Анализ динамики ВГЭУ

При работе ВЭУ и ГЭУ в составе ВГЭУ на один генератор возникает проблема, особенно в пиковые нагрузки. Эта проблема связана с определенными требованиями к оператору, который должен своевременно включить либо выключить ту или иную энергоустановку (ЭУ). Например, несвоевременное подключение (отключение) ВЭУ от общего вала с ГЭУ, ВЭУ может превратиться из источника энергии в потребителя, что недопустимо.
Поэтому возникает проблема разработки системы как объединения двух валов, так и разработки САУ—вкл/выкл ЭУ, обладающие качественными характеристиками намного превышающих характеристики оператора. Это необходимо для повышения надежности и недопущения перехода одной из ЭУ из качества источника энергии в потребителя.

Исследуемая схема ВГЭУ объединяет в своем составе: ВЭУ – Н-типа с поворотными лопастями и ГЭУ – классического типа. Для объединения их выходных валов, используется магнитопорошковая муфта (МПМ). Ниже проводятся исследования качественных характеристик отдельно взятых как ВЭУ и ГЭУ, а также исследования при их совместной работе на нагрузку. При этом основное потребление электроэнергии обеспечивается (до 80%) - ГЭУ, а в пиковые нагрузки, когда добавляется более 20% - обеспечивается ВЭУ.

На рис. 1 изображена общая конструктивная схема ветрогидроэнергетической установки, на рис. 2 – магнитопорошковая муфта обеспечивающая объединение двух выходных валов ЭУ.

Рисунок 1 Общая конструктивная схема ветрогидроэнергетической установки

Ветрогидроэнергетическая установка имеет: вертикальный вал ветроэнергетической установки 1, вертикальный вал гидротурбины 2, рабочие лопасти ротора 3, гидротурбину 4, основание 5, шестерню передачи крутящего момента электрогенератора 6, шестерню сцепления 7, электрогенератор 8, верхнюю опору вала 9, растяжки 10, водогон 11, нижнюю опору 12, дополнительную опору 13, магнитопорошковую муфту 14, в состав которой входят: внешний корпус магнитопорошковой муфты 15, магнитный порошок 16, внутренний корпус магнитопорошковой муфты 17, катушка 18, корпус катушки 19, шаровая опора 20, шариковый подшипник 21.

Принцип действия ветро- и гидроэнергетической установок достаточно известный, потому основное внимание будет уделено разъединению и объединению валов ветро- и гидроэнергетических установок с помощью магнитопорошковой муфты 14. При отсутствии питания катушки 18, которое подается от источника питания Un (см. рис. 2) через контакты а и б вертикальный вал ветроэнергетической установки 1 и вертикальный вал гидротурбины 2 не имеют жесткого соединения. Это обусловлено тем, что частицы магнитного порошка, не будучи намагниченными, не имеют между собой связи. Т. е. вертикальный вал гидротурбины 2 свободно вращается вокруг вертикального вала ветроэнергетической установки 1, что обеспечивается наличием шарикового подшипника 21 и шаровой опоры 20.

Рисунок 2 Магнитопорошковая муфта

При подаче питания в катушку 18 частицы магнитного порошка 16 в связи с магнитным полем катушки 18 намагничиваются и жестко сцепляются между собой. При этом, магнитный порошок16 превращается в цельную массу, которая жестко соединяет внешний корпус магнитопорошковой муфты 15, который в свою очередь жестко соединен с вертикальным валом гидротурбины 2, с внутренним корпусом магнитопорошковой муфты 17, который в свою очередь жестко соединен с вертикальным валом ветроэнергетической установки 1.