Бастрон А.В., Кульков В.С., Михеева Н.Б., Чебодаев А.В.
Практикум по дисциплине
"ГИДРОВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ"

электронное учебное пособие

Работа №1.
ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ АВЭУ6-4М

Цель работы

Задания к работе

Общие сведения

Порядок выполнения работы

Содержание отчета

Контрольные вопросы

Литература

Тест к Работе №1

Цель работы

Ознакомиться с конструкцией ветроагрегата АВЭУ6-4М.

Изучить состав ветроагрегата АВЭУ6-4М, устройство и работу его составных частей.

Освоить технологию его сборки и монтажа.

Задания к работе

1. Изучить устройство и принцип работы составных частей ветроколеса.

2. Изучить конструкцию редуктора, предназначенного для передачи крутящего момента от ветроколеса к генератору.

3. Изучить конструкцию червячного механизма ориентации.

4. Изучить технологию сборки и монтажа ветроагрегата.

5. Спроектировать систему электропитания потребителя на базе ветроагрегата АВЭУ6-4М по индивидуальному заданию преподавателя.

Общие сведения


Ветроагрегат АВЭУ6-4М предназначен для преобразования энергии ветра в электрическую и может быть использован в качестве источника негарантированного электропитания в составе ветроэнергетических установок различного назначения - водоподъемных, зарядных, отопительных, горячего водоснабжения и других [1, 2].

В условное обозначение ветроагрегата входит буквенное выражение "АВЭУ" "М" - агрегат ветроэлектрический унифи-цированный модернизированный, и цифры, первая из которых -"6" - диаметр ветроколеса в метрах, вторая - "4" - мощность установленного генератора в кВт.

Основные технические данные ветроагрегата АВЭУ6-4М приведены в табл. 1.1 [1, 3].
№ п/п
Наименование параметров
Величина
1
Диаметр ветроколеса, м
6,6 ± 0,02
2
Номинальная частота вращения ветроколеса при номинальной нагрузке и расчетной скорости ветра, об/мин
230
3
Отклонение частоты вращения от номинальной величины, %
±10
4
Диапазон рабочих скоростей ветра, м/с
4,5 … 40
5
Расчетная скорость ветра, при которой обеспечивается отдача номинальной мощности генератора, м/с, не более
9
6
Тип установленного генератора
СГВМ-4
7
Номинальная мощность генератора, кВт
4
8
Номинальное напряжение, В

Отклонения от номинальной величины, %
400/230

±10
9
Число фаз
3
10
Номинальная частота тока, Гц
50
11
Установка ветроколеса на ветер
C помощью виндрозного механизма установа
12
Способ регулирования частоты вращения ветроколеса
Центробежно-аэродинамический поворот лопастей
13
Масса ветроагрегата без комплекта закладных деталей для фундамента, кг, не более
1210

Общий вид ветроэлектрического агрегата АВЭУ6-4М представлен на рис.1.1.


Рис. 1.1. Габаритные и установочные размеры ветроагрегата АВЭУ6-4М: 1 - ветроколесо; 2 - редуктор цилиндрический; 3 - генератор; 4 - редуктор червячный; 5 - башня; 6 - фундамент; 7 - кабель; 8 - блок автоматики

В его состав входят: ветроколесо, редуктор цилиндрический с генератором, блок управления, редуктор червячный, башня с комплектом закладных для фундамента, блок автоматики генератора.
Принцип действия ветроагрегата. Набегающий поток ветра воздействует на лопасти ветроколеса 1 (см. рис.1.1), создавая крутящий момент. Под действием этого крутящего момента ветроколесо, которое соединено с фланцем вала цилиндрического редуктора 2, начинает вращаться. Вращение ветроколеса передается на редуктор 2, а затем на электрогенератор 3. Направление вращения ветроколеса - по часовой стрелке, если смотреть со стороны генератора.

Цилиндрический редуктор нижним фланцем установлен на червячный редуктор 4, который в свою очередь жестко соединен с башней 5.

Цилиндрический редуктор, ветроколесо и червячный редуктор образуют головку ветроагрегата

Червячный редуктор служит для поворота головки при изменении направления ветра так, чтобы плоскость вращения ветроколеса была сориентирована перпендикулярно направлению ветра.

Башня 5 устанавливается на фундаменте 6 и удерживается на нем расчалками. Для вынужденной остановки ветроагрегата в его конструкции предусмотрен механизм останова, исполнительная часть которого находится в цилиндрическом редукторе, а привод размещен внутри башни и имеет вывод наружу.

Основными элементами ветроколеса (рис. 1.2) являются регулятор частоты вращения 1 и две лопасти 2.

Регулятор частоты вращения (рис. 1.3) предназначен для ограничения числа оборотов ветроколеса в заданных пределах в диапазоне рабочих скоростей ветра

Регулирование положения вала и подшипников осуществляется гайками 7 и прокладками 8.

Регулятор изображен на рис. 1.4 и состоит из втулки 1, втулки 2, ограничителя 3, коромысла 4, двух скоб 5, пусковой пружины 6 и рабочей пружины 7.


Рис. 1.2. Ветроколесо: 1 - регулятор частоты вращения; 2 - лопасть; 3 - груз; 4 - вал регулятора


Рис. 1.3. Регулятор частоты вращения ветроколеса: 1 - регулятор; 2 - вал; 3 - груз; 4 - кривошип; 5 - корпус; 6 - уплотнение; 7 - гайка; 8 - прокладка; 9 - крышка


Рис. 1.4. Регулятор: 1 - втулка; 2 - втулка; 3 - ограничитель; 4 - коромысло; 5 - скоба; 6 - пружина пусковая; 7 - пружина рабочая; 8 - гайка; 9 - конус; 10 - гайка; 11 - шайба регулировочная

Втулка 1 неподвижно закреплена в корпусе регулятора частоты вращения ветроколеса.

Внутри втулки 1 по двум направляющим перемещается втулка 2. Взаимное перемещение втулок ограничивает рабочая пружина 7 и выступ на подвижной втулке. Во внутренней проточке подвижной втулки находится ограничитель 3, с надетой на нем пусковой пружиной 6. Ограничитель через коромысло 4 жестко связан со скобами 5. Скобы через кривошипы 4 (рис. 1.3) связаны с валами регулятора частоты вращения ветроколеса.

Лопасть ветроколеса представлена на рис. 1.5. Крепится лопасть к валу регулятора частоты вращения ветроколеса при помощи шести болтов и штифта.

Работа ветроколеса заключается в следующем. При остановленном ветроагрегате пусковая пружина 6 регулятора вы-ставляет лопасти на пусковые углы, которые равны 430. При скорости ветра 4,5 м/с ветроколесо начинает вращаться.


Рис. 1.5. Лопасть: 1 - обшивка; 2 - лонжерон; 3 - мах; 4 - болт; 5 - заклепка; 6 - усилитель маха

С увеличением частоты вращения ветроколеса возрастает центробежная сила на грузах 3 (см. рис. 1.2), под действием ко-торой они стремятся повернуться в плоскость вращения лопастей. Лопасти поворачиваются до угла 70, пусковая пружина при этом сжата, а ветроколесо вращается с номинальной частотой вращения, равной 230 об/мин. При скорости ветра выше расчетной начинается режим регулирования, т.е. поддержания постоянного числа оборотов ветроколеса. При каждом увеличении скорости ветра увеличивается центробежная сила, создаваемая грузами, что влечет за собой изменение углов установки лопастей в сторону уменьшения. Рабочая пружина при этом сжимается.

При снижении скорости ветра уменьшается и центробежная сила грузов, что позволяет рабочей пружине разжаться и повернуть лопасти в соответствующее положение. При отсутствии ветра рабочая пружина бездействует, а пусковая пружина выводит лопасти на пусковые углы.

Цилиндрический редуктор (рис. 1.6) предназначен для передачи крутящего момента от ветроколеса к генератору и из-менения числа оборотов. На ветроагрегате установлен двухступенчатый редуктор с передаточным отношением 6,521


Рис. 1.6. Редуктор цилиндрический: 1 - корпус; 2 - вал; 3 - крышка; 4 - фланец; 5 - шестерня ведущая; 6 - блок шестерен; 7 - ось; 8 - шестерня; 9 - шток; 10 - собачка; 11 - рычаг; 12 - толкатель; 13 - крышка; 14 - рычаг; 15 - ось; 16 - пружина; 17 - генератор

Редуктор состоит из литого (сварного) корпуса 1, в котором на подшипниках установлен вал 2. Вал 2 имеет фланец 4 для крепления ветроколеса, с другой стороны вала закреплена ведущая шестерня 5, которая имеет на торцевой поверхности кулачки для фиксации вала 2 при останове ветроагрегата

В зацеплении с ведущей шестерней 5 находится блокшестерня 6, посаженная на двух подшипниках на оси 7. А выходная шестерня блока находится в зацеплении с шестерней 8 генератора.

В корпусе 1 проходит шток 9 от механизма принудительного останова, который поворачивает собачку 10 и рычаг 14 на оси. Рычаг через толкатель 12 воздействует на регулятор частоты вращения, а собачка после аэродинамического торможения ветроколеса фиксирует положение вала 2, приходя в зацепление с кулачком шестерни 5. Возврат рычага в исходное положение происходит под действием пружины

Редуктор червячный механизма ориентации (рис. 1.7) состоит из литого корпуса 1, к которому с внутренней стороны на шпильках крепятся кольца 2 поворотного устройства. Неподвижная часть поворотного устройства выполнена в виде червячного колеса 3. Качение кольца по неподвижной части осуществляется на роликах.


Рис. 1.7. Редуктор червячный: 1 - корпус; 2 - кольцо; 3 - колесо червячное; 4, 5 - червяк; 6 - крышка; 7 - колесо виндрозное; 8, 9 - прокладки; 10 - стакан; 11 - ползун; 12 - пластина упругая; 13 - шток; 14 - вал; 15 - болт; 16 - проволока; 17 - шпилька

Работает редуктор следующим образом.

Плоскость вращения ветроколеса агрегата должна находиться к ветровому потоку под углом 900, при этом виндрозное колесо находится параллельно ветровому потоку и не вращается.

При изменении направления ветрового потока виндрозное колесо начинает вращаться. При этом происходит поворот корпуса 1 с закрепленным на нем цилиндрическим редуктором.

Башня трубчатая, состоит из двух секций - нижней 1 и верхней 2 и опоры 3 (рис. 1.8). Каждая секция башни имеет фланцы для соединения их между собой болтами.

На секциях приварены ступени 4 для подъема на башню при техническом обслуживании ветроагрегата. На верхней секции приварены скобы для крепления страховочным поясом и крепится трап 6 для нахождения обслуживающего персонала. Для удержания башни в вертикальном положении к ней прикрепляются расчалки 7 (4 шт), которые через талрепы 8 крепятся к анкерным болтам фундамента. Талрепами производится окончательная установка башни в вертикальное положение и натяжение расчалок.

На нижнюю секцию 1 башни устанавливается съемная лестница 11, которая после монтажа ветроагрегата снимается.

В верхней секции 2 имеется люк 12 для обслуживания ме-ханизма останова

Верхний фланец 9 верхней секции башни 2 предназначен для крепления головки ветроагрегата.

К нижней секции башни 1 крепится стрела подъема 10, которая служит для подъема и опускания ветроагрегата. Нижняя секция 1 к опоре 3 крепится шарнирно. Расчалки 7 соединяются с талрепами пальцами. Крепление расчалок 7 к башне также шарнирное с помощью пальцев.

Механизм останова ветроколеса состоит из тяги (привода) и исполнительной части. Тяга находится в башне (рис. 1.9) и состоит из кривошипа 1, рычага 12, троса 3, скобы 4 и двух планок 2.

Кривошип имеет две оси. Одна ось 5 помещена в бобышке на нижнем отсеке башни и заканчивается четырехгранником для подстыковки рукоятки включения механизма останова. С помощью другой оси 6 кривошип соединен со скобой 4, которая в свою очередь через вилку 7 закреплена к тросу 3. В верхней части трос через рычаг 12 и планки 2 закреплен к осям корпуса 8. Корпус размещен на ползуне 9, который перемещается по стакану 10. Для предотвращения закручивания троса корпус 8


Рис. 1.8. Башня: 1 - секция нижняя; 2 - секция верхняя; 3 - опора; 4 - ступенька; 5 - скоба; 6 - трап; 7 - расчалка; 8 - талреп; 9 - фланец верхний; 10 - стрела подъема; 11 - лестница; 12 - люк; 13 - арматура фундамента; 14 - звено соединительное


Рис. 1.9. Механизм останова: 1 - кривошип; 2 - планка; 3 - трос; 4 - скоба; 5 - валик; 6 - ось; 7 - вилка; 8 - корпус; 9 - ползун; 10 - стакан; 11 - пластина упругая; 12 - рычаг

насаживается на ползун через упорный подшипник. Стакан заканчивается фланцем, который закрепляется в расточке корпуса червячного редуктора (рис. 1.7). Привод с исполнительной частью, находящейся в цилиндрическом редукторе, соединен штоком (поз. 9 рис. 1.6). Нижний конец штока удерживается на фланце ползуна упругой пластиной 11.

Работает механизм принудительного останова следующим образом. При повороте оси кривошипа на 1800 трос перемещает ползун 9 вниз. Такое перемещение совершает закрепленный в нем шток 9, который при ходе вниз поворачивает собачку 10 с рычагом 11 (см. рис. 1.6). При этом толкатель 12, перемещаясь в отверстии вала, сжимает рабочую пружину и поворачивает лопасти ветроколеса через кинематические связи регулятора частоты вращения на отрицательные углы останова. Происходит аэродинамическое торможение ветроколеса.

При вращении ветроколеса в процессе торможения собачка проскакивает по кулачкам ведущей шестерни цилиндрического редуктора. При попытке ветроколеса с лопастями, выведенными на отрицательные значения углов останова, начать вращаться в противоположную сторону собачка фиксирует по-ложение ветроколеса. Ветроагрегат остановлен.

При повороте оси кривошипа в исходное положение пусковая пружина поворачивает лопасти в пусковое положение, что при достаточной скорости ветра позволяет ветроколесу набрать необходимую частоту вращения.

Фундамент под ветроагрегат в комплект поставки не входит и подлежит изготовлению потребителем на месте эксплуатации.

Перед монтажом агрегата необходимо выбрать площадку под его установку так, чтобы расстояние между ним и ближайшим препятствием было не более 15-ти кратной разности между высотами ветроагрегата и препятствия. Площадка под ветроагрегат должна быть не менее 15х15 м. Далее необходимо произвести разметку площадки и залить фундамент. Закладные детали для фундамента входят в комплект поставки ветроагрегата. Монтаж ветроагрегата возможно производить после набора бетоном 75-процентной проектной прочности, что примерно соответствует 15 дням при средней температуре воздуха + 15 0С.

Подъем ветроагрегата (рис. 1.10) производится только в заторможенном состоянии, ветроколесо и виндрозное колесо при этом должны быть привязаны к башне.

Ветроагрегат должен быть заземлен. Сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом.

Работы, связанные с подключением и отключением электрооборудования необходимо производить только при остановленном ветроколесе.

Ветроагрегат работает в автоматическом режиме и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала.


Рис. 1.10. Схема подъема ветроагрегата: а) схема крепления троса при подъеме ветроагрегата трактором; б) схема крепления троса при подъеме ветроагрегата лебедкой 1 - канат; 2 - подставка; 3 - опора; 4 - лебедка; 5 - стрела подъема

Порядок выполнения работы


1. Изучить устройство и принцип работы составных частей ветроколеса.

2. Изучить конструкцию цилиндрического редуктора, предназначенного для передачи крутящего момента от ветроколеса к генератору.

3. Изучить конструкцию червячного механизма ориентации.

4. Изучить технологию сборки и монтажа ветроагрегата.

5. Спроектировать систему электроснабжения электроприемника от ветроагрегата АВЭУ6-4М по варианту, указанному преподавателем (табл.1.2), приняв за основу габаритные и установочные размеры ветроагрегата АВЭУ6-4М (рис. 1.1).

В соответствии с ПУЭ [4] выбрать необходимые провода, кабели, опоры, изоляторы и прочее оборудование для обеспечения питания электроприемников.

Таблица 1.2

Варианты заданий

Порядковый номер студента в бригаде
Электроприемник
Способ питания электроприемника
Расстояние от ветроагрегата до электроприемника
1
Установка водоснабжения коровника из скважины через водонапорную башню со станцией автоматического управления ШЭП 5802
Воздушная линия электропередачи
40 м
2
Освещение одноквартирного дома
Воздушная линия электропередачи
30 м
3
Установка водоснабжения коровника из скважины через водонапорную башню со станцией автоматического управления ШЭП 5802
Провода в трубе
20 м
4
Отопление одноквартирного дома
Кабель на тросе
50 м
5
Горячее водоснабжение одноквартирного дома
Кабель в трубе
50 м

Содержание отчета


1. Название и цель работы.

2. Основные технические данные ветроагрегата.

3. Чертеж системы электроснабжения электроприемника от ветроагрегата АВЭУ6-4М.

Контрольные вопросы


1. Как расшифровывается условное обозначение ветроагрегата АВЭУ6-4М?

2. Опишите принцип действия ветроагрегата.

3. Опишите конструкцию лопастей ветроагрегата

4. Опишите конструкцию и принцип действия регулятора частоты вращения ветроколеса.

5. Опишите конструкцию и принцип действия цилиндрического редуктора ветроагрегата.

6. Опишите конструкцию и принцип действия механизма ориентации ветроагрегата.

7. Как устроен механизм принудительного останова ветроагрегата?

8. Как осуществляется вынужденная остановка ветроагрегата?

9. Как осуществляется подъем ветроагрегата трактором?

10. Как осуществляется подъем ветроагрегата лебедкой?

Литература


1. Агрегат ветроэлектрический унифицированный типа АВЭУ6-4М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М.: ВЕТРОЭН, 1986. - 34 с.

2. Усаковский В.М. Возобновляющиеся источники энергии. - М.: Россельхозиздат, 1986. - 126 с.

3. Тверитин А.В. Использование ветроэнергетических установок в сельском хозяйстве. - М.: ВНИИТЭИСХ, 1985. - 60 с.

4. Правила устройства электроустановок/ Минэнерго СССР. - 6-е изд., перераб. и доп. - Красноярск: Красный Яр, 1998. - 656 с.


© ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет, 2006

© Центр дистанционного обучения, 2006