Ветросиловая установка “ОСА-2″

Изобретение относится к ветроэнергетике И может быть использовано для механизации подъема воды из глубоких скважин и колодцев, а также для выработки электроэнергии.Известны ветронасосные агрегаты, содержащие ветроколесо с горизонтальным валом И водоподъемный Механизм, выполненный в виде колонны водоподъемных труб, подсоединенного к ней плунжерного насоса, кинематически связанного посредством тяг И шатунно-кривошипного механизма с валом ветроколеса (а. с. СССР Не 769958, кл. Р 03 В 9/00, 1949). Известно (а. с. СССР Кв 939816, кл. Р 03 В 9/00, 1982),что для улучшения условий запуска И работы кинематическая связь может быть выполнена в виде подпружиненного с двух сторон троса, при этом затяжка верхней пружины при среднем положении кривошипно-шатунного механизма должна быть больше усилия предварительной затяжки нижней пружины на величину массы подвижных элементов конструкции(плунжера, троса, столба жидкости И пр.). Разжатие нижней пружины должно соответствовать по длине и скорости возвратно-поступательному ходу шатуна. Применение в кинематической связи подпружиненного с двух сторон троса не всегда применимо, так как требует, например, в кривошипно-шатунном механизме шатун выполнять жестким с необходимым обеспечением в конструкции соответствующего пространства для амплитуды его движений.Конструкции рассматриваемой категории ветронасоснь 1 х агрегатов для работы в условиях изменяющейся до ураганной силы ветра требует специальных технических решений для исключения поломок конструкции от перегрузок и обеспечения безопасности эксплуатации. Для этой цели, например, известны технические решения (а. с. СССР М 1514970,кл. Р 03 В 7/00, 1989), заключающиеся в том, что внутри полых лопастей ветроколеса Имеется набор стальных нитей, которые в случае разрушения удерживают или уменьшают разлет частей, чем обеспечивают меньшую опасность для окружающих.Известны технические решения, в которых обеспечивается саморегулирование лопастей ветроколеса И его отключение в зависимости от силы ветра. Например, ветродвигатели (а. с. СССР М 1490316, кл. Р 03 13 7/04, 1989) имеют на валу подпружиненные муфты, которые кинематически связаны с поворотными лопастями и возвратно-поступательно отодвигаются в зависимости от силы ветра. Однако эти конструкции сложны при изготовлении и в них не предусмотрены на случай ураганного ветра отключающее и включающее устройства. Ветроколеса (а. с. СССР М 1612108,кл. Р 03 В 7/04, 1990) между внутренним и наружным ободами имеют подпружиненные элементы И центробежные грузы, которые кинематически связаны с поворотными лопастями. Эти конструкции также сложны и в них нет отключающих и включающих устройств.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является выбранный в качестве прото 1733типа ветродвигатель (а. с. СССР Не 1525298, Р 03 В 7/02, 1989), содержащий надетую на вал И скрепленную с ним втулку со ступицей, радиально прикрепленные к ступице поворотные лопасти, расположенные на втулке три пружины, ползун и защелку с центробежными грузами. Радиальные стержни ползуна входят в зацепление с вилками рычагов на концах осей поворотных лопастей. Взаиморасположение ползуна и защелки на втулке обеспечивается тремя пружинами, причем пружина между защелкой и ступицей более жесткая и при работе ветродвигателя находится в сжатом состоянии. При изменении скорости ветра вилки рычагов лопастей давят на радиальные стержни И двигают ползун, сжимая-разжимая на втулке менее жесткие пружины, обеспечивая соответствующие повороты лопастей. В случае увеличения скорости ветра до предельной рабочей, ураганной, возрастает частота вращения, центробежные грузы вь 1 двигают концы штоков защелки из проточки на втулке,сжатая более жесткая пружина освобождается и двигает вместе с защелкой через среднюю пружину ползун, радиальные стержни которого выходят из зацепления с вилками рычагов лопастей, лопасти поворачиваются до флюгерного положения, в результате чего ветродвигатель останавливается без разрушения. Недостатком этого ветродвигателя является сложность И отсутствие включающего устройства.Задачей изобретения является разработка надежного И безопасного ветросилового устройства для подъема воды из скважин И колодцев, а также для выработки электроэнергии.Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения - упрощение конструкции И обеспечение безопасности включения И отключения лопастей ветроколеса.Решение указанной задачи достигается тем, что в ветросиловой установке, содержащей вал со ступицей, радиально прикрепленные к ней подпружиненные поворотные лопасти, надетую на вал втулку, втулка снабжена узлом торможения, компенсатором гашения инерции И тягами для поворота лопастей узел торможения выполнен в виде рычага или колеса компенсатор гашения инерции выполнен в виде фрикционной катушки, или фрикционной муфты, или упругой фрикционной компенсационной муфты с гидропластом, или пружины тяги поворота лопастей прикреплены к втулке или ее элементам.Сопоставительный анализ с прототипом показь 1 вает, что заявляемая ветросиловая установка отличается тем, что надетая на вал втулка снабжена узлом торможения, компенсатором гашения инерции и тягами для поворота лопастей узел торможения вь 1 полнен в виде рычага или колеса компенсатор гашения инерции выполнен в виде фрикционной катушки, или фрикционной муфты, или упругой фрикционной компенсационной муфты с гидропластом, или пружины тяги поворота лопастей прикреплены к втулке или ее элементам.Таким образом, заявляемая ветросиловая уста 5 новка соответствует критерию изобретения новизна.Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию существенные отличия.Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где показанына фиг. 1 - схема общего вида установки со стороны ветроколесана фиг. 2 - схема вида ветросиловой установки сбокуна фиг. 3 - схема конструкции узлов крепления лопастей к валуна фиг. 4 - схемы вариантов встраивания во втулку других компенсаторов гашения инерции (фрикционной муфты, пружины).Ветросиловая установка ОСА-2 состоит из поворотных лопастей 1, ступицы 2, трубчатого вала 3,коленчатой части вала 4, подшипниковых узлов 5 и 6 крепления вала 3 посредством кронштейнов 7 и 8 к трубчатой поворотной головке 9 на мачте. Мачта состоит из жестких опор 10 и прикрепленной к ним трубы 11 с кольцевой платформой 12, на которую опираются ролики 13 поворотной головки 9. Для центровки поворотная головка 9 имеет боковые ролики 14, которые опираются на верхний участок мачтовой трубы 11. Мачтовая труба 11 имеет (на изоляторах) кольцевые токосъемники 15, на которых установлены электроконтакты 16, прикрепленные к поворотной головке 9. К поворотной головке 9 прикреплена полка 17, на которой установлен электрогенератор 18 для отбора мощности от вала 3 посредством колеса 19 и ременной (или цепной) передачи 20. К поворотной головке 9 прикреплен в ползунах 21 стопор 22 с возможностью возвратно-поступательно передвигаться на фиксированную длину под действием электромагнита 23 или тросика 24, который огибает шкивролик 25 и через трубку скольжения 26 двумя ветвями выведен внутрь мачтовой трубы 11. Ветви тросика 24 висят вблизи стенки трубы 11 и заканчиваются рукояткой 27 между опорами 10. Концевые осевые участки поворотных лопастей 1 крепятся к ступице 2 посредством подшипников скольжения 28 (см. фиг. 3), которые в данном исполнении прикреплены (электросваркой) к ее краям. Осевые концы лопастей 1 опираются на выступающую часть соседних подшипников 28 и снабжены шплинтами 29 с шайбами 30. Пружины 31 между подшипниками 28 с зазором надеты на осевые концевые участки лопастей 1, один конец их вставлен в отверстие этих участков, а другой вставлен (запрессован) в отверстия в теле подшипников 28 (или ступицы 2). На валу 3 (см. фиг. 2 и 3) свободно надета втулка 32, которая имеет компенсатор гашения инерции в виде фрикционной катушки 33 с фрикционной прокладкой 34. Втулка 32 снабжена узлом торможения в виде рычага 35, конец которогоотогнут в зону передвижек стопора 22 (см. фиг. 2). К фрикционной катушке 33 прикреплены гибкие тягитросики 36, которые проходят через опорные трубки скольжения 37 и прикреплены другими концами к рычагам 38 поворотных лопастей 1 (см. фиг. 3). Трубки 37 прикреплены к ступице 2 хомутами 39. Под мачтовой трубой П смонтирована опора 40 с уравновешивающей пружиной 41, имеющая отверстия для пропуска штока 42, который с шатуном 43 соединяется шарниром 44 (см. фиг. 1). Для взаимодействия с пружиной 41 шток 42 имеет упор 45.Диапазон перемещений коленвала 4 и шатуна 43 устанавливается с расчетом, чтобы шатун не касался внутренних стенок поворотной головки 9 и мачтовой трубы 11 или в качестве шатуна используется гибкая тяга с соответствующими ограничительными роликами вместо тормозного рычага 35 узел торможения на втулке 32 может быть выполнен в виде колеса,например, шкивного или зубчатого, с соответствующей передачей тормозного усилия вместо опорных трубок скольжения 37 могут быть использованы шкивнь 1 е ролики (на чертеже не показано).Вместо фрикционной катушки 33 с фрикционной прокладкой 34 втулка 32 может снабжаться другими компенсаторами гашения инерции. Например,компенсатор гашения инерции может быть выполнен в виде встроенной во втулку 32 фрикционной муфты(см. фиг. 4, верхняя схема), состоящей из прикрепленных к двум частям втулки 32 фланцев 46 и 47, вставленной между ними фрикционной шайбы 48, шайб скольжения 49 и 50, прижимных тарелок 51 и 52, соединенных болтами 53, податливого резинового кольца 54 для настройки степени прижима. Компенсатор гашения инерции может быть выполнен в виде встроенной во втулку 32 упругой фрикционной компенсаторной муфты с гидропластом, в которой вместо фрикционной шайбы 48 между фланцами 46 и 47 вставлены гофрированные трубки различного диаметра, а кольцевая герметичная полость между вставленными одна в другую гофрированными трубками и замыкающими с торцов фланцами заполнена вязкой жидкостью, например, гидропластом (на чертеже не показано). Компенсатор гашения инерции может быть выполнен в виде встроенной во втулку 32 двухпроволочной пружины 55, пары петель 56 которой симметрично крепятся к двум частям втулки 32 (см. фиг. 4, нижняя схема). В описанных вариантах гибкие тяги 36 для поворота лопастей крепятся к втулке 32 болтами или посредством уголков 57 (или кольцевого монтажа) с оставлением места перед ступицей 2 для намотки. Хомут 58, которым тормозной рычаг 35 крепится на втулке 32, с соответствующей прокладкой и настроечной затяжкой может выполнять функции фрикционной муфты.Работает Ветросиловая установка ОСА-2 следующим образом.При возникновении рабочей скорости ветра хвостовой флюгер, прикрепленный к поворотной головке 9, поворачивает ветроколесо навстречу воздушно 7му потоку. При освобожденном тормозном рычаге 35 под напором ветра лопасти 1 поворачиваются на соответствующий упругости пружин 31 угол, передавая крутящий момент на вал 3. Вал 3 вращается вместе с втулкой 32 и смонтированными на ней узлами. Сочетание усилия поворота лопастей 1, упругости и диапазона настройки пружин 31 устанавливается с расчетом, чтобы при выбранном диапазоне изменения рабочего ветра повороты лопастей происходили в пределах 25-75, обеспечивая достижение мощности при рабочем ветре и предотвращая перегрузки-поломки в конструкции при ураганном ветре.При работе ветроколеса отбор мощности с его вала 3 производится посредством колеса 19 и ременной (или цепной) передачи 20 электрогенератором 18 или от коленчато-Шатунной передачи 4-43, подсоединенной через Шарнир 44 к штоку 42, возвратно-поступательно двигающему поршень (или мембрану) глубинного насоса. При ходе вниз шток 42 своим упором 45 сжимает пружину 41 на длину хода, в конце которого противодействующая сила упругости возрастает до величины, уравновешивающей силы тяжести подвешенных масс. Накопленная в пружине 41 сила упругости способствует затем подъему подвешенных масс вместе со столбом воды при ходе вверх. Электрогенератор и насос при соответствующих условиях могут приводиться в движение одновременноОтключение-останов вращения ветроколеса осуществляется путем приведения лопастей 1 во флюгерное состояние. Для этого стопор 22 передвигается в зону вращения наконечника тормозного рычага 35 посредством передвижки соответствующей ветви тросика 24 рукояткой 27 или электромагнита 23 (подключенного к внешнему источнику или собственному электрогенератору-аккумулятору с возможностью автоматического срабатывания, например, от датчика наполнения резервуара, ветродатчика или просто от кнопки останов). Упершись в стопор 22, тормозной рычаг 35 прекращает вращение втулки 32 вместе с фрикционной катушкой 33. Поскольку ступица 2 с валом 3 продолжают вращаться, гибкие тяги-тросики 36 наматываются на фрикционную катушку 33 и,преодолевая упругость пружин 31, посредством рычагов 38 поворачивают лопасти 1. В момент упора рычагов 38 в опорные трубки скольжения 37 лопасти 1 поворачиваются до флюгерного положения. При дальнейшем вращении ветроколеса по инерции начи 1733нает проворачиваться фрикционная катушка 33 на заторможенной втулке 32. Обеспечению соответствующих сил трения способствует фрикционная прокладка 34 (например, резиновая). Таким образом происходит процесс торможения до полной остановки ветроколеса.В случае снабжения втулки 32 вместо фрикционной катушки 33 другими компенсаторами гашения инерции, например, встроенной фрикционной муфты или пружины, торможение вращения ветроколеса до полной его остановки происходит за счет сил трения между фланцами 46 и 47 двух частей втулки 32 или скручивания пружины 55, упругость которой превышает суммарную силу упругости пружин 31 лопастей 1.Включение лопастей 1 в рабочее положение производится путем освобождения тормозного рь 1 чага 35 от стопора 22. Для этой цели стопор 22 отодвигается в обратном направлении посредством передвижки соответствующей ветви тросика 24 рукояткой 27. В момент освобождения тормозного рычага 35 взведенной силой упругости пружин 31 лопасти 1 поворачиваются в рабочее положение. При этом гибкие тяги-тросики 36 сматываются с фрикционной катушки 33, а втулка 32 соответственно проворачивается вокруг вала 3. При наличии рабочего ветра ветроколесо начинает вращаться.Предлагаемая ветросиловая установка ОСА-2 в сравнении с прототипом и известными аналогами имеет более простое техническое решение, позволяюшее безопасно включить ее в работу и выключить,что обуславливает ее экономическую эффективность И при изготовлении, и при эксплуатации.Ветросиловая установка, содержащая вал со ступицей, радиально прикрепленные к ней подпружиненные поворотные лопасти, надетую на вал втулку,отличающаяся тем, что втулка снабжена узлом торможения, выполненным в виде рычага или колеса,компенсатором гашения инерции, выполненным в виде фрикционной катушки, или фрикционной муфты, или упругой фрикционной компенсационной муфты с гидропластом, или пружины, и тягами поворота лопастей, прикрепленными к втулке или ее элементам.