Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

К.т.н. Дудников В.С.

Днепропетровский национальный университет, Украина

Электромеханическое устройство поворота лопастей на отечественной ветроустановке ВЭУ-250С

Для замены гидравлических регуляторов поворота лопастей ветроэлектрической установки ВЭУ-250С нами предложен электромеханический регулятор, состоящий из двух идентичных преобразователей вращательного движения в поступательное и системы управления ими. Оба преобразователя соединены между собой жестким кронштейном, образуя жесткую ферму, замыкающую на себя реактивные моменты, действующие на корпуса. Система управления, используя показания фотоэлектрических датчиков положения и скоростей, позволяет синхронизировать работу двух преобразователей.

Конструктивно преобразователь выполнен в виде двух узлов: привода и исполнительного механизма. Кинематическая схема преобразователя приведена на рис. 1.

Устройство работает следующим образом.

Вращение вала двигателя 1 через муфту 2 передается на двухступенчатый зубчатый редуктор с зубчатыми колесами 3,4,5,6. Колесо 6 находится в зацеплении с колесом 7, закрепленным на валу 8, установленном на двух конических подшипниках 9 в корпусе преобразователя 10. На консольной части вала 8 выполнен винт 11 шариковинтовой передачи, который через шарики 12 находится в зацеплении с гайкой 13, установленной на конце пустотелого штока 14, перемещающегося поступательно относительно корпуса преобразователя по направляющей шпонке 15. На штоке 14 выполнены два выступа 16,17, которые в крайних положениях штока взаимодействуют с подпружиненными стержнями 18 герконовых концевых выключателей 19, которые при срабатывании отключают питание электродвигателя 1. После срабатывания концевого выключателя возможно включение двигателя только на реверс.

На входном валу редуктора жестко закреплен фрикционный диск 20 нормально замкнутого электромагнитного тормоза, корпус 21 которого закреплен на корпусе редуктора. На тормозе соосно ему установлен фотоэлектрический датчик перемещений штока, вращающаяся шторка которого 22 с отверстиями закреплена на том же удлиненном входном валу редуктора.

Устройство с помощью пружин 23,24 включается в силовую кинематическую цепь механизма поворота лопастей ветроколеса. При этом имеет место однозначное соответствие между положением штока 14 и углом поворота лопастей.

Конструктивно-компоновочная схема электромеханического регулятора приведена на рис. 2.

Двигатель 1 с помощью фланца присоединяется к корпусу 2 зубчатого редуктора. Выходной вал двигателя через шпонку соединяется с ведущим валом 3 редуктора, который вращается на двух подшипниках 4. За одно целое с валом 3 выполнена ведущая шестерня 5, которая зацепляется с колесом 6 блока шестерен, вращающегося вместе с валом 7 в подшипниках 8. Меньшее колесо 9 блока шестерен находится в зацеплении с паразитным зубчатым колесом 10, закрепленным на валу 11, вращающемся в подшипниках 12. Колесо 10 выступает над стыковочной плоскостью корпуса редуктора 2 и через прорезь в боковой поверхности корпуса преобразователя 13 входит в зацепление с зубчатым колесом 14, установленным между двумя коническими роликовыми подшипниками 15, поставленными «враспор», являющимися опорами для
винта 16 шариковинтовой передачи, которая своим фланцем закреплена на одном конце пустотелого штока 18. Шток 18 перемещается поступательно относительно корпуса 13 по направляющей шпонке 19, закрепленной двумя винтами. На втором конце штока 18 через гайку 20 закреплена серьга 21 с контргайкой 22. К корпусу 13 преобразователя через гайку 23 присоединена вторая серьга 24 с контргайкой 25. На корпусе 13 закреплены два концевых выключателя 26, штоки 27 которых через пазы в корпусе заходят в продольные пазы 28, выполненные на наружной поверхности штока 18. Пазы 28 выполнены не напроход и с радиусным выходом, обеспечивающим плавное радиальное перемещение штоков 27. Выключатели 26 закрепляются на корпусе 13 с возможностью регулировки их положения при настройке рабочего хода. Для концевого выключателя, срабатывающего при выталкивании штока 18, могут быть предусмотрены два или несколько посадочных места на расстояниях друг от друга, соответствующих углу поворота лопастей ветроколеса в ступице.

На части вала 3, выступающей из корпуса 2 редуктора, закрепляется безлюфтовый нормально замкнутый электромагнитный тормоз 29 типа НЗТБ 11. На конце выступающей части вала 3 закреплена шторка 30 с продольными прорезями, которая располагается между двумя, смещенными друг относительно друга, парами источника 31 и приемника 32 светового излучения фотоэлектрического датчика 33.

Внутри корпуса 13 между подшипниками 15 и штоком 18 с гайкой 17 закреплен резинометаллический демпфер 34, позволяющий смягчать удары штока по подшипнику при его втягивании под действием усилия возвратной пружины и аэродинамической нагрузки со стороны лопастей ветроколеса.

Электромеханическое устройство работает следующим образом.

При подаче команды от системы управления ветроколесом (СУВК) на блок управления последний подает постоянный ток напряжением 24 В на нормально замкнутый электромагнитный тормоз, который включается и освобождает вал 3 редуктора, а следовательно, и вал двигателя. После этого подается напряжение на электродвигатель, вращение которого через редуктор передается на винт шариковинтовой передачи, а затем с помощью гайки, закрепленной в штоке, преобразуется в его поступательное перемещение. Шток выдвигается до тех пор, пока от СУВК не поступит команда на отключение двигателя (в этот момент положение потока и угол поворота лопастей таковы, что при данной скорости набегающего потока воздуха частота вырабатываемого генератором электрического тока составляет 50 Гц). После отключения двигателя он продолжает по инерции еще некоторое время вращаться в ту же сторону (имеет место выбег), частота вращения уменьшается до нуля, а затем под воздействием усилия возвратной пружины и аэродинамической нагрузки на лопастях ветроколеса через несамотормозящуюся шариковинтовую передачу, зубчатый мультипликатор (зубчатый редуктор) начинает вращаться в противоположную сторону. Момент нулевой частоты вращения (момент смены направления вращения ротора двигателя) устанавливается фотоэлектрическим датчиком, подающим команду на отключение питания тормоза, который после этого удерживает вал двигателя, а следовательно, и шток регулятора в любом промежуточном положении под нагрузкой без подвода энергии.

Для втягивания штока используется усилие возвратной пружины и аэродинамической нагрузки на лопастях ветроколеса, двигатель же работает в подтормаживающем режиме после включения тормоза.

При аварийном отключении питания двигателя регулятор автоматически осуществляет перевод ветроколеса во флюгерный режим, для чего осуществляется циклическое (до шести раз) включение-отключение тормоза по командам от блока управления, который при этом переходит на питание от аккумулятора напряжением 24 В, имеющегося на ветроагрегате.