CC BY
14Механика специальных систем
УДК 321.313 + 004.428
В. В. Карпенко Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск
ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ СТАТОРА ГЕНЕРАТОРА. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Приводится краткий обзор конструкции генератора, особенности каждой конструкции, перспективные разработки и автоматизированный подход к проектированию статора микроГЭС.
В настоящее время для создания микроГЭС все чаще используют торцевые генераторы, так как они более легкие и компактные, имеют небольшие отходы в производстве и, соответственно, меньшую цену.
Торцевая машина состоит из ротора и статора, собирающиеся в едином корпусе. С 2005 г. было спроектировано несколько вариантов низкоскоростных торцевых синхронных генераторов (НТСГ) мощностью от 1 до 20 кВт [1].
По конструкции генераторы делятся на две группы: с мультипликатором и с прямым приводом. Мультипликатор повышает конечную стоимость изделия, однако прямой привод имеет ограничение на минимальную скорость реки, не менее 1,8 м/с.
Возможны два варианта конструкции генератора: сдвоенный ротор и сдвоенный статор.
Генератор со сдвоенным статором (рис. 1) использовался в устаревших конструкциях. При относительно простом статоре требовалось усложнить нескольких ключевых деталей генератора, от которых зависел его срок службы.
Статор - очень трудоемкий элемент и внедрение перспективных разработок упрощает процессы намотки проводника, повышает точность сборки, снижает трудоемкость операции с ним.
Статор представляет собой катушку, состоящую из пластин (зубцов) соединенных между собой. Этот бескаркасный вариант самый простой и дешевый, однако он не может обеспечить ни качество намотки, ни точности при сборке, а также не может придать конструкции дополнительной жесткости. При этом быстрота намотки зависит от человека, что не может не сказаться на производительности.
Использование специального каркаса (рис. 3) повышает жесткость статора и позволяет автоматизировать процесс намотки, снижает трудоемкость, повышает точность геометрии, но не отражается на качестве изделия и на его собираемости в будущем. Также обеспечивается защита от короткого замыкания.
Рис. 1. Генератор 3 кВт
Генераторы со сдвоенным ротором (рис. 2) были выбраны для дальнейшей автоматизации как самые перспективные. Сдвоенный ротор имеет существенно упрощенную конструкцию и обеспечивает удобную регулировку зазоров в осевом направлении.
Рис. 3. Твердотельная модель каркаса
Каркас эффективен только при серийном производстве из-за большой стоимости пресс-формы. Более дешевым аналогом каркаса является шаблон. Сам шаблон (рис. 4) - это пара круглых дисков, которые имеют вырезы под зубцы статора с определенным шагом и последовательным чередованием зубцов для сборки.
Рис. 2. Промышленный образец НТСГ 5 кВт
Рис. 4. Шаблон статора в сборе
Такой подход обеспечивает гораздо меньшую стоимость, легкость изготовления и дополнительно повышает жесткость всей конструкции в целом.
Решетневскце чтения
Процесс автоматизации проектирования данной части статора микроГЭС в среде программирования Delphi начинается с определения зависимостей между размерами в конструкции, с учетом их конструктивных особенностей и логики построения каждого элемента. Затем формируется алгоритм, по которому будет происходить перестроение, входными параметрами являются данные, взятые из электромагнитной модели, а также некоторые другие требуемые параметры (например, необходимые габаритные размеры генератора).
Для перестроения используется среда автоматизированного проектирования SolidWorks как наиболее подходящая по ряду критериев, таких как цена, наличие лицензии, удобство программирования этой среды.
На выходе данной системы появится набор геометрических параметров в виде
Di @ Эскиз; @ Деталь,
где Di - i-й размер, уникальный в пределах текущего эскиза; Эскиз, - i-й эскиз, уникальный в пределах текущей детали; Деталь - деталь, уникальная в пределах текущей подсборки.
Такой вид обеспечивается ссылками, которые присутствуют в самой среде SolidWorks. Для обеспечения максимальной четкости восприятия выходные пара-
метры подсистемы формируются именно в таком виде. Этих данных вполне достаточно для перестроения всей модели.
В ходе перестроения используются базы данных различных коэффициентов. Расчеты осуществляются с помощью динамически подгружаемой библиотеки DLL (Dynamic Load Library) [2]. Внутри библиотеки используются классы, с помощью которых можно подключать к базам данных запись и чтение из них. Математический расчет в библиотеке осуществляется с помощью отдельной функции. При этом на каждом этапе целостность и достаточность данных для осуществления расчета проверяется, не позволяя выдать модулю критическую ошибку и аварийно завершить работу.
Библиографические ссылки
1. Головин М. П., Встовский А. Л., Колбасина Н. А. Проектирование свободнопоточной МикроГЭС в CALS среде : монография. Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2003.
2. Подсистема конструирования статора генератора микроГЭС : программы для ЭВМ : свидетельство о гос. регистрации № 2011615698 / В. В. Карпенко, Е. В. Карпенко, Е. А. Ощепков. 2011.
V. V. Karpenko Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk
INCREASING OF STATOR ADAPTABILITY IN MANUFACTURE OF GENERATOR STATOR.
AUTOMATION OF ITS DESIGNING
The author presents a short review of a design of the generator, feature of each design, perspective workings out and the automated approach in designing generator stator of micro hydroelectric power station.
© Карпенко В. В., 2011
УДК 631.331
Г. Н. Лимаренко, М. В. Шевчугов, А. Н. Щепин Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск
К РАСЧЕТУ ДИНАМИКИ ВОЛНОВОЙ РЕЕЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Приведены результаты теоретических исследований и методов расчета в поступательном приводе с волновой реечной передачей неравномерности установившегося движения его выходного звена - роликовой рейки, взаимодействующей с многокулачковым механизмом.
Волновая реечная передача с роликовой рейкой [1] основана на взаимодействии многокулачкового вала с толкателями, контактирующими с выходным звеном -рейкой на линейных участках диаграмм их относительного движения.
Известно, что работа кулачковых механизмов сопряжена с возникновением переменных ускорений на участках разгона и выбега при удалении и приближении толкателей.
Динамический анализ привода при взаимодействии с механической системой, имеющей переменные параметры (содержащей шарнирно-рычажные и кулачковые механизмы), методом последовательного приближения разработан М. З. Коловским и подробно освещен в научной и учебной литературе [2; 3]. Волновая реечная передача (ВРП) является своеобразным многокулачковым механизмом, в котором исполнительный орган - рейка - перемещается с постоянной
