Загальні підходи до побудови систем вітроенергетичних установок

КОНСТРУЮВАННЯ ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК

Контрольні запитання до розділу 1

1. Яка кінцева мета процесу конструювання?

2. У чому полягає головне завдання економічного оцінювання устаткування, що конструюється?

3. Як визначається дисконтований чистий прибуток?

4. Що розуміють під довговічністю виробу?

5. Якими показниками характеризується довговічність?

6. Наведіть ознаки експлуатаційної надійності?

7. Що розуміють під уніфікацією виробничих рішень?

8. Які є напрями уніфікації виробничих рішень?

9. У чому полягають вимоги виробництва до утворення номенклатури виробів?

10. Які ви знаєте ряди машин і як вони утворюються?

11. Що передбачає розроблення та постановка продукції на виробництво?

12. З яких розділів складається технічне завдання?

13. Які ви знаєте стадії розроблення конструкторської документації та які етапи їх виконання?

Вітряна енергетична установка (ВЕУ) – це агрегат, що перетворює кінетичну енергію вітру в інший вид енергії (рис. 2.1).

Залежно від виду енергії генерованої, вони поділяються на вітромеханічні та вітроелектричні (рис. 2.2).

Компонування вітромеханічних установок здійснюється з таких складових частин:

– ротор – система обертових аеродинамічних елементів (лопатей), приєднаних до одного валу, призначена для перетворення кінетичної енергії вітру в механічну енергію обертового валу. Ротор може бути навітровим (у робочому стані розміщується відносно напрямку повітряного потоку перед опорою) і підвітровим (у робочому стані розміщується відносно напрямку повітряного потоку за опорою);

– гондола – частина вітроустановки, розміщена на вершині опори, що служить для розміщення вузлів кріплення валу ротора, мультиплікатора, трансмісії та (або) інших елементів;

– опора (вежа, башта, щогла) тримає гондолу та ротор над поверхнею землі. Висоту опори вибирають виходячи не тільки з умови зростання швидкості вітру, але й з урахуванням умов монтажу, ремонту, обслуговування, ваги та вартості;

– опорно-повертальний пристрій служить для повертання гондоли та ротора навколо вертикальної осі до напрямку повітряного потоку. Цей пристрій може мати допоміжний конструктивний елемент – віндрозу, що являє собою багатолопатевий ротор для приведення в дію опорно-поворотної системи у напрямку повітряного потоку;

– система керування поворотом гондоли утримує вісь ротора у напрямку повітряного потоку з найменшим відхиленням (никанням);

– трансмісія – система для передавання крутного моменту від вала ротора до робочої машини.

Компонування вітроелектричних установок здійснюється з таких самих складових частин, але має додаткові елементи залежно від режимів роботи: за безпосереднього під’єднання на навантаження або під час роботи з акумулювальними пристроями. Електрогенератор зазвичай розміщується у гондолі. Електротрансмісія здійснюється кабелями або через рухомі контакти. Автоматична система керування приймає інформацію про стан і роботу механізмів установки, обробляє її за заданою програмою та забезпечує запускання, підтримування робочих параметрів, а також зупинку установки в аварійних ситуаціях.

Лопаті – найбільш складні й дорогі елементи ВУ, в Україні досі не налагоджено випуску лопатей для ВУ потужністю 2...100 кВт. За кордоном проектуванням і виготовленням лопатей займаються найбільш розвинені фірми: авіаційні (Boeing), аерокосмічні, суднобудівні. Складність виготовлення лопаті для швидкохідної ВУ зумовлена високими вимогами до лопаті: висока міцність на розривання і вигинання, порівняно невелика маса, здатність працювати в широкому діапазоні температур (–50 °С...+60 °С), стійкість до обмерзання, точність форми профілю лопаті, низька шорсткість поверхні тощо. Крім того, лопать має складну геометричну форму: поздовжнє гвинтове кручення, змінну хорду профілю за довжиною, обтічні торці лопатей тощо. Вказаним вимогам найбільшою мірою відповідають лопаті, виконані з композитних матеріалів, склопластиків, вуглепластика, пресованого алюмінію.

Силова трансмісія утворена валом ротора вітроустановки, встановленим у підшипниках, другий кінець валу через пружну (або іншу) муфту з’єднаний з тихохідним валом мультиплікатора, що задовольняє вимоги за передавальним відношенням, крутному моменту, швидкості обертання, умовам мастила тощо. Швидкохідний вал мультиплікатора через пружну муфту зв’язаний з навантаженням, для якого зазвичай використовують електрогенератор (або компресор). Вітроустановка містить гальмівний пристрій (стрічковий, дисковий або колодковий), розміщений найчастіше на швидкохідному валу мультиплікатора (або на другому вихідному кінці вала електрогенератора). Гальмівний пристрій має забезпечувати плавне гальмування ротора без перевантажень за моментом, чого можна досягти уведенням до складу гальма пружної ланки (пружини) або дроселя у разі використання гідравлічного приводу в гальмівному пристрої. Для зменшення перевантажень за моментом, під час гальмування роторів потужних вітроустановок часто застосовують спільно з гальмуванням вала ротора аеродинамічне гальмування поворотом лопаті, поворотом її кінцевої частини, або гальмівним аеродинамічним щитком.

Для орієнтування ротора на вітер використовують поворот гондоли вітроустановки відносно опори, для чого застосовують опорний підшипник, встановлений між гондолою та опорою. Вітроустановки потужністю 0,1...1 кВт орієнтуються на вітер переважно за допомогою хвоста (флюгерного пристрою на консолі). Вітроустановки більшої потужності використовують для повороту гондоли на вітер віндрозний черв’ячний механізм з додатковими одним або двома малими роторами. Коли потужність вітроустановки досягає 100 кВт і більше, використовують електропривод (мотор-редуктор) з великим передавальним відношенням, який забезпечує низьку кутову швидкість повороту гондоли для того, щоб понизити величину гіроскопічного моменту, який виникає на лопатях ротора. У цьому разі блок керування виконавчим електродвигуном пов’язується з датчиком напрямку вітру, що встановлюється на гондолі вітроустановки і являє собою анеморумбограф з власним хвостовим пристроєм.

Рис. 2.1. Конструкції вітряних установок:

а – з горизонтальною віссю обертання: 1 – однолопатевий ротор; 2 – дволопатевий; 3 – трилопатевий; 4 – багатолопатевий;
5 – багатолопатевий велосипедного типу; 6 – барабанний; 7 – ротор, направлений назустріч потоку вітру; 8 – ротор, розміщений за потоком (за опорою);
9 – ротор з пневматичною передачею потужності; 10 – парусне крило; 11 – ротор з дифузором; 12 – ротор з концентратором;
13 – установка з декількома роторами; 14 – ротори із зустрічним обертанням; 15 – ротор Савоніуса; 16 – ротор, що використовує енергію вільних вихрів; б – з вертикальною віссю обертання та використанням сили опору: 1 – ротор Савоніуса; 2 – ротор Савоніуса багатолопатевий; 3 – ротор пластинчастий;
в – з вертикальною віссю обертання з використанням підйомної сили: 1,2 – ротор Дар’є з різною конфігурацією лопатей;
3 – ротор з прямими криловими лопатями; 4 – вітряна турбіна; г – з вертикальною віссю обертання комбінованого типу:
1 – ротор Дар’є–Савоніуса; 2 – ротор Савоніуса щільовий; 3 – ротор з використанням ефекту Магнуса; 4 – з рухомими поверхнями;
д – з вертикальною віссю обертання інших типів: 1 – ротор з дефлектором; 2 – сонячно-вітровий пристрій;
3 – ротор з турбіною Вентурі; 4 – ротор з вихровим пристроєм.

напрямок вітру

Під час компонування конкретної установки, розробник має враховувати кліматичні умови та вимоги споживача, що врешті-решт і впливає на кінцеву конструкцію вітроенергетичного агрегату.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Загальні правила та методичні положення конструювання	\|	Вихідні положення до розрахунку вітроенергетичних установок

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.