Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

УПРАВЛЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Для любых мощностей, типов и конструкций ветроустановок нужно их функционирования на следующих режимах работы: пуск, генерирования мощности, торможение (как штатный, так и аварийный), останов. В том или ином виде это обеспечивается системой управления, регулирования, контроля и защиты механических и электрических параметров ветроустановки. В зависимости от мощности и типа ветроустановки эта система может быть достаточно сложным или очень простой, автоматизированной или нет. Структура системы определяется, в частности, способом, законом и программой регулирования ветроустановки.

Управление горизонтально-осевой двигателем включает в себя процесс ориентации оси ротора ветродвигателя на направление ветра и собственно процесс регулирования параметров ветродвигателя (частота вращения, мощность). Управление вертикально-осевым ветродвигателем не требует ориентации на направление ветра, а требует только регулировки параметров неподвижны.

В общем случае способы регулирования (управления) такими параметрами, как частота вращения и мощность ветродвигателя, сводятся к следующим основным схемам: поворот лопасти (или ее части) вокруг вертикальной оси; пропуск ветрового потока мимо ветродвигателя; введение дополнительного аэродинамического или механического сопротивления на ветродвигателей.

Ориентация горизонтально-осевой ветроустановки на направление ветрового потока

При работе ветродвигателя горизонтально-осевого типа, площадь вращения ротора должна устанавливаться перпендикулярно направлению ветрового потока, причем возможны два варианта рабочего положения: подветренной (по опорой) и наветренное (перед опорой).

Установка на ветер расположением ротора опорой. Если расположить ротор позади опоры на достаточно большом вылете, то на систему будет действовать один только аэродинамический момент. Под действием этого момента ротор будет сам устанавливаться позади опоры в направлении ветра. В данном случае сам ротор будет играть роль флюгера (рис. 6.1). Такая система ориентации называется пассивной.

Установка на ветер расположением ротора опорой

Рисунок 6.1 - Установка на ветер расположением ротора опорой

Этот способ установки на ветер, будучи простой конструктивно, имеет следующие недостатки:

- Аэродинамическая тень опоры негативно влияет на работу ветродвигателя;

- Образуется дополнительная нагрузка на лопасти ветродвигателя за счет изменения скорости ветрового потока и величины давления ветра;

- Центр тяжести вращающейся системы, должен быть смещенный на одну сторону относительно вертикальной оси;

- Повышенный гироскопический момент.

Установка ротора на ветер с помощью хвоста.

Установка ротора на ветер с помощью хвоста, работающего аналогично флюгер, осуществляется в маломощных ветродвигателей. Это наиболее простой из автоматических способов установки ветродвигателя на ветер (рис. 6.2).

Схема установки ротора на ветер хвостом

Рисунок 6.2 - Схема установки ротора на ветер хвостом

Отличительной особенностью установки ротора на ветер хвостом является то, что хвост быстро реагирует на все изменения направления ветра. Таким образом, обеспечивается возможность ротора в процессе работы более длительное время находиться под прямым воздействием воздушного потока. Это имеет чрезвычайно важное значение, т. К. Ветродвигатель может развивать полную мощность только в том случае, когда поток ветра направлен перпендикулярно плоскости вращения ротора.

При набегании же ветра на ротор под углом γ коэффициент использования энергии ветра c р, а, следовательно, и мощность ветродвигателя уменьшается примерно прямо пропорционально кубу косинуса угла отклонения ротора от направления ветра

Быстрое реагирование хвоста на все изменения направления ветра имеет и негативную сторону. При повороте на лопастях ротора в момент его вращения возникают гироскопические силы, создающие изгибающий момент, называемый гироскопическим моментом. Этот момент сгибает лопасть у основания и вал неподвижны. Величина и знак момента, изгибающего вала ротора, что больше, чем две лопасти, постоянные и определяются уравнением

(6.1)

(6.2)

где J - момент инерции всего ротора относительно оси вращения; - Угловая скорость вращения ротора; - Угловая скорость поворота всей системы около вертикальной оси.

Для двухлопатного ротора гироскопический момент относительно горизонтальной оси за один оборот ротора, сохраняя постоянный знак, меняет свое значение два раза - от нуля (при горизонтальном положении) до максимума (при вертикальном положении) и выражается формулой

(6.3)

то есть, достигая в два раза большее значение, чем в многолопастную ротора.

Кроме этого, в отличие от ротора с тремя и более лопастями, в двухлопатного гироскопический эффект дает момент и по вертикальной оси, меняющийся за один оборот по знаку и величине четыре раза - от нуля, при горизонтальном и вертикальном положении лопастей, до максимума - при ос положении под углом 45 ° к горизонту, причем величина этого максимального момента в два раза меньше момента относительно горизонтальной оси и равна:

(6.4)

Учитывая, что изгибающие моменты оказывают разрушительное действие на элементы ветродвигателей и принимая во внимание рассмотрены особенности распашных роторов, предпочитают применять ветродвигатели с числом лопастей не менее трех.

Из конструктивных соображений установки на ветер хвостом применяется в ветродвигателя мощностью до 15 кВт, для более мощных ветродвигателей хвост получается громоздким и тяжелым.

Установка на ветер виндрозамы.

Установка на ветер применяется в ветроустановок мощностью выше 15 кВт и работающих в автономном режиме (рис. 6.3). На некотором вылете, позади ветродвигателя, монтируются два мельницы (виндрозы) плоскость вращения которых перпендикулярна площади вращения ветродвигателя и параллельна направлению воздушного потока. Как только ветер изменит свое направление (ν6), сейчас же начнут вращаться виндрозы. Крутящий момент виндроз воспринимается передачей, состоящий из конических и цилиндрических зубчатых колес. Последняя из шестерни данной звена находится в зацеплении с большим зубчатым колесом, жестко связанным с опорой (рис. 6.4).

Схема установки на ветер виндрозамы

Рисунок 6.3 - Схема установки на ветер виндрозамы

Кинематическая схема установки на ветер виндрозамы

Рисунок 6.4 - Кинематическая схема установки на ветер виндрозамы

При вращении виндроз шестерня катится по неподвижному зубчатому колесу, поворачивая весь ветроагрегат в горизонтальной плоскости. Перемещение продолжается до тех пор, пока не остановятся виндрозы, что произойдет лишь после того, как они станут параллельно потоку, следовательно, ротор будет стоять перпендикулярно направлению ветра.

Если при установке ветер хвостом, скорость поворота системы вокруг вертикальной оси в отдельных случаях (шквал) грозит поломкой ветродвигателя (быстроходного), то при виндрозах она уже безопаснее, т. К. Зависит только от передаточного отношения трансмиссии.

Диаметр виндроз составляет от 0,2 до 0,3 диаметра ротора. Число лопастей от 4 до 6. Для больших автономных ВЭУ передача вращения виндрозних роторов на ведущую шестерню осуществляется через червячные редукторы.

Установка на ветер приводом принудительного ориентирования.

ВЭУ мощностью более 75 кВт, входящих в состав ветроэлектростанций, устанавливаются на направление ветрового потока приводом принудительного ориентирования. При изменениях направления ветра в ту или иную сторону относительно перпендикулярной направлению к плоскости ротора, по сигналу датчика направления ветра система управления включает привод возвращает ветроагрегат до тех пор, пока он не станет перпендикулярно направлению ветрового потока.

Привод принудительного ориентирования ветроустановки может быть электромеханическим или гидравлическим. Привод должен обеспечивать угловую скорость разворота ветроагрегат не более 2 град / с (0,33 об / мин).

Для обеспечения разворота гондолы ветроагрегата вокруг вертикальной оси и стопорение ее в заданном положении используется опорно-поворотное устройство. Для стопорения гондолы в заданном положении могут использоваться электрогидравлические стопора, фрикционные тормоза и ручной стопор. При установке приводов принудительного ориентирования ветроустановки для предотвращения искажении силовых и контрольных кабелей ограничивают число поворотов гондолы вокруг вертикальной оси, например, не более 1,5 оборота от исходного положения.

 
< 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