ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ Д-12

При использовании двигателя Д-12 на комплексной механизации необходим резервный двигатель мощностью 6—10 л. с. для привода кормообрабатывающих машин в безветренные или маловетренные дни.

Кроме механизации на фермах, двигатель может быть использован для орошения огородов и для привода мельничных поставов. Выгодно одну ветросиловую установку использовать летом для орошения, а зимой для мельницы. Для целей орошения из открытых водоемов целесообразно применить высокопроизводительные центробежные насосы, примерно марки 2К-6 или 6К-12, в зависимости от напора, ветровых условий и необходимого количества воды.

Ветродвигатель состоит из следующих узлов: ветровое колесо, головка, хвост, башня, нижний редуктор и лебедка останова (рис. 24).

Ветровое колесо является основным рабочим органом, крылья которого превращают кинетическую энергию ветра в механическую работу. Ветровое колесо имеет три крыла. Каждое крыло (рис. 25) состоит из основной жесткой (неповоротной) части и поворотной концевой части длиной 1,5 метра. Жесткая часть «рыла состоит из деревянного каркаса, обшитого оцинкованной жестью. Эта часть крыла посажена на трубчатый мах, который крепится к фланцам тройниковой ступицы. Соединение махов с тройником должно быть очень прочным. Для этого фланцы тройника и махов соединяют болтами. При этом фланцы махов через клиновые полукольца 4 подтягиваются к фланцам тройника до заклинения полуколец в кольце его 7. Дополнительно каждый мах закрепляется двумя заглушками 5, которые не допускают смещения махов вдоль горловин тройника.

Опора поворотной части крыла (рис. 25а) состоит из чугунного корпуса 1, который передней своей частью посажен в опору 2 маха жесткой части крыла, а фланцем крепится на четыре шпильки 3, приваренные к угольникам маха. Концевая поворотная часть крыла может свободно вращаться в подшипниках опоры, удерживаясь от осевого перемещения гайкой 4. Поворотная часть крыла состоит из каркаса, балансирующего груза, обтекателя и механизмов регулирования. Каркас состоит из металлического сварного маха и шести ребер-нервюр. Каркас поворотной части крыла, как и жесткая часть крыла, покрыт фанерой и сверху оцинкованным железом толщиной 0,5 мм. Крайняя опора поворотной части крыла имеет шариковый пятник и шарикоподшипник, которые смонтированы в корпусе опоры поворотной части. Средняя опора поворотной части крыла состоит из шарикоподшипника, впрессованного в чугунный корпус 1.

В каждой поворотной части крыла на трубчатых стойках прикреплен особый руль-стабилизатор 14 (рис. 25), который состоит из осевого деревянного бруса и прикрепленных к нему 2 ребер-нервюр. Горбушки и носки ребер-нервюр вместе с бруском и цапфами образуют каркас стабилизатора. Каркас стабилизатора покрыт оцинкованным железом. Цапфы представляют из себя стальные оси, один конец которых разрезан вдоль и с помощью заклепок соединен с деревянным брусом. К средней наружной части осей приварены скобы-коробочки для постановки горбушек и носиков нервюр. Вторые концы цапф являются осями, которые могут вращаться в текстолитовых опорах стоек. Стойки стабилизатора вставлены в разрезные трубки поворотной части и при помощи болтов закреплены на них. Наружные стойки стабилизаторов усилены проволочными растяжками 15.

Рис. 24. Ветродвигатель Д-12

Рис. 25. Крыло ветродвигателя Д-12:

1 - мах жесткой части крыла; 2 – тройник; 3 – фланец маха; 4 – клиновые полукольца; 5 – заглушка; 6 – ребро-нервюра; 7 – кольца тройника; 8 – обтекатель горбушек; 9 –планка носиков; 10 – обшивка фанерная; 11 – обшивка металлическая; 12 – поворотная часть крыла; 13 – обтекатель носиков поворотной части; 14 – стабилизатор; 15 – растяжка; 16 – тяга; 17 – рычаг двухплечный; 18 – тяга осевая; 19 – рычаг трехплечный; 20 – пружина регулировочная; 21 - муфта

Рис. 25а. Опора поворотной части крыла:

1 - чугунный корпус; 2 - опора маха жесткой части крыла; 3 - шпилька крепления; 4 - гайка упорная

Механизм регулирования показан на схеме (рис. 26) и осуществляется следующим образом.

К осевому брусу стабилизатора прикреплен рычаг, который тягой 16 из стальной трубки шарнирно соединен с двухплечим рычагом 17. Плечи рычага 17 шарнирно связаны с тягой 16 стабилизатора и через штырь с концом осевой тяги 18 крыла. Осевая тяга 18, проходя внутри маха, другим концом соединена с трехплечим рычагом 19. К наружному концу рычага 19 прикреплена регулирующая пружина 20, расположенная вдоль маха жесткой части крыла с его наружной стороны, обращенной к головке ветродвигателя. Третье плечо рычага 19 имеет шарик, который входит в паз муфты 23, помещенной на главном валу головки. Таким образом, все три стабилизатора кинетически связаны с регулирующими пружинами 20 и муфтой на главном валу 22. При этом линейное перемещение муфты 23 вдоль главного вала соответствует линейному перемещению концов рычагов у всех трех стабилизаторов, которые при этом должны поворачиваться на один и тот же угол. Возможность регулировки начального или конечного положения стабилизаторов конструктивно обеспечена изменением длины осевой тяги 18 между осями шарниров 17 и 19 и длины тяги стабилизатора.

Рис. 26. Кинематическая схема головки ветродвигателя Д-12;

16 - тяга; 17 - рычаг; 18 - тяга осевая; 19 - рычаг трехплечий; 20 - пружина регулирования; 21 - лебедка останова; 22 - вал главный; 23 - муфта; 24 - рычаг останова; 25 - опора рычага; 26 - картер; 27 - трос; 28 - ролик направляющий; 29 - труба опорная; 30 - планка; 31 - тяга винтовая; 32 - муфта останова; 33 - тяга тросовая; 34 - пружина.

Примечание. На рисунках 25, 26 и 27 в наименовании деталей головки ветродвигателя принят единый порядковый номер.

Во время процесса регулирования стабилизаторы должны преодолевать силы трения в опорах и аэродинамические силы на поворотных частях крыльев, которые статически сбалансированы относительно осей махов.

Необходимой точности балансировки поворотных частей крыльев достигают изменением положения уравновешивающих пробок в балансирующих грузах в перпендикулярных направлениях. В собранном колесе все три крыла статически сбалансированы. Балансировка собранного крыла достигается грузовыми пластинками, помещенными в жесткой части крыла.

Во время работы ветродвигателя до начала регулирования стабилизаторы имеют определенное положение в воздушном потоке — их носки повернуты в сторону передней поверхности крыла (положение а, рис. 26). С увеличением скорости ветра, при неизменной нагрузке ветродвигателя, ветровое колесо начинает увеличивать обороты, но сейчас же возрастает центробежная сила осевой тяги 18, которая начнет перемещать тягу к наружному концу крыла, повертывая при этом стабилизатор носком в сторону задней поверхности крыла, т. е. в положение 6. В результате перемещения указанных отдельных звеньев регулирующего механизма поворотная часть крыла начинает уходить из-под ветра. От этого уменьшается общая рабочая поверхность ветрового колеса, а повернувшиеся части крыльев создают дополнительное сопротивление, заставляющее ветродвигатель снижать обороты до расчетного предела. Одновременно с поворотам стабилизаторов из положения а в положение б растягиваются пружины 20, которые при снижении оборотов ветровым колесом снова приводят всю систему регулирования в исходное положение. Таким образом, система регулирования во время работы ветродвигателя находится под воздействием воздушного потока, центробежных сил осевой тяги 18, и напряжения растянутых пружин 20. Изменение того или иного фактора ведет к изменению положения стабилизаторов в воздушном потоке, а следовательно, и поворотных частей крыльев, которые и поддерживают постоянным число оборотов ветрового колеса.

Динамика механизма регулирования рассчитана так, чтобы стабилизаторы все время держали поворотные части крыльев под необходимым углом атаки в воздушном потоке с тем, чтобы число оборотов ветрового колеса с допустимым пределом колебалось около расчетного значения 50—60 оборотов в минуту.

Излишние люфты в шарнирах, повышенное трение от перекосов отдельных деталей могут резко ухудшить регулирование ветродвигателя и даже совершенно выключить механизм из действия. Это может повести к серьезным поломкам и даже к аварии ветродвигателя от чрезмерного увеличения оборотов ветрового колеса. Включение механизма достигается при помощи лебедки останова, которая прикрепляется к одной из ног башни. Винтовая тяга лебедки с помощью троса кинематически связана с муфтой 23. Муфта 23 может перемещаться вдоль оси главного вала 22. С муфтой кинематически соединена система регулирования всех трех крыльев. При вращении главного вала муфта 23 также вращается вместе с ним, а ролики вилки рычага 24 катятся по ее наружной плоскости. Рычаг 24 имеет опору 25, прикрепленную к переднему выносу картера 26 головки. Конец рычага 24 соединен с тросом 27 (вместо троса ставится цепь), который, обогнув направляющий ролик 28, внутри опорной трубы 29 головки прикрепляется к планке 30. Планка эта может перемещаться вдоль вертикального прореза опорной трубы, увлекая своим упором муфту 32 останова, которая тросовой тягой 33 соединена с ухом винтовой тяги 31 лебедки останова.

При вращении штурвала лебедки останова по ходу часовой стрелки винтовую тягу ввинчивают во втулку штурвала и перемещают вниз. Винтовая тяга при этом увлекает за собой тросовую тягу 33 муфты останова 32, планку 30, трос 27 и сдвигает длинный конец рычага (24) в сторону башни, а короткий конец рычага 24 отодвинет муфту 23 в сторону ветрового колеса.

Муфта 23, перемещаясь вперед вдоль по валу, произведет поворот стабилизаторов в положение б, т. е. на останов. При этом положении стабилизаторов начинается выход поворотных частей крыльев из-под ветра, что влечет за собой снижение оборотов, а затем остановку ветрового колеса. При движении нижнего конца рычага 24 в сторону башни при остановке ветрового колеса растягиваются две пружины 34, прикрепленные к концам вилки рычага и к боковым стенкам картера. Одновременно от движения муфты 23 растягиваются пружины регулирования 20. При пуске ветродвигателя в работу усилием пружин 34 отводится назад система останова, а пружины 20 в свою очередь отводят муфту 23 в исходное положение и ставят стабилизаторы в положение а на ход, отчего поворотные части крыльев поворачиваются в рабочее положение и ветровое колесо начинает вращаться.

Иногда при положении стабилизаторов на полный останов ветровое колесо может несколько проворачиваться в обратную сторону. Чтобы избежать этого явления и обеспечить неподвижность ветрового колеса, необходимо вывести штурвал лебедки останова из крайнего положения останова на 2—3 оборота. Точное положение штурвала лебедки на останов и пуск определяют практически при регулировке ветродвигателя и отмечают соответствующими хорошо видимыми метками на станине лебедки.

Регулировка ветродвигателя является последним процессом сборочно-монтажных работ и сводится к наладке всего механизма регулирования так, чтобы во время работы ветродвигателя поворотные части всех трех крыльев имели одинаковое положение в воздушном потоке и чтобы момент регулирования наступал при определенной заданной скорости ветра или числе оборотов ветрового колеса.

Обычно момент начала регулирования устанавливают при скорости ветра 5—6 м/сек путем соответствующего натяжения пружин 20. Поворотные части крыльев не имеют между собой жесткой кинематической связи, а поэтому согласованное их действие обеспечивается соответствующей работой стабилизатора, которая достигается высококачественной наладкой механизма регулирования.

Головка ветродвигателя (рис. 27) представляет собой чугунный картер с запрессованной опорной трубой. Головка несет на себе ветровое колесо и хвост. Внутри картера головки расположен одноступенчатый редуктор, передающий вращение ветрового колеса вертикальному валу с увеличением скорости вращения в три раза. Картер имеет боковую цилиндрическую втулку, в которой помещается главный вал, расположенный под углом 11,3⁰ к горизонтали.

Наклон главного вала на угол 11,3⁰ к горизонтали необходим для максимального сокращения вылета ветрового колеса (расстояние от плоскости вращения крыльев до оси вертикального вала), которое в данном случае равно 950 мм, при зазоре 75—-100 мм между ногой башни и кромкой носка стабилизатора, когда плоскость вращения ветрового колеса перпендикулярна к диагонали фермы башни.

В расточках втулки картера помещены две опоры главного вала 22 с роликоподшипниками 36. На заднем консольном конце главного вала на двух шпонках закреплена большая коническая шестерня 37, входящая в зацепление с малой конической шестерней 38, насаженной на верхний конец вертикального вала 39.

Картер нижней своей частью через прокладку плотно присоединен болтами к фланцу вертикальной втулки 40, в которую запрессован конец опорной трубы 29. Опорная труба в нижней части имеет штырь 41, на который надет роликоподшипник 42 нижней опоры головки. Корпус этой опоры отлит вместе с плитой 44 и корпусом второй опоры вертикального вала. Плита 44 воспринимает вес головки и часть горизонтальной силы от лобового давления ветра на ветровое колесо. Другую часть горизонтальной силы от лобового давления ветра воспринимает верхняя опора головки, которая состоит из колец 45, помещенных в литом корпусе 46 вершины башни. Кольца закрываются крышкой 43, состоящей из двух половинок. При изменении направления ветра на угол около 10⁰ головка поворачивается в указанных опорах при помощи хвоста.

Задняя часть картера закрыта крышкой, состоящей из двух частей. Через центральное отверстие крышки производят наблюдение за состоянием крепления, большой шестерни и за количеством жидкой смазки в картере, которую наливают на его дно до специальной контрольной пробки, имеющейся в крышке картера. Крышку 49 снимают в случае необходимости замены большой конической шестерни или для проверки зацепления у шестерен редуктора.

Рис. 27. Головка ветродвигателя Д-12:

22 - вал главный; 23 - муфта; 24 - рычаг, останова; 25 - опора рычага; 26 - картер; 27 - трос (цепь) останова; 28 - ролик направляющий; 29 - труба опорная; 30 - планка скользящая; 32 - муфта останова; 34 - пружина останова; 36 - опора главного вала; 37 - шестерня большая; 38 - шестерня малая; 39 - отсек вертикального вала; 40 – вертикальная втулка; 41 - штырь; 42 - роликоподшипник; 43 - крышка; 44 - плита; 45 - кольцо; 46 - корпус вершины башни; 47 - крышка люка картера; 48 - направляющая тяга; 49 - крышка картера; 50 - подшипник; 51 - балкон; 52 - втулка; 53 и 54 - крышки подшипников

Малая коническая шестерня помещена на наружной обойме роликоподшипника, который одновременно служит опорой для верхнего отсека вертикального вала. Внутреннее кольцо этого роликоподшипника надето на консоль штыря втулки 40. Штырь втулки 40 не допускает утечки масла из картера внутрь опорной трубы 29. В корпусе второй опоры верхнего отсека вертикального вала помещен шарикоподшипник 50.

При повороте головки с ветровым колесом на ветер шестерни редуктора перекатываются относительно друг друга, не нарушая зацепления передачи и работы ветродвигателя.

Для удобства обслуживания механизмов головки к картеру прикреплен балкон 51 с перилами и подвесной лестницей, по которой можно подниматься с балкона башни.

Хвост ветродвигателя предназначен для автоматического поворота ветрового колеса вместе с головкой при изменениях направления ветра. Хвост состоит из фермы и оперения. Ферма имеет постепенное сужение по направлению к оперению и состоит из четырех несущих угольников, соединенных стойками из углового железа и растяжками. Для удобства перевозки ферма разделяется на две части. Оперение состоит из двух жестких рам из углового железа, к которым прикреплена обшивка из кровельного оцинкованного железа толщиной 0,5 мм.

Рамы оперения прикрепляют болтами к угольникам концевой части фермы так, чтобы вогнутость оперений находилась с правой стороны хвоста, если смотреть на него со стороны ветрового колеса. Дужка у оперений имеет определенную кривизну для получения на хвосте силы, противодействующей реактивному моменту шестерен головки. Угольники широкого конца фермы имеют уши, которыми при помощи болтов и нижнего шкворня хвост прикрепляют к задней части картера. Продольная ось фермы хвоста должна быть перпендикулярна к плоскости вращения ветрового колеса.

Башня ветродвигателя представляет собой четырехгранную, решетчатую ферму, составленную из четырех ног, соединенных в плоскости каждой панели крестовинами из углового железа. К угольникам вершины башни болтами прикреплен корпус 46 верхней опоры головки. К нижним концам угольников башни прикрепляются фундаментные ноги длиной по 2,15 м. Для фундаментов ног башни роются 4 котлована сечением каждый 1,1х1,1 и глубиной 2,3 метра.

Для обслуживания механизмов-крыльев на высоте 12,5 м на башне помещен балкон с перилами, а на высоте около 10 м — четырехгранная открытая площадка, на которую можно подняться по лестнице вдоль одной из панелей башни. Эта площадка имеет открытый лаз для обеспечения свободного прохода при подъеме по лестнице, а пол верхнего балкона оборудован откидным проходным люком, который можно закрывать и запирать замком. Вдоль оси башни от шестерен головки до нижнего редуктора проходит вертикальный вал диаметром 60 мм, состоящий из 5 частей, соединяемых между собой двухполовинчатыми трансмиссионными муфтами. Вал проходит через опоры с шариковыми подшипниками. Корпуса опор прикрепляются к угольникам ног башни диагональными тягами из круглого железа. Вал устанавливается по центру башни завинчиванием или ослаблением концевых гаек тяг. Под гайки тяг подкладывают специальные угловые шайбы. Нижняя часть вертикального вала соединяется с валом нижнего редуктора фланцевой муфтой.

Лебедка останова ветродвигателя служит для принудительного воздействия на стабилизаторы поворотных частей крыльев при повороте их и остановке ветродвигателя.

Лебедка останова имеет чугунную станину, которую хомутами прикрепляют к одной из ног башни на расстоянии около 1,5 м от поверхности земли или пола машинного помещения. Вдоль втулки штурвала лебедки останова перемещается винтовая тяга, к уху которой прикреплен трос, соединенный другим концом с муфтой останова. Вращение штурвала вправо обеспечивает перемещение механизма останова в положение для остановки ветрового колеса. Вращением штурвала влево пускают ветродвигатель в работу. У, винтовой тяги должны быть сделаны хорошо видимые метки, указывающие крайние положения тяги при пуске и останове ветродвигателя, а также дополнительная риска, соответствующая устойчивому состоянию ветрового колеса в остановленном положении.

Рис. 28. Нижний редуктор ветродвигателя Д-12:

1 - картер (корпус); 2 - вал горизонтальный; 3 и 4 - шестерни; 5 - муфта тарельчатая (фланцевая); 6 - вал вертикальный редуктора; 7 - крышка картера; 8 - пробка; 9 - пробка спускная; 10 - болт анкерный.

Нижний редуктор ветродвигателя (рис. 28) является приводным механизмом, шкивы которого через ременные передачи соединяются с рабочими машинами. Нижний редуктор имеет литой корпус, которым он устанавливается на фундамент и прикрепляется с помощью болтов. В боковых опорах корпуса на роликоподшипниках помещен горизонтальный вал 2, на концы которого надеты два шкива с диаметрами 400 и 800 мм и соответствующей шириной ободов 200 и 125 мм. Шкивы на валу посажены на шпонки и закреплены гайками.- Внутри корпуса на средней части вала имеется коническая шестерня 3, которая входит в зацепление с большой конической шестерней 4 вертикального вала редуктора. Вертикальный вал 6 редуктора помещен в двух шарикоподшипниках во втулке крышки 7 корпуса. Крышка плотно прикрепляется болтами к корпусу редуктора. Большая коническая шестерня 4 на вертикальном валу редуктора посажена на шпонки и закреплена гайкой. Коническая передача редуктора увеличивает обороты ©двое против вертикального вала башни. Концы вертикальных валов редуктора и башни соединяются фланцевой муфтой 5 с резиновыми втулками у болтов. Зазор между фланцами муфты и резиновые втулки допускают некоторое изменение длины вертикального вала и компенсируют возможную небольшую кривизну его оси. Через отверстие с пробкой 8 в крышке корпуса наливают жидкую смазку до контрольной пробки в корпусе. Скопившаяся в корпусе грязь и отработанное масло выпускаются через спускную пробку 9. Редуктор устанавливается по уровню на бетонном фундаменте и прикрепляется к нему при помощи 4 анкерных (фундаментных) болтов.

Выбор места является существенным для успешной установки и работы ветродвигателя. При выборе места необходимо учитывать структуру местного воздушного потока, который зависит от рельефа окружающей местности, а также от наличия и расположения деревьев, построек и других препятствий для ветра. Имея значительную высоту или находясь на близком расстоянии, эти препятствия могут в значительной степени искажать и ослаблять воздушный поток в месте установки ветродвигателя. Выбирают место так, чтобы ветродвигатель был установлен на открытой и несколько приподнятой над местностью площадке. Если нет на месте таких условий, то нужно установить ветродвигатель так, чтобы он был открыт для преобладающих направлений ветра. Однако при всех обстоятельствах значительные препятствия для ветра в виде деревьев и построек должны быть расположены на определенных гарантийных расстояниях от ветродвигателя, а именно:

1. Если препятствие находится вблизи ветродвигателя, то его верхняя точка должна быть ниже ометаемой поверхности не менее 2 м.

2. Если препятствие выше нижней точки ометаемой поверхности, то ветродвигатель должен быть расположен не ближе пятнадцатикратного расстояния от нижней точки ометаемой поверхности ветроколеса до верхней точки препятствия.

Таблица 24. Характеристика и технические показатели ветродвигателя Д-12. Число часов работы ветродвигателя в году

Таблица 25 Мощность ветродвигателя в зависимости от скорости ветра

Примечание. Коэффициент полезного действия генератора принят 0,92. 1 квт = 1,36 л.с.

Технические показатели

Количество материалов для постройки фундаментов башни и редуктора

Э. Р. ЗАКРЖЕВСКИЙ
ВЕТРОДВИГАТЕЛИ ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ
МИНСК 1959