CC BY
0
УДК 623.746.-519
РАЗРАБОТКА МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ГИДРОПРИВОДА ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ТИПА
Ш. Р. Урдуханов*, И. К. Турсунгалиев.
Научный руководитель - Р. А Акзигитов.
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева, Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: shamil urdukhanov@mail.ru
В данной статье рассказывается о разработке многоступенчатого планетарного манипулятора для гидроэлектростанции в качестве авариного источника питания в условиях Крайнего Севера.
Ключевые слова: электростанции России, возобновляемые источники энергии, микроГЭС, мощность, гидродвигатель, выбор агрегатов, сборка.
DEVELOPMENT OF MULTI-STAGE CYLINDRICAL HYDRAULIC DRIVE
TYPE
S. R. Urdukhanov, I. K. Tursungaliyev. Scientific adviser - R. A. Akzigitov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: shamil urdukhanov@mail.ru
This article describes the development of a multistage planetary manipulator for a hydroelectric power plant as an emergency power source in the Far North.
Key words: power plants in Russia, renewable energy sources, micro hydroelectric power plants, power, hydraulic engine, selection of units, assembly.
Обычно возобновляемые источники энергии условно разделяют на две группы:
Традиционные: гидравлическая энергия которых преобразуется в используемую электроэнергию преимущественно крупными ГЭС мощностью более 30 МВт; энергию, получаемую из биомассы, используемой для получения тепла традиционными способами: сжиганием дров, торфа и некоторых других видов печного топлива; геотермальную энергию.
Нетрадиционные: к ним относятся энергии солнечная, ветровая, морских волн, течений, приливов морей и океанов, а также гидравлическая энергия, преобразуемая в используемый вид энергии малыми и микро-ГЭС; энергия биомассы, не используемая для получения тепла традиционными методами, а также низкопотенциальная тепловая энергия и другие виды возобновляемой энергии. К главным преимуществам ВИЭ над ископаемым топливом относятся их сравнительная безвредность и возобновляемость.
Первый шаг в этом деле - определение мощности водного потока, включающей в себя напор и расход воды. Напор предопределяет давление, развиваемое падающей водой, его значение зависит от вертикальной дистанции между уровнем воды в наивысшей точке напорного трубопровода или русла водоема и нижним уровнем, на выходе воды из гидротурбины. Расход воды - это количество жидкости, проходящее по руслу в участке
размещения малой гидроэлектростанции (створ) за единицу времени. Измеряется расход в литрах или кубометрах воды в секунду.
Для выяснения расхода воды воспользуемся формулой:
Q=V/t, (1)
где: Q - расход воды,
V - объем используемой емкости в м3,
t - время в секундах, затраченное на заполнение емкости.
Полученную среднюю скорость воды нужно умножить на коэффициент, учитывающий потери скорости на дне реки (ручья). Его значения выбираются в зависимости от типа дна водотока:
0,8 - для песчаного дна;
0,7 - для дна, покрытого камнями мелких или средних размеров;
0,6 - для дна, содержащего большое количество крупных камней.
Расход воды Q определяется по следующей формуле:
Q = SxV, (2)
где: S - площадь поперечного сечения реки,
V - скорость водного потока.
Передаточное число зубчатой передачи — рациональное число, дробь, являющееся соотношением чисел зубьев двух находящихся в зацеплении зубчатых колёс, при условии, что число зубьев большей шестерни находится в числителе дроби, а число зубьев меньшей шестерни находится в знаменателе. Передаточное число показывает на сколько в данной паре зацепления в принципе могут быть трансформированы две составляющие передаваемой вращением мощности — крутящий момент и частота вращения. Направление передачи мощности для передаточного числа значения не имеет. В общем случае передаточное число не является передаточным отношением, но может быть равно ему, если мощность передаётся от меньшей шестерни к большей. Передаточное число всегда больше единицы.
u = 2_б/2_м , (3)
где: z6 - число зубьев большей шестерни;
2м - число зубьев меньшей шестерни.
Для расчёта передаточного числа планетарного редуктора учитывают число зубьев и систему закрепления. Допустим, у солнечной шестерни 24 зуба, у сателлита - 12, у короны 48. Водило закреплено. Ведущим становится солнце.
Сателлиты начнут вращаться со скоростью, передаваемой солнечной шестернёй. Передаточное отношение равно: 24/12 или 2. Результат означает, что планеты вращаются в противоположном направлении от солнца с угловой скоростью 2 оборота. Сателлиты обкатывают корону и заставляют её обернуться на 12/48 или У оборота. Колёса с внутренним закреплением вращаются в одном направлении, поэтому число положительное. Общее передаточное число равно отношению числа зубьев ведущего колеса к количеству зубьев ведомого: 24/48 или 1/2 оборота делает корона относительно солнца при зафиксированном водиле.
Если водило станет ведомым при ведущем солнце, то передаточное отношение: (1+48/24) или 3. Это самое большое число, какое способна предложить система. Самое маленькое отношение получается при фиксировании короны и подачи момента на водило: 1/(1+48/24) или 1/3. Элементы редуктора обозначены на рис. 1.
Предположим, что микрогидроэлектростанция производит около 324 Вт в час 24 часа в сутки, 365 дня в году. Соответственно, за сутки ее производительность составит 7,776 киловатт - часов, за год - 2838,24 киловатт-часов. Исходя, из этого можно посчитать, какая производительность будет у установки.
В таблице ниже приведены некоторые технические данные редуктора Nema 34 благодаря которым можно оценить уровень его применимости к подобного рода гидроприводам.
Рабочее колесо гидропривода непосредственно связано с редуктором-манипулятором, который в свою очередь вращает генератор. Вся эта конструкция предназначена для довольно длительной работы под водой в разных диапазонах температур, поэтому было принято решение объединить редуктор и генератор в герметичную капсулу.
КОРОННАЯ ШЕСТЕРНЯ
водило
СОЛНЕЧНАЯ ШЕСТЕРНЯ
САТЕЛЛИТ
Рис. 1. Обозначения элементов редуктора
Данная капсула имеет герметичный узел для вывода электропроводки от генератора, а также для связи с атмосферой на случай повышения температуры внутри капсулы из-за перегрева планетарного редуктора-манипулятора или электрогенератора.
Поскольку капсулу предполагается выполнять из относительно тонкого листа стали, изнутри ввариваются ребра жесткости для предотвращения деформаций, вызывающих повреждения, заклинивания, проникание воды внутрь.
В верхней и нижней части капсулы имеются по четыре ушка для разных вариантов крепления каркаса, удерживающего гидропривод в неподвижном состоянии.
Таблица 1
Характеристики редуктора _
Передаточное число 4/5/7/9/10 16/20/25/28/36/40/45/49/ 50/63/70/81/90/100
Крутящий момент (Н х м) 7 26
Максимальный крутящий момент 12 40
(Н х м)
Эффективность % 96 92
Номинальная входная скорость 3000 3000
вращения (об/мин)
Максимальная входная скорость 5000 5000
вращения (об/мин)
Шум (дБ) < 45 < 45
Срок службы (ч) ~20000 ~20000
На рис. 2 изображена кинематическая схема многоступенчатого редуктора-манипулятора.
К тому же редуктор отлично подходит по размерам, так как похожие пропорции имеет и автомобильный генератор. Это значит, что проектирование капсулы для редуктора и генератора в сборе не будет являться сложной задачей. Как видно на рисунке 3 генератор имеет почти квадратную форму.
Рис. 2. Кинематическая схема редуктора
Рис.3. Размеры редуктора
Рабочее колесо гидропривода непосредственно связано с редуктором-манипулятором, который в свою очередь вращает генератор. Вся эта конструкция предназначена для довольно длительной работы под водой в разных диапазонах температур от - 50 градусов, до + 60 градусов по Цельсию, поэтому было принято решение объединить редуктор и генератор в герметичную капсулу.
Данная капсула имеет герметичный узел для вывода электропроводки от генератора, а также для связи с атмосферой на случай повышения температуры внутри капсулы из-за перегрева планетарного редуктора-манипулятора или электрогенератора.
Поскольку капсулу предполагается выполнять из относительно тонкого листа стали, изнутри ввариваются ребра жесткости для предотвращения деформаций, вызывающих повреждения, заклинивания, проникание воды внутрь.
В верхней и нижней части капсулы имеются по четыре ушка для разных вариантов крепления каркаса, удерживающего гидропривод в неподвижном состоянии.
Данные концепции разработок подобных установок требуют постоянных модернизации и доработок. Они важны для развития экологии в России и мире в целом. Если заниматься подобными исследованиями, то, в конце концов можно полностью или частично отказаться от энергетических установок, работающих по принципу сжигания топлива. Для регионов Крайнего Севера эта разработка является актуальной так как, доставка энергетического сырья в эти области затруднена в связи суровыми климатическими условиями.
Библиографические ссылки
1. Местное устойчивое развитие: сайт - Москва. - Обновляется в течение суток. - URL: http://www.fsdejournal.ru/book/export/html/604 (дата обращения 04.01.2021). - Текст: электронный.
2. Строительный портал: сайт - Уфа. - Обновляется в течение суток. - URL: http://www.domastroim.su/articles/electro/electro_1477.html (дата обращения 24.12.2020). -Текст: электронный.
© Урдуханов Ш. Р., Турсунгалиев И. К., 2021
