1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (811225), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Исследованы две ВЭУ: Мой-б, представляющая собой экспериментальпу ВЭУ, эксплуатируемую йа полигоне Плам Брук Управления КАЗА близ г. Сандаски в штатс Огайо, и Мой-ОА, используемая в качестве муниципальной электростанции г. Клейтона в штате Нью-Мексико. Обе ВЭУ почти идентичны по внешнему виду, имеют двухлопастное ветроколесо диаметром 38 м, установленное па высоте 30,5 и (по оси вала) от поверхности земли на башне ферменной конструкции и работающее за башней. Проектирование, изготовление, монтаж и пусковые испытания ВЭУ Модописываются в (3 5).
Она развивает установленную мощность 100 кВт при ско рости ветра 8 м(с. ВЭУ Мод-ОА спроектирована на установленную мощност 200 кВт при скорости ветра 10,7 и/с. Обе ВЭУ имеют расчетную частоту вра щения ветроколеса 40 об/мин. Конструктивные различия ВЭУ заключаются в том, что лопасти Мод-0 прочнее и более массивны, чем лопасти Мой-0 (1050 кг против 900 кг), Башня Мод-ОЛ представляет собой ферму из трубчатых элементов, у башни Мод-0 и труб выполнены только угловые элементы.
Редуктор, высокооборотный вал генератор ВЭУ Мод-0А имеют ббльшие размеры, чем ВЭУ Мод-0. Впервые ВЭУ Мод-0 была выведена на расчетный режим вращения ветроколеса и мощности в декабре 1975 г. Несмотря на то по ее исполнение в целом соответствовало проентным заданию и характеристикам, изгибающие моменты, измеряемые вблизи корневой части лопастей, были очень высок ь При скорости ветра 15,5 м/с зти изгибающие моменты в 2 — 3 раза превышали расчетные. Эта в равной степени относилось как к лобовым, так и к тангенциальиым изгибающим нагрузкам.
Продолжение работы при таких высоких уровнях нагрузки должно было привести к преждевременному усталостному разрушению лопастей. Чтобы выявить причины чрезмерных нагрузок на лопасти и разработать рекомендации по изменению лопастей, ведущему к уменьшению нагрузок, были подробно исследованы данные, зарегистрированные в течение короткого периода работы ВЭУ в декабре 1975 г. В динамических нагрузках лопасти ВЭУ Мод-0 в лобовом направлении преобладают импульсные воздеиствия, возникающие каждый раз при пересечении: лопастью следа (тени) башни. Было сделано заключение, что башня ВЭУ' Мод-0 экранирует воздушный поток в значительно большей степени, чем ожидалось, и что это явилось причиной увеличения лобовой нагрузки. Было рекомендовано сиять первоначально установленные в башне служебную лестницу и ее ограждения.
Испытания в аэродинамической трубе маг. ,птабной модели башни с лестницей и без лестницы подтвердили, что в варианте с лестницей степень экранирования была очень высокой и значительно уменьшилась после ее удаления. Среднее уменьшение скорости ветра ЛУ через продольное сечение башни было определено для различных условий и ориентации бавши огиоснтельио ветрового потока. Затем степень экранировапия башни была рассчитана как отношение этого среднего уменьшения скорости ветра к скорости свободного ветрового потока 10 Устранение лестницы умеаьшило степень экранироваиия с 0 54 до 0,35.
В результате этого лобовые нагрузки на лопасть должны снизиться примерно на 113. Лля дальнейшего уменьшения экраиирования все элементы ф~рмы башни Мой-ОА должны быть нзготовлены из конструкционных труб. Использование круглых сечений усложняет производство ферм, но значительно уменьшает степень экранированпс башни.
Исследование гармонических составляэощих тангенциальных нагрузок привело к заключению, что увеличение этих нагрузок вызвано вращением головки ВЭУ при ее ориентации относительно направления ветра. Как первоначально проектировалось, поворотная головка была установлена на башне и фиксяровалась посредством вала механизма привода системы ориентации. Удалось определить, что коэффициент упругости этого вала соответствует резонансу в горизонтальной плоскости вращения в процессе ориентации. Это обусловливает возможность возникновения больших по амплитуде боковых движений втулки ветроколеса.
Было сделано предположение, что эти движения при поворотах головки и являются причиной тангенциальных нагрузок, аналогичных известным нагрузкам, возникающим в винтах самолетов. Лля уменьшения тангенциальиых нагрузок было рекомендовано, чтобы одиночный вал привода механизма ориентации был заменен двойной приводной системой. Боковые движения головки в этом случае должны уменьшиться вследстние предотвращения резонанса, который был наиболее значительным, увеличения жесткости соединения головки с башней и ликвидации свободного хода (зазоров) и нелинейности, присущей системе ориентации с одиночным приводом. В апреле 1977 г.
лестница и ее ограждение были сняты и установлен двойной привод в системе ориентации. Это привело к значительному снижению нагрузки (примерно в отношении '/з.' Уз). Расчетный уровень нагрузок после конструктивных изменений был подтвержден. Изменения в конструкции также значительно уменьшили среднее значение нагрузки и ее вариаций. Это особенно видно, когда нагрузки ат гравитационных сил рассматриваются в качестве минимально возможных.
Расчетная таигенпиальная нагрузка оказалась умеренной. Методы определения нагрузок, измененные с учетом указанных выше данных, были использованы для расчета лопасти ВЭУ Мод-ОА. В результате получено, что лопасть должна быть устойчивой к действию усталостного разрушения от лобовых нагрузок почти на всех эксплуатационных режимах. Сотласио расчетам это справедливо и для тангенциальных нагрузок, возникаю- 'псих от действия гравитационных сил.
3.5. РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГЕНЕРАТОРА Пвухлопастные ВЭУ с горизонтальной осью вращения ветроколеса, расположенного за башней, имеют ряд преимуществ в части аэродинамическон эффективности, выработки энергии и материалоемкости. Однако реализация этих качеств требует особого рассмотрения возы)чцений, вносимых следом за башней. Аэродинамические силы, которые изменяются в процессе прохождения лопасти в тени сквозь след башни, могут вызывать большие механические на'пряхсения и флуктуации (пульсации) электрической мощности.
Эта проблема изложена в (3.17) и экспериментально исследована в эксплуатационных уело. виях на ВЭУ Мофб. Были предложень! некоторые схемь1 для дополнительного демпфирования жолебаний в приводе с целью уменьшения воздействий на вращающий момент на 4* 99 входе. В [17] исследуется возможность дополнительного демпфирования сн. стемы путем регулирования возбуждения генератора. Экспериментальные и теоретическве исследования ВЭУ Мой-0 были выпол.
невы для того, чтобы определить эффект, который может быть получен в ргь зультате использования систем возбуждения генератора для обеспечения депп. фврования системы. В результате исследований были получены следующие выводы. Математпче. ский анализ выявил, что дополнительным демпфироаанием генератора первая резонансная гармоника может быть значительно уменьшена 1но не до нуля), Испытания ясно продемонстрировали, что любые преимущества регулирования возбуждением с целью получения улучшения динамики системы могут быть полностью сведены к нулю из-за изменения реактивной мощности.
Таким об. разом, было установлено, что регулирование возбуждением не является приемлемым методом для предотвращения флуктуаций мощности ВЭУ Моа-0„ вызываемых действием следа за башней. 3.6. СЕКЦИОНИРОВАННОЕ И САМОРЕГУЛИРУЮЩЕЕСЯ ВЕТРОКОЛЕСО Лаборатория фирмы Магйп МабеИа исследовала возможность использования свойств азроупругости для создания ВЭУ, автоматически регулируюпгеися при изменении скорости ветра. Работу ВЭУ с примерно постоянной частотой врашеняя стараются реализовать для того, чтобы облегчить подключение ее к обшей электрической сети. Исследование было направлено на разработку конструктивной схемы лопасти, которая исключала бы необходимость механизма поворота лопастей, приме~гявшегося ранее для регулировагшя больших ветродвигателей.
Специфической задачей было исследование возможности использования эффекта аэроупругостн для управлении силами на лопастях, которые действуют при различ. ных скоростях ветра. Основное разлвчие между обычными и азроупругими лопастями состоит в том, что первые обладают значительной жесткостью на кручение и выполняются с фиксированным или механически регулируемым углом установки у„ втулки.
Аэроупругие лопасти могут скручиваться, так что угол установки каждого элемента лопасти обусловлен аэродинамическим моментом, действующим относительно ее упругой оси. Основным аспектом исследовании было изучение того, каким образом реакции ветроколеса могут оказать полезное влияние для получения соответст-.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
