ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2075639

ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Имя изобретателя: Забегаев А.И.; Горбунов Ю.Н.; Наумов В.В.; Кутузов В.В.; Смирнов С.Л.; Новак Ю.И.; Демкин В.В. 
Имя патентообладателя: Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "Общемаш- инжиниринг"; Научно-производственное объединение "Ветроэн"
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1995.04.20 

Использование: изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использован в ветроэнергетических установках для выработки электроэнергии при использовании для этого синхронных генераторов. Сущность изобретения: ветроэнергетическая установка содержит башню, ветроколесо, многоступенчатый мультипликатор, маховик, муфту, генератор, систему управления. Она снабжена устройством для сцепления, содержащим выключаемую муфту, тормозом, дополнительным валом, причем большая шестерня промежуточного вала связана с двумя выходными быстроходными валами, основным и дополнительным, один из которых выполнен полым и связан с выключаемой муфтой сцепления, центральный выходной элемент который через дополнительный вал, пропущенный внутри полого выходного вала мультипликатора, связан с маховиком, расположенным по другую сторону мультипликатора относительно выключаемой муфты, а другой дополнительный быстроходный вал связан с управляемым тормозом. Дополнительно в ветроэнергетической установке тормоз и устройство для сцепления монтированы на корпусе мультипликатора со стороны, противоположной генератору и ветроколесу, при этом тормоз может быть выполнен механическим, колодочного типа или дискового, а также электромагнитным. Выключаемая муфта ветроэнергетической установки выполнена фрикционной, одно или многодисковой и содержит узел регулировки осевого усилия поджатия дисков, при этом нажимной элемент муфты непосредственно связан с механизмом привода. Привод выключения муфты в основном варианте выполнен в виде последовательно соединенных электродвигателя, редуктора и пары "винт-гайка", в которой винт связан с выходным валом редуктора, а гайка - шарнирно связана с нажимным элементом выключаемой муфты сцепления, а в дополнительном варианте выполнения в виде единого блока и шарнирно закреплен на корпусе муфты, а нажимной элемент выполнен в виде рычага первого рода, шарнирно связанного с толкателем муфты.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к ветроэнергетике, конкретно к ветроэнергетическим установкам (ВЭУ) с синхронными генераторами, преимущественно работающими на сеть.

Известна ветроэнергетическая установка, см. описание к а.с. СССР N 1703854 от 25.12.89 г. кл F 03 D 7/02, [1] содержащая башню, ветроколесо с горизонтальной осью вращения, которое через горизонтальный вал связано с генератором, размещенным внутри головки, установленной на башке с возможностью ее поворота вокруг вертикальной оси.

Это известное устройство имеет упрощенную схему трансмиссии и не обеспечивает постоянства скорости вращения вала ветроколеса, так как не содержит устройств силовой развязки вала ветроколеса от вала генератора, что предопределяет развитие колебательных процессов системе "генератор - ветроколесо" при изменениях скорости ветропотока.

Кроме того, оно не содержит устройств торможения, что снижает безопасность работы ВЭУ и потенциально приводит к аварийной ситуации.

Известна ветроэнергетическая установка (см. кн. Е.М. Фатеева "Ветродвигатели", Госэнергоиздат, Москва Ленинград, 1945 г. ветроколесо с горизонтальной осью вращения, горизонтальный вал ветроколеса связан с мультипликатором, соединенным с генератором через гидромуфту.

Такое техническое решение обладает следующими недостатками:

  • обеспечено механическое торможение ВЭУ, что приводит к низкой безопасности эксплуатации ВЭУ;

  • ВЭУ имеет большие габариты как самой установки, так и гондолы;

  • большая массы ВЭУ, в том числе большая удельная масса;

  • недостаточная надежность, прежде всего из-за наличия гидромуфты;

  • ограниченный ресурс работы;

  • увеличенная стоимость как самой установки, так и вырабатываемой ею электроэнергии;

  • ограничение универсальности приспосабливаемости к условиям ветропотоков.

Известна ветроэнергетическая установка, описанная в а.с. СССР N 1325189 от 07.01.86 г. кл. F 03 D 7/04, [3] содержащая ветроколесо с подвижными лопастями, двухступенчатый мультипликатор с промежуточным валом, соединительную муфту, генератор, систему управления.

По выполняемой функции, конструктивным особенностям и достигаемому результату такое известное техническое решение является наиболее близким к заявленному и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Это известное решение обладает следующими недостатками:

  • силовой поток ВЭУ "ветроколесо двухступенчатый мультипликатор - электрогенератор" постоянно замкнут, что предопределяет развитие колебательных и автоколебательных процессов в силовом потоке, в результате чего могут возникать интенсивные нагрузки, приводящие к разрушению ВЭУ или аварийной ситуации;

  • ограниченный ресурс ВЭУ из-за увеличенных нагрузок, возникающих в трансмиссии при воздействии на ветроколесо колебательной мощности от ветропотока;

  • силовой поток ВЭУ ориентирован только в одном направлении, то предопределяет увеличенные размеры гондолы ВЭУ и соответственно ее вес и стоимость;

  • ВЭУ не имеет механических тормозных устройств, что определяет низкую надежность и безопасность работы ВЭУ и не соответствует требованиям современных стандартов безопасности.

Указанные недостатки этого известного устройства в большинстве своем являются принципиальными и для ВЭУ классов мощности в десятки и первые сотни кВт, и рассчитанных на работу как с сетью, так и с автономным потребителем не позволяет по существу создавать современную практически эффективно работающую ВЭУ.

Задача, поставленная перед разработчиками настоящей ВЭУ, взаимосвязана по целому ряду факторов и условий.

Поставленная цель не достигается суммой известных результатов, требуется комплексное решение, имеющее изобретательский уровень.

Целью изобретения является:

  • обеспечение безаварийной работы ВЭУ за счет возможности размывания силового потока при возникновении колебаний мощности в трансмиссии;

  • повышение надежности и безопасности работы ВЭК за счет применения в ней дистанционно включаемых устройств торможения;

  • уменьшение габаритов гондолы и снижение материалоемкости ВЭУ за счет применения плотной компоновки трансмиссии и электросилового оборудования в гондоле ВЭУ;

  • уменьшение нагрузок, действующих на узлы и агрегаты трансмиссии ВЭУ и силовую конструкцию и повышение ресурса ВЭУ.

Поставленная цель достигается за счет того, что ветроэнергетическая установка снабжена тормозом, маховиком, выключаемой муфтой сцепления, входной и выходной элементы которой выведены с одной и той же стороны муфты, входной элемент, выполненный в виде полого вала, установлен коаксиально выходному элементу, промежуточный вал мультипликатора связан с двумя выходными быстроходными валами, один из которых связан с управляемым тормозом, а другой выполнен полым, и связан с полым входным элементом выключаемой муфты сцепления, центральный выходной элемент которой коаксиально пропущен внутри полого быстроходного вала мультиплексора и связан с маховиком, последовательно соединенным с генератором.

Дополнительными отличиями заявленного устройства является то, что тормоз и устройство для сцепления монтированы на корпусе мультипликатора со стороны, противоположной генератору, причем они могут монтироваться как со стороны ветроколеса, так и с противоположной.

Тормоз может быть выполнен механическим, колодочного или дискового типов или электромагнитным.

Привод выключения муфты выполнен в виде последовательно соединенных электродвигателя, редуктора и пары "винт гайка", в которой винт связан с выходным валом редуктора, а гайка шарнирно связана с нажимным элементом выключаемой муфты сцепления. Он может быть выполнен в виде единого блока и шарнирно закреплен на корпусе муфты, а нажимной элемент выполнен в виде рычага первого рода, шарнирно связанного с толкателем муфты.

Выключаемая муфта выполнена фрикционной, многодисковой, с возможностью регулировки осевого усилия поджатия дисков. Нажимной элемент муфты может быть непосредственно связан с механизмом привода муфты в безрычажном варианте привода выключения муфты.

Приложенные чертежи изображают.

ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
 
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Фиг. 1 ветроэнергетическая установка. Вид сбоку. Гондола, ветроколеса.

Фиг. 2 ветроэнергетическая установка. Разрез А-А, см. фиг. 1

Фиг. 3 ветроэнергетическая установка. Конструктивно-компоновочная схема силового потока ВЭУ.

Фиг. 4 колебания лопастей при скачкообразном приложении тормозного момента к трансмиссии промежуточному валу мультипликатора и при изменении момента инерции вращающихся частей трансмиссии:

"а" воздействие на объединенную трансмиссию тормозного момента - ступенчато (скачкообразно) приложенное угловое ускорение

"б" изменение углового ускорения при разъединении трансмиссии при выключении муфты.

На фигурах и в тексте обозначено: 1 башня ВЭУ, 2 ветроколесо, 3 - лопасти ветроколеса, 4 многоступенчатый (двух или более) мультипликатор, 5 - генератор, 6 система управления положением лопастей ветроколеса, 7 - выключаемая муфта сцепления, 8 управляемый тормоз, 9 маховик, 10 полый вал, 11 зубчатая муфта, 12 входной вал мультипликатора 4, 13 силовой корпус мультипликатора 4, 14 входной элемент муфты 7 ступенчатая ведущая обойма, 15 центральный выходной элемент муфты 7, 16 полый выходной - быстроходный вал мультипликатора, 17 выходная быстроходная ступень мультипликатора, 18 ведомый фрикционный диск муфты 7, 19 ведущий фрикционный диск муфты 7, 20 внутренний нажимной элемент муфты 7 - невращающаяся часть, 21 внутренний нажимной элемент муфты 7 вращающаяся часть, 22 пружина, 23 электродвигатель привода выключения муфты 7, 24 редуктор привода выключения муфты 7, 25 винт, 26 гайка, 27 рычаг, 28 толкатель, 29 тормозные колодки, 30 дополнительный быстроходный вал мультипликатора, 31 большая шестерня промежуточного вала мультипликатора, 32 промежуточный вал мультипликатора, 33 малая шестерня промежуточного вала мультипликатора, 33 большая шестерня входного (тихоходного) вала мультипликатора, 35 малая шестерня дополнительного быстроходного вала 30, 36,37 соединительные муфты, 38 центральный подшипниковый узел маховика 9.

Знаком "X" обозначено неподвижное (например, шлицевое) соединение с возможностью передачи крутящего момента.

"В" фланец, выполненный на силовом корпусе 13 мультиплексора, для крепления выключаемой муфты 7.

Ветроэнергетическая установка содержит башню 1, (см. фиг. 1, 2) с установленной на ней на опорно-поворотном устройстве гондолой с ветроколесом 2 с поворотными лопастями 3, многоступенчатый мультипликатор 4, генератор 5, систему управления 6 положением лопастей 3, выключающую сцепления 7, управляемый тормоз 8, маховик 9. Ветроколесо 2 установлено в гондоле на полом валу 10, связанном через соединительную зубчатую муфту 11 с входным тихоходным валом 12 многоступенчатый мультипликатор 4, имеющий силовой корпус 13. В выключаемой муфте сцепления 7, выходной 14 и входной 15 элементы, передающие крутящий момент, выведены с одной и той же стороны муфты 7, входной элемент 15, выполненный в виде полой ступенчатой ведущей обоймы, установлен коаксиально выходному элементу 14 муфты 7, и связан с выходной ступенью 17 мультипликатора 4. Центральный выходной элемент 14 вал муфты 7 пропущен через полый быстроходный вал 16 мультипликатора 4 и связан с маховиком 9, последовательно соединенным с генератором 5. Выключаемая муфта сцепления 7 своим корпусом закреплена на силовом корпусе 13 мультипликатора.

Момент, передаваемый муфтой 7, регулируется за счет регулировки величины осевого усилия поджатия фрикционных дисков 18 и 19 с помощью нажимного элемента, состоящего из внешней не вращающейся 20 и внутренней вращающейся 21 частей, поджатых пружиной 22. 0включение выключение муфты 7 производится с помощью привода, включающего электродвигатель 23, редуктор 24, винт 25, гайку 26, связанный с ней одним концом рычаг 27, который другим концом шарнирно прикреплен к корпусу муфты, третья точка рычага 27 шарнирно связана через толкатель 28 с нажимным элементом 20 муфты.

Привод выключения муфты может быть выполнен в виде единого блока, включающего электродвигатель 23 и редуктор 24 и шарнирно закреплен на корпусе муфты, а нажимной элемент выполнен в виде рычага первого рода, шарнирно связанного с толкателем 28 муфты 7.

Управляемый тормоз 8 монтирован на корпусе 13 мультипликатора 4 со стороны, противоположной генератору 5 и ветроколесу 2, как и выключаемая муфта 7 с приводом. Тормоз 8 выполнен механическим, например, колодочного типа, содержащим тормозной барабан и колодки 29, или дисковым. Возможен вариант выполнения тормоза электромагнитным, например гистерезисным (в качестве механического тормоза, например, может быть применен стандартный колодочный тормоз типа ТКП [4]).

Тормоз 8 связан с дополнительным быстроходным валом 30 мультипликатора 4 и через большую шестерню 31 промежуточного вала 32, малую шестерню 33 промежуточного вала с большой шестерней 34 входного тихоходного вала 12 мультипликатора.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом

Рассмотрим общий случай работы.

Вращение вала 10 ветроколеса 2 через зубчатую муфту 11 приводит в движение входной вал 12 мультипликатора 4. Тормозные колодки 29 в тормозе 8 отжаты. Полый выходной вал 16 мультипликатора 4, связанный через шлицевое соединение (обозначено "x" на фиг. 3), со ступенчатой ведущей обоймой 15 - входным элементом выключаемой муфты 7, передает вращение на ведущие фрикционные диски 18 муфты 7, на ведомые диски 19 и вращает центральный выходной элемент 14 вал муфты 7, который через соединительную муфту 36, например, пальцевую вращает маховик 9 и далее через соединительную муфту 37 вращает генератор 5, вырабатывающий электроэнергию.

При колебаниях скорости ветропотока vҐ и соответственно подводимой к валу 10 ветроколеса мощности с помощью системы управления 11 положением лопастей ветроколеса регулируют поступление мощности в мультипликатор, за счет чего достигается устойчивая работа ВЭУ.

Вследствие погрешностей в системе управления и запаздывании, а также из-за наличия в силовом потоке "ветроколесо-трансмиссия-генератор" упруго-массовых элементов, колебательная мощность, поступающая на вход мультипликатора, может привести к развитию в трансмиссии колебательных процессов. (Под термином "трансмиссия понимается совокупность силовых элементов, участвующих в передаче нагрузок от ветроколеса на генератор, включая вал ветроколеса, мультипликатор, муфту, маховик, соединительные муфты, тормозное устройство и др.)

При повышении интенсивности колебаний происходит проскальзывание ведущих 18 фрикционных дисков относительно ведомых дисков 19 в муфте 7, в результате чего достигается ограничение колебаний мощности, регулируемое величиной усилия затяжки пружины 22, а также быстрое затухание процессов впоследствии диссипативного характера связи сухого трения в муфте 7.

При правильном подборе жесткостных и инерционных характеристик элементов трансмиссии при математическом моделировании работы ВЭУ рассмотренное построение трансмиссии позволяет практически полностью исключить автоколебательные явления при работе ВЭУ в условиях переменной скорости ветра, включая режимы недогрузки генератора, перегрузки, в том числе в режимах короткого замыкания генератора и внезапного (несанкционированного) срабатывания тормоза и ряде других ситуаций.

Маховик 9 при ограниченных муфтой 7 колебаниях вследствие своей инерционности практически гасит колебания и не пропускает их на генератор 5, обеспечивая его устойчивую работу. Последнее обстоятельство весьма важно, так как синхронный генератор принципиально является неустойчивой электрической машиной и склонен к "самораскачиванию". Момент инерции маховика 9 выбирают расчетным путем при моделировании работы динамической системы "ветроколесо-трансмиссия-генератор", исходя из достигаемого эффекта по равномерности работы системы и конструктивных ограничений по массе и компоновке. Так, для мощности агрегата 300 кВт при величине затяжки муфты 7 на 1, 3 номинальной величины момента, передаваемого трансмиссией при номинальной мощности, маховик имеет следующие параметры: I 30 кгЧсек2Чм, диаметр 0,85 м, вес 1200 кг.

В режиме торможения ветроколеса и остановки ВЭУ ее работа происходит следующим образом.

Рассматриваемая ниже технология торможения и остановки ВЭУ подробно рассмотрена в другой заявке того же заявителя, направленной исх. N 31/4 95 от 10.04.95 г. во ВНИИГПЭ: "Способ управления ветроэнергетической установкой", представляющей собой независимое техническое решение.

По команде системы управления ВЭУ (на чертежах не обозначена) лопасти 3 ветроколеса 2 с помощью системы 11 управления положением лопастей переводит во флюгерное положение. Ветроколесо 2 при этом теряет мощность. Одновременно производится выведение генератора 5 из электрической сети. После выведения генератора 5 из сети по команде системы управления колодки 29 в управляемом тормозе 8 перестают удерживаться в отведенном от барабана положении, за счет чего к трансмиссии, а конкретно вначале к дополнительному быстроходному валу 30, и соответственно к промежуточному валу 32 мультипликатора прикладывается тормозной момент.

Мощность тормоза, точнее величина тормозного момента задается близкой или равной величине номинального момента, передаваемого трансмиссией при работе ВЭУ на номинальной мощности.

При срабатывании тормоза 8 вращающиеся элементы трансмиссии и ветроколесо получают импульс динамического нагружения вследствие практически внезапного приложения тормозного момента. Величина углового ускорения торможения определяется из уравнения



где M величина тормозного момента,

I суммарный момент инерции вращающихся частей трансмиссии и ветроколеса.

Лопасти ветроколеса при внезапном приложении тормозного момента изгибаются и совершают затухающие колебания. Этот режим нагружения для лопастей весьма неблагоприятен: возникают значительные нагрузки, что существенно сокращает ресурс работы ветроколеса. Поэтому, в практике проектирования ВЭУ ограничивают число таких нагружений, например до 20.50 за весь период эксплуатации 15.20 лет.

Введение маховика в систему вращающихся масс, как показывают исследования, приводит к увеличению приведенного момента инерции вращающихся частей системы "ветроколесо-трансмиссия-генератор" в 2.3 раза (при меньшем увеличении введение маховика может быть малоэффективным, а необходимость "приведения" момента инерции вызвана разной угловой скоростью разных элементов трансмиссии). Согласно уравнению (1) позволяет при той же величине тормозного момента M уменьшать величину углового ускорения торможения также в 2.3 раза. В результате нагрузки, возникающие в лопастях ветроколеса при колебаниях существенно снижаются, за счет чего не происходит сокращение ресурса, как это имеет место в известных конструкциях ВЭУ.

По истечении интервала времени, за который колебания лопастей, возникшие от приложения тормозного момента, затухают (в инженерной практике в качестве критерия затухания процесса допустимо использовать уменьшение амплитуд колебаний от начальной до уровня в 10,15% от начальных 100%) возможны дальнейшие операции, связанные с технологией торможения ВЭУ. Для стекло и углепластиковых конструкций лопастей ВЭУ интервал времени, необходимый для достижения указанных амплитуд колебаний при затухании составляет 2.5 периодов T колебаний.

Таким образом, через время t (2.5) T, где T период низшей частоты поперечных колебаний лопасти во флюгерное положение, имеет по направлению вращения минимальную жесткость) производят выключение муфты 7 и разъединение вращающихся элементов трансмиссии по меньшей мере (в рассматриваемом варианте конструкции ВЭУ) на две части:

часть 1: ветроколесо вал мультипликатор тормоз;

часть 2: маховик генератор,

что приводит к скачкообразному возрастанию углового ускорения торможения, см. фиг. 4.

Для этого электродвигатель 23 через редуктор 24 вращением винта 25 перемещает гайку 26 и поворачивает рычаг 27, за счет чего толкателем 28 и нажимным элементом 27 производится дополнительное обжатие пружины 22 и размыкание фрикционных дисков 18 и 19. Выключение муфты 7 происходит не внезапно, а в течение некоторого времени, необходимого для освобождения дисков, например, в течение 3 секунд. При постоянстве величины приложенного момента торможения это увеличивает угловое ускорение торможения согласно уравнению (1) за счет уменьшения момента инерции вращающихся частей за счет отключения маховика и генератора. Важно отметить, что увеличение производится не внезапно, в результате чего возникающие колебания лопастей имеют значительно меньшую интенсивность, нежели при первом приложении имеют значительно меньшую интенсивность, нежели при первом приложении момента торможения. Это обеспечивает быстрое и эффективное затормаживание ветроколеса, его остановку и удержание в заторможенном положении.

Маховик и генератор при этом совершают свободный выбег. На фиг. 4 показан график колебаний лопастей ветроколеса при торможении, реализуемым при работе заявляемой ветроэнергетической установки, иллюстрирующий эффективность работы заявляемой ВЭУ в этом режиме.

При рассмотренной технологии торможения существенно снижается тепловыделение в гондоле ВЭУ, так как торможение объединенной трансмиссии с увеличенным моментом инерции занимает время порядка 2.5 периодов собственных колебаний лопасти, например, при частоте 0,8.1,5 Гц и соответственно периодов 1,2.0,67 сек. указанный интервал составляет 2,5.8,0 секунд. После разъединения трансмиссии ветроколесо при указанной величине тормозного момента затормаживается за 10.20 сек.

Например, когда происходит авария в ВЭУ лишается связи с сетью и оказывается обесточенной это вероятно в случае выхода из строя генератора или устройств электросилового управления и связи с сетью, тормоз 8 перестает удерживать колодки 29 в разведенном состоянии. К трансмиссии прикладывается тормозной момент, а за счет автономного источника питания (на чертежах не показан) производится выведение лопастей во флюгерное положение, размыкание трансмиссии и остановка ветроколеса, которое после остановки остается в заторможенном состоянии. Это обеспечивает повышение безопасности ВЭУ.

Заявляемая ВЭУ имеет плотную компоновку силового оборудования в гондоле, что определяет ее малые размеры и объем.

ВЭУ позволяет практически разместить силовую, электрическую и даже электронную систему управления компактно в гондоле, за счет чего достигается удобное обслуживание, уменьшены габариты гондолы и облегчены ремонтные работы.

Так, муфта 7 выполнена таким образом, что вход в нее и выход производятся с одной стороны со стороны фланцевого стыка "B" мультипликатора, см. фиг. 3. Маховик 9 выполнен из двух полумуфт полумаховиков с центральным подшипниковым узлом 38, что определило его высокую компактность в осевом направлении.

Установка тормоза 8, муфты 7 на корпусе 13 мультипликатора позволяет собрать их в едином силовом узле, обладающем высокой местной и общей жесткостью, и сэкономить вес и габариты силовой рамы, на которой смонтированы мультипликатор, генератор и вал ветроколеса.

Тормоз 8 приводится в движение от дополнительного быстроходного вала 30, мультипликатора, связанного с его промежуточным валом 32, что с одной стороны облегчает выбор тормоза по величине момента торможения за счет назначения соответствующего передаточного числа этой дополнительной повышающей ступени, позволяя применять тормоза с уменьшенными величинами момента, а с другой - создает независимый тормозной поток, который при поломке высокоскоростной ступени мультипликатора, муфты 7, маховика 9, соединительных муфт 37 и 38, или генератора 5, обеспечивает торможение ВЭУ, что повышает надежность и безопасность эксплуатации ВЭУ.

Кроме того, необходимый ресурс времени работы механического тормоза 8 составляет 0,5.1,0 от времени работы ВЭУ, что предъявляет пониженные требования к выносливости узлов тормозного потока, уменьшая габариты и облегчая конструкцию (здесь отметим, например, что классическое выполнение промышленного мультипликатора и специальное выполнение для ВЗУ с ресурсом 15 лет до капитального ремонта при переменных нагрузках с высокой амплитудой модуляции приводит к увеличению габаритов мультипликатора в 2 раза по основным размерам и в 4.5 раз массы.)

Поворот силового потока от ветроколеса к мультипликатору и от него через выключаемую муфту 7 вновь к ветроколесу, см. фиг. 3, обеспечивает высокую плотность компоновки. Муфта 7 и маховик 9 с генератором 5 могут быть расположены также с зеркальным отображением относительно показаний на фиг. 3 компоновки. Фланец "B" при этом будет расположен на корпусе 13 мультипликатора со стороны ветроколеса. Такое решение является идентичным описанному выше, и рассматривается как дополнительное. В ряде случаев оно может быть предпочтительным, поэтому вынесено в дополнительные пункты формулы изобретения (п. 2 и 3).

Привод выключения муфты 7 в качестве основного варианта исполнения рассматривается рычажного типа, например, с рычагом первого рода с электродвигателем 23, объединенным в единый конструктивный блок с редуктором 24, шарнирно закрепленным на корпусе муфты 7. Возможно выполнение привода безрычажным непосредственным взаимодействием винта 25 с невращающейся частью 21 нажимного элемента муфты 7. Эти варианты выполнения также являются дополнительными и вынесены в дополнительные пункты (п. 9, 13) формулы изобретения.

В качестве основного варианта выполнения выключаемой муфты 7 рассмотрен вариант многодисковой муфты, со стальным диском 18, 19, работающим в масляной ванне. Для этого варианта разработана практическая конструкция ВЭУ мощностью 300 кВт. [6] В то же время возможны варианты применения одно- и двухдискового сухого сцепления с использования фрикционных материалов, в том числе металлокерамических с высоким коэффициентом трения. В общем случае в заявляемом устройстве муфта необязательно должна быть фрикционной, она может быть электромагнитной, но содержать в себе необходимые признаки п. 1 формулы изобретения, которые определяют основную совокупность существенных признаков, необходимую для функционирования ВЭУ при условии достижения поставленной цели. Поэтому варианты выполнения муфты фрикционной, многодисковой, с регулируемым усилием поджатия дисков и соответственно величиной передаваемого момента, отнесены в дополнительные пункты формулы изобретения.

Заявляемое устройство ориентировано прежде всего для использования в условиях работы на промышленную сеть с синхронным генератором, они являются прогрессивными, а его использование позволяет добиться поставленной цели изобретения:

  • обеспечить безаварийную работу ВЭУ за счет возможности размыкания силового потока при возникновении колебании мощности в трансмиссии;

  • повысить надежность и безопасность работы ВЭУ за счет применения в ней дистанционно включаемых устройств торможения;

  • уменьшить габариты гондолы и снизить материалоемкость ВЭУ за счет применения плотной компоновки трансмиссии и электросилового оборудования в гондоле ВЭУ, повысить удобство обслуживания;

  • добиться уменьшения нагрузок, действующих на узлы и агрегаты трансмиссии ВЭУ и силовую конструкцию и повысить ресурс ВЭУ.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Ветроэнергетическая установка, содержащая башню, ветроколесо с поворотными лопастями, многоступенчатый мультипликатор с промежуточными валами, муфту, генератор, систему управления, отличающаяся тем, что она снабжена тормозом, маховиком, выключаемой муфтой сцепления, входной и выходной элементы которой выведены с одной и той же стороны муфты, а входной элемент, выполненный в виде полого вала, установлен коаксиально выходному элементу, промежуточный вал мультипликатора связан с двумя выходными быстроходными валами, один из которых связан с управляемым тормозом, а другой выполнен полым и связан с полым входным элементом выключаемой муфты сцепления, центральный выходной элемент которой коаксиально пропущен внутри полого быстроходного вала мультипликатора и связан с маховиком, последовательно соединенным с генератором.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что тормоз и устройство для сцепления смонтированы на корпусе мультипликатора со стороны, противоположной генератору.

3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что тормоз и устройство для сцепления смонтированы на корпусе мультипликатора со стороны, противоположной ветроколесу.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что тормоз выполнен механическим.

5. Установка по пп.1 и 4, отличающаяся тем, что тормоз выполнен колодочного типа.

6. Установка по пп.1 и 4, отличающаяся тем, что тормоз выполнен дискового типа.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что тормоз выполнен электромагнитным.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что привод выключения муфты выполнен в виде последовательно соединенных электродвигателя, редуктора и пары винт гайка, в которой винт связан с выходным валом редуктора, а гайка шарнирно связана с нажимным элементов выключаемой муфты сцепления.

9. Установка по пп.1 и 8, отличающаяся тем, что привод выключения муфты выполнен в виде единого блока и шарнирно закреплен на корпусе муфты, а нажимной элемент выполнен в виде рычага первого рода, шарнирно связанного с толкателем муфты.

10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выключаемая муфта выполнена фрикционной.

11. Установка по пп.1 и 8, отличающаяся тем, что выключаемая муфта выполнена многодисковой.

12. Установка по пп.1, 8 и 9, отличающаяся тем, что выключаемая муфта выполнена с возможностью регулировки осевого усилия поджатия дисков.

13. Установка по пп.1, 8 и 9, отличающаяся тем, что нажимной элемент муфты непосредственно связан с механизмом привода муфты.

Версия для печати
Дата публикации 02.04.2007гг


вверх