Многопоточный двухступенчатый редуктор опорно-трансмиссионного узла ветроэнергетической установки Советский патент 1993 года по МПК F16H1/26 F03D11/00 

(Л

С

Использование: в ветроэнергетике в многопоточном двухступенчатом редукторе опорно-трансмиссионного узла ветроэнергетической установки. Сущность: входное тихоходное прямозубое зубчатое колесо с внутренним зацеплением многопоточного двухступенчатого редуктора соединено с. выходным косозубым зубчатым колесом с внешним зацеплением через ряд промежуточных блоков зубчатых колес, причем каждый блок имеет косозубое и прямозубое колеса, установленные на одном валу, который оперт на пружины. 3 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии природного ветрового потока в эле рическую энергию промышленной чистоты.

Известна вертикально-осевая ветровая турбина УАУТ (International Power Generation) с вертикальными прямолинейными лопастями, соединяемыми с первичным валом жесткими горизонтальными траверсами. Первичный вал ротора ветровой турбины опирается на два ряда конических подшипников, расположенных на верхней части вертикальной башни. Первичный входной вал соединен с главной коробкой передач, расположенной в собственном корпусе и размещен в верхней части башни под оперным узлом ротора ветровой турбины. Вторичная коробка передач расположена в основании башни и соединена с главной коробкой передач вертикальным трансмиссионным валом, проходящим через всю высоту башни.

Недостатком такой конструкции является большое количество механизмов, расположенных на большом расстоянии друг от друга, наличие длинных валов трансмиссии, что увеличивает металлоемкость конструкции, механические потери и снижает надежность установки в целом,

Известна ветровая турбина типа Дарье с вертикальным валом и жестко соединенными в верхнем и нижнем концах вала кри- волинейными профилированными лопастями, построенные компанией ДАФ ИНДАЛ Канада. Вал ротора ветровой турбиXI

чэ о о

Ј

со

ны в основании опирается на систему гидравлических подшипников, верхний конец вала также снабжен подшипником, нагрузки от которого передаются на фундамент с помощью растяжек. Трансмиссия в виде зубчатого привода расположена в основании ветровой турбины ниже гидравлической системы подшипников. Трансмиссия приводит во вращение два генератора половинной мощности.

Недостатком такой конструкции является необходимость иметь вертикальный вал большой высоты, верхний конец которого должен удерживаться с помощью растяжек для обеспечения устойчивости всей конструкции, поскольку только нижняя система подшипников не в состоянии обеспечить устойчивость консольного ротора. Наличие центрального вала обуславливает конструкцию привода с наружным зацеплением зубчатых колес и, как следствие, необходимость иметь как минимум два генератора, что увеличивает число механизмов и стоимость оборудования.

В качестве зубчатых передач используются планетарные, содержащие солнечное колесо, коронное колесо и водило с сателлитами, каждый из которых имеет два венца, связанные между собой устройством, обеспечивающим выравнивание распределения нагрузки между сателлитами и выполненными, например, в виде упругих элементов, установленных между венцами сателлита.

Подобные конструкции используются в качестве редукторов вертолетов МИ.

Недостатком такой конструкции является высокая степень точности изготовления зубчатых колес, а также необходимость применения дефицитных высоколегированных сталей в качестве материала зубчатых колес, что увеличивает определяющую их цену.

Известно техническое решение, выполненное планетарной зубчатой передачей, в которой задачи равномерного распределения нагрузок между сателлитами (потоками) осуществляются за счет выполнения коренного и солнечного колес в виде пакетов из зубчатых дисков, а каждый сателлит состоит из набора чередующихся между собой ведущих и ведомых подпружиненных в осевом направлении фрикционных дисков, снабженных зубчатыми венцами, Зацепляющимися соответственно с солнечным и коронным колесами.

Недостаток - такая конструкция не устраняет равномерность распределения нагрузок по сателлитам (потокам) возникающую в результате погрешности шага зубьев зубчатых колес, кроме того, наличие

фрикционов не обеспечивает достаточно высокой степени распределения нагрузок в большом диапазоне величин крутящих моментов, определяющих характер работы

ветроэнергетических установок,

Целью конструкции является повышение надежности и долговечности ветроэнергетической установки, а также упрощение конструкции опорно-трансмиссионногоузлаи повышение точности равномерного распределения нагрузки по потокам.

Указанная цель достигается тем, что опорные подшипники ротора ветровой тур5 бины и трансмиссия в виде зубчатой передачи (мультипликатора) конструктивно совмещены в едином опорно-трансмиссионном узле, включающем многопоточный двухступенчатый редуктор, тихоходное

0 входное колесо которого является подшипниковой опорой ротора ветровой турбины. Входное тихоходное прямозубое зубчатое колесо с внутренним зацеплением многопоточного двухступенчатого редуктора соеди5 нено с выходным косозубым зубчатым колесом с внешним зацеплением через ряд промежуточных блоков зубчатых колес, причем каждый блок имеет косозубое и прямозубое колеса, установленные на одном валу.

0 который оперт на пружины.

На фиг.1 изображена ветроэнергерти- ческая установка с вертикальной осью вращения ротора ветровой турбины; на фиг.2 - опорно-трансмиссионный узел ВЭУ; на

5 фиг.З - сечение А-А опорно-трансмиссионного узла ВЭУ.

Ветроэнергетическая установка с вертикальной осью вращения содержит несущую башню 1, ротор ветровой турбины 2 и

0 опорно-трансмиссионный узел 3.

Опорно-трансмиссионный узел 3 представляет собой конструкцию, совмещающую функции подшипниковой опоры ротора ветровой турбины и редуктора (мультипли5 каторэ), повышающего частоту вращения ротора генератора по отношению к частоте вращения ротора ветровой турбины.

Узел 3 включает двухступенчатый и многопоточный редуктор, состоящий из цилин0 дрических прямозубых колес и тихоходной ступени и косозубых колес в быстроходной ступени.

Корпус узла 3 состоит из двух частей, 4 и 5. Нижняя неподвижная часть 4 узла уста5 навливается на верхней части несущей башни 1 ВЭУ. На нижней части корпуса 4 установлена центральная опорная втулка 6, на которой установлены подшипники 7 и 8, которые несут осевую и радиальную нагрузки и воспринимают опрокидывающий момент от ротора ветровой турбины 2. В нижней части корпуса 4 узла 3 установлены быстроходная косозубая шестерня 9 и все промежуточные блоки зубчатых колес 10.

Верхняя, вращающаяся часть корпуса 5 узла 3 служит для крепления к ней горизонтальных траверс ротора ветровой турбины 2 и ведущего прямозубого колеса 11 с внутренним зацеплением тихоходной ступени редуктора.

Каждый промежуточный блок 10 зубчатых колес выполнен из двух прямозубого 12 и косозубого 13 зубчатых колес, установленных на одном валу 14, который через упорный подшипник 15 опирается на та- рельчатые пружины 16.

Устройство работает следующим образом:

При передаче крутящего момента от ро- тора ветровой турбины 2 к генератору промежуточный блок 10 испытывает радиальные нагрузки, а также осевые,возникающие в быстроходной ступени, как результат наличия косозубой передачи. При возникновении радиальных усилий между отдельными блоками они выравниваются за счет перемещения блоков в осевом направлении, при этом сжимаются или разжимаются тарельчатые пружины 16. Жесткостью пружин и также углом наклона зубчатого колеса косозубой ступени определяется степень точности распределения нагрузок по блокам (потокам).

Формула изобретения Многопоточный двухступенчатый редуктор опорно-трансмиссионного узла ветроэнергетической установки, содержащий составной корпус с вращающейся верхней частью, снабженной ведущим зубчатым колесом с внутренним зацеплением, установленный в неподвижной части корпуса выходной вал с быстроходным зубчатым колесом и кинематически связанным с послед- ним и ведущим зубчатым колесом

Зубчатая передача обеспечивает повышение частоты вращения ротора электрической машины по отношению к частоте вращения ротора ветровой турбины.

При запуске ветроэнергетической установки трансмиссия выполняет функции редуктора, понижающего частоту вращения электрической машины, работающей в режиме двигателя по отношению к частоте вращения ротора ветровой турбины.

При работе установки комбинация упорного и радиального подшипников воспринимает все массовые и аэродинамические нагрузки ротора ветровой турбины, в том числе опрокидывающий момент в плоскости, перпендикулярной направлению ветра.

Данная конструкция ветроэнергетической установки с совмещенными функциями подшипниковой опоры ротора ветровой турбины и зубчатой передачи (трансмиссии) обеспечивает

- минимальное количество механизмов энергетической установки,

- максимально короткие связи между ротором ветровой турбины и электрической машиной,

-снижаетметаллоемкость и стоимость установки,

- увеличивает надежность установки.

Экономический эффект от изготовления и монтажа одной установки составляет - 132 ть:с.рублей (см. приложение № 1 Расчет экономического эффекта).

промежуточные блоки зубчатых колес, каждый из которых выполнен в виде закрепленных на валу шестерен, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности путем равномерного распределения нагрузки по блокам, он снабжен регулируемыми пружинами, на которых установлены валы блоков, причем шестерни, взаимодействующие с ведущим зубчатым колесом, выполнены прямозубыми, а с ведомыми - косозубыми.

Ре/г. 2 Я-Л