Коробка передачи для ветрогенераторов

Подробная конструкция современного ветрогенератора

Для того, чтобы лучше понимать принцип работы ветряков, нужно знать из чего они состоят. Существуют ветрогенераторы с горизонтальной и вертикальной осью.
Турбины с горизонтальной осью могут достигать коэффициента использования ветрового потока в 30 %, а с вертикальной осью – 20 %.

Обычный ветряк с горизонтальной осью состоит из 16 основных частей, сгруппированных в три крупных узла.

• Роторный механизм является основным узлом конструкции ветрогенератора, и составляет примерно 20% от общей стоимости турбины
• Генераторный механизм состоит из таких частей как генератор и коробка передач, составляет примерно 34 % от стоимости турбины.
• Механизм поддержки ветротурбины является наименее дорогим, его стоимость составляет 15 % от стоимости турбины.

Для функционирования ветряной турбины необходимы следующие основные части:

Анемометр – прибор, отвечающий за измерение скорости ветра, эта информация передается в контроллер

Лопасти – обычно их две или три. Когда дует ветер, лопасти начинают вращаться

Тормоз – в случае чрезвычайной ситуации, турбина может быть остановлена с помощью тормоза. Тормоз бывает механическим, гидравлическим и электрическим. Когда скорость ветра достигает 10-26 км/ч, контроллер подымает машину вверх. Когда скорость достигает 88 км/ч, контроллер отключает ветротурбину, потому что такой сильный ветер может повредить ветряк.

Трансмиссия работает так же, как и в автомобиле — она предназначена, чтобы контролировать скорость, с которой вращается турбина.

Тихоходный вал передает вращение на коробку передач и вращает со скоростью 50-60 оборотов в минуту.

Быстроходный вал приводит во вращение генератор

На вершине башни находится гондола, которая закрывает коробку передач, оба вала, генератор и контроллер, а также тормоз.

Механизм угла атаки поворачивает лопасти в случае необходимости и, таким образом, контролирует скорость лопастей.

Ротор состоит из лопастей и ступицы.

Башня обеспечивает высоту и поддержку турбины.

Флюгер передает информацию о направлении ветра в контроллер

Привод настройки поворачивает турбину таким образом, чтобы лопасти вращались при изменении направления ветра .

Электроэнергия с ветряной турбины поступает на аккумуляторы и инвертор. Весь процесс зарядки и отдачи электроэнергии в сеть обеспечивает контроллер.
Производством ветряных турбин занимаются такие компании: Windrotor, Siemens AG, StatoilHydro.

Источник

Надежный редуктор для ветряка: для чего используется и как его сделать своими руками?

Обновлено: 12 января 2021

Механические устройства разных типов

Использование ветрогенераторов в условиях слабых и умеренных ветров, типичных для большинства регионов России, создает особые требования к конструкции ротора. При малых скоростях потока вращение крыльчатки ветряка происходит слишком медленно, чтобы получать достаточное количество электроэнергии.

Повысить частоту вращения ветряка практически невозможно.

Использование более чувствительных видов рабочего колеса мало влияет на скорость, меняется только возможность старта от более слабого ветра, не дающая значительного эффекта. Для решения вопроса используются механические устройства разных типов — редукторы.

Для чего используется редуктор?

Частота вращения ротора генератора, оптимальная для выработки электрического тока, составляет около 2000 об/мин. Существуют и менее быстроходные виды генераторов, но в любом случае для качественной работы ветроколесо должно придавать ротору генератора достаточно высокую скорость. Существующие условия редко позволяют получить высокие значения.

При ветрах 6-8 м/с скорость вращения ветроколеса не способна обеспечить номинальный режим работы генератора, что снижает эффективность всего комплекта.

Решением вопроса становится установка между рабочим колесом и ротором генератора повышающей передачи — редуктора. Он увеличивает частоту вращения генератора за счет одно- или многоступенчатого повышения частоты вращения, для чего используется система шкивов или устройства планетарного (дифференциального) типа.

При использовании редуктора на один поворот рабочего колеса приходится несколько оборотов вала генератора. Если конструкция редуктора многоступенчатая, то передаточное число может быть увеличено в десятки раз, хотя это чревато потерей мощности.

Необходимо учитывать, что редуктор позволяет получить высокую скорость вращения за счет резкого (пропорционально передаточному числу) падения мощности на валу. Получить высокую скорость в данном случае означает потерять усилие, позволяющее инициировать вращение ротора, стронуть тугой вал с места, преодолеть залипания магнитов.

Применять редукторы с большим передаточным числом для ветрогенераторов нецелесообразно, поскольку от потери мощности страдает производительность комплекса.

Особенности

Самый простой вариант — использование двух шкивов с разными диаметрами. Один, больший, устанавливается на валу ветроколеса. Он, посредством клиноременной передачи, передает вращение на меньший шкив, установленный на валу генератора. Скорость вращения возрастает на величину, пропорциональную отношению диаметров шкивов.

Подобная передача может иметь несколько ступеней, например, с вала ветроколеса на промежуточный шкив, с него — на шкив генератора. Каждая передача дает увеличение скорости вращения, но снижает мощность пропорционально передаточному числу. Это может отрицательным образом сказаться на работе генератора — слабое усилие на валу не сможет заставить начать вращаться, преодолеть залипания и прочие сопротивления ротора.

Вариант редуктора с клиноременной передачей является самым простым и вполне надежным, его можно изготовить и собрать самостоятельно.

Более сложный тип редуктора, которые самостоятельно не изготовить — планетарный. Он представляет собой систему зубчатых колес, состоящую из:

• коронная шестерня (эпицикл), представляющая собой окружность с зубьями, направленными внутрь. Ее диаметр самый большой, все остальные шестерни находятся внутри. Она получает исходный вращающий момент и последовательно передает его
• сателлиты — это шестерни относительно небольшого диаметра, находящиеся в зацеплении с центральной (конечной) шестерней или с другими сателлитами
• водило представляет собой окружность, на которой находятся оси сателлитов
• солнечная (центральная) шестерня. Она принимает на себя импульс от сателлитов, вращаясь со скоростью, обусловленной передаточным числом

Планетарные редукторы имеют высокую компактность, отсутствие открытых деталей исключает опасность выхода элементов из строя. Металлические детали защищены от коррозии, возможность каких-либо отказов или сбоев в работе минимальна. При этом, самодельный планетарный редуктор изготовить крайне сложно, а приобрести его довольно дорого.

Для использования на горизонтальных ветрогенераторах предпочтителен именно планетарный редуктор, так как он надежнее, компактнее и не требует постоянного обслуживания, тогда как у самодельных клиноременных устройств постоянно случаются какие-либо отказы (рвутся ремни, заклинивает валы и прочие проблемы).

Преимущества и недостатки

Применение редукторов позволяет решить проблему низких скоростей и обеспечить функционирование генератора в номинальном режиме. При этом, все несколько сложнее, чем представляется поначалу, использование редукторов имеет немало достоинств и недостатков. Рассмотрим их внимательнее.

К достоинствам редукторов на ветроколесе можно отнести:

• возможность значительно увеличить скорость вращения генератора
• снижение зависимости комплекта от существующих метеорологических условий
• при необходимости можно изменить режим работы устройства, оптимальным образом подготовить его к работе с данным оборудованием и потоками ветра

Недостатками редукторов являются:

• падение мощности на валу, создающее проблемы при запуске генератора
• появляются сложности в преодолении сопротивления магнитов, залипаниях
• размеры устройства создают дополнительную преграду потоку ветра, появляется лишний шум
• возрастает нагрузка на мачту ветрогенератора
• обслуживание редуктора, расположенного на высоте, чрезвычайно сложно и опасно.
• возможность качественного ремонта без опускания мачты отсутствует

Можно заметить, что недостатков больше, чем преимуществ. По степени важности они не слишком велики, но в некоторых ситуациях непреодолимы. Например, если крыльчатка не позволяет развить большую мощность, то использование редуктора окончательно ослабит вал и не позволит ему запустить генератор. Решением вопроса становится изменение размеров ветроколеса, позволяющее получить достаточное осевое усилие.

Сборка своими руками

Самостоятельное изготовление редуктора потребует наличия некоторых инструментов и материалов. прежде всего следует определиться с типом конструкции, который оптимальным образом подойдет к имеющемуся генератору. Для этого надо вычислить, насколько потребуется увеличить скорость вращения, определиться с материально-технической базой.

Основным элементом самодельного редуктора являются шкивы под клиноременную передачу. Рекомендуется использовать именно клиноременный вариант, он значительно надежнее и эффективнее плоскоременного.

Можно использовать готовые шкивы, или заказать изготовление у токаря. В этом случае можно получить наиболее предпочтительный вариант увеличения скорости.

Шкив генератора может быть установлен непосредственно на его валу, а шкив крыльчатки проще всего закрепить на основании хаба. Потребуется лишь закрепить генератор на основании и сделать натяжное устройство, позволяющее обеспечить качественное сцепление ремня со шкивами. Слишком усердствовать с натяжкой не стоит, так как при этом увеличивается сопротивление вращению, создается тормозящее усилие на ветроколесе.

Устройство с одной передачей наиболее просто, не требует дополнительной установки ступиц и прочих элементов. Если планируется использовать две или более ступени, то потребуется монтаж дополнительных ступиц, валов и шкивов. При этом, использовать больше 2 ступеней не рекомендуется, это может полностью лишить вал генератора возможности вращения — он будет останавливаться от малейшего воздействия.

Источник

А есть ветряки с автоматической коробкой передач или вариатором?

Дело в чём, ветер же разный, и далеко не всегда ротор ветряка вращается с частотой 50Гц. Стало быть, возникают всякие паразитные гармоники и т.п. Насколько я знаю, с ними борются всякими электронными решениями. А насколько сложнее было бы поставить туда коробку-автомат/вариатор, и гарантированно получать 50Гц?

Линукс тут притом, что от электричества работает.

В итоге крутящий момент с вала крыльчатки еще больше потеряется, пока пока дойдет до генератора.

а синхронизировать свои 50гц с 50гц сети ты тоже механикой будешь?

нужно больше потерь на трение.

Кстати да, в любом случае стабилизатор какой-то нужно будет ставить, хоть с механикой, хоть без.

А с чего ты вообще решил что ротор ветряка должен вращаться частотой 50 герц? У ветряков (помимо инфразвукового шума и вредности для экологии) есть существенное ограничение — если скорость ветра ниже оптимального лопасти работают неэффективно, если выше — отрубаются чтобы не убить ветряк. Ну и отдавать в сеть ток от ветряка — это только укуренные гуманитарии могли придумать.

Гораздо проще поставить преобразователь частоты. Электронный. Это во-первых.

Во-вторых — синхронный электрогенератор, включенный в сеть большой мощности, сам по себе будет крутится с частотой 50 Гц и поддерживать такую скорость, при любом усилии на валу в пределах допустимого. То есть эта проблема решалась бы элементарно — достаточно было бы поставить в ветряк синхронный генератор. Но это, мягко говоря, не оптимально. Гораздо эффективнее, чтобы ветряк крутился с разной скоростью.

Тут может быть применен и вариатор — ветряк будет крутится с разной скоростью, а генератор — с постоянной. Но лучше преобразователь частоты, потому что он электронный, и автоматически регулируется намного проще и быстрее.

Источник

Коробка передачи для ветрогенераторов

Подробная конструкция современного ветрогенератора

Для того, чтобы лучше понимать принцип работы ветряков, нужно знать из чего они состоят. Существуют ветрогенераторы с горизонтальной и вертикальной осью.
Турбины с горизонтальной осью могут достигать коэффициента использования ветрового потока в 30 %, а с вертикальной осью – 20 %.

Обычный ветряк с горизонтальной осью состоит из 16 основных частей, сгруппированных в три крупных узла.

• Роторный механизм является основным узлом конструкции ветрогенератора, и составляет примерно 20% от общей стоимости турбины
• Генераторный механизм состоит из таких частей как генератор и коробка передач, составляет примерно 34 % от стоимости турбины.
• Механизм поддержки ветротурбины является наименее дорогим, его стоимость составляет 15 % от стоимости турбины.

Для функционирования ветряной турбины необходимы следующие основные части:

Анемометр – прибор, отвечающий за измерение скорости ветра, эта информация передается в контроллер

Лопасти – обычно их две или три. Когда дует ветер, лопасти начинают вращаться

Тормоз – в случае чрезвычайной ситуации, турбина может быть остановлена с помощью тормоза. Тормоз бывает механическим, гидравлическим и электрическим. Когда скорость ветра достигает 10-26 км/ч, контроллер подымает машину вверх. Когда скорость достигает 88 км/ч, контроллер отключает ветротурбину, потому что такой сильный ветер может повредить ветряк.

Тихоходный вал передает вращение на коробку передач и вращает со скоростью 50-60 оборотов в минуту.

Быстроходный вал приводит во вращение генератор

На вершине башни находится гондола, которая закрывает коробку передач, оба вала, генератор и контроллер, а также тормоз.

Механизм угла атаки поворачивает лопасти в случае необходимости и, таким образом, контролирует скорость лопастей.

Ротор состоит из лопастей и ступицы.

Башня обеспечивает высоту и поддержку турбины.

Флюгер передает информацию о направлении ветра в контроллер

Электроэнергия с ветряной турбины поступает на аккумуляторы и инвертор. Весь процесс зарядки и отдачи электроэнергии в сеть обеспечивает контроллер.
Производством ветряных турбин занимаются такие компании: Windrotor, Siemens AG, StatoilHydro.

Источник