ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к ветротехнике, в частности, к ветроэнергетическим установкам.
Известна ветроэнергетическая установка (далее ВЭУ) с вертикальной осью вращения ветроколеса, разработанная Открытым акционерным обществом «Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева» (ОАО «ГРЦ Макеева»), [см. приложение I к заявке - принципиальная компоновочная схема ВЭУ, чертежи ВН03.04.00.000СБ - сборочный чертеж и ВН0З.04.00.000 - Ротор с генератором и тормозом], содержащая двух ярусный ротор ветроколеса с лопастями, мачту, растяжки мачты, ступицу ветроколеса, установленную на подшипниковой опоре на оси, прикрепленной к мачте, тормозное устройство, электрогенератор, молниеотвод, кожуха генератора и молниеотвода, защищающие их от внешних воздействий. Конструкция указанной ВЭУ запатентована только в части конструкции электрогенератора (Приложение 2 к заявке - Патент RU 2423773 с приоритетом 02.07.2010 г.), который содержит статор, ротор с основанием и крышкой, магниты и плоскую катушку, при этом магниты на основании ротора и крышке установлены по кольцу, а между ними с минимальными зазорами установлена плоская катушка, выполненная из нескольких обмоток.
Указанная конструкции ВЭУ имеет существенный недостаток: и электрогенератор и ротор ветроколеса установлены на единой подшипниковой опоре, которая из-за больших ветровых нагрузок быстро изнашивается, что приводит к нарушению установленных зазоров между магнитами ротора и катушкой статора, которые существенно влияют на работоспособность электрогенератора.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание конструкции, обеспечивающей получение технического результата, позволяющего в процессе эксплуатации ВЭУ сохранять длительное время неизменным установленный изначально размер зазоров между магнитами ротора и катушкой статора электрогенератора.
Этот технический результат достигается тем, что ветроэнергетическая установка с вертикальной осью вращения ветроколеса, содержит мачту, ступицу ветроколеса, установленную на подшипниковой опоре на оси, прикрепленной к мачте, и электрогенератор, содержащий статор с трехфазной катушкой, жестко закрепленный на оси, и ротор электрогенератора с магнитами, установленными во вращающемся корпусе, при этом вращающийся корпус ротора электрогенератора с магнитами установлен на автономной подшипниковой опоре, содержащей радиальные и упорный подшипники, при этом подвижный корпус электрогенератора кинематически связан со ступицей ветроколеса двумя-шестью шарнирными соединениями, выполненными в виде вилки, жестко прикрепленной к вращающемуся корпусу ротора электрогенератора, и взаимодействующим с ней поводком, выполненным в виде пальца, закрепленного на ступице ветроколеса.
В такой конструкции износ автономной подшипниковой опоры электрогенератора, а значит и зазор между магнитами и катушкой, не зависит от износа подшипниковой опоры ступицы ветроколеса. Он существенно меньше, т.к. нагрузки, воздействующие на подшипниковую опору ступицу ветроколеса, на несколько порядков выше, чем нагрузки, действующие на автономную подшипниковую опору электрогенератора.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется графическими материалами на примере работы ветроэнергетической установки с вертикально вращающимся ветроколесом, где
- на Фиг. 1 изображен общий вид ветроэнергетической установки;
- на Фиг. 2 показан выносной элемент I на Фиг. 1 (верхняя часть ВЭУ в разрезе - компоновка ступицы и элементов электрогенератора);
- на Фиг. 3 показан выносной элемент II на Фиг. 2 (нижняя часть подшипниковой опоры ступицы ветроколеса);
- на Фиг. 4 показан выносной элемент III на Фиг. 2 (автономная подшипниковая опора электрогенератора);
Ветроэнергетическая установка (Фиг. 1) содержит ветроколесо 1 с закрепленными на нем лопастями 2, мачту 3 с оттяжками 4, ступицу 5 (Фиг. 2) ветроколеса 1, установленную на оси 6 ветроколеса 1 на подшипниковой опоре (Фиг. 2, 3), включающей два радиальных подшипника ступицы: 7 (верхний), 8 (нижний) и упорный подшипник 9. Между подшипниками 8 и 9 установлена фигурная шайба 10.
Лопасти 2 (Фиг. 1) закреплены на траверсах 11 (Фиг. 2 и 3), которые жестко связаны со ступицей 5.
В верхней части ВЭУ установлен электрогенератор 12 (Фиг. 2 и 3), включающий статор 13 с трехфазной катушкой 14, жестко закрепленный на оси 6 с помощью разборного соединения, например шлицевого, шпоночного и др., (позицией не обозначено), и ротор 15 с магнитами 16, которые смонтированы на вращающемся корпусе 17 ротора 15 электрогенератора 12.
Магниты 16 установлены с большой точностью с заданными зазорами «8» относительно статора 13 с трехфазной катушкой 14 (Фиг. 4).
Для передачи крутящего момента от ступицы 5 ветроколеса 1 к корпусу 17 электрогенератора 12 корпус 17 кинематически связан со ступицей 5 двумя - шестью шарнирными соединениями 18 (Фиг. 4). Использование одного шарнирного соединения требует установки балансировочного груза. Поэтому количество шарнирных соединений должно выбираться в пределах два - шесть и зависит от мощности ветроэнергетической установки и ее габаритов и выбирается из условия их прочностных характеристик.
Корпус 17 электрогенератора 12 установлен в верхней части ВЭУ на оси 6 на автономной подшипниковой опоре, состоящей из двух радиальных 19 (верхний), 20 (нижний) и упорного 21 подшипников.
Между подшипниками 20 и 21 установлена фигурная шайба 22. Автономная подшипниковая опора электрогенератора 12 работает независимо от подшипниковой опоры ступицы 5 ветроколеса 1. И поэтому износ подшипниковой опоры ступицы, связанный с большими нагрузками на ветроколесо, не влияет на износ автономной подшипниковой опоры электрогенератора 12.
Шарнирное соединение 18 может быть выполнено в виде вилки 23, жестко прикрепленной к вращающемуся корпусу 17 ротора 15 электрогенератора 12, и взаимодействующим с ней поводком 24, выполненным в виде пальца, закрепленного на ступице 5 ветроколеса 1. Такое шарнирное соединение имеет степень свободы в вертикальной плоскости, что обеспечивает независимую работу подшипниковых опор ступицы 5 и электрогенератора 12.
Таким образом, износ подшипниковой опоры ступицы 5 не влияет на величину зазоров «5» (Фиг. 4) между магнитами 16 ротора 15 и трехфазной катушкой статора 13, что обеспечивает их длительное постоянство, и, следовательно, длительный срок эксплуатации электрогенератора.
ВЭУ работает следующим образом.
Под воздействием ветровых нагрузок ветроколесо 1 вращается в подшипниковой опоре, состоящей из двух радиальных подшипников 7 8 и упорного подшипника 9.
Крутящий момент от ветроколеса 1 через шарниры 18 передается электрогенератору 12, установленному на автономной подшипниковой опоре, который генерирует электрический ток.