Регулирующее устройство для ветродвигателей

Регулирующее устройство для ветродвигателей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ регулирующего устройства для ветродвигателей.

К авторскому свидетельству A. H. Дзюба, заявленному

8 июля 1934 года (спр. о перв. ¹ 148898).

О выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 июля 1935 года.

Известны ветродвигатели, у которых ново- ) рот лопастей, с целью регулирования, произ-, водится сжатым воздухом, ьоздействуюшим на поршень отдельного цилиндра, связанный с лопастью. В предлагаед!ом регулирую»цем, устройстве для ветродвигателей применен регулятор давления, на поршень которого воздействует отдельный ветряк и которыи при посредстве сервомотора и соответству!ошей передачи поворачивает крыло ветродвигателя.

На чертеже фиг. 1 изображает вид ветро- i двигателя сбоку; фиг. 2 — то же спереди; фиг. 3 — ра очее ьетровое колесо — поперечный разрез; фиг. 4 — то же.. вкд спереди; фиг. 5— ! втулку колеса — впд спереди; »!»иг. 6 — то жо, поперечный разрез; »»!иг. 6, 6", 6" — крыло» и его детали; фиг. 7 — зспомогате:ьное в».тро- все колесо для регулировки ветродвигат, ля в вид сбоку; фиг.8 — схему регулиру!ощего органа;, фиг. 9--схему регулятора давлени:i; фиг. 10, и 11 — различные йоложения регул!»рующего i органа и крыла в»тродвигателя.

Чертеж изображает ветродвигатель предла- гаемой систеиь1, сконструированный для ча-, стного случая задания: мощность 3000 кв п,, генератор синхронный,. число оборотов ветро- вого колеса 20, генератора †5. Диаметр:; ветрового колеса до 80 л. Высота центра, ветрового колеса над поверхностью земли око- » ло 60 лг.

»

При фаботе ветродвигателя с синхронным генератором число оборотов ветрового колеса, должно быть постоянным. Так как число обо-, ротов ветрового колеса зависит от весьма переменной силы ветра, могущей, вне нашего; контроля, дать энергии и недостаточно для полной нагрузки генератора, и гораздо более, чем нужно, то и основной регулятор ветродвигателя должен действовать в прямой зази- симости от силы ветра в данный момент. (63) Требуется,. следовательно,. такая !гопетрук цня регулятора, которая, находясь под непосредственным воздействием ветра, воспринимала бы все изменения его режима, превращая их в соответствующие обстановке передвижения, и выполняла бы эти передвижения, изменяя в нужные моменты угол установки крыльев таким образом, чтобы нагрузка, ветряка была максимально возможной» не превосходящей однако допу-стимого предела.

Таким образом это регулирование предполагает наличие двоякого рода механизмов механизма, воспринимающего импульсы ветра и дающего передвижения, т. е. механизмаприемника и механизма-исполнителя. фактически осуществляющего работу по регу: ировке (серн мот.ра).

Кон» труни»»;»:-;рыльез должна быть такой чтооы к!а»!»я!ул!»ции с ними во вр» мя регулирования псе зависели от состояния погоды (гололедица:, изморозь) и требовали к!!! япмального !!ъ сеоя расхода мощносг»!. Помп. !о этого все !»онструктив»!ые элементы и прпспособленпя регулиру»ощпх механизмов должны быть максимально просты ц действовать безотказно.

Все эти требования автор и пытается осуществить в предлагаемой конструкции .етрового колеса и регулятора, работающего в зависимости от силы ветра.

Ветродвпгатель (фиг. 1 и 2) в основном состоит из рабочего ветрового колеса,. установленного на решетчатой железной башне.

Ветровое колесо, сидящее. на стальном пустотелом валу, соединяется при посредство муфты с повышателем скорости и далее с синхронным генератором, Головка ветродвигателя опирается на башню и на ней поворачивается при посредстве катков, двигающихся по круговому рельс ... удерживаясь хвостовым придатком, входящим внутрь башни.

Два круговых пояса этого придатка; концентричные соответственным поясам в башне, удерживают головку двигателя в пра.вильном по отношению к башне положении при посредстве системы вертикальных роликов.

Установка головки ветродвигателя на ветер производится при посредстве двух электромоторов, установленных в указайном выше хвостовом придатке и находящихся в сцеплении с круговой рейкой роликового типа, укрепленйои на башне.

Основное управление работой ветродвигателя производится от механизма-приемника, ветровое колесо л которого вынесено вперед от центра рабочего ветрового колеса на значительное расстояние (в данной конструкции < около 15 .

Механизм-приемник имеет своей основной задачей обеспечение возможности устойчивой работы ветродвигателя в системе других электростанций.

Рабочее ветровое колесо (фиг. 1 и 2) представляет собой компактный механизм, впо <не защищенный от воздействия непогоды,. и состоит в основном из втулки (обоймы) вотроапго колеса, несущей на себе четыре крыла, шарнирно с ней связанные, и кронштейна с ветр >вым колесом л.

В предлагаемой конструкции втулка для удобства изготовления выполняется из четырех частей, связанных между собой болтами и стальными кольцами. Во втулке размещены! две системы шариковых подшип и четыре пневматических сервомоторау, че1ырех цилин- дрических пружины ф (фиг. 5 и 6).

Все четыре крыла жесткого типа,. в которых лопасти и корневая часть представляют собой одно общее неразъемное целое (фиг. 6 — 6 ).

Крылья уиреплены во втулке таким образом, что каждое из них може< свободно вращаться вокруг своей продольной оси. -1

Крыло состоит из лопасти и, переходной, части к и корневой части ш., соединенных между собой жестко таким обр: зом, что все крыло представляет собой окно целое. Корневой своей частью крыло соединяется со втулкой колеса при посредстве двух систем шарикоподши пинков, из которых наружная б (фиг. 6) воспринимает на себя осевое давление и центробежные силы, а система внутренних подшипников г воспринимает вес крыла и радиальное давление. На корневой части каждого крыла у внутренней его опоры жестко закреплей двуплечий рычаг д, прн посредстве которого пневматический сервомотор воздействует на, крыло. Рыч: r этот шарнирно соединен одним концом со штоком поршня сервомотора, а другим — с цилиндрической пружиной, противодействующей поршню.

Лопасть крыла сконструирована из поперечных перпор и продольных листов волнистого железа: лонжероны, таким образом, отсутствуют. Лопастикрыла снабжены рулями и, обеспечвающими легкость маневрирования крылом в процессах регулирования работы двигателя.

Сервомотор у представляет собой комбинацию из пневматического цилиндра, питаемого сжатым воздухом с давлением от одной до десяти атмосфер и цилиндрической пружины ф, работающей на сжатие в то время,. когда цилиндр находится под давлением. По мере понижения давления под поршнем, последнии под воздействием пружины возвращаетсп в свое исходное положение. Конструктивно пневматический цилиндр и пружина осуществлены в виде четырех идентичных устройств, из которых каждое обслуживает одно крыло (фиг. 5). Все четыре цилиндра системы связаны общим воздухопровс дом, соединяющим нх с резервуаром сжатого воздуха. питаемого небольшим компрессором (<впг. 9) мощностью до 10 лош. сил. Компрессор находится в постоянном соединении с валом генератора.

Лппарат< осуществляющий регулирование работы ветродви гатвля, состоит из следующих частей: небольшого (диаметром около 2 л ) в<.тров<иго колеса л многолопастного типа (фиг. 7), вынесенного по возможности далеко вперед от ветродвигателя для восприятия ими<львов ветровой среды,, еще нв деформированной воздействием рабочего ветрового колеса. Это колесо через посредство вала 9, проходящего сквозь поддерживающий его трубчатый вал 12 ветряка, и далее сквозь полость главного вала, связано с цилиндрической пружиной м, работающей на сжатие. Кулак и сид т на свободном конце вала 9 <фиг. 7 — 9).

Далее на фиг. 8 показан р гуля<ор 7,.1, б давления и рычаг о, соединяющий кулак и с регулятором.

Схема увязки всей системы представлена на фиг. 9, на которой сделаны следующие обозначения: л — ветровое колесо (отдельное), л — его пружина, н — его кулак, о — рычаг передачи от кулака к регулятору давлен: я, n — регулятор давления, р — компрессор, с— резервуар со сжатым воздухом, и — центробежный регулятор, у — пневматический сврвомотор, ф — пружина к сервомотору, Н вЂ” крыло, ч — воздухопровод.

Роль регулятора давления состоит в том, чтобы пропускать к цилиндрам сервомоторов воздух -.акого давления, какое требуется в данный момент. В соответствии с этим., деиствие его происходит следующим образом.

Если ветра нет илн он очень слаб, то кулак, рычаг, шток регулятора, его золотник 1 и клапан 7 находятся в положении,. изоораженном на фиг. 8. При посредстве трубопровода верхняя полость регулятора находится в прямом соединении с резервуаром а сжатого воздуха и, следовательно, под полным давлением.

Средняя полость 15 цилиндра регулятора имеет сообщение с атмосферой, и так как клапан 7 закрыт, то в полости И, трубопроводе 14 и в цилиндрах сервомоторов †всю давление равно атмосферному. Поршни цилиндров находятся в своем исходном положении, крылья †нерабочей позиции и двигатель стоит (фиг.10 ); на атой фигуре через у обозначена плоскость вращения ветряка.

Если ветер достиг скорости, при которой двигатель мож<.г у,ке тронуться с места, то колесо .г и кулак н повернуты Н» некоторый угол (фиг. ll). 11равый конец рычага о отведен

<вниз, шток золотника регулятора и приподнялся ноткрыл клапан. Сжатый воздух начал поступать в среднюю полость,, где уст»навлизается давление, зависящее От соотношения степени открытия как клапана., так н Отверстия, сообщающего среднюю полость с атмо.с<1<ерой. поршень сервомотора у, преодолев пружину. поднимется и повернет крь<ло на некоторый угол,. переведя его в рабочее положение,: двигатель начинает работу.

llo мере возрастания ветра угол поворота колеса г давление в цилиндрах сервомотора и угол установки крыла на ветер увеличиваются, двигатель забирает на себя нагрузку.

При в< тре, равном установочному. коыло нмеет наивыгоднейший угол атаки и ьетродвигатель развивает полную свою мощность.

Давление в камере 15 ниже i0 атмосфер.

11ри дальнейшем возрастании угла поворота ветрового колоса < сервомотор уже начинает выводить крыло из-под ветра в такой мере, чтобы в дальнейшем мощность ветряка оставалась постоянной.

1!ри достижении силы ветра определенной величины, которая конструктивно фиксируегся как предельная для данного ветряка, золотник закрывает отверстие, сообщающее среднюю полость цилиндра регулятора с атмосферой.

М полости этой, а следовательно, и в цилиндрах сервомотора устанавливается предельное давление, равное 10 атмосферам. 11оршнп переводят крылья в нерабочее положение, и двигатель останавли:ается (фиг. 11 ); на этой фигур< через х обозначена плоскость вращения колеса. 11ри этом вступают в действие приспособления (защелка, храповик и т. д.), которые твердо фиксиру<от выведенное из работы положение крыла, чтобы при понижении (в силу каких-либо причин) давления в цилиндрах сервомотора, двигатель не мог автоматически включаться вновь в работу. Для включения его в работу в этом случае необходимо будет поднять регулятором давление в цилиндрах сервомотора до предельного, выключить защелку и затем опустить давление до нормы, отвечающей силе ветра.

Предлагаемая система дает возможность осуществить прямую и однозначную зависимость между силой ветра и углом установки крыла.

Угловое положени< крыла Опр<.д< ляется положением двунлечего рычага d, а положение двуплечего рычага для каждой величины давления под поршнем сервомотора у определяется силою его пружины ф. Гаким образом выбрав определенную пружину, можно знать давление под порп:нем ссрвомотора, соответствующее любому заданному положению крыла. Давление это устанавливается регулятором, комбинирующим в своей средней полости подток в мдуха высокого давления и понижение этого давления за счет сообще ния с атмосферой.

Все манипуляции регулятора происходят под воздействйем кулака гг в зависимости от углового положения ветрового колеса л, и следовательно, от силы ветра.

Меняя характеристику пружин сервомотора н подобрав надлежащим ооразом форму ку лака и конструктивные детали регулятора давления, можно осуществить те гли иные кривые зависимости режима крыла от режима ветровой сречы и тогда устойчивость параллельной работы синхронного ген ратора нет<»п<а с ситью может считаться обеспеченной.

11омимо основного регулирования в зависимости от силы Bcòð» двигатель может иметь еще контрольное регулирование от зле<;трпч< ской нагрузки. Это регулиоование будет служ ть поверкой в некоторых точках правильно<гги действия описанной системы.

Такую поверку достаточно сделать для двух

ТОЧЕК ИЛи МОМЕНТОВ: ДЛЧ МОМЕBlа ДОСтнжЕни{ << тром устанбвочной скорости, при кОтОрой электрический генератор должен нести и» себе полную нагрузку, и для момента достижения ветром той скорости., при которой двигатель долли:< быть вьп;лючен из работы.

11ри этом генератор может иметь определенную перегрузку, при достижении которой реле ставит крылья в нерабочее положение. Вспомогательное реле в этих случаях действует на гланан регулятора давления.

Для предохран< ния ветродвигателя от разноса при внезапн м сбросе э-:ектрпческой нагрузки и для удержания его оборотов в пределах нормы прн работе его на сеть в одиночку устанавливается скоростной центробежный регулятор «< общеизвестного тина (фиг.

Так как крыло запроектировано таким образом, что равнодействующая аэродинамических сил не проходит через математическую ось его вращения, то работа сжатого воздуха, которая потребуется для преодоления сопротивления поворота хвостовой части крыла, может получить довольно большую величину. Для того, чтобы свести требуюЩУЮСЯ ДЛЯ ПОВОРОТа КРыяа НОД НаГРУЗКОЙ работу сервомотора к минимуму. в конструкции крыльев предусмотрены приспособления, действие которых аналогично действию элеронов в аэропланах. Жи приспособления, поворачпвающпе крыло и аэродинамическн с большой легкостью, кинематически связаны с сервохготорами.

Предмет изобретения.

1. Регулирующее устройство для ветродвигателей с применением сжатого воздхха для поворота лопаток, отличающееся тем, что для регулирования работы пневматического сервомотора у, воздействующего на поворотное крыло гг при посредстве рычага и пружины ф, применен регулятор и давления, поршень коего выполнен в виде золотника, для сообщения заключающего его цилиндра с атмосфер ю, н соединен штоком, снабженным пружино<о, с одной стороны с клапаном для впуска игЛ, иг 4. фигй фиг1 фиГ5

I фигГ

1 у ;7 1, ii и;/ п,Г-, Z Ь О

rr " ()r фиг!! П фи ILl

1 1

) 1 г.;;

Ц

Ё 9

Эксперт A. М. Сам; сь

P кантор Р. И. Утешев сжатого воздуха в указанный цилиндр, а с другой стороны с рычагом о, для поворота коего, с целью воздействия на поршень регулятора давления, применен отдельный ветряк л с кулаком, нагруженным пружиною я (фиг 9).

2. Форма выполнения устройства по и. 1, отличающаяся тем, что вал 9 ветряка л помещен в осевом канале вынссонно о вперед вала 12 самого ветродвигателя афпг. 7).

3. Применение в устройстве по п. 1 обычной конструкции защелки или нного стопор--! пого органа — для фиксирования положения

1 выведенного из работы крыла.

4. Применение в устройстве по и. 1 кон! трольного регулирования 0Т электрической нагрузки, с целью проверки правильн ости дг иствия регулирующего устройства для. ветродвигателя.

1 иг.b

Я

8 фиГ,, .МЛ р л.- ф4, ; л -//

Тип „1 ромнолиграф . "rioor:ci а:, 1Л 3ак. 3968