1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (Ветроэнергетика. Под ред. Д. де Рензо, 1982u), страница 50

14 — привод механизма ориентации; 13 — когпакгаые тзкосъемпые кольца злектрической системы; на рисунке в показана конструкция поворотной платформы. невы с бесшарнирным (в направлении оси ветроколеса) креплением к массивной втулке, сваренной из конструкционной стали. Угол поворота лопастей, установленных в подшипниках, закрепленных во втулке, регулируется рычажным механизмом, приводимым в действие серводвигателсм. Втулка поддерживается комбинированными роликовыми подшипниками, установленными на неподвижном валу-шпинделе. Такая конструкция позволяет шпинделю выдерживать большие изгибающие моменты создаваемые ветроколесом, и не требует приме- 233 нения крупных подшипников для поддержания вращающегося вала.

Вращающий момент, развиваемый ветроколесом, передается на трехступенчатый стандартный редуктор посредством пустотелого вала, проходящего через центральную часть неподвижного шпинделя. Редуктор соединяется с имеющимся в производстве синхронным генератором, широко используемым энергосистемами, а также со стояночным тормозом, включающим приводное устройство, расположенное между редуктором и ~оператором. Устройство используется для того, чтобы после отключения ВЭУ в определенном положении остановить ветроколесо при низкой частоте вращения.

В системе управления используется мнкро-ЭВМ для всех последовательных управляюгцих и информационных функций, в том числе для включения ВЭУ в работу, ее выключения, управления нормальными рабочими режимами и сообщения об аварийной ситуации. Электромсханическое управление используется для изменения угла установки лопастей и ориентации ветроколеса относительно направления ветра.

Ветроколесо имеет втулку, которая в случае отказа системы управления или при очень резких порывах ветра автоматически обеспечивает поворот лопастей во флюгерное положение, предотвращая разгон ветроколеса и предохраняя ВЭУ от повреждений. Силовое генераторное оборудование и механизмы управления расположены в закрытой головке, установленной на выполненной из конструкционной стали поворотной платформе, которая связана с башней посредством комбинированного роликового подшипника. Головка ориентируется относительно направления ветра с помощью гидравлического двигателя, приводящего во вращение червячную шестерню, находящуюся в зацеплении с большой шестерней, закрепленной на вершине башни 1рис.

5.30). Предусмотрена башня ферменного типа из конструкциопной стали либо трубчатая из сборного бетона с последующим напряжением. Башня ферменного типа имеет преимущество при малом объеме производства; трубчатая, несмотря на то что она немного более дорогая 1на 5000 — 6000 долл для ВЭУ мощностью 1500 кВт при объеме производства 1000 шт.), рассматривается как эстетически более приемлемая и, следовательно, может быть выбрана для массового производства. Иеобходимо учитывать аэродинамическое торможение ветрового потока башней, которое является причиной образования за ней следа.

При расположении ветроколеса за башней каждая лопасть пересекает зону следа или экранирования башней потока один раз за оборот и испытывает вибрационные нагрузки. Фирма Кагпап для предварительного проекта приняла 30 %-нос уменьшение дей, ствующей на лопасти скорости ветра за счет экранирующего эффекта башки. Последними экспериментальными данными, полученными специалистамн Управления 1ЧАБА в результате испытаний в аэродинамической трубе, установлена количественная зависимостьумень- 234 Мощиоеть ВЭУ зао «эе ~зов явк вэз Среднегодовая скорость ветра нв участке; и/е Расчетная скорость ветре. м/е .

Выработка энергии зз год, млн. кВт.ч . Коэффициент использования установленной мощности, % Минимальная рабочая скорость ветра, м/е Максимальная рвбачзя скорость ветра, м/е . Максимальная проектная скорость ветра, и/е . Ветракалеео Проектння мощность нз выходном валу, кВт . Диаметр, м Коэффициент заполнения Конуеность, град, Частота вращения, об/мин . Длина хорды лопасти в корневом сечении, м Длина хорды лопасти нв конце, м Передачи Максимальная частота повороте головкя, об/мин . Момент из входном валу редуктора, 1Оз Н и .

Электрическая система Устзнавленизя мощность генератора, кВт. Выходное напряжение генератора, кВ Чзетатв выходного напряжения, Гц Частота вращения генератора, об/мин Система управления Чнстотв повороти лопасти, грзд/е 5,4 8 9,3 11,5 1,3 5,7 29 43 4,5 5,4 14 20 54 54 560 1648 45,7 54,9 3' 3' 8 10 32,3 34,4 1,5 1,9 0,75 0,95 1/3 1/3 166 456 510 1522 2,4 4,!6 60 60 1800 1800 5 5 235 щения скорости ветра от конструкции башни. Хотя размещение ветроколеса за башней рассматривается как предпочтительное для конструкций ферменного типа, использование в этом случае трубчатых башен с нх больпгим экранирующим эффектом, который не может быть уменьшен до значения, обеспечивающего получение необходимых сроков службы лопасти по условиям усталостной прочности представляется нецелесообразным.

Выбор фундамента сильно зависит от грунтов, типа башни н ес размеров. В исследовании приняты обычные условия. В этом случае свайные фундаменты являются более дешевыми для ВЭУ мощностью 1500 кВт, а монолитный фундамент — для ВЭУ мощностью 500 кВт. Однако этот анализ очень чузствителсн к изменениям параметров грунта. Поэтому выбор фундамента будет, вероятно, определяться условиями конкретного участка, Большая часть устройств релейной защиты и оборудования системы кондиционирования монтируется на площадке у основания башни вместе с микро-ЭВМ, управляющим оборудованием, аппаратурой, регистрирующей и передающей информацию.

Результаты предварительных проектов. Технические характеристики ВЭУ, полученные на стадии предварительных проектов, приведены ниже. руо =зоо в и, шоо «вх 8020 17 430 Ветроколесо В том числе; лопзстн . . . . . , .. .. . .. .. 3080 втулка .. 4940 Система передачи момента.....,... 16780 В том числе: редуктор прочее . Электрнческзя система Системз управления . Опорная система (бишня) В том числе: конструкцнонноя сталь . ..

. . . , . 37 470 прочее 7480 Общая масса, действующая нз фундамент . . 72 590 Энергоэкономические показатели систем разной предварительному проекту (башня-стальная ферма: водства 1000 шт.) приведены ниже: 5160 12 270 35 !80 20 860 14 320 6950 20 69 360 9890 6890 2820 20 44 950 52 210 17 150 128940 мощности по объем произ- уст уст =зоо ивз=!зоо квз 4,4 25,1 Стоимость оргннизицин рабат, тыа.

долл. Стоимость систем ВЭУ, тыа. долл.: Ветроколвсо В том числе: лопзстн втулка с механизмом регулирования Системз передачи вращающего момента и мехзиизм автоматической ориентации яетроколесз . Система электрооборудования, яключяя ',генератор, трзнсформзтор, кабели, шины .

Система упрззлення . Опорная система, включая поворотную платформу, корпус головки, лестницы, башню (с учетом ее стронтельстзв), фундзмент . Общая сэоивзость ВЭУ, хыс. долл. Другие капитальные вложения, включая приобретение участка и его расчистку, манузж эдзиия н устзнонку компонентов, тыс. долл.. Прямьзе кзпзшзльные вложения, тыс. долл. Удельные кзпитзльньзе вложения, долл)кВт .. Ежегодные издержки, тыс. долл.; !5оо прямых кзпитзльных ялажений* эксплуатация и техническое обслужиязние Суммарные годовые издержки, тыс. долл.

Годовая выработка энергии, млн. кВт ч Стоимость энергии, ценз/(кВт ч) . 110,0 194,9 76,6 122,0 33,4, 72,9 78,0 181,0 43,8 3!.4 64,8 31,4 !34,6 631,8 97,4 375,0 89,0 720,8 481 75,67 450,67 901 108,!2 45,35 153 47 5,68 2,7 67,6 23,28 90,88 1,28 7,! ' уовзывзюзсв налоги, возврат квпитвлв по кредиту, вовврвт квпязвлв оргв.

ввзвзорвм лрвдврвлзвя ч взюртнввцвя. Частота поворота головки н процессе овтомнтичоской ориентяции, гряд!с.........,, . 2 2 Опорная система Высота бзшнн, м............. 33,5 38 Шярини осноязння башни, м ......., ., 9,5 10,7 Масса компонентов ВЭУ разной мощности, приходящаяся на фундамент, по предварительному проекту (башня — стальная феРма), кг, составляет; Ветроколесо, СОстоящсе из Двух лопастЕЙ, втулКИ И мЕханизМа регулирования, — наиболее дорогостоящая система установки.

Она требует проведения наибольшего объема технических разработок, и ее нет в коммерческом производстве. Имеется очень малый опыт проектирования и изготовления ветроколес подобных диаметров. Кроме того, проекты 'всех других систем прямо или косвснно зависят от конструкции ветроколсса. Эти причины потребовали особого внимания к проекту и анализу ветроколеса на всех этапах исследования, особенно с учетом возможности организации серийного производства прн низкой стоимости на основе последних достижений технологии и без снижения жестких технических требований, предъявляемых к системе. Требования направлены на повышение конкурентной способности ВЭУ в производстве электрической энергии.

Поэтому встроколесу должно передаваться максимальное количество энергии, располагаемой ветром. Ветроколесо должно работать в широком диапазоне погодных условий, включая экстремальные температуры и различныс осадки, выдергкивать удары молнии н ураганные ветры. Для обеспечения экономической эффективности ветроколссо долгино быть также экономичным в производстве, не требовать большого объема технического обслуживания и иметь продолжительный срок службы.

На основе этих требований были определены задачи проектирования, решение которых должно обеспечить: максимум аэродинамической эффективности и выбор наиболее простой конструкции, которая позволит достичь требуемых аэродинамических характеристик; гарантию того, что ветроколесо будет работать удовлетворительно в течение 30 лет при температурах от — 50 до +50 'С, в условиях осадков, в соленой среде, усилениях скорости ветра, доходящих до скоростей ожидаемых максимальных порывов в процессе работы, выдерживать в неработающем состоянии ураганные ветры со скоростью около 55 музе, противостоять ударам молний; устойчивость лопастей к повреждениям от внешних ударов (птиц, камней), а также от легкого огнестрельного оружия, работу при песчаных и пылевых бурях без эрозии передней кромки; максимальное использование существующей технологии, минимальные стоимость производства и конструкторский риск, возможность уменьшения стоимости при новой технологии.

Проект не обеспечивает защиту против обледенения конструкции. Предполагается, что ветроколссо будет останавливаться на время этих редких периодов. Однако работа при слабом обледенении допустима, хотя эффективность работы в этом случае снизится. Проектный метод создания встроколеса подобен методам проектирования других систем. В процессе выполнения концептуального проекта и оценки вариантов схем ВЭУ рассмотрено несколько типов ветроколес и выбран вариант, соответствующий наименьшим стоимости и риску при обеспечении технических требований.

Опти- 237 мизация этого варианта включала глубокую оценку н выбор всех компонентов ветроколеса. В конечном счете, предварительные проекты были выполнены в виде чертежей с оценкой массы и стоимости системы, спецификацией и обосновывающнм анализом. Во всех исследованиях использованы последние достижения технологии, чтобы минимизировать стоимость' н риск, Анализ выполнен с помощью методов, применяемых в проектах вертолетов и приспособленных к данному случаю. По возможности выбирались стандартные имеющиеся в производстве узлы и детали, такие, как, например, подшипники для установки лопастей, что способствовало снижению стоимости изготовления. Особое внимание было уделено тем рабочим условиям и режимам, которые оказывают наибольшее влияние на конструкцию ветроколеса (пусковым режимам, обеспечению необходимого зазора между ветроколесом и башней, стабильности низкой частоты вращения, переходным процессам во время порывов ветра и отключения нагрузки).