Войти
Схематическое изображение основных компонентов ветряной турбины. Система рыскания расположена между гондолой ветряной турбины и башней. Система рыскания в ветряных турбинах является компонентом, отвечающим за ориентацию ротора ветровой турбины навстречу ветру.
Задача ориентации ротор против ветра был сложной задачей уже для исторических ветряных мельниц. Первые ветряные мельницы, способные вращаться, чтобы «встречать» ветер, появились в середине XVIII века. Их вращающиеся гондолы были установлены на основной конструкции ветряной мельницы с использованием примитивных деревянных подшипников скольжения, смазанных животным жиром. Необходимый момент рыскания создавался с помощью энергии животных, энергии человека или даже энергии ветра (реализация вспомогательного ротора, известного как веерный хвост).
Ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT ) не нуждаются в системе рыскания, поскольку их вертикальные роторы могут смотреть на ветер с любого направления, и только их собственное вращение дает лопастям четкое направление движения воздуха Ветряные турбины с горизонтальной осью, однако, должны ориентировать свои роторы в направлении и из ветра, и они достигают этого с помощью пассивных или активных систем рыскания.
Ветровые турбины с горизонтальной осью используют какую-то систему поворота вокруг вертикальной оси, которая может быть пассивной или активной. Как пассивные, так и активные системы имеют преимущества и недостатки, и в настоящее время испытываются различные конструктивные решения (как активные, так и пассивные), чтобы найти оптимальную конструкцию для каждой ветряной турбины в зависимости от ее размера, стоимости и цели эксплуатации.
а) против ветра ветряная турбина с системой активного рыскания, б) против ветра ветряная турбина с пассивной системой рыскания, в) по ветру ветряная турбина, оснащенная системой пассивного рысканья. Активные системы рыскания оснащены своего рода устройством, создающим крутящий момент, способным вращать гондолу ветряной турбины против стационарная вышка на основе автоматических сигналов от датчиков направления ветра или ручного срабатывания (блокировка системы управления). Системы активного рыскания считаются самыми современными для всех современных ветряных турбин среднего и большого размера, за некоторыми исключениями, подтверждающими правило (например, Vergnet ). Различные компоненты современных систем активного рыскания различаются в зависимости от конструктивных характеристик, но все системы активного рыскания включают в себя средство поворотного соединения между гондолой и башней (подшипник рыскания ), средство активного изменения ротора. ориентация (например, привод рыскания ), средство ограничения вращения гондолы (тормоз рыскания) и система управления, которая обрабатывает сигналы от датчиков направления ветра (например, флюгера ) и подает соответствующие команды исполнительным механизмам.
Наиболее распространенными типами систем активного рыскания являются:
Пассивные системы рыскания используют силу ветра, чтобы отрегулировать ориентацию ротора ветряной турбины по ветру. В своей простейшей форме эта система включает простой роликовый подшипник, соединяющий башню и гондолу, и хвостовой стабилизатор, установленный на гондоле и сконструированный таким образом, что он вращает ветряную турбину ротор против ветра за счет приложения «корректирующего» крутящего момента к гондоле. Следовательно, сила ветра отвечает за вращение ротора и ориентацию гондолы. В качестве альтернативы, в случае турбин по ветру хвостовой стабилизатор не требуется, поскольку сам ротор способен отклонять гондолу против ветра. В случае косого ветра "ветровое давление" на охватываемой области вызывает рыскание момент вокруг оси башни (ось z), который ориентирует ротор.
Хвостовое оперение (или флюгер) обычно используется для небольших ветряных турбин, поскольку он предлагает дешевое и надежное решение. Однако он не может справиться с высокими моментами, необходимыми для рыскания гондолы большой ветряной турбины. Самоориентация роторов турбин по ветру, однако, представляет собой концепцию, которая может работать даже для более крупных ветряных турбин. Французский производитель ветряных турбин Vergnet имеет в производстве несколько средних и больших самоориентирующихся по ветру ветряных турбин.
Пассивные системы рыскания должны быть спроектированы таким образом, чтобы гондола не следовала резким изменениям направления ветра со слишком быстрым рысканием, чтобы избежать высоких гироскопических загружает. Кроме того, пассивные системы рыскания с низким рысканием - трением подвергаются сильным динамическим нагрузкам из-за периодического рыскания с низкой амплитудой, вызванного изменением момента инерции во время вращение ротора. Этот эффект становится более серьезным при уменьшении количества лопастей.
Наиболее распространенные системы пассивного рыскания:
Основные Компоненты типичной системы поворота вокруг вертикальной оси большинства современных средних и больших ветряных турбин.Одним из основных компонентов системы поворота вокруг вертикальной оси является подшипник поворота. может быть роликового или скользящего типа и служит поворотным соединением. между башней и гондолой ветряной турбины. Подшипник рыскания должен выдерживать очень высокие нагрузки, которые помимо веса гондолы и ротора (вес которого находится в диапазоне нескольких десятых тонн ) включают также изгибающие моменты, создаваемые ротором при извлечении кинетической энергии ветра.
Приводы рыскания существуют только в активных системах рыскания и являются средством активного вращения ветряной турбины гондола. Каждый привод рыскания состоит из мощного электродвигателя (обычно переменного тока ) с его электроприводом и большого редуктора, увеличивающего крутящий момент. Максимальный статический крутящий момент самых больших приводов рыскания находится в диапазоне 200000 Нм с редуктором передаточными числами в диапазоне 2000: 1. Следовательно, рыскание больших современных турбин происходит относительно медленно, и поворот на 360 ° длится несколько минут.
Схематическое изображение пневматической тормозной системы рыскания ветряной турбины. Для стабилизации подшипника рыскания от вращения необходимы средства торможения. Один из простейших способов реализовать эту задачу - приложить постоянный небольшой противодействующий крутящий момент к приводам рыскания, чтобы устранить люфт между зубчатым венцом. и привода рыскания шестерни и для предотвращения гондолы от колебания из-за вращения ротора. Однако эта операция значительно снижает надежность электрических приводов рыскания, поэтому наиболее распространенным решением является реализация дискового тормоза.
с гидравлическим приводом. Диск Для тормоза требуется плоский круглый тормозной диск и множество тормозных суппортов с гидравлическими поршнями и тормозными колодками [1 ]. Гидравлические тормоза рыскания могут фиксировать гондолу в нужном положении, освобождая таким образом приводы рыскания от этой задачи. Однако стоимость тормоза рыскания в сочетании с необходимостью гидравлической установки (насос, клапаны, поршни ) и его установка рядом с тормозными колодками чувствительность к смазочному веществу загрязнению часто является проблемой.
Компромисс, который дает несколько преимуществ, - это использование электрических тормозов рыскания. Они заменяют гидравлический механизм обычных тормозов и тормозные суппорты с электромеханическим приводом. Использование электрических тормозов рыскания устраняет сложность гидравлических утечек и последующих проблем, которые они вызывают при работе тормоза рыскания.
Некоторые компании, занимающиеся проектированием и производством ветряных турбин, экспериментируют с альтернативными методами предотвращения рыскания, чтобы исключить недостатки существующих систем и снижение стоимости системы. Одна из этих альтернатив включает использование давления воздуха для достижения необходимого тормозного момента рыскания. В этом случае часть поверхности скольжения (обычно осевая из-за большей доступной поверхности) используется для размещения тормозных колодок рыскания и пневматического тормозного механизма. Пневматический привод может быть обычным пневматическим цилиндром или даже гибкой воздушной камерой, которая надувается при подаче сжатого воздуха. Такое устройство способно оказывать очень высокие тормозные усилия из-за большой активной поверхности. Это достигается с помощью простой промышленной системы сжатия воздуха под давлением (6–10 бар, 600–1000 кПа или 87–145 фунтов на кв. Дюйм), которая является надежным и недорогим решением. Кроме того, даже при утечке воздействие на окружающую среду практически равно нулю по сравнению с утечками гидравлического масла. Наконец, тормозные приводы можно производить с очень низкой стоимостью из легких пластиковых материалов, что значительно снижает общую стоимость системы.
Лопатка рыскания (или хвостовой стабилизатор) является компонентом системы рыскания, используемой только на небольших ветряных турбинах с пассивными механизмами рыскания. Это не что иное, как плоская поверхность, закрепленная на гондоле с помощью длинной балки. Сочетание большой площади поверхности ребра и увеличенной длины балки создает значительный крутящий момент, который способен вращать гондолу несмотря на стабилизирующие гироскопические эффекты ротора. Однако необходимая площадь для того, чтобы хвостовой стабилизатор мог поворачивать большую ветряную турбину, огромен, что делает использование такого устройства неэкономичным.
