Якщо на статори 3 і 4 напруга не подається (джерело живлення на кресленні не показаний, щоб не захаращувати креслення), то ротори 14, а отже, і вал 13 з черв'яком 8, а також колесо 9 і торець 10 лопаті 12 нерухомі внаслідок самогальмуючі властивостей черв'ячної передачі. Якщо ж з яких-небудь причин, включаючи аварійні режими, потрібно змінити кут нахилу лопатей, то в залежності від знака повороту секції статоров 3 і 4 коммутируются в тому чи іншому напрямку, при цьому напрямок комутації статоров 3 і 4 протилежно. Наприклад, якщо розглянути фіг.3 і для прикладу розглянути режим, при якому ротор 14 повертається за годинниковою стрілкою, його зона взаємодії умовно показана на Фіг.3 штрихпунктирною лініями, то напрямок комутації секції зовнішнього статора - за годинниковою стрілкою, тобто від секції 18 до секції 19 і далі по всім іншим секціях, які не позначені на Фіг.3. Напрямок же комутації секції внутрішнього статора - протилежне, тобто проти годинникової стрілки, наприклад, від секції 21 до секції 20. Таким чином, на верхню частину статора діє момент, спрямований за годинниковою стрілкою, а на нижню частину ротора - крутний момент, спрямований проти годинникової стрілки. В результаті ротор 4 прийде в обертання за годинниковою стрілкою. Така ж ситуація складається і по відношенню до протилежно розташованого ротора 2-й лопаті або до інших роторам в разі вбагатолопатеву ветроколес. Ротори 14, обертаючись, за допомогою вала 13 приводять в обертання черв'яка 8, а ті, в свою чергу, через колеса 9 і торці 10 повертають лопаті 12. При необхідності повороту в інший бік напрямок комутації секцій статоров 3 і 4 змінюється на протилежне.
Техніко-економічним перевагою заявляється повітряного гвинта є безконтактність передачі зусилля зі статора на обертову частину через повітряний зазор між статорами і роторами, що різко підвищує надійність в порівнянні з повітряними гвинтами, поворот лопатей яких здійснюється редукторами з електродвигунами, які в свою чергу вимагають наявності харчування, підвідний через ковзаючі струмознімання, які володіють зниженою надійністю, викликаної зносом щіток і контактних кілець. Другим важливим техніко-економічним перевагою заявляється гвинта є полегшення рухомий обертається за рахунок того, що статорні елементи, що володіють збільшеною масою і габаритами в порівнянні з роторами, розташовані на підставі 2 і не обертаються разом з гвинтом. Ця перевага особливо помітно в порівнянні з відцентровими регуляторами, оскільки дозволяють відмовитися від вантажів, тобто полегшити рухому частину вітроколеса.
1. Фатєєв Е.М. Вітродвигуни. - ГНТІ, Москва, 1962, с.67.
2. Патент РФ №2205292 - Вітроенергетична установка / А.В.Околов, С.А.Авраменко.
3. Патент РФ №2235902 - Вітроколесо вітроенергетичної установки горизонтально-осьового типу / А.Е.Веремеенко і ін.
4. Александров В.Л. Повітряні гвинти. - Оборонгиз, Москва, 1951, стор.59, фіг.37.
Регульований повітряний гвинт з обертовим валом, закріпленим на підставі, що містить маточину, поворотні лопаті з механізмами їх повороту, редуктори, електродвигуни, встановлені під обертається на валу маточини, що відрізняється тим, що ротори електродвигунів забезпечені загальними круговими торцевими статорами, встановленими на підставі.