Otočný systém - Yaw system

Schematické znázornění hlavní větrná turbína komponenty. Otočný systém je umístěn mezi gondolou větrné turbíny a věží.

The vybočovací systém z větrné turbíny je komponenta odpovědná za orientaci větrné turbíny rotor směrem k vítr.

Dějiny

Viz také: Větrný mlýn

Úkol orientovat rotor do větru byl již z historického hlediska komplikovanou záležitostí větrné mlýny. První větrné mlýny schopen otáčet, aby "čelit" vítr se objevil v polovině 18. století.[1] Jsou otočné gondoly byly namontovány na hlavní konstrukci větrný mlýn pomocí primitivního dřeva kluzná ložiska mazáno zvířecí tuk. Potřebný točivý moment byl vytvořen pomocí zvířecí síla, lidská síla nebo dokonce síla větru (implementace pomocného rotoru známého jako vějíř).

Větrné turbíny se svislou osou (VAWT ) nepotřebují systém vybočení, protože jejich vertikální rotory mohou čelit větru z jakéhokoli směru a pouze jejich vlastní rotace dává lopatkám jasný směr proudění vzduchu.[1] Horizontální osy větrných turbín je však třeba se orientovat rotory do az ven vítr a toho dosahují pomocí pasivních nebo aktivních systémů vybočení.

Horizontální osy větrných turbín zaměstnávají nějaký vybočovací systém, který může být pasivní nebo aktivní. Pasivní i aktivní systémy mají výhody i nevýhody a jsou zkoušena různá konstrukční řešení (aktivní i pasivní), aby bylo možné najít optimální design pro každou větrnou turbínu v závislosti na její velikosti, nákladech a účelu provozu.

Typy

a) Po větru větrná turbína vybaven aktivním vybočovacím systémem, b) proti větru větrná turbína vybavené pasivním systémem zatáčení, c) Po větru větrná turbína vybaven pasivním systémem vybočení.

Aktivní systémy vybočení

Aktivní systémy vybočení jsou vybaveny určitým druhem zařízení vytvářejícího krouticí moment, které je schopné otáčet gondolu větrné turbíny proti stacionární věži na základě automatických signálů ze snímačů směru větru nebo ručního ovládání (ovládání systému). Aktivní systémy vybočení jsou považovány za nejmodernější pro všechny moderní střední a velké větrné turbíny, až na několik výjimek potvrzujících pravidlo (např. Vergnet ). Různé komponenty moderních aktivních systémů vybočení se liší v závislosti na konstrukčních vlastnostech, ale všechny aktivní systémy vybočení obsahují prostředky otočného spojení mezi gondolou a věží (vybočit ložisko ), prostředek aktivní změny orientace rotoru (tj. zatočte ), prostředek k omezení otáčení gondoly (vybočovací brzda) a řídicí systém, který zpracovává signály ze snímačů směru větru (např. větrné lopatky ) a dává správné povely ovládacím mechanismům.

Nejběžnější typy aktivních systémů vybočení jsou:

Pasivní systémy vybočení

Pasivní systémy vybočení využívají sílu větru k přizpůsobení orientace větrná turbína rotor do větru. Ve své nejjednodušší formě tyto systémy obsahují jednoduchý valivé ložisko spojení mezi věží a gondolou a ocasní ploutví namontovanou na gondole a navrženou tak, aby otočila větrná turbína rotor do větru působením „korekčního“ točivého momentu na gondolu. Proto je síla větru odpovědná za rotaci rotoru a orientaci gondoly. Alternativně v případě po větru turbíny ocasní ploutev není nutná, protože rotor je sám schopen zatočit gondolu do větru. V případě šikmého větru způsobí „tlak větru“ na zametené ploše zatáčení okamžik kolem osy věže (osa z), která orientuje rotor.[1]

Ocasní ploutev (nebo větrná lopatka) se běžně používá pro malé větrné turbíny, protože nabízí levné a spolehlivé řešení. Není však schopen vyrovnat se s vysokými momenty potřebnými k vybočení gondoly velké větrné turbíny. Vlastní orientace po větru turbínové rotory je však koncept schopný fungovat i pro větší větrné turbíny. Francouzský výrobce větrných turbín Vergnet má několik středních a velkých sebeorientujících se po větru větrné turbíny ve výrobě.

Pasivní systémy vybočení musí být navrženy tak, aby gondola nereagovala na náhlé změny směr větru s příliš rychlým pohybem vybočení, aby se zabránilo vysoké gyroskopický zatížení. Navíc pasivní systémy vybočení s nízkým vybočenímtření jsou vystaveni silnému dynamickému zatížení v důsledku periodického minima amplituda zatáčení způsobené změnou setrvačný moment během otáčení rotoru. Tento účinek se zhoršuje snížením počtu lopatek.

Nejběžnější systémy pasivního vybočení jsou:

Součásti

Hlavní součásti typického vybočovacího systému, které se nacházejí na většině moderních středních nebo velkých větrné turbíny.

Otočné ložisko

Viz také: Otočné ložisko

Jednou z hlavních součástí otočného systému je vybočit ložisko. Může být válečkového nebo kluzného typu a slouží jako otočné spojení mezi věží a gondola z větrná turbína. The vybočit ložisko by měl být schopen zvládnout velmi vysoká zatížení, která kromě hmotnosti gondola a rotor (jehož hmotnost se pohybuje v rozmezí několika desetin palce) tun ) zahrnují také ohybové momenty způsobené rotorem během extrakce Kinetická energie větru.

Otočte se

Viz také: Pohon zatáčení

The zatáčet pohony existují pouze na aktivních vybočovacích systémech a jsou prostředkem aktivní rotace větrná turbína gondola. Každý zatočte sestává z mocných elektrický motor (obvykle AC ) s elektrickým pohonem a velkým převodovka, což zvyšuje točivý moment. Maximum statické točivý moment z největších zatáčet pohony je v rozsahu 200 000 Nm s převodovkou redukční poměry v rozsahu 2000: 1.[2] V důsledku toho zatáčení velkého moderní turbíny je relativně pomalý s 360 ° zatáčkou trvající několik minut.

Otočná brzda

Schematické znázornění pneumatického otočného brzdového systému větrné turbíny.

Za účelem stabilizace vybočit ložisko proti otáčení je nutný brzdný prostředek. Jedním z nejjednodušších způsobů, jak si uvědomit, že úkolem je aplikovat konstantní malý protiútok na zatáčet pohony za účelem vyloučení vůle mezi ozubený věnec a zatočte pastorky a zabránit gondola z oscilační kvůli rotaci rotoru. Tato operace však výrazně snižuje spolehlivost elektrické zatáčet pohony, proto nejběžnějším řešením je implementace hydraulicky ovládaného kotoučová brzda.

The kotoučová brzda vyžaduje plochý kruh brzdový kotouč a množství brzd třmeny s hydraulikou písty a Brzdové destičky [1]. Hydraulické vybočovací brzdy jsou schopny fixovat gondola v poloze a tím odlehčení zatáčet pohony z toho úkolu. Náklady na otočnou brzdu v kombinaci s požadavkem na hydraulickou instalaci (čerpadlo, ventily, písty ) a jeho instalace v blízkosti brzdových destiček citlivých na mazivo kontaminace je často problém.

Kompromisem, který nabízí několik výhod, je použití elektrických vybočovacích brzd. Ty nahrazují hydraulický mechanismus konvenčních brzd a elektromechanicky ovládané brzdové třmeny. Použití elektrických otočných brzd eliminuje složitost hydraulických úniků a následné problémy, které tyto způsobují při činnosti otočné brzdy.[3]

Několik společností zabývajících se konstrukcí a výrobou větrných turbín experimentuje s alternativními metodami rozbití vybočení, aby odstranily nevýhody stávajících systémů a snížily náklady na systém. Jedna z těchto alternativ zahrnuje použití tlaku vzduchu k dosažení potřebného brzdného momentu vybočení. V tomto případě je část kluzného povrchu (obvykle axiální, kvůli vyšší dostupné ploše) využita pro uložení vybočovacích brzdových destiček a pneumatického brzdového mechanismu. Pneumatickým ovladačem může být běžný pneumatický válec nebo dokonce pružná vzduchová komora, která se nafukuje, když je napájena stlačeným vzduchem. Takové zařízení je schopné vyvinout velmi vysoké brzdné síly v důsledku vysokého aktivního povrchu. Toho je dosaženo jednoduchým průmyslovým kompresním systémem tlaku vzduchu (6–10 bar nebo 600–1 000 kPa nebo 87–145 psi), což je spolehlivé a levné řešení. Navíc při rovnoměrném úniku je dopad na životní prostředí ve srovnání s úniky hydraulického oleje prakticky nulový. Nakonec mohou být brzdové ovladače vyrobeny s velmi nízkými náklady z lehkých plastových materiálů, což významně snižuje celkové náklady na systém.

Otočná lopatka (pasivní systémy)

Otočná lopatka (nebo ocasní ploutev) je součástí systému vybočení používaného pouze u malých větrných turbín s pasivními vychylovacími mechanismy. Není to nic jiného než rovný povrch namontovaný na gondola pomocí dlouhého paprsek. Kombinace velkých plocha povrchu ploutve a zvýšené délka paprsku vytvořit značné točivý moment který je schopen otáčet gondola navzdory stabilizaci gyroskopický účinky rotoru. Požadováno plocha povrchu ale aby ocasní ploutev dokázala zatočit velký větrná turbína je enormní, což činí použití takového zařízení neekonomickým.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Větrné elektrárny, R. Gasch a J. Twele, Solarpraxis, ISBN  3-934595-23-5
  2. ^ Bonfiglioli Power & Control Solutions
  3. ^ Hanning & Kahl GmbH Azimutbremsen

Další čtení

  • Větrné elektrárny, R. Gasch a J. Twele, Solarpraxis, ISBN  3-934595-23-5
  • Příručka o větrné energii, T. Burton [a kol.], John Wiley & Sons, Ltd, ISBN  0-471-48997-2
  • Jak postavit větrnou turbínu - plány větrného mlýna na axiální tok, H. Piggott Scoraigwind