Ветрогенератор (варианты) и повышающий ременный привод ветрогенератора
Привод с повышающей ременной передачей ветрогенераторной установки содержит раму, генератор и привод с повышающей ременной передачей, смонтированные на станине. Повышающая ременная передача установлена между другим концом ведущего вала и генератором, при этом шкив первой ступени повышающей ременной передачи соединен с валом ветряного колеса с помощью муфты.
Полезная модель относится к производству электроэнергии за счет использования энергии ветра, в частности к ветрогенератору и приводу с повышающей ременной передачей ветрогенератора или ветрогенераторной установки.
Для удовлетворения потребностей людей в энергии и обеспечения охраны окружающей среды, использование энергии ветра, в качестве замены энергии угля, нефти и других ископаемых источников энергии, рассматривается практически во всех странах. Ветроэнергетика уже развивалась во всех странах, а сейчас происходит ее бурное развитие. В настоящее время, повышающая передача между ветряным колесом и генератором ветроэнергетической установки выполняется в виде зубчатого редуктора, однако, зубчатый редуктор является тем узлом ветроэнергетической установки, который наиболее часто выходит из строя. Далее, масса зубчатого редуктора обычно составляет более десяти или нескольких десятков тонн, а высота опорной колонны составляет более 10 м или 100 м от уровня земли, и когда происходит выход из строя, достаточно трудно произвести ремонт и замену узлов и деталей, при этом стоимость ремонта и обслуживания достаточно высока. С быстрым развитием использования мощных ветроэнергетических установок, их зубчатый редуктор становится все больше и тяжелее, что одновременно вызывает неудобства при его транспортировке и подъеме на высоту. Зубчатый редуктор является необходимой частью генератора, которая при этом повышает стоимость ветроэнергетической установки из-за необходимости обеспечения высокой точности и обусловленной этим высокой цены.
Известно использование в ветрогенераторах малой мощности одноступенчатых повышающих ременных приводов [полезная модель DE 29606703 U1, опубл. 20.06.1996; заявка ЕР 0737811 А1, опубл. 16.10.1996]. Однако, известные конструкции одноступенчатых повышающих ременных приводов малоприменимы для ветрогенераторов большой мощности.
Известен ветрогенератор, выбранный в качестве прототипа, включающий: опорную колонну; станину, смонтированную на верху опорной колонны; лопасти, закрепленные на ступице ветряного колеса, ведущий вал, один конец которого соединен со ступицей ветряного колеса, установленный в подшипниковом узле, смонтированном на станине (38), генератор, установленный на станине; повышающую ременную передачу, установленную между другим концом ведущего вала и генератором, где повышающая ременная передача выполнена двухступенчатой [заявка US 2006/0177311, опубл. 10.08.2006]. Однако, известная конструкция не продумана с точки зрения ремонта и замены узлов ременной передачи используемого повышающего ременного привода.
Целью настоящей полезной модели является обеспечение ремонтопригодного привода с повышающей ременной передачей ветрогенератора для использования в качестве повышающей передачи между ветряным колесом и генератором ветрогенераторной установки, за счет чего снижается стоимость производимой электроэнергии и увеличивается срок службы.
Вышеуказанная цель может быть решена за счет следующего предлагаемого технического решения: предлагается привод с повышающей ременной передачей ветрогенераторной установки, содержащий раму, генератор, установленный на раме, привод с повышающей ременной передачей, соединенный со входным валом генератора, причем шкив первой ступени повышающей ременной передачи соединен с валом ветряного колеса с помощью муфты.
В названном приводе с повышающей ременной передачей ветрогенераторной установки, повышающая ременная передача может включать 1-4 ступеней, содержащих приводной ремень (ремни) и шкивы, где диаметр ведомого шкива выполнен меньше, чем диаметр ведущего шкива, каждая из ступеней присоединена с помощью муфты, а приводной ремень снабжен натяжителем.
В названном приводе с повышающей ременной передачей ветрогенераторной установки, приводной ремень выбирается из группы: зубчатый ремень с эвольвентными зубьями, зубчатый ремень с прямыми зубьями, клиновой ремень или поликлиновой ремень.
Преимущества настоящей полезной модели:
1) Лопасти закреплены на ступице колеса, являющегося ветряным колесом, которое в свою очередь закреплено на ведущем вале. Под действием ветра, лопасти поворачиваются и приводят во вращение ведущий вал. Кинетическая энергия передается через муфту на ведущий шкив первой ступени передачи для приведения в движение ведомого шкива через приводной ремень, при этом диаметр ведомого шкива выполнен большим, чем диаметр ведущего шкива для целей увеличения скорости вращения. После такого увеличения скорости, ведомый шкив первой ступени передает кинетическую энергию на вторую ступень передачи, с которой далее, после последующего увеличения скорости вращения, кинетическая энергия передается на третью ступень передачи; далее третья ступень еще раз увеличивает скорость вращения и передает кинетическую энергию на генератор, завершая весь процесс работы такой повышающей передачи. Диаметр ведомого шкива каждой ступени выполнен большим, чем диаметр ведущего шкива для реализации повышающей передачи. Такая повышающая ременная передача может быть как одноступенчатой, так и многоступенчатой передачей, в соответствии с потребностями. Замена ранее используемой передачи с зубчатым редуктором на повышающую ременную передачу способствует снижению стоимости ветрогенератора; в то же время, повышающая ременная передача имеет такие преимущества, как снижение вибрации генераторной установки, продление срока службы, снижение шума при работе установки и т.п.
2) Вся система передачи по настоящей полезной модели использует приводной ремень для передачи мощности. Повышающая ременная передача может быть как одноступенчатой, так и многоступенчатой передачей, в соответствии с требованиями генератора электроэнергии. Диаметр ведомого шкива выполнен большим, чем диаметр ведущего шкива для увеличения скорости вращении, чтобы заменить дорогостоящий зубчатый редуктор, тем самым обеспечивая невысокую стоимость передачи. Низкая стоимость повышающей ременной передачи способствует снижению стоимости всей ветрогенераторной установки, что обеспечит дальнейшее развитие и продвижение в области ветроэнергетики.
3) Готовое изделие по настоящей полезной модели имеет более низкий вес узла передачи, а приводной ремень изготавливают в соответствии с особыми техническими требованиями и материалом. По сравнению с ранее используемой передачей на базе зубчатого редуктора, предлагаемое устройство имеет преимущества небольшого веса, малой частоты отказов, простоты монтажа и замены, а также значительного снижения стоимости ветроэнергетической установки в целом.
4) Ременная передача является удобной при техническом обслуживании и замене, при этом эксплутационные расходы являются меньшими, чем при использовании традиционного зубчатого редуктора. С быстрым развитием ветроэнергетических установок большой мощности, установка с использованием настоящей полезной модели является более удобной с точки зрения транспортировки и подъема на высоту.
На фиг.1 представлен схематичный вид готового изделия.
Цифровые обозначения на этой фигуре: 1 - рама генератора; 2 - генератор; 3 - муфта; 4 - подшипниковый узел; 5 - приводной ремень; 6 - ведомый шкив; 7 - вал ведомого шкива; 8 - вал ведущего шкива второй ступени; 9 - подшипниковый узел; 10 - ведущий шкив второй ступени; 11 - приводной ремень; 12 - муфта; 13 - ведомый шкив; 14 - приводной ремень; 15 - подшипниковый узел; 16 - вал ведомого шкива; 17 - натяжитель; 18 - ступица ветряного колеса; 19 - лопасти; 20 - ведущий вал; 21 - рама; 22 - подшипниковый узел; 23 - муфта; 24 - вал ведущего шкива первой ступени; 25 - рама; 26 - ведущий шкив первой ступени; 27 - подшипниковый узел; 28 - опорная колонна; 29 - вал ведомого шкива; 30 - ведомый шкив; 31 - рама; 32 - подшипниковый узел; 33 - муфта; 34 - ведущий шкив третьей ступени; 35 - рама; 36 - подшипниковый узел; 37 - вал ведущего шкива третьей ступени; 38 - станина; 39 - натяжитель; 40 - натяжитель.
Один из вариант осуществления.
Для настоящей полезной модели поясняется трехступенчатая повышающая ременная передача, хотя она может включать только одну ступень или две ступени при использовании, или число ступеней может быть увеличено до четырех или более, а описываемая здесь конструкция приведена только в качестве примера варианта осуществления полезной модели. Согласно примеру осуществления имеется: рама генератора 1; генератор 2; муфта 3, подшипниковый узел 4; приводной ремень 5, который может быть зубчатым ремнем с эвольвентными или прямыми зубьями, клиновым ремнем, поликлиновым ремнем или любым ремнем подходящего типа; ведомый шкив 6 и вал ведомого шкива 7 первой ступени передачи; вал ведущего шкива 8 второй ступени; подшипниковый узел 9; ведущий шкив 10 второй ступени; приводной ремень 11; муфта 12; ведомый шкив 13; приводной ремень 14; подшипниковый узел 15; вал ведомого шкива 16; натяжитель 17; ступица ветряного колеса 18; лопасти 19; ведущий вал 20; рама 21; подшипниковый узел 22; муфта 23; вал ведущего шкива 24 первой ступени; рама 25; ведущий шкив 26 первой ступени; подшипниковый узел 27; опорная колонна 28; вал ведомого шкива 29; ведомый шкив 30; рама 31; подшипниковый узел 32; муфта 33; ведущий шкив 34 третьей ступени; рама 35; подшипниковый узел 36; вал ведущего шкива 37 третьей ступени; станина 38; натяжитель 39; и натяжитель 40.
Лопасти 19 соединены со ступицей ветряного колеса 18, а два подшипниковых узла 22 смонтированы соответственно слева и справа ведущего вала 20 и закреплены на раме 21; на одном конце ведущего вала установлена ступица ветряного колеса 18, а другой конец соединен с муфтой 23, которая соединена с валом ведущего шкива 24 первой ступени для передачи кинетической энергии; ведущий шкив 26 первой ступени закреплен на валу ведущего шкива 24 первой ступени, установленном в двух подшипниковых узлах 27, смонтированных соответственно справа и слева и закрепленных на раме 25; ведомый шкив 13 закреплен на валу ведомого шкива 16, который установлен в двух подшипниковых узлах 15, смонтированных соответственно справа и слева и закрепленных на раме 25; ведущий шкив 26 соединен с ведомым шкивом 13 через приводной ремень 14, они осуществляют увеличение скорости вращения; натяжитель 17 закреплен с двух сторон на раме 25 и используется для натяжения приводного ремня 14; одна сторона муфты 12 соединена с валом ведомого шкива 16, а ее другая сторона соединена с валом ведущего шкива 8 второй ступени для передачи кинетической энергии.
Ведущий шкив 10 второй ступени закреплен на валу ведущего шкива 8 второй ступени, который установлен в двух подшипниковых узлах 9, смонтированных соответственно справа и слева и закрепленных на раме 31; ведущий шкив 10 соединен с ведомым шкивом 30 второй ступени через приводной ремень 11, они осуществляют увеличение скорости вращения; натяжитель 39 закреплен с двух сторон на раме 31 и используется для натяжения приводного ремня 11; ведомый шкив 30 закреплен на валу ведомого шкива 29, который установлен в двух подшипниковых узлах 32, смонтированных соответственно справа и слева и закрепленных на раме 31; одна сторона муфты 33 соединена с валом ведомого шкива 29, а ее другая сторона соединена с валом ведущего шкива 37 третьей ступени передачи; ведущий шкив 34 третьей ступени закреплен на валу ведущего шкива 37 третьей ступени, который установлен в двух подшипниковых узлах 36, смонтированных соответственно справа и слева и закрепленных на раме 35; ведущий шкив 34 третьей ступени соединен с ведомым шкивом 6 второй ступени через приводной ремень 5, они осуществляют увеличение скорости вращения; натяжитель 40 закреплен с двух сторон на раме 35 и используется для натяжения приводного ремня 5; ведомый шкив 6 закреплен на валу ведомого шкива 7, который установлен в двух подшипниковых узлах 4, смонтированных соответственно справа и слева и закрепленных на раме 35; одна сторона муфты 3 соединена с валом ведомого шкива 7, а ее другая сторона соединена с валом генератора 2 для передачи на него кинетической энергии и конечного генерирования электроэнергии; генератор 2 закреплен на раме 1, при этом рама 35, рама 31, рама 25, рама 21 и рама 1 соответственно закреплены на станине 38, которая установлена на верху опорной колонны 28.
1. Ветрогенератор, включающий опорную колонну (28), станину (38), смонтированную на верху опорной колонны (28), лопасти (19), закрепленные на ступице ветряного колеса (18), ведущий вал (20), один конец которого соединен со ступицей ветряного колеса (18), установленный в подшипниковом узле (22), смонтированном на станине (38), генератор (2), установленный на станине (38), и повышающую ременную передачу, установленную между другим концом ведущего вала (20) и генератором (2), отличающийся тем, что повышающая ременная передача выполнена одноступенчатой, ведущий вал (20) соединен с валом ведущего шкива (24) одноступенчатой повышающей ременной передачи с помощью муфты (23), а вал генератора (2) соединен с валом ведомого шкива (7) одноступенчатой повышающей ременной передачи с помощью другой муфты (3).
2. Ветрогенератор по п.1, отличающийся тем, что одноступенчатая повышающая ременная передача включает раму (25), смонтированную на станине (38), первый подшипниковый узел (27), поддерживающий вал ведущего шкива (24) и смонтированный на раме (25), ведущий шкив (26), установленный на валу ведущего шкива (24), второй подшипниковый узел (15), поддерживающий вал ведомого шкива (16) и смонтированный на раме (25), ведомый шкив (13), установленный на валу ведомого шкива (16), и приводной ремень (14) между ведущим шкивом (26) и ведомым шкивом (13).
3. Ветрогенератор по п.2, отличающийся тем, что одноступенчатая повышающая ременная передача дополнительно включает натяжитель (17), установленный на раме (25), для действия на приводной ремень (14) снаружи для его автоматического натяжения.
4. Ветрогенератор по п.2 или 3, отличающийся тем, что приводной ремень (14), соединяющий ведущий шкив (26) и ведомый шкив (13), выбирается из группы: зубчатый ремень с эвольвентными зубьями, зубчатый ремень с прямыми зубьями, клиновой ремень или поликлиновой ремень.
5. Повышающий ременный привод ветрогенератора, включающий станину (38), смонтированную на верху опорной колонны (28), ветряной привод, смонтированный на станине (38) с помощью подшипникового узла (22) и включающий лопасти (19) ветряного колеса, ступицу ветряного колеса (18) и ведущий вал (20), генератор (2), установленный на станине (38), и повышающую ременную передачу, установленную между ведущим валом (20) и генератором (2), отличающийся тем, что ведущий вал (20) соединен с валом ведущего шкива (24) повышающей ременной передачи с помощью муфты (23), а вал генератора (2) соединен с валом ведомого шкива (7) повышающей ременной передачи с помощью другой муфты (3).
6. Привод по п.5, отличающийся тем, что повышающая ременная передача включает раму (25), смонтированную на станине (38), первый подшипниковый узел (27), поддерживающий вал ведущего шкива (24) и смонтированный на раме (25), ведущий шкив (26), установленный на валу ведущего шкива (24), второй подшипниковый узел (15), поддерживающий вал ведомого шкива (16) и смонтированный на раме (25), ведомый шкив (13), установленный на валу ведомого шкива (16), и приводной ремень (14) между ведущим шкивом (26) и ведомым шкивом (13).
7. Привод по п.6, отличающийся тем, что повышающая ременная передача дополнительно включает натяжитель (17), установленный на раме (25), для действия на приводной ремень (14) снаружи для его автоматического натяжения.
8. Привод по п.6 или 7, отличающийся тем, что приводной ремень (14), соединяющий ведущий шкив (26) и ведомый шкив (13), выбирается из группы: зубчатый ремень с эвольвентными зубьями, зубчатый ремень с прямыми зубьями, клиновой ремень или поликлиновой ремень.
9. Ветрогенератор, включающий опорную колонну (28), станину (38), смонтированную на верху опорной колонны (28), лопасти (19), закрепленные на ступице ветряного колеса (18), ведущий вал (20), один конец которого соединен со ступицей ветряного колеса (18), установленный в подшипниковом узле (22), смонтированном на станине (38), генератор (2), установленный на станине (38), повышающую ременную передачу, установленную между другим концом ведущего вала (20) и генератором (2), отличающийся тем, что повышающая ременная передача включает раму (25), смонтированную на станине (38), первый подшипниковый узел (27), смонтированный на раме (25), вал ведущего шкива (24), установленный в первом подшипниковом узле (27), второй подшипниковый узел (15), смонтированный на раме (25), вал ведомого шкива (16), установленный во втором подшипниковом узле (15), ведущий шкив (26), установленный на валу ведущего шкива (24), ведомый шкив (13), установленный на валу ведомого шкива (16), приводной ремень (14) между ведущим шкивом (26) и ведомым шкивом (13), и натяжитель (17), установленный на раме (25), для действия на приводной ремень (14) снаружи для его автоматического натяжения, при этом ведущий вал (20) соединен с валом ведущего шкива (24) с помощью муфты (23), а вал генератора (2) соединен с валом ведомого шкива (7) с помощью другой муфты (3).
10. Ветрогенератор, включающий опорную колонну (28), станину (38), смонтированную на верху опорной колонны (28), лопасти (19), закрепленные на ступице ветряного колеса (18), ведущий вал (20), один конец которого соединен со ступицей ветряного колеса (18), установленный в подшипниковом узле (22), смонтированном на станине (38), генератор (2), установленный на станине (38), и повышающую ременную передачу, смонтированную между другим концом ведущего вала (20) и генератором (2), отличающийся тем, что повышающая ременная передача выполнена многоступенчатой, при этом ведущий вал (20) соединен с валом ведущего шкива (24) первой ступени многоступенчатой повышающей ременной передачи с помощью муфты (23), а вал генератора (2) соединен с валом ведомого шкива (7) последней ступени многоступенчатой повышающей ременной передачи с помощью другой муфты (3).
11. Ветрогенератор по п.10, отличающийся тем, что каждая ступень многоступенчатой повышающей ременной передачи включает раму (25, 31, 35), смонтированную на станине (38), первый подшипниковый узел (27, 9, 36), смонтированный на раме (25, 31, 35), вал ведущего шкива (24, 8, 37), установленный в первом подшипниковом узле (27, 9, 36), второй подшипниковый узел (15, 32, 4), смонтированный на раме (25, 31, 35), вал ведомого шкива (16, 29, 7), установленный во втором подшипниковом узле (15, 32, 4), ведущий шкив (26, 10, 34), установленный на валу ведущего шкива (24, 8, 37), ведомый шкив (13, 30, 6), установленный на валу ведомого шкива (16, 29, 7), и приводной ремень (14, 11, 5) между ведущим шкивом (26, 10, 34) и ведомым шкивом (13, 30, 6), при этом вал ведомого шкива (16, 29) предыдущей ступени многоступенчатой повышающей ременной передачи соединен с валом ведущего шкива (8, 37) следующей ступени многоступенчатой повышающей ременной передачи с помощью муфты (12, 23).
12. Ветрогенератор по п.11, отличающийся тем, что каждая ступень многоступенчатой повышающей ременной передачи дополнительно включает натяжитель (17, 39, 40), установленный на раме (25, 31, 35), для действия на приводной ремень (14, 11, 5) снаружи для его автоматического натяжения.
13. Ветрогенератор по п.11 или 12, отличающийся тем, что приводной ремень (14, 11, 5), соединяющий ведущий шкив (26, 10, 34) и ведомый шкив (13, 30, 6), выбирается из группы: зубчатый ремень с эвольвентными зубьями, зубчатый ремень с прямыми зубьями, клиновой ремень или поликлиновой ремень.
