Управління і регулювання параметрів вітроелектричних установок

Размещено на http://www.allbest.ru

УПРАВЛІННЯ І РЕГУЛЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ВІТРОЕЛЕКТРИЧНИХ УСТАНОВОК

Для будь-яких потужностей, типів і конструкцій вітроустановок потрібно їхнє функціонування на наступних режимах роботи: пуск, генерування потужності, гальмування (як штатний, так і аварійний), зупин. У тому чи іншому вигляді це забезпечується системою управління, регулювання, контролю та захисту механічних і електричних параметрів вітроустановки. Залежно від потужності і типу вітроустановки ця система може бути досить складним або надзвичайно простий, автоматизованої чи ні. Структура системи визначається, зокрема, способом, законом і програмою регулювання вітроустановки.

Управління горизонтально-осьовим двигуном включає в себе процес орієнтації осі ротора вітродвигуна на напрям вітру і власне процес регулювання параметрів вітродвигуна (частота обертання, потужність). Управління вертикально-осьовим вітродвигуном не вимагає орієнтації на напрям вітру, а вимагає тільки регулювання параметрів вітродвигуна.

У загальному випадку способи регулювання (управління) такими параметрами, як частота обертання і потужність вітродвигуна, зводяться до наступних основних схемах: поворот лопаті (або її частини) навколо вертикальної осі; пропуск вітрового потоку повз вітродвигуна; введення додаткового аеродинамічного або механічного опору на вітродвигунів.

Орієнтація горизонтально-осьової вітроустановки на напрям вітрового потоку

двигун вітроустановка вітровий потік

При роботі вітродвигуна горизонтально-осьового типу, площа обертання ротора повинна встановлюватися перпендикулярно напрямку вітрового потоку, причому можливі два варіанти робочого положення: підвітряного (за опорою) і навітряне (перед опорою).

Встановлювання на вітер розташуванням ротора за опорою. Якщо розташувати ротор позаду опори на досить великому вильоті, то на систему діятиме один лише аеродинамічний момент. Під дією цього моменту ротор буде сам встановлюватися позаду опори в напрямку вітру. У даному випадку сам ротор буде грати роль флюгера (рис. 6.1). Така система орієнтації називається пасивною.

Рисунок 6.1 - Встановлювання на вітер розташуванням ротора за опорою

Цей спосіб установки на вітер, будучи простий конструктивно, має такі недоліки:

- аеродинамічна тінь опори негативно впливає на роботу вітродвигуна;

- утворюється додаткове навантаження на лопаті вітродвигуна за рахунок зміни швидкості вітрового потоку і величини тиску вітру;

- центр ваги обертаючої системи, повинен бути змішений на одну сторону щодо вертикальної осі;

- підвищений гіроскопічний момент.

Встановлювання ротора на вітер за допомогою хвоста

Встановлювання ротора на вітер за допомогою хвоста, працюючого аналогічно флюгеру, здійснюється у малопотужних вітродвигунів. Це найбільш простий з автоматичних способів установки вітродвигуна на вітер (рис. 6.2).

Рисунок 6.2 - Схема встановлювання ротора на вітер хвостом

Відмінною особливістю установки ротора на вітер хвостом є те, що хвіст швидко реагує на всі зміни напрямку вітру. Таким чином, забезпечується можливість ротора в процесі роботи більш тривалий час перебувати під прямим впливом повітряного потоку. Це має надзвичайно важливе значення, т. к. вітродвигун може розвивати повну потужність лише в тому випадку, коли потік вітру спрямований перпендикулярно площини обертання ротора.

При набіганні ж вітру на ротор під кутом г коефіцієнт використання енергії вітру cр, а, отже, і потужність вітродвигуна зменшується приблизно прямо пропорційно кубу косинуса кута відхилення ротора від напрямку вітру

Швидке реагування хвоста на всі зміни напрямку вітру має і негативну сторону. При повороті на лопатях ротора у час його обертання виникають гіроскопічні сили, що створюють згинальний момент, званий гіроскопічним моментом. Цей момент згинає лопать біля основи і вал вітродвигуна. Величина і знак моменту, згинального валу ротора, що має більше, ніж дві лопаті, постійні і визначаються рівнянням

 (6.1)

 (6.2)

де J - момент інерції всього ротора щодо осі обертання;  - кутова швидкість обертання ротора;  - кутова швидкість повороту всієї системи близько вертикальної осі.

Для двухлопатного ротора гіроскопічний момент відносно горизонтальної осі за один оборот ротора, зберігаючи постійний знак, змінює своє значення два рази - від нуля (при горизонтальному положенні) до максимуму (при вертикальному положенні) і виражається формулою

 (6.3)

тобто, досягаючи в два рази більшого значення, ніж у багатолопатевого ротора.

Крім цього, на відміну від ротора з трьома і більше лопатями, у двухлопатного гіроскопічний ефект дає момент і щодо вертикальної осі, мінливий за один оборот за знаком і величиною чотири рази - від нуля, при горизонтальному і вертикальному положенні лопатей, до максимуму - при ос положенні під кутом 45° до горизонту, причому величина цього максимального моменту в два рази менше моменту відносно горизонтальної осі і дорівнює:

 (6.4)

Враховуючи, що згинальні моменти надають руйнівну дію на елементи вітродвигунів і беручи до уваги розглянуті особливості дволопатевих роторів, воліють застосовувати вітродвигуни з числом лопатей не менше трьох.

З конструктивних міркувань встановлювання на вітер хвостом застосовується у вітродвигуна потужністю до 15 кВт, для більш потужних вітродвигунів хвіст виходить громіздким і важким.

Встановлювання на вітер віндрозами

Встановлювання на вітер застосовується у вітроустановок потужністю вище 15 кВт і працюючих в автономному режимі (рис. 6.3). На деякому вильоті, позаду вітродвигуна, монтуються два вітрячка (віндрози) площина обертання яких перпендикулярна площі обертання вітродвигуна і паралельна напрямку повітряного потоку. Як тільки вітер змінить свій напрямок (н6), зараз же почнуть обертатися віндрози. Крутний момент віндроз сприймається передачею, що складається з конічних і циліндричних зубчастих коліс. Остання з шестірні даної ланки знаходиться в зачепленні з великим зубчастим колесом, жорстко пов'язаним з опорою (рис. 6.4).

Рисунок 6.3 - Схема встановлювання на вітер віндрозами

Рисунок 6.4 - Кінематична схема встановлювання на вітер віндрозами

При обертанні віндроз шестерня котиться по нерухомому зубчастому колесу, повертаючи весь вітроагрегат в горизонтальній площині. Переміщення продовжується до тих пір, поки не зупиняться віндрози, що відбудеться лише після того, як вони стануть паралельно потоку, отже, ротор буде стояти перпендикулярно напрямку вітру.

Якщо при установці на вітер хвостом, швидкість повороту системи навколо вертикальної осі в окремих випадках (шквал) загрожує поломкою вітродвигуна (швидкохідного), то при віндрозах вона вже безпечніше, т. к. залежить тільки від передавального відношення трансмісії.

Діаметр віндроз становить від 0,2 до 0,3 діаметра ротора. Число лопатей від 4 до 6. Для великих автономних ВЕУ передача обертання віндрозних роторів на провідну шестерню здійснюється через черв'ячні редуктори.

Встановлювання на вітер приводом примусового орієнтування

ВЕУ потужністю більше 75 кВт, що входять до складу вітроелектростанцій, встановлюються на напрям вітрового потоку приводом примусового орієнтування. При змінах напрямку вітру в ту чи іншу сторону щодо перпендикулярного напрямку до площини ротора, по сигналу датчика напряму вітру система управління включає привід, що повертає вітроагрегат до тих пір, поки він не стане перпендикулярно напрямку вітрового потоку.

Привід примусового орієнтування вітроустановки може бути електромеханічним або гідравлічним. Привід повинен забезпечувати кутову швидкість розвороту вітроагрегат не більше 2 град/с (0,33 об/хв).

Для забезпечення розвороту гондоли вітроагрегата навколо вертикальної осі і стопоріння її в заданому положенні використовується опорно-поворотний пристрій. Для стопоріння гондоли в заданому положенні можуть використовуватися електрогідравлічні стопори, фрикційні гальма і ручної стопор. При установці приводів примусового орієнтування вітроустановки для запобігання перекручуванні силових і контрольних кабелів обмежують число поворотів гондоли навколо вертикальної осі, наприклад, не більше 1,5 обороту від вихідного положення.

Размещено на Allbest.ru