Устройство передачи механической энергии рабочему колесу электромеханической установки

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к синхронным явнополюсным тихоходным электрическим машинам с вертикальной осью вращения ротора. Устройство содержит электрическую машину с вертикальным валом ротора, рабочее колесо (1) с зубчатым венцом, по окружности которого установлены силовые установки. Каждая силовая установка состоит из корпуса (8), электродвигателя (9), редуктора и движителя (11) в виде шестерни, которая сопряжена с зубчатым венцом рабочего колеса (1). Электродвигатели вращаются в одну сторону, а векторы тяги выходных шестерен направлены в одну сторону в плоскости рабочего колеса. Устройство позволяет передавать рабочему колесу электромеханической установки вращающие моменты значительной величины, при строгом соответствии угловых скоростей электродвигателя и рабочего колеса. 6 ил.

 

Техническое решение относится к нетрадиционной электроэнергетике, более конкретно к синхронным явнополюсным тихоходным электрическим машинам (генераторам тока) с вертикальной осью вращения ротора.

Известны гидроагрегаты зонтичного и подвесного типа, содержащие электрическую машину (генератор тока), соединенную снизу вертикальным валопроводом с реактивной гидротурбиной. Для выработки электрической энергии необходимо, чтобы гидротурбина передала электрической машине механический вращающий момент М. вр. определенной величины и обеспечила необходимую угловую скорость вращения валопровода.

(см., например, описание изобретения к А.С. СССР №1735001, Мки F03В 13/00) «Поворотно-лопастная гидротурбина».

Недостаток таких гидроагрегатов в том, что обеспечить указанные условия исключительно трудно. Первым основным недостатком является необходимость нахождения таких гидроагрегатов в среде движущегося рабочего тела W (воды), а для этого необходимы возобновляемые природные гидроресурсы с соответствующими характеристиками.

Близкий аналог к данному техническому решению не обнаружен в патентных фондах СССР, РФ, индустриальных государств, а также в специальной технической литературе.

Цель разработки - создать устройство вращения рабочего колеса электромеханической установки.

Технический результат достигается тем, что в устройство дополнительно введены силовые установки и зубчатый венец, причем силовые установки, две или несколько, выполнены стационарно, размещены симметрично по окружности рабочего колеса, каждая из которых состоит из одинаковых корпуса, электродвигателя, редуктора и движителя, причем движителем является шестерня, находящаяся в зубчатом зацеплении с зубчатым венцом радиуса R, который прикреплен к монтажному лонжерону, при этом движители всех силовых установок вращаются в одну сторону, а векторы тяги их действуют на рабочее колесо в горизонтальной плоскости также в одну сторону по касательной к радиусу рабочего колеса и перпендикулярно к вертикальному валу ротора, радиуса r, электрической машины.

Устройство передачи механической энергии рабочему колесу электромеханической установки представлено на чертежах:

На фиг.1 показано рабочее колесо, снабженное зубчатым венцом (вид сверху).

На фиг.2 показано крепление зубчатого венца к наружному монтажному лонжерону (разрез по вертикальной радиальной плоскости).

На фиг.3 показана схема размещения силовых установок и рабочего колеса (вид сверху).

На фиг.4 показана конструкция силовой установки и взаимодействие ее с рабочим колесом (разрез по вертикальной радиальной плоскости).

Схема одноступенчатого редуктора.

На фиг.5 показана конструкция силовой установки и взаимодействие ее с рабочим колесом (вид сверху).

На фиг.6 показана конструкция силовой установки с ее взаимодействие с рабочим колесом. Схема двухступенчатого редуктора (разрез по вертикальной радиальной плоскости).

На чертежах применены следующие обозначения:

1 - рабочее колесо,

2 - монтажный лонжерон,

3 - венец зубчатого зацепления,

4 - крепежные полки,

5 - отверстия,

6 - соединение «встык» двух частей венца зубчатого зацепления,

7 - силовые установки,

8 - корпус,

9 - электродвигатель,

10 - редуктор,

11 - движитель,

12 - фундамент,

13 - нижняя опора движителя,

14 - верхний фланец,

15 - дополнительная шестерня.

Устройство. На рабочем колесе 1 (см. фиг.1, 2) по всей окружности устанавливают венец 3 зубчатого зацепления, который изготавливают монолитным или составным кольцом (в этом случае стык 6 выполняют в середине сектора). Соединение выполнено следующим образом. Рабочее колесо 1 в периферийной окружности, в торцевой части, выполнено с монтажным лонжероном 2, который снабжен с внешней стороны по всей окружности горизонтальными крепежными полками 4 с отверстиями 5. Зубчатый венец 3, с внутренней стороны, также снабжен по всей окружности горизонтальными крепежными полками 4 с отверстиями 5. Крепежные полки 4 монтажного лонжерона 2 и зубчатого венца 3 совмещают в «накладку» и скрепляют шпильками в отверстиях 5.

В зависимости от потребной величины передаваемой механической энергии рабочему колесу 1, на горизонтальной площадке по окружности рабочего колеса 1 симметрично стационарно размещают одинаковые силовые установки 7 (см. фиг.3), каждая из которых состоит из корпуса 8, электродвигателя 9, редуктора 10 и движителя 11 (см. фиг.4 и 6, показаны схематично). Движителем 11 является шестерня, вал которой установлен вертикально. Нижняя опора 13 движителя 11 снабжена радиальным и опорным подшипниками и установлена в армированном фундаменте 12. Верхняя опора вала движителя 11 установлена в радиальном подшипнике фланца 14, который скреплен с фундаментом анкерными узлами. Верхняя часть вала движителя 11 соединена с вертикальным валом электродвигателя 9, установленном в корпусе 8. Движитель 11 постоянно находится в зубчатом зацеплении с венцом 3 зубчатого зацепления рабочего колеса 1.

Вал электродвигателя 9 может быть соединен с рабочим колесом 1 посредством двухступенчатого редуктора (см. фиг.6), в котором установлена промежуточная шестерня 15.

Устройство работает следующим образом.

Одновременно включают электродвигатели 9 всех силовых установок 7, движители 11 начинают вращаться в одну сторону и приводят во вращение рабочее колесо 1 через венец 3 зубчатого зацепления, которое сразу выходит на номинальные обороты и на номинальную мощность. При резком уменьшении или снятии реактивной нагрузки с внешней цепи генератора, угонная скорость рабочего колеса не появится ввиду стабилизации оборотов силовыми установками 7.

Допускается эксплуатация электромеханической установки с одной силовой установкой 7, однако такая схема работы не является целесообразной, т.к. не используются преимущества данной конструкции и прежде всего возможность передачи рабочему колесу 1 значительных по величине вращающих моментов, кроме того, появится нежелательная циклическая изгибающаяся составляющая на вал рабочего колеса и, соответственно, на вал ротора электрической машины.

Применение разработки позволяет достичь:

- Передачу рабочему колесу механической энергии вращения значительной величины.

- Строгого соответствия угловой скорости вращения движителя силовой установки с угловой скоростью вращения рабочего колеса, т.е. ротора электрической машины.

- Практически исключить вертикальную осевую нагрузку на ступицу рабочего колеса. А также ряд других существенных преимуществ.

Устройство передачи механической энергии рабочему колесу электромеханической установки для получения электрической энергии, содержащее электрическую машину с вертикальным валом ротора радиуса r, скрепленным с рабочим колесом радиуса R, оснащенным монтажным лонжероном, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены силовые установки и зубчатый венец, причем силовые установки, две или несколько, выполнены стационарно, размещены симметрично по окружности рабочего колеса, каждая из которых состоит из одинаковых корпуса, электродвигателя, редуктора и движителя, причем движителем является шестерня, находящаяся в зубчатом зацеплении с зубчатым венцом радиуса R, который прикреплен к монтажному лонжерону, при этом движители всех силовых установок вращаются в одну сторону, а векторы тяги их действуют на рабочее колесо в горизонтальной плоскости также в одну сторону по касательной к радиусу рабочего колеса и перпендикулярно к вертикальному валу ротора радиуса r электрической машины.