Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

Опоры ветроэнергетических установок

Типы опор для горизонтально-осевой ВЭУ Препятствия, расположенные вокруг ветроустановки, нарушают линейность ветрового потока и создают завихрения. С помощью опоры ротор выносится на такую высоту, где влияние этих вихрей несколько снижается. Кроме того, с высотой растет величина отбора мощности от ветрового потока. Так, например, если высоту опоры увеличить в 2 раза, то мощность возрастет в 1,5 раза.

Таким образом, опора - конструктивная составляющая часть ВЭУ, предназначенная для размещения ротора на необходимой высоте по соответственно земной поверхности. Для ВЭУ большой мощности ее высота может доходить до 100 м. Опора ВЭУ должна воспринимать статические и динамические нагрузки, вызываемые особенностями флаги и силами аэродинамического воздействия ветрового потока на конструкцию в целом.

Минимальная высота опоры должна составлять:

(4.1)

где А - высота препятствия у ветроустановки; с - расстояние от верхушки препятствия к нижней точки окружности обмаху ротора (принимается 1,5 ... 2 м); R - радиус ротора.

В качестве несущей конструкции для горизонтально-осевой ВЭУ могут использоваться следующие типы опор (башен): стальная решетчатая, стальная с тросовыми растяжками, стальная трубчатая, железобетонная.

Стальная решетчатая опора. При создании таких опор принципиально возможно использование существующей хорошо отработанной технологии изготовления опор высоковольтных линий электропередач. При использовании стальной решетчатой опоры следует учитывать, что при квадратном сечении она обладает различным лобовым сопротивлением в зависимости от направления распространения ветрового потока.

На рис. 4.21 показано, что максимум коэффициента лобового сопротивления Сх достигается при угле γ = 30 °. Следовательно, при ориентации такой опоры угол γ должен составлять 0 ° с преимущественным направлением ветрового потока исходя из розы ветров для данной местности.

Для уменьшения лобового сопротивления опоры число соединительных балок должно быть по возможности уменьшена при условии сохранения необходимой прочности; кабельные каналы, лестничные марши, шахта подъемника должны быть по возможности скрыты от прямого воздействия ветрового потока.

Следует отметить, что стальная решетчатая опора существенно искажает структуру ветрового потока, который проходит через нее, поскольку значительное количество конструктивных деталей, наличие открытых лестничных маршей приводит к его значительной турбулизации, в результате чего он теряет здесь практически до 90% своего энергетического потенциала.

Стальная опора с тросовыми растяжками должна состоять из стальной цилиндрической трубы, поддерживается натянутыми стальными тросами. Для противодействия изгибающим нагрузкам, вызываемых ветродвигателем, тросы должны иметь большой натяжение, что увеличивает нагрузку на фундамент, особенно фундамент самой трубы. Для получения приемлемой жесткости тросы должны быть закреплены под значительным углом к опоре, что приводит к увеличению занимаемой площади.

Зависимость лобового сопротивления опоры от угла обдува

Рисунок 4.21 - Зависимость лобового сопротивления опоры от угла обдува

Кроме того, нагрузки, воспринимаются опорой, приводят к возникновению вибрации тросов, поэтому при использовании ветродвигателя значительного диаметра существенным является вопрос обеспечения необходимого зазора между лопастями и тросами опоры (рис. 4.22).

Стальная трубчатая опора включает в себя трубчатый цилиндрический сварной корпус, в основе которого находится усеченный конус (рис. 4.23). Этот тип опоры позволяет снизить действующие на нее вибрационные нагрузки. Однако стальные трубчатые опоры имеют высокую металлоемкостью и при своем создании требуют определенной технологии, увеличивает затраты на производство и строительство.

Опора с тросовыми растяжками

Рисунок 4.22 - опора с тросовыми растяжками

Стальная трубчатая опора

Рисунок 4.23 - Стальная трубчатая опора

Железобетонная опора представляет собой усеченную конусную трубу, изготовленную или методом скользящей опалубки, или секционно. При ее изготовлении для обеспечения необходимой прочности и жесткости этот тип опоры требует значительного армирования. Кроме того, при установке железобетонной башни предъявляются повышенные требования к фундаменту.

Конструкция этой опоры отличается высокой материалоемкостью, значительной трудоемкостью, большим объемом бетонных работ, железо-бетонная опора более подвержена разрушению в результате неблагоприятных атмосферных воздействий и вибраций.

Сплошная опора отражает примерно 90% мощности ветрового потока, приходящегося на ее площадь и существенно влияет на ее динамические свойства, поскольку конструкция опоры во многом определяет характер взаимодействия возникающих при этом сил.

Для маломощных ВЭУ наиболее эффективным является использование стальной опоры с тросовыми растяжками.

Опоры для вертикально-осевых ВЭУ

Для ВЭУ малой мощности в качестве опоры могут использоваться:

- Центральный трубчатый ствол с тросовыми растяжками, который крепится к фундаменту с помощью болтового соединения;

- Вращающийся решетчатый ствол, выполненный в виде сварной конструкции с тросовыми растяжками.

Решетчатый ствол по сравнению с предыдущей конструкцией имеет равную ей прочность, имеет преимущество по массе, однако отличается большим диаметром, что приводит к увеличению зоны аэродинамической тени.

Основными преимуществами опорной конструкции с тросовыми растяжками является:

- Легкость достижения необходимой жесткости конструкции;

- Уменьшение изгибающих моментов, действующих на ствол, простота конструкции;

- Расположение массы ствола, вращающегося близко к оси вращения увеличивает жесткость конструкции и минимизирует динамические напряжения за счет вращения.

В вертикально-осевых ВЭУ большой мощности могут использоваться те же типы опор, и для горизонтально-осевых ВЭУ.

Вообще для ВЭУ с горизонтальной и вертикальной осью при небольших нагрузках (ветроустановки малой мощности - до 20 кВт) применяют опоры с растяжками.

При относительно небольшой стоимости стальных ферменных опор, они требуют применения повышенных мер безопасности при эксплуатации и ремонте (наличие открытой лестницы). Трубчатые имеют повышенные эстетические и енергодинамични параметры (лестницы или лифт располагается в середине опоры), но они ценны.

Опоры ветроустановок не должны генерировать инфразвуковые колебания (негативное влияние на биообъекты) и вибрацию. Железобетонные опоры хорошо гасят вибрацию, но требуют расположения ротора в рабочем состоянии в навитровому положении. При пидвитровому положении расположения ротора, вибрация и инфразвук могут возникнуть и при использовании стальных опор.

Вибрационные характеристики и характеристики на прочность опоры в целом определяются также и качеством изготовления фундамента. Глубина его заложения выбирается не менее глубины промерзания грунтов (в Украине она составляет не более 1,1 м). Фундаменты должны удовлетворять следующим требованиям:

- Обладать достаточной прочностью к статическим и динамическим нагрузкам;

- Не давать осадку (чтобы не вызвать перекос сооружения, необходимо центр всей массы ветроэнергетической установки и фундамента размешивать на одной вертикали).

При расчете фундамента и конструкции опоры за основу должна приниматься скорость порыва ветра около 60 м / с.

Материалы для изготовления лопастей ветродвигателя

Трения о поверхность лопасти воздушного потока приводит к значительным потерям, которые пропорциональны квадрату линейной скорости движения точек поверхности лопасти. Чем больше текущий радиус лопасти, тем больше эта скорость. На значительных радиусах лопасти скорости ее очень велики, поэтому шероховатость поверхностей лопастей влияет на мощность ВЭУ в широком диапазоне скоростей. По этой причине качество обработки поверхности лопастей роторов должно быть как можно выше.

Материал лопастей должен быть прочным, легким, износостойким в неблагоприятных климатических условиях и хорошо поддаваться обработке для того, чтобы создавать детали лопастей необходимой формы и шероховатости.

Мировой опыт создания ВЭУ показал, что для изготовления лопастей могут применяться нержавеющая сталь, алюминий и его сплавы, дерево, пластмасса, армированная высокопрочной химическим волокном.

Несмотря на то, что для обеспечения прочности и жесткости алюминиевые и стальные лопасти наиболее приемлемые, они имеют ряд существенных недостатков:

- При изготовлении получаются плохие, с точки зрения аэродинамики, поверхности, и для их улучшения нужны дополнительные затраты на обработку;

- Необходимость обеспечения коррозионной стойкости;

- При небольшом количестве изделий неоправданно трудоемко и дорого изготовление пресс-форм и матриц;

- При работе они создают значительные препятствия радиотелевизий- ной ным сигналам;

- Значительная масса лопастей.

Дерево можно использовать для изготовления цельных лопастей для ВЭУ малой мощности и в виде фанерного покрытия для лопастей горизонтально-осевых ВЭУ средней и большой мощности. Однако, несмотря на то, что дерево позволяет получить гладко обработанную поверхность, оно плохо переносит изгибающего нагрузки и флаттер, а также восприимчиво к атмосферным воздействиям.

Недостатки, присущие приведенным выше материалам, с успехом устраняются при использовании пластмасс, армированных химическим волокном.

Проблемы коррозии и эрозии решаются практически за счет применения любых пластмасс, армированных стекловолокном. Требования же к прочности и жесткости решаются использованием пластмасс и эпоксидных смол, армированных угольным волокном. Такие лопасти не только намного превосходят алюминиевые по прочности и по весу, но и не влияют на радиотелевизионные сигналы.

Кроме того, лопасти с стекломатериалов отличаются высокой точностью изготовления и очень гладкой поверхностью. При этом достигается постоянное качество обработки материала по всей длине лопасти, имеет решающее значение для эксплуатационных параметров ВЭУ.

Лопасти для ВЭУ средней и большой мощности, выполненные из пластмассы, армированной химическим волокном, должны быть оборудованы соответствующим грозозащитой, которая представляет собой уложенную по всей поверхности алюминиевую сетку, дополненную проводниками на передней и задней кромках лопасти.

 
< 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