Планетарная трансмиссия к генератору электрического тока ветроэлектрической станции
Изобретение относится к области энергетики, а именно к трансмиссии, обеспечивающей передачу вращающего момента от ветродвигателя к генератору электрического тока. Планетарная трансмиссия к генератору электрического тока ветроэлектрической станции, включающей основание, генератор электрического тока, и ветродвигатель, состоящий из двух ветроколес с общей осью, первое из которых жестко связано с установленном на основании опорным валом, а второе установлено на опорном валу свободно с возможностью встречного вращения, содержит переходные элементы, представляющие собой группу одинаковых планетарных механизмов. Опорный вал первого ветроколеса имеет водило с радиальной кулисой для совмещения со штифтом боковой поверхности первого трехуглового ротора, снабженного соосным кривошипом, выполненным эксцентрично по отношению к единому с ним солнечному колесу, свободно размещенному на опорном валу, при соотношении их радиусов, соответственно, как 3:2, с эксцентриситетом, равным половине радиуса солнечного колеса. Приводной штифт следующего трехуглового ротора связан с кулисой водила, закрепленного на исходном солнечном колесе, последнее солнечное колесо связано с генератором, а блок эпициклов /корон/, внутренние контуры которых выполнены в виде эпитрохоид, очерченных вершинами трехугловых роторов, жестко соединен со вторым ветроколесом. Использование планетарной трансмиссии обеспечивает повышение КПД ветроэлектростанции. 2 ил.
Изобретение относится к области энергетики, а именно к трансмиссии, обеспечивающей передачу вращающего момента от ветродвигателя к генератору электрического тока.
Известны трансмиссии ветроэлектрических станций для передачи кинематической энергии от ветродвигателя к генератору электрического тока /см., например, Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1977, стр. 74/. В абсолютном большинстве случаев - это редукторная цепь на основе шестеренчатых зацеплений. В силу порывистой динамики ветра зубья зацеплений часто выходят из строя несмотря на их расчетную прочность и стремление увеличить передаваемой крутящий момент. В результате - многотонная масса трансмиссионного устройства и запредельные размеры ветродвигателя в сочетании с довольно низким коэффициентом использования энергии ветра /от 0,15 до 0,48/. Поэтому эффективность, экономичность и надежность упомянутой трансмиссии оставляет желать много лучшего.
Задачей заявляемого технического решения является устранение отмеченных недостатков. Решение поставленной задачи достигается тем, что планетарная трансмиссия к генератору электрического тока ветроэлектрической станции, включающей основание, генератор электрического тока и ветродвигатель, состоящий из двух ветроколес с общей осью, первое из которых жестко связано с установленным на основании опорным валом, а второе установлено на опорном валу свободно с возможностью встречного вращения, содержит переходные элементы, представляющие собой группу одинаковых планетарных механизмов, при этом опорный вал первого ветроколеса имеет водило с радиальной кулисой для совмещения со штифтом боковой поверхности первого трехуглового ротора, снабженного соосным кривошипом, выполненным эксцентрично по отношению к единому с ним солнечному колесу, свободно размещенному на опорном валу, при соотношении их радиусов, соответственно, как 3:2, с эксцентриситетом, равным половине радиуса солнечного колеса, причем приводной штифт следующего трехуглового ротора связан с кулисой водила, закрепленного на исходном солнечном колесе, последнее солнечное колесо связано с генератором, а блок эпициклов /корон/, внутренние контуры которых выполнены в виде эпитрохоид, очерченных вершинами трехугловых роторов, жестко соединен со вторым ветроколесом.
Новизна изобретения состоит в том, что благодаря сдвоенному ветродвигателю, значительно повышающему коэффициент использования энергии ветра, оказалось возможным возросшую кинетическую энергию от ветродвигателя разнести по двум разным, но технологически связанным узлам, работающим на один выходной вал к генератору электрического тока.
По данным патентной и научно-технической информации заявленная конструкция не обнаружена, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемого решения.
Промышленная применимость обусловлена существенным повышением коэффициента полезного действия ветроэлектрической станции в связи с отсутствием зубчатых зацеплений, эффективностью, экономичностью и надежностью.
На чертеже представлена принципиальная схема планетарной трансмиссии к генератору электрического тока ветроэлектрической станции, которая устроена следующим образом.
На основании 1 установлен опорный вал 2, жестко связанный с первым ветроколесом 3 сдвоенного ветродвигателя, второе ветроколесо 4 которого установлено свободно на опорном валу 2. Опорный вал 2 имеет водило 5 с радиальной кулисой для совмещения со штифтом 6 трехуглового ротора 7, содержащего соосный кривошип 8, выполненный эксцентрично по отношению к единому с ним солнечному колесу 9, свободно размещенному на опорном валу 2. Радиусы кривошипа 8 и солнечного колеса 9 соотносятся как 3:2, а эксцентриситет составляет половину радиуса солнечного колеса 9. Приводной штифт последующего ротора находится во взаимосвязи с кулисой водила 10, которое закреплено на исходном солнечном колесе 9 кривошипа 3 первого ротора 7. Последнее солнечное колесо 9' на выходе имеет связь с валом генератора посредством соединительной муфты. Второе ветроколесо 4 жестко соединено с блоком эпициклов /корон/ 11, внутренние контуры которых выполнены в виде эпитрохоид 12, очерченных вершинами трехугловых роторов 7. Подвижные соединения роторов с эпициклами и кривошипами могут быть выполнены посредством шариков или роликов, исключающих трение в трансмиссии.
Работает планетарная трансмиссия к генератору электрического тока ветроэлектрической станции следующим образом.
Для удобства изложения представим вначале, что ветроколесо 4, жестко связанное с блоком эпициклов /корон/ 11, - неподвижно. При вращении ветроколеса 3 в указанном направлении ротор 7 приходит во вращательно-переносное /планетарное/ движение /фиг.2/. Поворачиваясь на 60 градусов, левая вершина ротора 7 набегает на верхнюю ветвь эпицикла 11, одновременно осаживая центр кривошипа 8 /ротора 7/ вниз по дуге в 180 градусов, опирающейся на диаметр окружности, равный двум эксцентриситетам. Правая же вершина ротора 7, оказавшись в нижнем положении, симметричном исходному верхнему относительно горизонтальной оси контура 12, в свою очередь, при дальнейшем повороте ротора 7 на 60 градусов набегает на нижнюю ветвь эпицикла 11, тем самым вытесняя центр кривошипа 8 вверх, завершая полный его и солнечного колеса 9 оборот. Следовательно, повороту ротора 7 на 120 градусов соответствует один оборот солнечного колеса 9, а одному обороту ротора 7 соответствуют три оборота солнечного колеса 9. Так как водило 10 закреплено на пехотном солнечном колесе 9, то обороты следующего ротора будут в три раза больше оборотов ротора 7, при этом обороты солнечного колеса на выходе будут в девять раз больше оборотов ветроколеса 3. Если же учесть, что ветроколесо 4 вращается встречно с частотой ветроколеса 3, то обороты ротора 7 увеличатся в два раза, а исходного солнечного колеса 9 в шесть раз. Следовательно, соседний ротор будет иметь обороты исходного солнечного колеса 3 плюс обороты блока эпициклов 11. Обороты же солнечного колеса на выходе будут в три раза больше. Простой расчет /в зависимости от оборотов генератора/ показывает, что двух планетарных переходных механизмов вполне достаточно. Необходимо отметить, что контактная площадь при силовом взаимодействии ротора 7 и кривошипа 8 составляет половину цилиндрической поверхности кривошипа, что многократно повышает несущую /нагрузочную/ способность механизма в сравнении с зубчатым зацеплением аналогичных диаметров. Кроме того, при набегании вершин роторов на суживающиеся ветви блока эпициклов 11 проявляется эффект клина, когда радиальное усилие на кривошип 8 превосходит усилие вращения водила 5 в четыре-пять раз. Это способствует увеличению крутящего момента на выходе. Таким образом решается вопрос повышения эффективности, экономичности и надежности трансмиссии, а в общем - повышения КПД ветроэлектростанции.
Для реализации изобретения необходимы:
литейное и штамповочное производства для заготовок корпуса и кривошипа; для изготовления лопастей ветроколес.
Станки: карусельные, фрезерные с ЧПУ, токарные, сверлильные, шлифовальные.
Планетарная трансмиссия к генератору электрического тока ветроэлектрической станции, включающей основание, генератор электрического тока и ветродвигатель, состоящий из двух ветроколес с общей осью, первое из которых жестко связано с установленным на основании опорным валом, а второе установлено на опорном валу свободно с возможностью встречного вращения, содержащая переходные элементы, представляющие собой группу одинаковых планетарных механизмов, при этом опорный вал первого ветроколеса имеет водило с радиальной кулисой для совмещения со штифтом боковой поверхности первого трехуглового ротора, снабженного соосным кривошипом, выполненным эксцентрично по отношению к единому с ним солнечному колесу, свободно размещенному на опорном валу, при соотношении их радиусов соответственно как 3:2, с эксцентриситетом, равным половине радиуса солнечного колеса, причем приводной штифт следующего трехуглового ротора связан с кулисой водила, закрепленного на исходном солнечном колесе, последнее солнечное колесо связано с генератором, а блок эпициклов /корон/, внутренние контуры которых выполнены в виде эпитрохоид, очерченных вершинами трехугловых роторов, жестко соединен со вторым ветроколесом.
