Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

Схемы и конструктивные элементы ВЭУ с горизонтальной осью вращения

Общий вид конструктивного компоновки ветроэнергетической установки с горизонтальной осью вращения ветроколеса показан на рис. 4.2.

Основными функциональными элементами ветровых электроустановок является (рис. 4.3): ветровой двигатель, электрогенератор, механическая (также системы без передачи) передача, устройства автоматического управления и регулирования, вспомогательные устройства.

Ветровой двигатель проточным двигателем, превращает кинетическую энергию ветра в механическую. Ветровой двигатель с горизонтальной осью состоит из:

Конструктивная схема ветроэнергетического агрегата с горизонтальной осью вращения

Рисунок 4.2 - Конструктивная схема ветроэнергетического агрегата с горизонтальной осью вращения

- Ротора, сформированного из комплекса закрепленных лучевых лопастей в ступице расположенного на горизонтальном валу;

- Основного корпуса (башни или гондолы), расположенного на подвижном (вращающемся) наконечнике на башне или мачте соответствующей высоты;

- Направляющих устройств, предназначенные для подстройки ротора под ветер, то есть осью параллельно направлению ветра;

- Регулировочных и управляющих устройств;

- Комплекса снятия и выдачи электрической энергии.

Основные элементы ветровой электроэнергетической установки: а) функциональная схема, б) разрез;  1 - ветровой двигатель, 2 - электрогенератор, 3 - механическая передача, 4 - устройства автоматического регулирования и управлення, 5 - вспомогательные устройства

Рисунок 4.3 - Основные элементы ветровой электроэнергетической установки: а) функциональная схема, б) разрез; 1 - ветровой двигатель, 2 - электрогенератор, 3 - механическая передача, 4 - устройства автоматического регулирования и управлення, 5 - вспомогательные устройства

Ветровой двигатель характеризуется через коэффициент быстроходности, который выражено зависимостью

(4.1)

где: - окружная (обводова) скорость концов лопастей [м / с], v - скорость ветра [м / с], R - расстояние от конца лопасти к оси вращения ротора [м], ω - угловая скорость ротора [мин-1] .

В зависимости от значения коэффициента быстроходности, ветровые двигатели подразделяют на:

- Тихоходные, который называют также ветровыми турбинами, с коэффициентом быстроходности Ζ <1.5; они ротор с большим количеством лопастей (12 ... 40) и отличаются большим пусковым моментом;

- Со средней скоростью, коэффициентом быстроходности 1.5 <Z <3.5 с 4 ... 7 лопастями;

- Быстроходные с Z> 3.5, имеющих роторы в виде авиационного пропеллера с тремя, двумя или одной лопастью; они имеют наибольшую аэродинамическую подготовленность, но небольшой пусковой момент.

Наибольшее распространение в настоящее время имеет пока еще классическая схема ВЭУ, имеющий в своем составе ротор, мультипликатор с передаточным отношением от 50 до 100 и быстроходный генератор с частотой вращения 1000 ... 1500 об / мин. Кроме этого для обеспечения высокого коэффициента полезного действия (КПД) ротора практически для всех ВЭУ мегаваттного класса применяется инвертор (преобразователь частоты), что обеспечивает возможность работы ротора с оптимальными переменными оборотами в зависимости от скорости ветра. Стоимость мультипликатора составляет 12 ... 15% стоимости ВЭУ, а цена преобразователя частоты составляет ~ 20% ВЭУ.

Ветротурбины с горизонтальной осью вращения могут использовать для преобразования энергии ветра подъемную силу или силу сопротивления (рис. 4.4). Они могут быть выполнены с различным числом лопастей от

Витроприймальни устройства с горизонтальной осью вращения: 1 - однолопатеве ветроколесо;  2 - двухлопастное;  3 - трехлопастные;  4 - много лопастные;  5 - многолопастное велосипедного типа

Рисунок 4.4 - Витроприймальни устройства с горизонтальной осью вращения: 1 - однолопатеве ветроколесо; 2 - двухлопастное; 3 - трехлопастные; 4 - много лопастные; 5 - многолопастное велосипедного типа

однолопатевих устройств с контргрузами к многолопастную. Система, на которой укреплена ветротурбина, выполняется поворотной, которая по направлению ветра с помощью хвостового оперения или виндрозы. Для ограничения частоты вращения ветроколеса при большой скорости ветра применяется способ установки лопастей в флюгерной положения, а также устройства для вывода ветроколеса из-под ветра. Лопасти могут быть непосредственно закреплены на валу ветроколеса или крутящий момент может передаваться от его обода через вторичный вал генератора или другой рабочей машине. Витроприймальни устройства 1 - С используют для своей работы подъемную силу профилей, а 4,5 - силу сопротивления (см. Рис. 4.4).

В основном в горизонтально-осевых ВЭУ ветровое колесо имеет крыловидных форму и вращается в вертикальной плоскости, перпендикулярной направлению ветра, а ось ветроколеса параллельна потока. Основной вращательной силой в колес этого типа является подъемная сила лопастей.

Однолопатеви ветродвигатели характеризуются высокой скоростью вращения и экономичностью. Однако, несмотря на то, что такие ветродвигатели обеспечивают самую высокую отдачу на лопасть, остается открытой проблема обеспечения статического баланса конструкции, не говоря уже о динамическом. Использование балансировочного груза приводит к появлению значительного шума и снижения аэродинамических характеристик вследствие аэродинамического сопротивления.

Использование двух лопастей обеспечивает статический механический баланс, однако, наличие большого асимметрии момента инерции не дает сохранить динамический баланс.

Багатолопатеви ветродвигатели (рис. 4.4) характеризуются большим коэффициентом заполнения и, вследствие этого, значительной величиной коэффициента осевого торможения ветрового потока и момента инерции, существенно сказывается на значении коэффициента использования энергии ветра. Кроме того, применение многолопастную ветродвигателей в качестве привода электрического генератора приводит также к снижению экономических показателей эффективности ВЭУ из-за увеличения общей стоимости лопастей и рост расходов на мультипликатор, поскольку скорость вращения таких ветродвигателей невелика.

По способу регулирования угла установки лопастей ветродвигатели делятся на регулируемые и нерегулируемые. Угол φ между хордой профиля и плоскостью вращения называется углом установки или заклинивания лопасти (рис. 4.5.).

Кроме представленных на рис.4.4 основных конструкций витроприймальних устройств возможны на их основе различные модификации ветроколес, например, с диффузором или концентратором. Однако появились разработки роторов с горизонтальной осью вращения оригинальных конструкций, к которым можно отнести спиралевидный ротор типа Spiralfluger SFIOTepMaimn и ротор Онипко (рис. 4.6).

Аэродинамическая форма и угол установки лопасти витроприймального устройства с горизонтальной осью вращения

Рисунок 4.5 - Аэродинамическая форма и угол установки лопасти витроприймального устройства с горизонтальной осью вращения

Общий вид оригинальных витроприймальних устройств: а) - в виде спирали;  б) - ротор Онипко

Рисунок 4.6 - Общий вид оригинальных витроприймальних устройств: а) - в виде спирали; б) - ротор Онипко

Показаны на рис. 4.6 конструкции ветроколес ВЭУ заслуживают детального изучения как с точки зрения аэродинамических характеристик, так и режимов работы применяемых с ними генераторов повышенной частоты при широком диапазоне изменения частоты вращения.

При переднем по вышки расположении ветроколеса ветротурбина должна иметь аэродинамический стабилизатор для удержания ее в рабочем положении. При заднем расположении башня частично затеняет ветроколесо и турбулизуе набегающий на него поток. При работе колеса в таких условиях возникают циклические нагрузки, повышенный шум и флуктуации выходных параметров ветроустановки.

В общем случае для горизонтально-осевой ВЭУ принципиально возможны два варианта размещения машинного отделения:

- Непосредственно на вершине опоры с прямой передачей крутящего момента ветродвигателя;

- В основе - с передачей крутящего момента под прямым углом.

Исследования специалистами преимуществ и недостатков этих вариантов позволило сделать следующий вывод: несмотря на удобство обслуживания и снижение материалоемкости, размещение его в основе опоры нецелесообразно, поскольку это приводит к увеличению длины и массы трансмиссии (что для ВЭУ средней и большой мощности практически невозможно), к уменьшению эффективности за счет использования передачи под прямым углом и снижение надежности. Поэтому наиболее приемлемым считается размещение машинного отделения для горизонтально-осевой ВЭУ любой мощности непосредственно на вершине опоры.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее