ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к области энергетической промышленности, в частности к устройствам для преобразования кинетической энергии природных сред в электрическую энергию и может быть использована в ветроэнергетике.
Известен генератор для ветроэнергетической установки, который содержит статор с корпусом цилиндрической формы, установленный с возможностью вращения ротор, подшипниковые щиты, коробку для вывода контрольных, управляющих и силовых проводов и опорное приспособление (см., например, патент Российской Федерации №2103782, кл. Н02К 7/18, опубл. 27.01.1998).
К недостаткам известной установки, преобразующей кинетическую энергию воздушных потоков путем непосредственного воздействия на лопасти ветроколеса, можно отнести нестабильность параметров вырабатываемого электрического тока, которая обусловлена тем фактором, что на лопасти ветроколеса воздействует неравномерный воздушный поток, создающий переменные динамические нагрузки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является генератор для ветроэнергетической установки, который включает статор с корпусом цилиндрической формы и с расположенными на его торцах подшипниковыми щитами, установленный коаксиально внутри статора с возможностью вращения ротор, коробку для вывода контрольных, управляющих и силовых проводов и опорное приспособление для закрепления статора на несущей конструкции ветроэнергетической установки (см., например, патент Российской Федерации №2244372, кл. Н02К 19/16, опубл. 01.10.2005).
Выбранное в качестве ближайшего аналога известное техническое решение частично устраняет недостатки описанного выше аналога, поскольку обеспечивает достижение стабильных параметров вырабатываемого электрического тока. К
недостаткам известного устройства можно отнести относительно низкую надежность его работы. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что в процессе работы на ветроколесо ветроэнергетической установки воздействует изменяющийся по скорости воздушный поток (порывы ветра). При этом в довольно широком диапазоне изменяется скорость вращения выходного вала ветроколеса и, следовательно, кинематически связанного с ним вала ротора генератора, что вызывает появление вибрации, как в узлах генератора, так и в узлах ветроэнергетической установки. Возникающие механические колебания оказывают отрицательное влияние на надежность работы устройства в целом. При этом следует отметить, что возникающие в процессе работы устройства механические колебания приводят к ухудшению эргономических характеристик за счет повышения уровня шума. Указанное обстоятельство несколько ограничивает область применения ветроэнергетической установки из-за вредного воздействия на окружающую среду.
Полезная модель направлена на решение задачи по созданию такого генератора для ветроэнергетической установки, который обеспечивал бы повышение надежности его работы при одновременном улучшении эргономические характеристики ветроэнергетической установки в целом. Технический результат, который может быть получен при реализации полезной модели, заключается в снижении вибрации, возникающих в узлах устройства при изменении скорости воздушного потока.
Поставленная задача решена за счет того, что в генераторе для ветроэнергетической установки, который содержит статор с корпусом цилиндрической формы и с расположенными на его торцах подшипниковыми щитами, установленный коаксиально внутри статора с возможностью вращения ротор, коробку для вывода контрольных, управляющих и силовых проводов и опорное приспособление для закрепления генератора на несущей конструкцией
ветроэнергетической установки, опорное приспособление выполнено в виде, по меньшей мере, трех закрепленных на наружной поверхности корпуса статора лап, которые расположены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии статора, а корпус статора выполнен с закрепленными на его наружной поверхности продольными ребрами, при этом продольные ребра расположены по периметру корпуса группами, причем коробка для вывода контрольных, управляющих и силовых проводов расположена на одном из подшипниковых щитов.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что высота продольного ребра в каждой группе последовательно уменьшается от середины группы к ее периферии.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что лапы расположены равномерно по периметру корпуса статора.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен генератор для ветроэнергетической установки в поперечном разрезе; на фиг.2 - генератор для ветроэнергетической установки (вид спереди); на фиг.3 - генератор для ветроэнергетической установки (вид сзади); на фиг.4 - ветроэнергетическая установка и на фиг.5 - разрез по А-А на фиг.4.
Генератор для ветроэнергетической установки содержит статор с корпусом 1 цилиндрической формы и с расположенными на торцах корпуса подшипниковыми щитами 2. Статор может иметь любую известную конструкцию, например, на корпусе 1 могут быть закреплены отдельные сердечники 3 с полюсными наконечниками 4 и катушками 5 рабочей обмотки. Катушки 5 рабочей обмотки могут быть подключены с помощью проводов (на чертежах не изображены) через последовательно соединенные выпрямитель (на чертеже не изображен), буферный накопитель (на чертеже не изображен), инвертор (на чертеже не изображен) и
согласующий трансформатор (на чертеже не изображен) к выходным клеммам (на чертеже не изображены). Внутри статора коаксиально установлен с возможностью вращения ротор, который может иметь любую известную конструкцию. Например, ротор может быть выполнен обода 6 с закрепленными на нем отдельными сердечниками 7 с полюсными наконечниками 8 и катушками 9 обмотки возбуждения, подключенными к источнику (на чертеже не изображен) постоянного тока. Обод 6 с помощью опор-спиц 10 закреплен на валу 11 ротора. Генератор содержит коробку 12 для вывода контрольных, управляющих и силовых проводов, которая расположена на одном из подшипниковых щитов 2. Кроме того, в коробке 12 для вывода контрольных, управляющих и силовых проводов могут быть размещены выпрямитель, буферный накопитель, инвертор, согласующий трансформатор или другие вспомогательные узлы генератора в зависимости от варианта конструктивного выполнения статора. Коробка 12 для вывода контрольных, управляющих и силовых проводов может быть выполнена с крышкой (на чертежах не изображена) для обеспечения доступа к находящимся внутри нее узлам и приборам. Генератор содержит опорное приспособление для закрепления генератора на несущей конструкции ветроэнергетической установки, которое выполнено в виде, по меньшей мере, трех лап 13. Лапы 13 закреплены на наружной поверхности корпуса 1 статора с помощью разъемного или неразъемного соединения. Лапы 13 расположены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии статора (фиг.1). Лапы 13 могут быть расположены равномерно по периметру корпуса 1 статора (фиг.5). Корпус 1 статора выполнен с закрепленными на его наружной поверхности продольными ребрами 14. Каждое продольное ребро 14 может быть закреплено на корпусе 1 с помощью разъемного или неразъемного соединения. Продольные ребра 14 расположены по периметру корпуса 1 статора группами. Один из вариантов
конструктивного выполнения генератора предполагает, что высота продольного ребра 14 в каждой группе последовательно уменьшается от середины группы к ее периферии.
Генератор установлен соосно с ветроколесом 15 ветроэнергетической установки, при этом вал 11 ротора генератора кинематически связан с валом 16 ветроколеса 15, например, с помощью предохранительной муфты. Снаружи ветроколеса 15 коаксиально расположена входная оболочка 17. Ветроколесо 15 может быть установлено на несущей конструкции (на чертежах не изображена), выполненной, например, в виде колонны для закрепления на земле или основания для закрепления на транспортном средстве. Ветроколесо 15 может быть соединено с несущей конструкцией посредством шарнирного соединения для разворота устройства на ветер при любом направлении последнего. Входная оболочка 17, например, с помощью кронштейнов (на чертежах не изображены) соединена с наружной оболочкой 18 кольцевой формы. Корпус 1 статора генератора с помощью лап 13 и соответствующих кронштейнов 19 соединен с наружной оболочкой 18.
Генератор работает следующим образом.
Воздушный поток, движущийся вдоль продольной оси симметрии установки, ориентированной по ветру с помощью флюгерной поверхности (на чертежах не изображена), попадает через входную оболочку 17 на Ветроколесо 15 и заставляет его вращаться. Поскольку вал 16 ветроколеса 15 кинематически связан с валом 11 ротора генератора, то вал 11 ротора также начинает вращаться. При вращении ротора постоянный ток поступает от источника постоянного тока в катушки 9 обмотки возбуждения. Магнитное поле создается магнитодвижущими силами катушек 9 обмотки возбуждения. Магнитный поток проходит через зазор между полюсными наконечниками 8 ротора и полюсными наконечниками 4 статора,
сцепляется с катушками 5 рабочей обмотки статора и создает магнитодвижущую силу статора, наводя в статоре электродвижущую силу.
При изменении скорости воздушного потока (при порывах ветра) происходит изменение скорости вращения ветроколеса 15 и кинематически связанного с ним ротора генератора, что вызывает возникновение механических колебаний (вибрации). Через подшипниковые щиты 2 вибрация от ротора передается на корпус 1 статора и далее через лапы 13 и кронштейны 19 на наружную оболочку 18 ветроэнергетической установки. Наличие, по меньшей мере, трех лап 13 на корпусе 1 статора генератора, которые расположены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии статора, позволяет снизить вибрацию в узлах устройства за счет увеличения жесткости несущей конструкции. Снижение вибрации в узлах устройства также обеспечивают продольные ребра 14, которые кроме осуществления отвода тепла из внутренней полости генератора дополнительно выполняют функции стабилизаторов положения в пространстве генератора. Размещение коробки 12 для вывода контрольных, управляющих и силовых проводов на одном из подшипниковых щитов 2 генератора также позволяет снизить вибрацию в узлах устройства за счет улучшения аэродинамических характеристик генератора.