Частота вращения ветроколеса ветродвигателя: Частота вращения ветроколеса ветродвигателя 30 об/мин вычислить его угловую скорость

Задачи на тему Равномерное движение тела по окружности (механика, кинематика)

Частота обращения ветроколеса ветродвигателя 30 об/мин, якоря электродвигателя 1500 об/мин, барабана сепаратора 8400 об/мин, шпинделя шлифовального станка 96 000 об/мин. Вычислить их периоды
РЕШЕНИЕ

Найти частоту обращения Луны вокруг Земли (см. табл. 14).
РЕШЕНИЕ

Скорость точек рабочей поверхности наждачного круга диаметром 300 мм не должна превышать 35 м/с. Допустима ли посадка круга на вал электродвигателя, совершающего 1400 об/мин; 2800 об/мин
РЕШЕНИЕ

Частота обращения воздушного винта самолета 1500 об/мин. Сколько оборотов делает винт на пути 90 км при скорости полета 180 км/ч
РЕШЕНИЕ

Период обращения платформы карусельного станка 4 с. Найти скорость крайних точек платформы, удаленных от оси вращения на 2 м
РЕШЕНИЕ

Диаметр передних колес трактора в 2 раза меньше, чем задних. Сравнить частоты обращения колес при движении трактора
РЕШЕНИЕ

Радиус рукоятки колодезного ворота в 3 раза больше радиуса вала, на который наматывается трос. Какова линейная скорость конца рукоятки при поднятии ведра с глубины 10 м за 20 с
РЕШЕНИЕ

С какой скоростью и в каком направлении должен лететь самолет по шестидесятой параллели, чтобы прибыть в пункт назначения раньше (по местному времени), чем он вылетел из пункта отправления? Возможно ли это для современных пассажирских самолетов
РЕШЕНИЕ

Первая в мире орбитальная космическая станция, образованная в результате стыковки космических кораблей Союз-4 и Союз-5 16 января 1969 г., имела период обращения 88,85 мин и среднюю высоту над поверхностью Земли 230 км (считая орбиту круговой). Найти среднюю скорость движения станции
РЕШЕНИЕ

При увеличении в 4 раза радиуса круговой орбиты искусственного спутника Земли период его обращения увеличивается в 8 раз. Во сколько раз изменяется скорость движения спутника по орбите
РЕШЕНИЕ

Минутная стрелка часов в 3 раза длиннее секундной. Найти отношение скоростей концов стрелок
РЕШЕНИЕ

Движение от шкива I (рис. 21) к шкиву IV передается при помощи двух ременных передач. Найти частоту обращения (в об/мин) шкива IV, если шкив I делает 1200 об/мин, а радиусы шкивов r1 = 8 см, r2 = 32 см, r3 = 11 см,r4 = 55 см. Шкивы II и III жестко укреплены на одном валу
РЕШЕНИЕ

Циркулярная пила имеет диаметр 600 мм. На ось пилы насажен шкив диаметром 300 мм, который приводится во вращение посредством ременной передачи от шкива диаметром 120 мм, насаженного на вал электродвигателя. Какова скорость зубьев пилы, если вал двигателя совершает 1200 об/мин
РЕШЕНИЕ

Диаметр колеса велосипеда Пенза d — 70 см, ведущая зубчатка имеет z1 = 48 зубцов, а ведомая z2 = 18 зубцов. С какой скоростью движется велосипедист на этом велосипеде при частоте вращения педалей n= 1 об/с? С какой скоростью движется велосипедист на складном велосипеде Кама при той же частоте вращения педалей, если у этого велосипеда соответственно d = 50 см,z1 = 48 зубцов, z2 = 15 зубцов
РЕШЕНИЕ

Каково центростремительное ускорение поезда, движущегося по закруглению радиусом 800 м со скоростью 20 м/с
РЕШЕНИЕ

Скорость точек экватора Солнца при его вращении вокруг своей оси равна 2 км/с. Найти период обращения Солнца вокруг своей оси и центростремительное ускорение точек экватора
РЕШЕНИЕ

Период обращения молотильного барабана комбайна Нива диаметром 600 мм равен 0,046 с. Найти скорость точек, лежащих на ободе барабана, и их центростремительное ускорение
РЕШЕНИЕ

С какой скоростью автомобиль должен проходить середину выпуклого моста радиусом 40 м, чтобы центростремительное ускорение было равно ускорению свободного падения
РЕШЕНИЕ

Рабочее колесо турбины Красноярской ГЭС имеет диаметр 7,5 м и вращается с частотой 93,8 об/мин. Каково центростремительное ускорение концов лопаток турбины
РЕШЕНИЕ

Найти центростремительное ускорение точек колеса автомобиля, соприкасающихся с дорогой, если автомобиль движется со скоростью 72 км/ч и при этом частота обращения колеса 8 с-1
РЕШЕНИЕ

Две материальные точки движутся по окружности радиусами R1 и R2, причем R1 = 2R2. Сравнить их центростремительные ускорения в случаях: равенства их скоростей; равенства их периодов обращения
РЕШЕНИЕ

Радиус рабочего колеса гидротурбины в 8 раз больше, а частота обращения в 40 раз меньше, чем у паровой турбины. Сравнить скорости и центростремительные ускорения точек обода колес турбин
РЕШЕНИЕ

Детский заводной автомобиль, двигаясь равномерно, прошел расстояние s за время *. Найти частоту обращения и центростремительное ускорение точек на ободе колеса, если диаметр колеса равен d. По возможности конкретные данные задачи получите опытным путем
РЕШЕНИЕ

4.6. Создание первых ветроэлектростанций — Энергетика: история, настоящее и будущее

4.6. Создание первых ветроэлектростанций

В начале XX столетия, когда уже имелись научные основы развития ветротехники, в мире разворачивается строительство ВЭС.

ВЭС могут состоять как из одной, так и из нескольких ВЭУ, функционально связанных между собой и составляющих единый комплекс для производства электроэнергии путём преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.

ВЭС работают, как правило, на общую сеть, но могут быть и автономными, когда питают электроэнергией обособленного потребителя и не являются частью общей энергосистемы.

Пионером в строительстве ВЭС явилась Дания, правительство которой ещё в 1890 г. приступило к проведению широкой программы развития ВЭУ большой мощности. В 1910 г. было построено несколько сотен таких ВЭУ. Они имели четырёхлопастные ветроколёса диаметром 23 м, установленные на башне высотой 24 м и соединённые механической передачей с электрическим генератором, расположенным у основания башни. Расчётная мощность генератора изменялась от 5 до 25 кВт. Стоимость электроэнергии, вырабатываемой этими ВЭУ, примерно равнялась стоимости топлива, потребляемого дизельной электрической установкой.

После второй мировой войны датчане разработали и испытали три экспериментальные ВЭУ с установленной мощностью 12,45 и 200 кВт, предназначенные для работы в энергосистеме. Они успешно эксплуатировались до 1960 г. Когда выяснилось, что стоимость вырабатываемой электроэнергии превышает ранее эквивалентную стоимость энергии теплового двигателя, реализацию проекта приостановили.

Советский Союз. Ветроиспользование в СССР рассматривалось как важная государственная проблема. Уже в 1924 г. под руководством Н.В. Красовского в отделе ветродвигателей ЦАГИ был разработан быстроходный двигатель мощностью до 50 л.с. с новой системой регулирования частоты вращения колеса, предложенной Г.Х. Сабининым. Она получила название стабилизаторной. С целью расширения работ по созданию ветродвигателей и использованию энергии ветра в 1930 г. на базе отдела ветродвигателей ЦАГИ был организован Центральный ветроэнергетический институт (ЦВЭИ), единственная в мире в то время научно-исследовательская организация такого профиля.

При конструировании ВЭУ наиболее сложным и ответственным моментом является обеспечение управления оборотами ветроколеса, так как условия параллельной работы на сеть требуют постоянства частоты вращения генератора вне зависимости от скорости ветра. Для этого используется поворот лопасти вокруг неподвижной оси. С изменением положения лопасти по отношению к направлению ветра изменяются и аэродинамические силы, действующие на нее, что и положено в основу регулирования. Поворот лопастей осуществляется либо аэродинамически при помощи руля-стабилизатора, соединённого с центробежным регулятором, помещённым в крыле, предложенным, как сказано выше, профессором Г.Х. Сабининым, либо механическим путём — сервомоторами.

В 1931 г. была построена Балаклавская ВЭС (рис. 4.25), работавшая на электрическую сеть напряжением 6,3 кВ совместно с тепловой электростанцией мощностью 20 МВт, находящейся от неё на расстоянии 32 км (в Севастополе). По своим размерам (диаметр ветроколеса 30 м, мощность 100 кВт при скорости ветра 10 м/с, высота башни 25 м, частота вращения ветроколеса 30 об/мин) эта

станция не имела себе равных ни в СССР, ни за границей (в 1942 г. во время войны станцию разрушили). Кабина головки (длина 13,7, ширина 2,5, высота 3,8 м), где размещались генератор, электроаппаратура, редуктор с эластичными муфтами, была выполнена наподобие фюзеляжа самолёта. Ветроколесо имело три лопасти, которые свободно поворачивались на своих махах под действием стабилизаторов системы регулирования Г. Х. Сабинина и Н.В. Красовского. Лопасти имели обтекаемый профиль, аналогичный профилю крыла самолёта, и длину 11 м при ширине 2 м у основания и 1 м на конце. Махи выполнялись из стальных труб диаметром 350 мм.

Плоскость вращения ветроколеса имела наклон 12° к вертикали, что было вызвано необходимостью уменьшить вылет ветроколеса относительно башни. Головка установки опиралась через шаровую пяту на сферу, закреплённую наверху башни. На этой опоре верхняя часть ВЭУ поворачивалась вокруг вертикальной оси при установке ветроколеса на ветер. Ферма головки соединялась шарнирно с наклонной хвостовой фермой, на нижнем конце которой также

шарнирно была присоединена тележка с мотором и лебёдкой. Хвостовая ферма служила для установки ветроколеса на ветер при изменениях его направления. Тележка опиралась на рельс, уложенный вокруг башни по кругу радиусом 20,5 м. Тележка двигалась по рельсу электродвигателем мощностью 1,5 кВт через червячную передачу. Включение его в работу происходило автоматически при изменении направления ветра. Для этого наверху кабины был установлен флюгер размером 400 × 700 мм. В случае изменения направления ветра флюгер включал одну из катушек электромагнитного переключателя, находящегося в цепи электродвигателя хвостовой тележки. Двигатель перемещал тележку по рельсу до тех пор, пока ветроколесо не становилось снова против ветра и флюгер не размыкал контакта. Подъём на башню осуществлялся по хвостовой ферме, на которой для этой цели была уложена лестница.

Рис. 4.25. Общий вид Балаклавской ВЭС на 100 кВт

Генератор был установлен асинхронный, трёхфазного тока, мощностью 92 кВт при частоте вращения 600 об/мин, допускающий длительную перегрузку на 10%, который включался автоматически центробежным механизмом.

Эксплуатационные испытания ВЭС проводились на двух режимах: при 19 и 30 оборотах ветроколеса в минуту. При этом оказалось, что режим работы ВЭС на 30 об/мин значительно выгоднее. Годовая выработка энергии составляла около 280 тыс.кВт·ч при коэффициенте использования энергии ветра 0,32.

В конце 1935 г. ЦВЭИ в Москве закончил проект ВЭС с диаметром ветроколеса 50 м и синхронным генератором для параллельной работы на общую сеть (рис. 4.26). Передача вращения от вала ветроколеса к генератору осуществляется через двухступенчатый редуктор с передаточным отношением 1:25. Ветроколесо делает 24 об/мин, генератор – 600 об/мин. В кабине ветродвигателя находятся генератор, гидравлическая муфта, аппаратура защиты, электродвигатели пуска и остановки. Часть электрооборудования расположена внизу под башней на подстанции.

Мощность ВЭС равна 1000 кВт при скорости ветра 14 м/с. Ветродвигатель электростанции трёхлопастный, быстроходного типа, со стабилизаторным регулированием, но в отличие от предыдущей ВЭС поворачиваются только части лопастей.

Рис. 4.26. Общий вид ВЭС ЦВЭИ на 1000 кВт (проект)

Рис. 4.27. Общий вид ВЭС по проекту УИПЭ на 4500 кВт

Установка ветроколеса на ветер осуществляется электродвигателем, смонтированным на ферме штыря в нижней части кабины, который через две червячные передачи поворачивает головку. На кабине в вертикальной плоскости, проходящей через ось вала, установлены ветрячки, вращающиеся при изменениях направления ветра. При этом они через электрическую передачу включают электродвигатель, который поворачивает головку до тех пор, пока ветроколесо не станет против ветра; ветрячки в этот момент останавливаются.

Высота башни 50 м; размеры основания 25 × 25 м. Для подъёма на верхний балкон башни имеются лифт и запасная лестница. У основания башни расположено здание, где помещается основное распределительное устройство электрической части.

Ещё более мощная ВЭС на 4500 кВт спроектирована Украинским институтом промышленной энергетики (рис. 4.27). На металлической трехногой башне высотой 150 м установлен на катках поворотный сварной мост, несущий на себе здание ВЭС со всеми передаточными механизмами. Поворот моста вокруг оси башни для установки ветроколеса против ветра производится автоматически. Ветроколесо диаметром 80 м состоит из четырёх крыльев цельнометаллической конструкции. Главный вал при помощи эластичной муфты связан с зубчатой передачей, повышающей число оборотов в минуту с 18 до 612. Зубчатая передача приводит во вращение два генератора трёхфазного тока мощностью 2250 кВт каждый. От генераторов ток через контактные кольца отводится кабелем, идущим вдоль башни, к расположенному внизу зданию повысительной подстанции. Регулирование осуществляется посредством поворота части крыла («открылка») при помощи масляного сервомотора.

На рис. 4.28 представлен общий вид ветроэлектростанций, спроектированных Ю.В. Кондратюком (А.И. Шаргеем). Две ВЭУ расположены на одной башне. Каждая установка имеет ветроколесо диаметром 80 м с тремя (рис. 4.28, а) и четырьмя (рис. 4.28, б) лопастями. При каждом ветроколесе есть гидравлический мультипликатор, повышающий частоту вращения с 20 до 600 об/мин, генератор трёхфазного тока и комплекс механизмов управления и регулирования. Нижняя установка находится на высоте 65 м от земли, а верхняя – на вершине башни, на высоте 158 м.

Общее для обеих установок распределительное устройство и щиты находятся в добавочном этаже машинного зала нижней установки. Отсюда ток в 6000 В по кабелям идет к основанию башни на специальные кольцевые токосъёмы, так как башня поворачивается на своём основании в зависимости от направления ветра. С токосъёмов ток поступает на повысительную подстанцию, расположенную вблизи башни на земле. Башня представляет собой железобетонную трубу с наружным диаметром 6,5 м, заключающую внутри себя лестницу и два лифта. В вертикальном положении башня удерживается тремя растяжками, из восьми стальных канатов каждая. Для разгрузки низа башни от больших изгибающих моментов, а также с целью установки ветроколёс всегда против ветра основание башни поставлено на шарнир – гидравлический подпятник.

Шарнир представляет собой стальной цилиндр, установленный на фундаменте и наполненный специальной густой мазью из вискозина с канифолью. Сверху цилиндр запирается поршнем, на котором и стоит вся башня. Специальная конструкция поршня позволяет ему покачиваться в цилиндре, не нарушая герметичности. Мазь находится под давлением около 350 атмосфер.

В целях устранения провисания растяжек и уменьшения при этом отклонения башни от вертикального положения в каждой растяжке, помимо основных канатов, имеются идущие выше поддерживающие канаты, несущие на себе вес основных канатов и позволяющие им всегда сохранять прямолинейную форму. Порывистый ветер будет покачивать башню, что представляет опасность вследствие возможности возникновения нескольких последовательных толчков ветра, синхронных собственным колебаниям башни. Ввиду этого растяжки в месте их анкеража снабжены гидравлическими демпферами, которые успокаивают колебания башни тотчас же по их возникновению. Так как ствол башни должен поворачиваться, растяжки и поддерживающие их канаты прикреплены к ней не непосредственно, а через кольцо тележек, внутри которого башня прокатывается, опираясь на него рельсами. Ветроколёса имеют лопасти, разделенные каждая на две части – внешнюю и внутреннюю. Лопасти поворачиваются на махе сервомоторами, которые управляются органами регулирования. Во избежание перегрузок крыльев и башни при порывистом ветре внешние части лопастей снабжены пневматическими буферами, которые позволяют им выворачиваться при резких ударах ветра и затем автоматически возвращают их в нормальное положение.

а

б

Рис. 4.28. Общий вид ВЭС по проектам Ю.В. Кондратюка (А.И. Шаргея): а – на 10 000 кВт; б – на 12 000 кВт

В процессе работы ветроколесо вращает коренной вал, на котором оно жестко посажено. Вал входит своим концом внутрь ствола башни. При помощи шарнирной муфты к однокоренному валу присоединён двухкоренной вал, находящийся внутри башенного ствола и заканчивающийся фрикционной многодисковой муфтой с гидравлическим прижимом дисков. Фрикционная муфта имеет предохранительное значение, автоматически отключая от ветроколеса последующие звенья в аварийных случаях, что совершенно необходимо, если учесть огромную инерцию 80-метрового ветроколеса, обладающего на конце лопасти окружной скоростью 85 м/с. За фрикционной муфтой следует расположенный уже по другую сторону ствола башни ротативный масляный насос оригинальной конструкции, которым и заканчивается цепь элементов, жестко присоединённых к ветроколесу. Насос подаёт масло под давлением до 37 атмосфер в находящуюся на верхнем этаже турбину Пельтона, соединённую непосредственно с генератором переменного тока. Для отвода выделяющегося в гидравлической передаче тепла часть циркулирующего в системе масла проходит через специальный радиатор, выпускаемый вниз на ветер из хвостовой части машинного здания. ВЭС начинает работать при скорости ветра 6 м/с. При скорости ветра 16,5 м/с она развивает мощность 7000 кВт, а при скорости 20,3 м/с – свою полную мощность в 10 тыс. кВт.

В 1936 г. на Ай-Петринской яйле в Крыму началось строительство ВЭС на 12 тысяч кВт, равной которой по мощности нет в мире и поныне. Её мощность почти в два раза превышала мощность первой советской опытной атомной электростанции. Этот проект и сегодня является предметом профессионального интереса специалистов всего мира. К сожалению, после смерти куратора ветроэнергетики Г.К. Орджоникидзе по указке сверху строительство ВЭС при готовом ее фундаменте было законсервировано.

И всё-таки проект Ю.В. Кондратюка реализован с сохранением всех основ конструкции его учениками. Принципы математического моделирования процессов колебания 165-метровой железобетонной башни, разработанные Ю.В. Кондратюком, и ряд иных инженерных решений его соратники Н. Никитин и Б. Злобин позже использовали в проекте и строительстве Останкинской телебашни.

Основы теории строительства ветряных электростанций заложили профессор В.П.Ветчинкин и А.Г. Уфимцев. Они разработали проект многоколёсной ветряной элетростанции (ВЭС). В нём задача обеспечения мощности ВЭС решается не повышением диаметра ветроколеса, а увеличением числа ветроколёс относительно малых диаметров, смонтированных на общей башне рамной конструкции.

Рама с ветроколесами монтируется на ферменной поворотной башне. К верхней опоре прикреплены растяжки, удерживающие башню в вертикальном положении. На раме монтируются 12 ветроколёс диаметром 20 м каждое. Суммарная мощность ВЭС около 500 л.с. при скорости ветра 8 м/с. Такую же мощность может давать ветродвигатель с одним ветроколесом диаметром 70 м, но построить такой ветродвигатель чрезвычайно трудно, тогда как ветроколёса диаметром в 20 м уже применяются на практике. Проект многоколёсной ВЭС пока ещё не реализован.

США. Как уже отмечалось, к концу XIX века в США было построено более 8 млн. малых ветроэнергоустановок, которые использовались для выработки электроэнергии, подъёма воды и выполнения других работ. Однако большинство этих установок были вытеснены начиная с 1930 г. энергосистемой, обеспечившей централизованным энергоснабжением большинство ферм США.

Рис. 4.29. Общий вид ВЭС «Смит3Путнэм» мощностью 1250 кВт

Наиболее весомый вклад в развитие ветроэнергетики США внесли созданием ВЭС «Смит-Путнэм» (Smith-Putnam).

После длительных исследований влияния размеров ВЭУ на её эффективность, проведенных в 1930 г. , Путнэм пришёл к выводу, что для получения минимальной стоимости вырабатываемой электрической энергии требуются ВЭУ больших размеров. При участии известного аэродинамика Кармана он разработал ВЭУ большой мощности для работы на общую сеть. Фирма «S.Morgan Smith Company» (г. Йорк, Пенсильвания) спроектировала и испытала в работе установку в начале 1940 г. ВЭУ разместили около города Рутлэнд, в штате Вермонт, на вершине горы Грэндпас, на высоте около 610 м над уровнем моря (рис. 4.29).

Башня ветродвигателя ферменной конструкции имеет высоту 35 м и закреплена на стальной решётке, заложенной в бетонный фундамент на глубину около 7 м. Двухлопастное ветроколесо диаметром 53 м имеет лопасти длиной 20 м и шириной 3,7 м, одинаковой по всей длине. Развиваемая мощ

ность 1250 кВт при скорости ветра 14 м/с. Ветроколесо вращается со скоростью 28,7 об/мин. Регулирование скорости вращения ветроколеса достигается поворотом лопастей около оси махов. Махи крыльев у вала заделаны шарнирно так, что при порывах ветра под действием ударной нагрузки они отклоняются в направлении ветра на 20°, в то время как центробежные силы лопасти стремятся держать их в плоскости вращения ветроколеса.

Установка ветроколеса по ветру осуществляется гидравлическим механизмом. Последний приводит в движение передачу, смонтированную на ферме головки и находящуюся в зацеплении с большим зубчатым колесом, которое закреплено на верхнем венце башни. Включение и выключение механизма установки на ветер осуществляются флюгером.

Остановка ветродвигателя производится тормозным устройством с фрикционной передачей, приводимой в движение электродвигателем.

С октября 1941 г. до марта 1945 г. эта ВЭС выработала 360 тыс. кВт·ч. Она находилась в действии за этот период всего 1030 часов, из них 838 часов установка работала со средней мощностью 431 кВт параллельно с электрической системой. В марте 1945 г. ВЭУ потерпела аварию: на ходу отломалась лопасть ветроколеса весом 7 т. Авария произошла вследствие неудовлетворительной конструкции системы регулирования.

Поскольку авария произошла во время второй мировой войны, получить необходимые материалы и рабочую силу для ремонтных работ было невозможно. Экономические расчёты показали, что ВЭУ в случае её восстановления в то время не могла конкурировать с электрическими установками обычного типа. Поэтому от дальнейших работ с ВЭУ отказались. Тем не менее ветротурбина на горе Грэндпас явилась важным этапом в развитии мировой ветроэнергетики.

В остальных странах мира вплоть до возникновения энергетического кризиса в 70-х годах XX столетия эксплуатировались ветроэнергетические установки небольшой мощности, никак не превосходящие вышеописанные работавшие или запроектированные ВЭС.

Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения – РТС-тендер

Виды ветроэлектростанций. Cleandex

Принцип
работы ветрогенераторов практически
не изменился со времен создания его первых прототипов — паруса и ветряной
мельницы: под напором ветра вращается
колесо с лопастями, передавая крутящий
момент другим механизмам. Чем больше
диаметр колеса, тем больший воздушный
поток оно захватывает и тем быстрее
вращается.

Крыльчатые ВЭС, их еще называют ветродвигателями
традиционной схемы, представляют собой
лопастные механизмы с горизонтальной
осью вращения. Ветроагрегат вращается
с максимальной скоростью, когда лопасти
расположены перпендикулярно потоку
воздуха.

Поэтому в конструкции
предусмотрены устройства автоматического
поворота оси вращения: на малых ВЭС -
крыло-стабилизатор, а на мощных станциях,
работающих на сеть, — электронная система
управления рысканием. Небольшие
крыльчатые ВЭС постоянного тока соединяют
с электрогенератором напрямую, мощные
станции оснащают редуктором.

Типы крыльчатых
ветродвигателей отличаются только
количеством лопастей. Скорость вращения
крыльчатых ветродвигателей обратно
пропорциональна количеству крыльев,
поэтому агрегаты с количеством лопастей
больше трех практически не используются.
Мощность ВЭС зависит от скорости ветра
и размаха лопастей ветроколеса.

Коэффициент
использования энергии ветра у крыльчатых
ВЭС намного выше, чем у других ветряков,
недаром они занимают более 90% рынка.

Карусельные
(роторные) ВЭС с вертикальной осью
вращения, в отличие от крыльчатых, могут
работать при любом направлении ветра,
не изменяя своего положения. Когда
ветровой поток усиливается, карусельные
ВЭС быстро наращивают силу тяги, после
чего скорость вращения ветроколеса
стабилизируется.

Ветродвигатели этой
группы тихоходны, поэтому не создают
большого шума. В них используются
многополюсные электрогенераторы,
работающие на малых оборотах, что
позволяет применять простые электрические
схемы без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра.

Тихоходность выдвигает
одно ограничивающее требование –
использование многополюсного генератора
работающего на малых оборотах. Такие
генераторы не имеют широкого
распространения, а использование
мультипликаторов – повышающий редуктор
не эффективно из-за низкого КПД последних.

Конструкция лопастных
ВЭУ роторной схемы обеспечивает
максимальную скорость вращения при запуске и ее автоматическое саморегулирование
в процессе работы. С увеличением нагрузки
скорость вращения ветроколеса уменьшается,
а вращающий момент возрастает.

Еще более важным
преимуществом карусельной конструкции
стала ее способность без дополнительных
ухищрений следить за тем “откуда дует
ветер”, что весьма существенно для приземных рыскающих потоков. Ветродвигатели
подобного типа строятся в США, Японии,
Англии, ФРГ, Канаде.

Карусельный лопастный
ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает
максимальный момент при запуске
ветродвигателя и автоматическое
саморегулирование максимальной скорости
вращения в процессе работы. С увеличением
нагрузки уменьшается скорость вращения
и возрастает вращающий момент вплоть
до полной остановки.

Ортогональные
ветроагрегаты, как полагают специалисты,
перспективны для большой энергетики.
Сегодня перед ветропоклонниками
ортогональных конструкций стоят
определенные трудности. Среди них, в частности, проблема запуска.  В
ортогональных установках используется
тот же профиль крыла, что и в дозвуковом
самолете. Самолет, прежде чем “опереться”
на подъемную силу крыла, должен
разбежаться.

Так же обстоит дело
и в случае с ортогональной установкой.
Сначала к ней нужно подвести энергию –
раскрутить и довести до определенных
аэродинамических параметров, а уже
потом она сама перейдет из режима
двигателя в режим генератора.  Отбор
мощности начинается при скорости ветра
около 5 м/с, а номинальная мощность
достигается при скорости 14–16 м/с.

Предварительные
расчеты ветроустановок предусматривают
их использование в диапазоне от 50 до 20
000 кВт. В реалистичной установке мощностью
2000 кВт диаметр кольца, по которому
движутся крылья, составит около 80 метров.
 У мощного ветродвигателя большие
размеры. Однако можно обойтись и малыми – взять числом, а не размером.

Снабдив каждый
электрогенератор отдельным преобразователем
можно просуммировать выходную мощность
вырабатываемую генераторами. В этом
случае повышается надежность и живучесть
ветроустановки.

Новые виды
ветроэлектростанций

Из недавно появившихся оригинальных
проектов стоит назвать ВЭС принципиально
новой конструкции, состоящую из фундамента, трехопорного несущего
основания и смонтированного на нем
кольцеобразного генератора со встроенным
подшипником и центральным ротором.
Кольцо генератора может достигать в диаметре 120 м и более. Другой пример -
многомодульная ветроустановка, состоящая
из одного-двух десятков небольших
ветроагрегатов.

Совсем недавно
запущена в производство совершенно
новая ВЭУ, в которой использован
высоковольтный синхронный генератор
со статором, имеющим обмотки из кабеля,
и многополюсным ротором на постоянных
магнитах. Получаемый переменный ток
низкой частоты выпрямляется, а затем
преобразуется инвертором в переменный
ток сетевой частоты. Редуктор генератору
не нужен, поскольку он низкооборотный.
Такие установки можно использовать на ВЭС мощностью от 500 кВт до 5 МВт и выше.

За состоянием ВЭС и режимами их работы следит бортовой
компьютер, куда по модемным каналам
поступает вся текущая информация. Если,
например, во время работы возникают
кратковременные всплески напряжения,
происходящие при коротких, сильных
порывах ветра либо при резком изменении
нагрузки, их гасят с помощью специальных
электронных устройств. Электроника и автоматика надежно защищены от постороннего излучения радиотехническим
заземлением и экранированием. Важную
роль здесь играют современные изоляционные
материалы.

Можно сказать, что
на сегодняшний момент преимущественное
распространение получили крыльчатые
ветродвигатели, у которых ось ветроколеса
горизонтальна и параллельна направлению
потока. Они имеют наивысший коэффициент
использования энергии ветра до 0,48 и более надёжны в эксплуатации. Коэффициент
использования энергии ветра у крыльчатых
ветродвигателей намного выше чем у карусельных . В то же время, у карусельных – намного больше момент вращения.

Системы ветродизель

В крупных энергосетях неравномерная
подача энергии, присущая всем
ветроагрегатам, уравнивается их большим
количеством. Автономные сети мощностью
0,5–4 МВт тоже могут функционировать
надежно, несмотря на неравномерность
поступления энергии от ВЭС, если они работают в паре с дизелем.

Для систем «ветро-дизель»
европейские компании разработали
компьютеризированное устройство,
распределяющее нагрузку между
ветроэнергетической установкой и дизелем. Уже есть оборудование, позволяющее
всего за две секунды отключить дизель
или вновь включить его в работу. Благодаря
этому увеличивается ресурс дизелей и экономится до 67% топлива в год.

Капиталовложения в строительство больших ветропарков в Европе сегодня составляют 1000 долларов
на 1 кВт установленной мощности.
Себестоимость энергии — 3,5–3,8 цента за 1
кВт.ч (10 лет назад было 16 центов). При массовом строительстве ветроэлектростанций
можно рассчитывать на то, что в дальнейшем
цена одного киловатт-часа существенно
снизится и окажется сравнимой со
стоимостью электроэнергии, вырабатываемой
ТЭС и ГЭС. В подтверждение этого аргумента
говорит тот факт, что конструкции ВЭС
постоянно совершенствуются: улучшаются
их аэродинамика и электрические
параметры, уменьшаются механические
потери и т. д.

Проекты ВЭС, работающих
на сеть, для условий, например, очень
ветреного Приморья окупаются за 5–7 лет,
системы «ветро-дизель» — за 2 года.
В дальнейшем сроки окупаемости
ветроэлектростанций будут сокращаться.

Ветроэлектростанции
малой мощности 

Такие станции имеют
мощность — от 250 Вт до 10 кВт. Бытовые
ветряки вырабатывают энергию более
дорогую, но зачастую они бывают незаменимы,
особенно там, где нет других источников
энергии.

Наиболее перспективными
представляются производимые в России
ВЭС с генератором постоянного тока
напряжением 12–110 В, который заряжает
буферные батареи емкостью от 200 до 800
А/ч. Зарядка осуществляется через контроллер, который выдает зарядный
ток даже тогда, когда выходное напряжение
генератора намного меньше напряжения
батарей. Далее ток проходит через конвертор (инвертор), производящий на выходе сетевое напряжение 220 В. Телевизор,
чайники и другие электроприборы в доме
будут работать от заряженных батарей,
пока последние не «сядут». После
отключения нагрузки батареи вновь
начинают заряжаться. Процесс этот может
занять длительное время, все зависит
от мощности генератора и силы ветра.

Бытовые ВЭС зарубежного
производства являются достаточно
дорогими. Станция установленной мощностью
1 кВт стоит порядка 2 000 долларов. Даже
при хорошем ветре она выдает за год в лучшем случае 40% от номинальной мощности,
то есть не больше, чем бензиновый
генератор на 400 Вт. Зачастую такой
мощности не хватает, поэтому большим
спросом пользуются ВЭС на 3 или на 10 кВт
(последние стоят уже 25 000 долларов).

Механизм регулирования частоты вращения ротора ветродвигателя с вертикальной осью

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для привода в движение рабочих органов электрогенераторов и других механизмов, где требуется стабильная частота вращения.

Известно, что мощностной (энергетической) характеристикой ветроагрегата называется размерная зависимость мощности, развиваемой на валу ветродвигателя от скорости ветра незаторможенного потока перед ним. Ветродвигатель под действием силы ветра начинает свое вращение без нагрузки с некоторого минимального значения скорости ветра (скорость страгивания с места). Обычно эта скорость составляет 2,5…5 м/с. При достижении скорости потока, равной расчетной скорости ветра, ветродвигатель развивает номинальную мощность. Номинальная мощность — это максимальное значение выходной мощности, на которую рассчитан ветроагрегат в длительном режиме работы. Обычно, в этом диапазоне скоростей ветра, регулирование ветродвигателя, кроме момента пуска, не происходит.В диапазоне скоростей от расчетной до максимальной вступает в действие система регулирования. Максимальная рабочая скорость ветра — это скорость ветра, при которой расчетная прочность ветроагрегата позволяет ему работать (производить электроэнергию) без повреждений. Если регулирование осуществляется поворотом лопасти, то можно удерживать мощность ветродвигателя в этом диапазоне ветра, близкой к постоянной. При достижении максимальной рабочей скорости ветра (обычно 25…30 м/с) ветродвигатель останавливают во избежание поломок и выводят из-под ветра, например, ставя его лопасти во флюгерное положение, т.е. включают в работу устройства ограничения частоты вращения ротора, уменьшающие парусность лопастей ротора.

Так, например, известно устройство для ограничения частоты вращения ветроколеса (http://www.domouprav.ru/krylchatye-vetrodvigateli.html/5). Устройство имеет систему, при которой все ветроколесо выводится из-под ветра путем поворота головки ветроколеса в горизонтальное положение, что осуществить конструктивно весьма сложно.

По конструктивным признакам наиболее близко к предлагаемому изобретению техническое решение по патенту RU №2364748, F03D 3/00 «Способ управления частотой вращения ветродвигателя с вертикальной осью и ветродвигатель для его осуществления».

Данный ветродвигатель содержит опору со ступицей. На ступице смонтирован ротор, состоящий из четырех траверс. Каждая траверса выполнена как пантограф и состоит из двух штанг с зубчатым сектором и одной консолью. На каждой консоли с возможностью свободного вращения на оси смонтирована вертикальная лопасть, которую можно провернуть вокруг оси при помощи исполнительного механизма с электроприводом. Соосно ступице, с возможностью перемещения вверх-вниз, расположен противовес, на котором жестко смонтированы зубчатые рейки, каждая из которых входит в зацепление с одним зубчатым сектором одной из штанг. Под воздействием ветра ротор вращается. При этом за счет центробежной и подъемной силы на аэродинамической лопасти штанги поворачиваются в вертикальной плоскости, при этом лопасти изменяют свое положение относительно центра вращения ротора в сторону увеличения радиуса вращения. То есть, в зависимости от силы ветра, лопасти ротора то плоскопараллельно поднимаются вверх, одновременно отдаляясь от оси вращения ступицы, то опускаются вниз, прижимаясь к ней. В свою очередь, каждая лопасть, по сигналу от датчика измерения скорости ветра, вращается вокруг своей оси, меняя угол атаки на оптимальный угол.

Недостаток приведенной конструкции заключается в сложности механизма регулировки частоты вращения, при котором лопасти отдаляются или приближаются к ступице, совершая движения по сложной траектории. Особо следует отметить, что при этом суммарная площадь лопастей, подверженная воздействию воздушного потока, при этом не уменьшается, т.е. риск поломки ветрогенератора при ураганных ветрах остается обоснованным.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение механизма управления частотой вращения ротора ветродвигателя, а также уменьшение в экстремальных случаях площади лопастей, подверженной воздействию ветра.

Для достижения данной цели механизм управления частотой вращения ротора ветродвигателя (механизм) выполнен таким образом, что лопасти ротора по сигналу датчика измерения скорости ветра принудительно раздвигаются и сдвигаются от центра опоры вращения в горизонтальной плоскости, перемещаясь по направляющим. При этом перемещение лопастей в противоположные стороны осуществляется посредством закрепленных на лопастях зубчатых реек, кинематически связанных с шестерней выходного вала привода: мотора-редуктора. Сигнал на мотор поступает от датчика измерения скорости ветра. Такое техническое решение при критических (буревых) ветрах позволит установить лопасти к направлению ветра так, что они будут перекрывать друг друга, тем самым уменьшая парусность. Соответственно, уменьшается и длина рычага, равная расстоянию от центральной опоры вращения до центра лопасти; падает скорость вращения ротора, уменьшается риск выхода из строя ветродвигателя.

Таким образом, механизм регулирования частоты вращения ротора ветродвигателя с вертикальной осью, содержащий вертикальную опору со ступицей, лопасти, мотор-редуктор, датчик измерения скорости ветра, зубчатые рейки, отличается тем, что ступица выполнена в виде спаренной шестерни, лопасти ротора снабжены роликами и имеют возможность передвигаться вдоль направляющих, закрепленных на вертикальной опоре, а спаренная шестерня входит в зацепление одновременно с зубчатыми рейками, закрепленными на лопастях, и с шестерней вала мотора-редуктора.

Конструкция механизма регулирования частоты вращения приведена на чертежах.

На Фиг.1 приведен вид ветродвигателя в профильной плоскости.

На Фиг.2 приведен вид ветродвигателя во фронтальной плоскости.

На Фиг.3 приведен вид ветродвигателя в аксонометрии.

Ротор ветродвигателя состоит из секций. Каждая секция включает ротор 1 (см. Фиг.3), установленный на вертикальной опоре 2. Ротор включает две вертикально установленные вогнутые лопасти 3, которые имеют возможность синхронно передвигаться в противоположные стороны по направляющим 4, опираясь на ролики 5. Ролики установлены на кронштейнах 6, закрепленных на лопастях 3. Направляющие закреплены на опоре 2. Лопасти снабжены зубчатыми рейками 7, кинематически связанными со спаренной шестерней 8, и одинарной шестерней 9, закрепленных на опоре 2 вверху и внизу. Спаренная шестерня 8 входит в зацепление с шестерней 10, установленной на валу 11 мотора-редуктора 12, закрепленного на кронштейне 13. Внутри стойки 2 размещена ось 14, снабженная фланцами 15. Установив идентичные секции друг на друга (соединив их фланцами 15) и сориентировав лопасти каждой секции под разным углом к направлению ветра, можно собирать ветродвигатели различной мощности.

Механизм регулирования частоты вращения ветродвигателя работает следующим образом:

При увеличении или уменьшении скорости ветра сигнал от датчика измерения скорости ветра поступает на мотор-редуктор 12. При вращении вала 11 мотора-редуктора 12 по часовой или против часовой стрелки шестерня 10, зубья которой через спаренную шестерню 8 находятся в зацеплении с зубчатыми рейками 7, раздвигает или сдвигает связанные с рейками лопасти 3. При этом лопасти 3 передвигаются на роликах 5 по направляющим 4 в противоположные стороны, изменяя расстояние от вертикальной опоры 2 до лопастей, тем самым уменьшая или увеличивая длину рычагов воздействия и регулируя скорость вращения ротора 1.

Механизм регулирования частоты вращения ротора ветродвигателя с вертикальной осью, содержащий вертикальную опору со ступицей, лопасти, мотор-редуктор, датчик измерения скорости ветра, зубчатые рейки, отличающийся тем, что ступица выполнена в виде спаренной шестерни, лопасти ротора снабжены роликами и имеют возможность передвигаться вдоль направляющих, закрепленных на вертикальной опоре, а спаренная шестерня входит в зацепление одновременно с зубчатыми рейками, закрепленными на лопастях, и с шестерней вала мотора-редуктора.

Сколько ветра нужно ветряной турбине?

Более 2300 ветряных турбин вращаются и производят энергию у берегов 11 европейских стран. Большое количество этих турбин расположено в Северном и Ирландском морях. Одна из причин этого заключается в том, что ветры, дующие над этими водоемами, не только сильны, но и устойчивы.

По той же причине ветроэнергетические компании рассматривают побережье Северной Каролины как возможное место для ветряных электростанций. Но возникает вопрос: сколько ветра нужно ветровой электростанции или, по крайней мере, ветряной турбине?

Вас не должно удивлять, что, как ветер постоянно меняется, так и ветряные турбины предназначены для работы в широком диапазоне характеристик ветра, поэтому ответ может быть разным.

Вертикальные турбины обращены к ветру, а направленные вниз турбины обращены в сторону. Некоторые ветряные турбины нового поколения могут работать при более низких скоростях ветра, обычно около пяти миль в час. Однако эти турбины, как правило, меньше по размеру, не производят столько энергии и не рассчитаны на более сильные ветры.

Большая часть того, что вы бы назвали крупными ветряными турбинами, обычно начинает вращаться при скорости ветра от семи до девяти миль в час. Их максимальная скорость составляет около 50-55 миль в час, что является их верхним пределом безопасности.Крупномасштабные ветряные турбины обычно имеют тормозную систему, которая срабатывает на скорости около 55 миль в час, чтобы предотвратить повреждение лопастей.

По иронии судьбы, многие ветряные турбины промышленного масштаба требуют электрического «пускового механизма», чтобы начать вращение. Это то, что преодолевает инерцию, связанную с тем, что лопасти начинают вращаться.

Вы можете подумать, что когда лопасти вращаются, вырабатывается электричество.

Но это не совсем так, потому что лезвия вращаются недостаточно быстро.

Лопасти соединены с валом, который вращается со скоростью от 30 до 60 оборотов в минуту. Затем вал соединяется с коробкой передач, которая увеличивает скорость вращения с 1000 до 1800 оборотов в минуту, что является скоростью, необходимой большинству генераторов для производства электроэнергии.

Конечно, количество электроэнергии, вырабатываемой ветряной турбиной, зависит от размера турбины, также известной как номинальная мощность, и от того, насколько быстро ветер движется в месте расположения турбины. Ветряные турбины обычно имеют номинальную мощность от 250 Вт (достаточно для зарядки аккумулятора) до 10 киловатт (достаточно для питания дома) до шести мегаватт (достаточно для питания более 1600 домов).

— Фрэнк Графф

Фрэнк Графф — продюсер/репортер UNC-TV, специализирующийся на North Carolina Science Now, еженедельном научном сериале, который выходит в эфир по средам, начиная с августа 2013 года, в рамках программы North Carolina Now на UNC-TV. . В дополнение к созданию этих специальных сегментов Фрэнк будет предоставлять дополнительную информацию, связанную с его историями, в этом блоге репортера North Carolina Science Now!

Связанные ресурсы:

Как быстро вращаются ветряные турбины? (Быстрее, чем вы думаете)

Обычные турбины с комфортом развивают скорость 100 миль в час, более крупные модели с более тяжелыми лопастями достигают скорости 180 миль в час.

Скорость вращения лопастей ветряной турбины находится в прямой зависимости от скорости ветра. Ветряные турбины наиболее эффективны при высокой скорости ветра.

Хотя может показаться, что ряд ветряных турбин движется с постоянной скоростью, это не так.

Однако поиск идеального места для размещения ветряных турбин требует месяцев тщательных испытаний. Их размещают в регионах, где скорость ветра наиболее постоянна и постоянна круглый год.

Что такое ветряная турбина

Ветряная турбина — это конструкция, которая использует кинетическую энергию ветра и превращает ее в электрическую энергию.

Электроэнергия направляется в национальную сеть и распределяется по различным точкам выхода.

РекламаВсе движущиеся объекты обладают кинетической энергией благодаря своему движению и приложенной силе.

Более тяжелые предметы, которые движутся быстрее, обладают большей кинетической энергией.

Ветряные турбины доступны во всех формах и размерах, в зависимости от их предполагаемого применения:

• Малые турбины предназначены для эффективного энергоснабжения сельских домов и коттеджей.
• Ветряные электростанции для коммунального хозяйства производят достаточно энергии для обслуживания всех домов и предприятий в пределах сообщества.
• Турбины промышленного масштаба объединяются в ветряную электростанцию. Они снабжают Национальную энергосистему постоянным и большим запасом энергии.

Типы ветряных турбин

Существует два основных типа ветряных турбин:

HAWT — ветряная турбина с горизонтальной осью

Самый распространенный тип турбины.Он имеет 2 или 3 аэродинамических лопасти, прикрепленных к валу несущего винта в верхней части башни.

РекламыОни располагаются либо против ветра, либо против ветра и способны работать на высоких скоростях.

VAWT — ветряная турбина с вертикальной осью

Турбины этого типа используются реже, поскольку они менее эффективны, чем ГАВТ.

Вал несущего винта проходит вертикально, что позволяет активировать ветер с любого направления.

Они чаще всего используются для питания отдельных домов, что дает им личный источник возобновляемой энергии.

Что заставляет вращаться лопасти ветряной турбины

Ветряная турбина состоит из трех основных частей:

1. Лопасти
2. Ротор
3. Турбина

Ветряные турбины извлекают энергию из ветра. Автоматическая ориентация, создаваемая гондолой , расположенной наверху башни, позволяет максимально использовать преимущества ветра, независимо от того, в каком направлении он дует.

РекламаПо мере того, как ветер проходит мимо, аэродинамические гигантских лопастей вращаются.Это достигается только тогда, когда ветер достигает скорости включения; минимальная сила ветра, необходимая для движения лопастей, составляет от 6 до 10 миль в час.

Лопасти прикреплены к ротору , 3 лопасти в ступице, которая вращает вал, соединенный с коробкой передач. Это увеличивает скорость вращения с 13-20 об/мин до 1500-1800 об/мин.

Редуктор передает энергию через быстрый вал к генератору. Именно здесь энергия получает дополнительное напряжение, а электроэнергия распределяется с подстанций в национальную сеть.

Что такое возобновляемая энергия

Любой восполняемый источник, который может быть преобразован в источник энергии, является возобновляемой энергией.

Существует несколько типов, в том числе солнечная энергия от солнца, приливная энергия от волн, гидроэлектроэнергия от рек и энергия ветра, где турбина используется для использования ветра и преобразования его в электричество.

Как рассчитывается скорость турбины

На расстоянии легко обмануться, думая, что ветряные турбины вращаются медленно и громоздко.

Только когда вы приблизитесь к ним, вы оцените скорость, с которой они вращаются.

AdvertisementsКогда вы знаете формулу, можно рассчитать скорость вращения турбины с помощью калькулятора.

Вам необходимо знать длину лезвия и длину окружности, которую кончик лезвия проходит за один оборот. Это делается с помощью уравнения 2 ∏r (удвоенный радиус, умноженный на число пи, 3,1415)

Таким образом, лезвие длиной 120 футов.Х 2 = 240 футов.

Умножьте это на число Пи, и получится 753,96 фута. Это окружность поворотного круга.

Если острие лезвия проходит это расстояние за 4 секунды, скорость в футах в секунду равна

.

753,96 / 4 = 188,49 футов/сек

Чтобы преобразовать это в мили в час, его нужно умножить на 0,681818182.

Этот конкретный ветряк вращается со скоростью 128,5 миль в час.

Это относительно медленно, так как большие турбины могут развивать скорость 180 миль в час до того, как сработают методы отключения.

Максимальная скорость ветряной турбины с горизонтальной осью

Все турбины предназначены для работы на максимальной скорости с максимальной эффективностью. Известная как НОМИНАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ или СКОРОСТЬ ВЫДЕРЖАНИЯ, когда наступает сильный шторм и скорость ветра превышает безопасные пределы, турбине требуется отказоустойчивость, чтобы защитить лопасти или двигатель от повреждений.

Безопасными диапазонами скорости ветра считаются:

40 метров в секунду (144 км/ч, 89 миль/ч)

от

до

72 метра в секунду (259 км/ч, 161 миль/ч)

Наиболее распространенная рекомендуемая скорость выживания составляет 60 метров в секунду (216 км/ч, 134 мили в час).

Что происходит, когда скорость ветра превышает скорость выживания?

Повышенная скорость ветра вырабатывает больше электроэнергии, пока турбина не будет работать на максимальной номинальной мощности. Однако для эффективной выработки максимальной мощности необходимо контролировать скорость вращения лопастей.

Чтобы предотвратить повреждение лопастей и ненужную нагрузку на двигатель, турбина имеет два метода снижения крутящего момента при сильном ветре.

1. Автоматическое отключение : Когда скорость ветра регистрирует скорость выживания, срабатывает автоматическое отключение двигателя, в результате чего роторы останавливаются.
2. Перьевые лопасти : Перья, устанавливаемые на внешний край лезвия во время строительства, помогают уменьшить нежелательный вращательный момент. Когда скорость ветра снижается, они «распускают перья» и возобновляют нормальную работу.

Как измеряется скорость ветра

В ветряных турбинах используется крыльчатый анемометр , часть оборудования, необходимая для их безопасной и контролируемой работы.

Машина расположена на вершине башни, ее легко узнать по набору вращающихся лопастей или чашек.Количество оборотов за отведенный период измеряется и отображается в милях в час или км/ч.

Флюгер обозначает другой важный фактор, направление ветра.

Коэффициент скорости наконечника (TSR)

TSR — это формула, используемая конструкторами для обеспечения того, чтобы их турбины захватывали достаточно жизнеспособного воздуха.

Это соотношение между скоростью вращения кончика лопасти и фактической скоростью ветра.

Например, лопасти, движущиеся со скоростью 100 миль в час при скорости ветра 20 миль в час, дают TSR 5, 100/20 = 5.

Следовательно, кончик лопасти движется в 5 раз быстрее ветра.

Высокоэффективные трехлопастные ветряные турбины обычно имеют TSR 6-7.

Хотя желателен более высокий коэффициент, он не должен наносить ущерб двигателю. Если он перегрузится, он станет шумным и, возможно, выйдет из строя.

Реклама TSR ветряной турбины особенно важен для измерения ее эффективности и способности производить максимальную энергию.

Низкий коэффициент, когда лопасти движутся слишком медленно, означает, что слишком много ветра обходит лопасти и тратится впустую.

Высокий коэффициент, при котором лопасти движутся слишком быстро, означает, что они проходят через турбулентность предыдущей лопасти. Этот второсортный ветер снижает эффективность.

Факторы, влияющие на скорость ветряной турбины

Хотя может показаться наиболее целесообразным размещать ветряные турбины в регионах с наибольшей скоростью ветра, это не всегда так.

Турбины производят наибольшее количество возобновляемой энергии, когда они размещены в районах с регулярным постоянным ветром, а не случайным сильным ветром.

Выходная мощность зависит от других элементов:

Энергия ветра

Более сильный ветер обеспечивает большую часть преобразования энергии, так как быстрее вращает лопасти.

Плотность воздуха

Плотность воздуха в конкретном месте представляет собой комбинацию высоты, давления и температуры. Более плотный воздух оказывает большее давление на роторы, что приводит к более высокой выходной мощности.

Радиус лезвия

Большие лопасти имеют большую площадь поверхности, что позволяет им улавливать больше кинетической энергии ветра.

Большие лопасти нуждаются в более сильном ветре, чтобы привести их в движение, и требуют большего пространства.

Последние мысли

Ветряные турбины предназначены для вращения на высоких скоростях, чтобы собрать оптимальное количество кинетической энергии для преобразования в электрическую энергию.

Многочисленные встроенные средства защиты предотвращают их слишком быстрое вращение, когда они могут быть повреждены и не могут полностью реализовать свой потенциал мощности.

Как быстро вращается ветряная турбина?

Все мы видели ветряные турбины, когда ехали по дорогам или, по крайней мере, по телевизору.Это гигантские устройства, и поэтому вопрос «как быстро вращается ветряк» кажется естественным. Вроде бы они не так быстро крутятся, но так ли это на самом деле?

Команда Linquip здесь для вас, мы не только дадим вам простой ответ на вопрос «как быстро вращается ветряная турбина», но и предоставим вам удобный способ найти свое решение «ветряной турбины» . Мы должны подчеркнуть здесь, что нас не беспокоят те небольшие ветряные турбины, которые мы ясно видим, как быстро они вращаются.

Если вы посмотрите на одну из этих больших ветряных турбин издалека, вы можете предположить, что они довольно медлительны, и скорость вращения лопастей должна быть относительно низкой. Вы будете удивлены, узнав, что ваше восприятие довольно далеко от истины. Итак, действительно, с какой скоростью вращается ветряная турбина? Чтобы дать вам ответ, который может дать вам представление о том, с чем мы здесь имеем дело, скажем, что типичные ветряные турбины обычно вращаются со скоростью от 15 до 20 об / мин в зависимости от скорости и направления ветра.

Значит, это должно быть быстро? Когда вы рассматриваете типичную длину лопасти для ветряных турбин, вы видите, что кончик лопасти может легко разогнаться до скорости от 100 до 180 миль в час в зависимости от их оборотов в минуту. Безопасный короткий ответ на вопрос «как быстро вращается ветряная турбина» будет «около 100 оборотов в минуту»!

Изображение с Envato

Теперь, как насчет знакомства с терминологией?

Как быстро вращается ветряная турбина? – Об/мин ветряной турбины

Одной из мер, связанных со скоростью вращения ветряной турбины, является ее об/мин, что означает число оборотов/оборотов в минуту. Как следует из термина, это мера, которая говорит нам о количестве полных оборотов, которые лопасть ветряной турбины делает каждую минуту. Понятно, что полный оборот (оборот) – это когда лопасть, находящаяся под некоторым углом к ​​горизонту, движется вокруг своей оси вращения, пока не достигнет того же угла.

Когда кто-то говорит о скорости вращения ветряной турбины, он, вероятно, имеет в виду лопасти, и, как уже упоминалось, вы ожидаете число от пятнадцати до двадцати для типичных.Однако лопасти предназначены для вращения электрогенератора, преобразующего энергию ветра в электрическую энергию. Вы можете ожидать от 1800 до 2000 оборотов в минуту для типичного генератора энергии ветряной турбины.

Здесь следует отметить, что даже при условии эксплуатации в пределах структурной нагрузки более высокие значения оборотов не обязательно приводят к более высоким показателям выработки электроэнергии из-за неправильного формирования поля потока на лопатках турбины. Также очевидно, что вы не можете ожидать выработки электроэнергии, когда скорость ветра недостаточно высока, чтобы лопасти достигли некоторого минимального эффективного числа оборотов в минуту.

Как быстро вращается ветряная турбина? – Скорость наконечника ветряной турбины

Как бы абсурдно это ни звучало, представьте, что вы сидите на кончике лопасти ветряной турбины. Теперь представьте себе друга, сидящего в какой-то точке лезвия, ближе к основанию лезвия, скажем, посередине. Очевидно, что за каждый полный оборот или оборот расстояние, которое проходите вы или ваш друг, равно длине окружности с радиусом, равным чьему-либо расстоянию до корня лопасти.Тем не менее, вы оба заканчиваете полный оборот одновременно. Теперь, поскольку вы находитесь дальше всего от корня (вы сидите на кончике лезвия), вы должны испытать наибольшую скорость.

Изображение от Vermont Public Radio

Теперь, чтобы подвести итог концепции скорости кончика лопасти, вы можете рассчитать ее, сначала подсчитав количество времени, затрачиваемое на каждый оборот. Для этого вы должны инвертировать значение RPM, которое дает вам долю минуты, необходимую для совершения оборота. Затем разделите длину окружности вращения кончика лопасти на время, затраченное на каждый оборот. Окружность вращения можно рассчитать, умножив простое число Пи на удвоенный радиус лопасти (диаметр лопасти).

Как быстро вращается ветряная турбина? – Вопросы и ответы

Теперь, когда мы знаем, как найти ответ на вопрос «как быстро вращается ветряная турбина», давайте найдем ответы на некоторые часто задаваемые вопросы:

• Какие факторы влияют на ветряную турбину об/мин?

Важными факторами, влияющими на число оборотов ветряной турбины, являются плотность воздуха, скорость ветра, размер и количество лопастей.Плотность воздуха и скорость ветра влияют на доступное давление, оказываемое на лопасти турбины, а размер и количество этих лопастей влияют на доступную поверхность, на которую оказывается давление.

• Мы хотим, чтобы обороты ветряной турбины были как можно выше?

Нет! Когда обороты ветряной турбины превышают определенный порог, это приводит к повреждению ее конструкции или установленных на ветряной турбине устройств. Требуется некоторый тормозной механизм, чтобы не допустить превышения ограничения скорости.

• Какая скорость включения и выключения ветряной турбины?

Скорость включения — это минимальная скорость ветра, необходимая для того, чтобы лопасти начали вращаться. Типичные ветряные турбины требуют скорости ветра от 7 до 9 миль в час.

Скорость отключения — это максимальная скорость ветра, с которой может работать ветряная турбина, прежде чем она отключится для предотвращения повреждений. Это значение составляет около 55 миль в час для большинства ветряных турбин.

• Существует ли показатель, определяющий, какая скорость кончика лопасти считается оптимальной?

Существует показатель, называемый отношением скорости лопасти (TSR), который равен отношению скорости кромки лопасти к скорости ветра.Оптимальное значение для этого коэффициента обычно равно 6 или 7.

Скорость ветра — достаточно ли ветра там, где вы живете

Скорость ветра — достаточно ли ветра там, где вы живете

В последнее время использование энергии ветра значительно расширилось. несколько десятилетий или около того, и большинство из нас видели множество ветряных турбин, установленных вместе как на суше, так и на море, которые известны как «ветряные электростанции», чтобы одновременно захватывать большое количество энергии и подавать ее непосредственно в национальную сеть. . Но достаточно ли скорости ветра, чтобы эти большие ветряные турбины могли вырабатывать электроэнергию.

Когда-то энергия ветра использовалась только для питания парусных лодок или для привода ветряных мельниц для ирригации и измельчения, но сегодня, благодаря достижениям в области современных турбин и генераторов, мы можем использовать энергию ветра для питания целых городов и даже нашего дома. .

Ветроэнергетические системы являются одними из наиболее рентабельных домашних систем возобновляемой энергии, преобразующих кинетическую энергию ветра в механическую или электрическую энергию, которую можно использовать для практического использования.В зависимости от вашего ветрового ресурса, небольшая ветровая энергетическая система может существенно снизить ваши счета за электроэнергию. Но достаточно ли сильно и постоянно дует ветер на вашем участке, чтобы инвестиции в маленькую ветряную турбину были экономически оправданы.

Носок Wind Speed ​​Sock

Существует множество различных моделей ветряных турбин для дома, кемпинга и фермерских хозяйств, как подключенных к сети, так и автономных. Однако не все из них будут хороши для каждого места, поскольку скорость ветра варьируется в зависимости от того, где вы живете.

Люди, живущие вблизи океанов, знают о силе скорости ветра и о том, как она влияет на их жизнь, в то время как у жителей городов скорость ветра намного меньше или проявляется только на высоких уровнях во время дождей и штормов. Скорость ветра — это просто скорость, с которой ветер движется в атмосфере, и поэтому ее можно измерить.

Когда мы собираемся купить новый дом, нам постоянно говорят, место, место, место, и то же самое относится и к энергии ветра.Расположение ветряной турбины имеет решающее значение, так как по всему миру есть районы, где ветер дует практически безостановочно, 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, а есть другие районы, которые получают очень мало. Таким образом, чтобы производить достаточное количество электроэнергии и быть рентабельным возобновляемым источником энергии, генератор ветряной турбины должен находиться в правильном месте.

Энергия ветра может значительно различаться на небольшой территории, поскольку участки, расположенные всего в нескольких сотнях метров друг от друга, могут наблюдать большие различия в потоке ветра, более известном как «скорость ветра».Это изменение в основном связано с типом местности, холмами, горами и т. д., а также потенциальными препятствиями, деревьями, зданиями, которые находятся на пути ветра. Ветер обладает энергией благодаря своему движению, и этот вид энергии — энергия движения — называется кинетической энергией, которую турбогенераторы используют для производства электроэнергии.

Потенциальная выходная мощность в течение дня напрямую связана со скоростью ветра в определенном месте. Скорость ветра в любом месте, естественно, очень изменчива, и хотя мы не можем видеть движение воздуха, мы все же можем его почувствовать. Таким образом, любое ветроэнергетическое устройство, способное замедлить эту массу движущегося воздуха, может извлекать часть его энергии и преобразовывать ее в полезную работу, но на самом деле существует тонкая грань между достаточной скоростью ветра и слишком большой.

Хорошо иметь новый сверкающий ветряк в глубине сада или закрепленный на крыше, но если ветер не дует, ветряк не будет вращаться и производить электричество. Точно так же, если энергия ветра слишком сильная, ветряная турбина может вращаться так быстро, что повредит себя или перегреется.

Поэтому при размещении ветряной турбины как части ветроэнергетической системы важно заранее знать, достаточна ли скорость ветра в том месте, где вы живете, и насколько быстро дует ветер в течение определенного периода времени для вашего конкретного местоположения.

Наличие этой информации перед началом работы очень важно, поскольку количество электроэнергии, которое может генерировать ветряная турбина, напрямую зависит от скорости или скорости ветра. Использование анемометра хорошего качества, например, производства Reed Instruments, поможет вам определить конкретную скорость ветра и условия в вашем регионе.

Прежде чем инвестировать в ветроэнергетическую систему, вам необходимо оценить или измерить ветровой ресурс в вашем районе или участке. Карты ресурсов ветра или карты скорости ветра можно получить в библиотеках, местных муниципалитетах и ​​даже в местных аэропортах, которые можно использовать для оценки ресурсов ветра в вашем регионе. Они также используются архитекторами при проектировании зданий и сооружений. Ветреные участки и районы можно обустроить, но их нельзя создать, поэтому для производства электроэнергии из ветра мы должны определить участки, где ветер дует как можно более стабильно и стабильно.

Для запуска типичной турбины требуется скорость ветра около 15 километров в час. Эта минимальная скорость ветра обычно упоминается как скорость включения ветряных турбин . Таким образом, для достижения наилучших результатов ветряная турбина должна быть расположена в районе, где постоянная скорость ветра превышает эту минимальную скорость включения, прежде чем начнется производство электроэнергии. Но ветры — вещи трехмерные, и характеристики ветра очень сильно зависят от высоты над землей, а также от ее высоты.

Если вы живете в районе с низкой скоростью ветра, вам могут понадобиться лопасти турбины с большей площадью поверхности за счет использования нескольких лопастей. Большинство коммерческих ветряных турбин имеют трехлопастную конструкцию, но использование ротора с более чем тремя лопастями поможет улавливать больше энергии ветра. Но увеличение площади поверхности лопастей также повлечет за собой увеличение их сопротивления воздуху на более высоких скоростях, но у вас будет гораздо более низкая скорость запуска или включения. Конструкции с несколькими лопастями больше всего подходят для районов с низкой скоростью ветра.

Одним из наиболее распространенных типов низкоскоростных ветряных турбин является трехлопастной ветрогенератор Popsport, который вырабатывает 12 или 24 вольта от легкого и мощного генератора постоянного тока мощностью 400 Вт, что делает этот комплект ветрогенератора идеальным для домашнего использования.

Ветер у земли очень турбулентный из-за разбиения потока ветра препятствиями, с которыми он сталкивается на земле. Если вам посчастливилось жить в районе со скоростью ветра от 10 до 20 миль в час (или от 15 до 32 км в час), то вы находитесь в бизнесе, поскольку доступная энергия ветра пропорциональна кубу скорости ветра ( K* В ³ ).

Другими словами, если скорость ветра удваивается, вы можете получить от него восьмикратную мощность ветра вплоть до максимальной скорости ветра турбины. Большинство коммерческих ветряных турбин имеют ту или иную форму автоматической защиты от превышения скорости, которая предотвращает неконтролируемое вращение лопастей ротора при очень сильном ветре.

Если карты ветровых ресурсов для вашего местоположения недоступны, скорость ветра в вашем регионе можно измерить с помощью флюгера или анемометра, известного в науке как Анемометр .

Анемометр — это устройство, используемое для измерения скорости и направления ветра, дающее представление о количестве энергии ветра, доступной в конкретном месте. Обычно он состоит из вращающегося инструмента в форме стрелы, установленного на валу высоко в воздухе и предназначенного для указания направления ветра, как показано на изображении.

Итак, теперь вы понимаете, насколько важно знать, достаточно ли ветра там, где вы живете, и какова ваша средняя скорость в вашем районе. В идеале ветряная турбина большую часть времени должна работать на максимальной выходной мощности.

Но прежде чем устанавливать ветряк, вам необходимо изучить предполагаемое место и высоту, чтобы определить общий потенциал ветровой энергии, который там существует, а также прогнозируемое производство энергии от нового ветряка. В конце концов, если вы покупаете новую ветряную турбину, вы хотите, чтобы она вращалась как можно больше, вырабатывая электроэнергию и обеспечивая быструю окупаемость ваших инвестиций.

Мы видели, что ветряные турбины преобразуют кинетическую энергию скорости ветра в механическую энергию, которая приводит в действие генератор для производства чистой электроэнергии. Современные турбины представляют собой универсальные модульные источники электроэнергии. Их лопасти имеют аэродинамическую форму, позволяющую улавливать максимальную энергию ветра. Ветер вращает лопасти, которые вращают вал, соединенный с генератором, вырабатывающим электричество.

Размер и номинальная мощность ветряной турбины, которая вам нужна, очевидно, будут зависеть от вашего применения и от того, требуется ли она для зарядки аккумуляторов или для подключения к сети. Мощность большинства малогабаритных ветряных турбин варьируется от 40 Вт до многих сотен киловатт (кВт).Меньшие микротурбины мощностью от 40 до 500 Вт обычно используются для зарядки 12-вольтовых аккумуляторов в различных устройствах, таких как удаленные каюты, транспортные средства для отдыха и парусные лодки.

Пока светит солнце, ветер никогда не иссякнет, что делает его отличным источником возобновляемой энергии. Энергия ветра оказалась одной из самых распространенных форм возобновляемой энергии, свободно доступной по всему миру, и является жизнеспособным вариантом, дополняющим другие виды экологически чистой генерации.

Потенциал отечественной ветроэнергетики значительно вырос за последние несколько десятилетий благодаря достижениям в области технологий, которые помогают нам снизить нашу зависимость от ископаемого топлива, уменьшая выбросы парниковых газов. Но прежде чем мы сможем купить или установить нашу ветряную турбину, нам нужно измерить и понять скорость ветра и его силу для данного места, чтобы понять, достаточно ли ветра там, где вы живете.

Чтобы узнать больше о «Генераторах ветряных турбин» или получить дополнительную информацию о скорости ветра о различных типах доступных систем генерации ветряных турбин или изучить преимущества и недостатки энергии ветра, тогда почему бы не нажать здесь, чтобы получить свою копию одного из лучших «руководств по ветряным турбинам» на сегодняшний день напрямую с Amazon.

уже в продаже

Физика ветряных турбин | Основы энергетики

Более тысячи лет назад в Персии и Китае работали ветряные мельницы.
см. TelosNet и
Википедия.
Почтовые мельницы появились в Европе в двенадцатом веке, а к концу тринадцатого века
башенная мельница, на которой вращался только деревянный колпак
а не весь корпус мельницы. В США развитие
водяная ветряная мельница была основным фактором, позволившим заниматься сельским хозяйством и скотоводством на обширных территориях.
в середине девятнадцатого века.Эти ветряные насосы
(иногда называемые западными мельницами) до сих пор распространены в Америке и Австралии. Имеют ротор с
около 30 лопастей (или лопастей) и способность медленно вращаться. Из 200 000 ветряных мельниц, существующих в
Европы середины девятнадцатого века, лишь каждый десятый остался веком позже.
С тех пор старые ветряные мельницы были заменены паровыми двигателями и двигателями внутреннего сгорания. Однако, поскольку
конце прошлого века количество ветряков неуклонно растет, и они начинают занимать
играют важную роль в производстве электроэнергии во многих странах.

Сначала мы покажем, что для всех ветряных турбин мощность ветра пропорциональна кубу скорости ветра.
Энергия ветра – это кинетическая энергия движущегося воздуха. Кинетическая энергия массы м с
скорость против это

Массу воздуха m можно определить по плотности воздуха ρ и объему воздуха V в соответствии с

Затем

Мощность – это энергия, деленная на время. Рассмотрим небольшой момент времени Δ t , в течение которого частицы воздуха
пройти расстояние с = v Δ t , чтобы протекать.Умножаем расстояние на
площадь ротора ветряной турбины, A , в результате чего получается объем

, который приводит в действие ветряную турбину в течение небольшого промежутка времени. Тогда мощность ветра равна

.

Сила ветра увеличивается пропорционально кубу скорости ветра. Другими словами: удвоение скорости ветра дает
в восемь раз больше силы ветра. Поэтому для ветроустановки очень важен выбор «ветренного» места.

Эффективная полезная мощность ветра меньше, чем указано в приведенном выше уравнении. Скорость ветра позади
ветряк не может быть нулевым, так как воздух не может последовать. Поэтому только часть кинетической энергии
можно извлечь. Рассмотрим следующую картинку:

Скорость ветра перед ветряком больше, чем после. Поскольку массовый поток должен быть непрерывным,
площадь A ₂ после ветряной турбины больше площади A ₁
до. Эффективная мощность – это разница между двумя силами ветра:

Если разница обеих скоростей равна нулю, у нас нет чистой эффективности.Если разница слишком велика,
поток воздуха через ротор слишком сильно затруднен. Коэффициент мощности с _р характеризует
относительная сила рисования:

Для получения приведенного выше уравнения было сделано следующее допущение:
А ₁ v ₁ = А ₂ v ₂
= A ( v 1+ v 2) / 2. Обозначим отношение v 2/ v 1 в правой части
уравнения с x . Чтобы найти значение x , которое дает максимальное значение C _P ,
мы берем производную по x и устанавливаем ее равной нулю. Это дает максимум, когда x = 1/3.
Тогда максимальная мощность вытягивания получается для v ₂ = v ₁ / 3,
а идеальный коэффициент мощности равен

.

Другой ветряк, расположенный слишком близко позади, будет приводиться в движение только более медленным потоком воздуха. Таким образом, ветряные электростанции в г.
Для преобладающего направления ветра требуется минимальное расстояние, равное восьмикратному диаметру ротора.Обычный диаметр ветряков
составляет 50 м при установленной мощности 1 МВт и 126 м при ветроустановке мощностью 5 МВт. Последний в основном используется на шельфе.

Установленная мощность или номинальная мощность ветровой турбины соответствует выходной электрической мощности при скорости между
12 и 16 м/с, при оптимальных ветровых условиях. Из соображений безопасности установка не производит большую мощность при сильном ветре.
условиях, чем те, для которых он предназначен. Во время гроз завод выключается.В течение года загруженность
23% могут быть достигнуты внутри страны. Это увеличивается до 28% на побережье и 43% на море.

Более подробную информацию можно найти на Интернет-страницах wind-works.org и в
страницы Американской ассоциации ветроэнергетики.

Установленная мощность ветроэнергетики в США в январе 2021 года составляла около 122,5 ГВт.
Центр ветроэнергетики Альта
в Калифорнии с 2013 года является крупнейшей ветровой электростанцией в США, ее мощность составляет 1.6 ГВт.
Электроэнергия, произведенная за счет энергии ветра в Соединенных Штатах, составила в 2021 году около 360 ТВтч (тераватт-часов),
или около 8% всей вырабатываемой электроэнергии. Подробную информацию о нынешнем состоянии в США можно найти в
Википедия.

Важным моментом в ветроэнергетике является то, что периоды пикового спроса на электроэнергию и периоды оптимальных ветровых условий
редко совпадают. Таким образом, другие производители электроэнергии с короткими сроками поставки и хорошо развитой системой распределения электроэнергии
системы необходимы для дополнения производства энергии ветра.

Почему современные ветряные турбины лишились одной лопасти по сравнению со старыми четырехлопастными ветряками?

Мощность ротора P _мех. = 2π M n пропорциональна крутящему моменту M , действующему на
вал и частота вращения n . На последнее влияет отношение скорости острия λ ,
который рассчитывается по формуле λ = v _u / v ₁ из соотношения
окружная скорость (концевая скорость) v _u ротора и скорость ветра v ₁ .Крутящий момент M увеличивается с увеличением количества лопастей. Поэтому он является самым большим для многолопастных западных мельниц,
меньше для ветряных мельниц с четырьмя лопастями и меньше для современных ветряных турбин с 3 лопастями. Однако каждое лезвие,
при вращении уменьшает скорость ветра для следующих лопастей. Этот эффект «ветровой тени» увеличивается с количеством лопастей.
Оптимальное отношение скоростей вершины составляет около единицы для фрезы Western, немногим более 2 для четырехлопастной мельницы и 7-8 для фрезы.
трехлопастные роторы.При оптимальном соотношении скоростей вращения трехлопастные роторы достигают значения c 90 419 p 90 420.
48% и приблизиться к идеальному значению 59%, чем ветряные турбины с 4 лопастями.
Для ветряных турбин с двумя лопастями или сбалансированными по весу конфигурациями ротора с одной лопастью выход меньше, несмотря на
более высокое передаточное число из-за меньшего крутящего момента M . Поэтому ветряные турбины сегодня имеют три лопасти.

Номинальная скорость ветра — обзор

2.12.3.8 Испытания на безопасность и функционирование

При испытаниях на безопасность и функционирование поведение ветровой турбины, предсказанное в проекте, проверяется экспериментально для соответствующих расчетных ситуаций. В частности, функционирование систем управления и защиты проверяется в соответствующих условиях испытаний.

Экспериментальная проверка адекватного функционирования систем управления и безопасности на прототипе или представительном образце типа ветродвигателя имеет первостепенное значение на стадии испытаний ветродвигателя и является основой для фактической уверенности в надежности и безопасное функционирование машины во всех соответствующих расчетных ситуациях.Таким образом, испытание на безопасность и функционирование является самым первым из обязательных модулей типовых испытаний при типовой сертификации ветряных турбин.

Общие требования к безопасности и функциональному тестированию указаны в IEC 61400-22. Фактический план испытаний должен включать такие элементы, как измеряемые физические величины, контрольно-измерительные приборы, система сбора данных, рабочие настройки ветряной турбины и внешние условия. Кроме того, в плане испытаний должны быть определены критерии приемлемого поведения ветряной турбины. Поскольку содержание испытаний на безопасность и функционирование очень специфично для конструкции ветровой турбины, их план подлежит согласованию между производителем ветряной турбины и органом по сертификации.

Настройка фактического теста относительно проста. По практическим причинам его часто комбинируют с другими тестами, например, измерениями мощности и/или измерениями механической нагрузки, чтобы воспользоваться преимуществами наличия ряда соответствующих сигналов, таких как метеорологические сигналы от метеорологической мачты, скорость вращения, и некоторые механические сигналы, где это необходимо.

Как минимум проверка безопасности и функционирования включает проверку функций первичной и вторичной защиты в связи с критическими ситуациями, такими как отказ сети, аварийное отключение, превышение скорости ветровой турбины и одиночная неисправность в системе первичной защиты. Он также должен включать тестирование и проверку надлежащей работы функций управления ветровой турбиной в отношении важных проектных критериев/значений, например, положение шага для турбины с регулируемым шагом, функционирование тормозного механизма и механизма рыскания в соответствии с проектом. технические характеристики.

Другие важные аспекты, подлежащие проверке, могут включать

–

рабочие уровни вибрации и защиту от вибрации при мощности ниже и выше номинальной;

–

защита от превышения скорости при номинальной скорости ветра или выше;

–

пуск и отключение при превышении номинальной скорости ветра; и

–

контроль рыскания, включая скручивание троса.

Испытания – в зависимости от сложности ветряной турбины – обычно можно провести в течение нескольких дней.Завершение также зависит от наличия соответствующего «окна» скорости ветра, которое позволяет выполнить соответствующие компоненты испытания — например, может быть минимальная скорость ветра для проведения испытания тормозов. С другой стороны, некоторые релевантные тестовые ситуации могут быть «сфальсифицированы», то есть для разных датчиков можно настроить уставку, чтобы имитировать условия, вызывающие срабатывание определенных механизмов, таких как защита от превышения скорости.

Испытание на безопасность и функционирование в соответствии с IEC 61400-22 также включает проверку органом по сертификации аспектов безопасности персонала, описанных в проектной документации.К ним относятся

–

наличие инструкций по технике безопасности на месте;

–

монтаж и эксплуатация альпинистских сооружений;

–

достаточность подъездных путей и проходов;

–

безопасное расположение стоячих мест, площадок и полов;

–

надлежащее крепление и безопасность поручней и точек крепления;

–

наличие и пригодность освещения при необходимости;

–

безопасность электрической системы и системы заземления, включая надлежащую маркировку токопроводящих компонентов;

–

Концепция предотвращения и контроля пожаров;

–

функционирование, видимость и удобный доступ к кнопкам аварийной остановки;

–

предоставление альтернативных путей эвакуации;

–

обеспечение аварийного пребывания на морском ветродвигателе в течение 1 недели; и

–

специальное оборудование для обеспечения безопасности морской ветряной турбины.

Стандарт IEC 61400-22 устанавливает минимальные требования к протоколу испытаний.

Взгляните на внутренности 270-футовой ветряной турбины

Видео выше было снято в Национальном центре ветровых технологий, исследовательском центре, находящемся в ведении Министерства энергетики за пределами Боулдера, штат Колорадо. В нем Саймон Эдельман из Министерства энергетики взвешивается внутри 270-футовой ветряной турбины GE, указывая на различные особенности турбины и процедуры безопасности при перемещении внутри нее.В конце концов, он выскакивает сверху, и мой желудок переворачивается.

Ветряные турбины стали привычным элементом ландшафта в некоторых частях страны, но многие люди не понимают, как они работают и почему они становятся все лучше и дешевле.

(БНЭФ)

Просмотр видео позволяет понять, что это за гигантские промышленные машины. Есть кое-какие цифровые ИТ-технологии — лазеры и другие датчики определяют скорость ветра и рассчитывают правильный угол для лопасти; управляющее программное обеспечение отслеживает производительность, но по большей части ветряная турбина — это просто большая умная механическая машина.

Вот один краткий пример того, как они работают и как они улучшаются.

Турбины запускаются при скорости ветра от 8 до 16 миль в час (они отключаются при скорости ветра 55 миль в час и выше — при любой большей скорости они могут быть повреждены). Ветер медленно толкает гигантские лопасти, длина которых может достигать 160 футов, со скоростью от 30 до 60 оборотов в минуту.

Итак, есть инженерная проблема: основной вал, прикрепленный к лопастям, вращается со скоростью от 30 до 60 об/мин, но для выработки энергии генератору необходимо вращать катушку вокруг магнита со скоростью от 1000 до 1800 об/мин.Как превратить медленное вращение в быстрое?

Шестерни! Медленно вращающийся главный вал соединен с быстровращающимся валом с помощью редуктора, который использует ряд шестерен для ускорения вращения.

(НРЭЛ)

Редуктор — это большая, тяжелая, дорогая и подверженная поломкам часть ветряной турбины, поэтому исследователи уделяют ей столько внимания.

Одно из самых крутых направлений развития — это турбины с «прямым приводом», которым вообще не нужен редуктор — они просто используют главный вал в качестве вала генератора.Они могут это сделать, потому что используют более крупные (и еще более дорогие) генераторы, которые не требуют такого быстрого вращения и могут генерировать энергию при различных скоростях вращения.

Как описано в этой статье журнала Power Engineering, стоимость турбин с прямым приводом быстро падает, и они приближаются к паритету стоимости с турбинами с редуктором. Хотя это, вероятно, займет десятилетие или два, отрасль, похоже, неуклонно переходит на прямой привод, что еще больше снизит затраты на техническое обслуживание и повысит надежность.

Если вы еще не видели занудных видеороликов о турбинах, вот видео, в котором показана турбина Lagerwey с прямым приводом:

У этого есть лифт вместо гигантской лестницы.