початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2075638

СПОСІБ УПРАВЛІННЯ вітроенергетичної установки

Ім'я винахідника: Забігаєв О.І .; Горбунов Ю.М .; Забігаєв Н.І .; Новак Ю.І .; Демкин В.В .; Соболь Я.Г.
Ім'я патентовласника: Товариство з обмеженою відповідальністю Фірма "Общемаш- інжиніринг"; Науково-виробниче об'єднання "Вітроен"
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1995.04.20

Використання: винахід відноситься до вітроенергетики, конкретно до вітроенергетичним установкам (ВЕУ) з синхронними генераторами, переважно працюють на мережу. Суть винаходу: спосіб управління вітроенергетичної установкою включає аеродинамічний обмеження потужності, що розвивається вітроколеса, за рахунок зміни положення його лопатей щодо вітру і зупинку вітроколеса протягом попереднього тимчасового інтервалу, за який знижують потужність на ветроколесе не менше, ніж на 40 ... 60% від її номінального значення, далі одночасно з виведенням генератора з мережі на аеродинамічний обмеження потужності вітроколеса додатково накладають механічне гальмування всієї системи обертових елементів установки, при цьому величину моменту гальмування задають постійної і відповідає величині номінального моменту в трансмісії установки після чого, зберігаючи момент гальмування, стрибкоподібно зменшують момент інерції обертових і піддаються гальмування елементів установки шляхом роз'єднання системи обертових елементів установки на кілька частин, щонайменше на дві. Гальмівний момент до обертовим елементам установки прикладають до проміжного валу багатоступінчастого мультиплікатора або до вихідного валу мультиплікатора, наприклад, прикладаючи його до валу генератора. Додатковий гальмівний момент може бути створений за рахунок переведення генератора в режим електромагнітного гальма, який включають при відсутності регулювання кута положення лопатей. На рівнях потужності вітроколеса менше 40% від номінальної гальмування обертових елементів установки і зупинку вітроколеса здійснюють безпосередньо без аеродинамічного обмеження потужності. Стрибкоподібне зміна моменту інерції обертових частин установки виробляють через інтервал часу t, який визначається зі співвідношення t = (2 ... 5) T, де Т-період нижчої частоти коливань лопатей вітроколеса в площині найменшої жорсткості.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до вітроенергетики, конкретно до вітроенергетичним установкам (ВЕУ) з синхронними генераторами, переважно працюють на мережу.

Відомий спосіб управління вітроенергетичної установкою, см. Опис до авт. свид. СРСР N 1076617 від 28.05.82г. кл. F 03 D 1/00, [1] включає в себе аеродинамічний обмеження потужності, що розвивається вітроколеса, за рахунок зміни положення лопатей вітроколеса щодо вітру і подальшу зупинку вітроколеса. У статичному положенні при зупинці вітроколеса можливо додаткове гальмування за рахунок пневматичного гальма, при цьому гальмівний момент прикладають до низкоскоростному валу вітроколеса.

Це відоме рішення володіє наступними недоліками:

аеродинамічнийгальмування лопатей вимагає значного часу в десятки секунд і хвилини для зняття потужності з вітроколеса шляхом виведення його лопатей з-під вітру, що накладає обмеження на пристрої зв'язку генератора з мережею для забезпечення тривалого і плавного виведення генератора з мережі, ускладнює їх пристрій і знижує надійність ;

додаток гальмівного моменту до низкоскоростному валу призводить до необхідності створення великої величини гальмівного моменту і відповідно великих питомих навантажень на поверхні тертя, так як момент від вітроколеса на низкоскоростном валу має найбільшу величину щодо всіх ланок (ступенів) трансмісії;

реалізація гальмівного моменту за допомогою установки пневматичного гальма вимагає, по суті, створення ще однієї системи енергоживлення в ВЕУ - пневматичної, яка вимагає наявності компресора, пневмоарматури, трубопріводов, що в певний мірі ускладнює конструкції ВЕУ і знижує надійність і ефективність практичної реалізації цього способу управління, в особливості при сучасних вимогах з безпеки, надійності і тривалості експлуатації ВЕУ, наприклад 15 років до капітального ремонту і 10 років після капітального ремонту.

Зазначені недоліки цього відомого пристрою в більшості своїй є принциповими і для ВЕУ-класів потужності в десятки і перші сотні кВт, і розрахованих на роботу як з мережею, так і з автономним споживачем, і не дозволяють, по суті, створювати сучасну практично ефективно працюючу ВЕУ .

Відомий спосіб управління вітроенергетичної установкою, що реалізується при роботі пристрою, описаного в авт.свід. СРСР N 1325189 від 07.01.86г. кл. F 03 D 7/04 [2] включає в себе операції по повороту лопатей вітроколеса на задані кути щодо направлення ветропотока, регулювання потужності за рахунок цього і зупинку вітроколеса.

За виконуваної функції і досягається результату таке відоме технічне рішення є найбільш близьким до заявляється і тому вибрано як прототип.

Це відоме пристрій має недоліки, що обмежують його застосування.

1. Сучасні сертифікаційні вимоги з безпеки експлуатації ВЕУ вимагають наявності не менше ніж двох незалежних систем гальмування вітроколеса. При цьому роботи на ВЕУ в гондолі при незаторможенном ветроколесе заборонені.

Відоме рішення дозволяє реалізувати тільки один спосіб гальмування - аеродинамічний, що при відхиленнях параметрів системи регулювання положення лопатей, наприклад при порушеннях точності регулювання, знос механізмів приводу, а й при поломці елементів системи, потенційно може призводити до аварійної ситуації вітроколесо при виведенні у флюгерне ​​положення, наприклад, не досягає "флюгерне" кутів і продовжує виробляти потужність. Тому відсутність механічного гальмування є істотним недоліком відомого способу гальмування ВЕУ.

При використанні сучасних вітроколіс з високою круткой лопаті, що досягає, наприклад, 30.35 ^o, знаходження флюгерне положення лопаті як такого утруднено, так як оптимізація лопаті при проектуванні ВЕУ проводиться, виходячи з отримання найкращих його характеристик при роботі вітроколеса. При нерухомій лопаті внаслідок її високої крутки можуть створюватися різні режими обтікання. Навіть установка в теоретично флюгерне ​​положення не означає досягнення фактичного флюгерне ​​- аеродинамічний рівноважного положення, що призводить до обертання колеса і наявності на ньому потужності. Тому механічне загальмування вітроколеса необхідно, причому не тільки в нерухомому положенні, при наявності аеродинамічного моменту на ветроколесе, але і при обертанні його зі зниженою потужністю.

2. При введенні механічних гальмівних пристроїв в конструкцію ВЕУ їх практичне застосування при роботі і управлінні ВЕУ утруднено цілим рядом умов, які вимагають створення спеціальних алгоритмів управління.

При включенні механічного гальма відбувається раптове додаток гальмівного моменту до трансмісії, в результаті чого виникають коливання лопатей вітроколеса, які до моменту здійснення гальмування повернені у флюгерне ​​або близьке до нього положення і орієнтовані в напрямку обертання вітроколеса площиною мінімальної жорсткості. Наявність цього режиму навантаження небезпечно для вітроколеса, наприклад, при величині моменту гальмування М _т рівній номінального моменту М _н, переданому трансмісією при роботі ВЕУ на номінальній потужності, допускають тільки 20.50 циклів гальмування механічним гальмом за період експлуатації вітроколеса 15.20 років, так як напруга в лопаті при цьому перевищує напруга при роботі вітроколеса.

Крім того, при роботі гальма відбувається значне виділення тепла, наприклад, при гальмуванні з величиною моменту М _т = М _н потужність тепловиділення на початку гальмування і дорівнює номінальній, що створює серйозні проблеми, з огляду на малі розміри і обсяг гондоли ВЕУ.

У відомому способі ці аспекти не розглянуті.

3. При виникненні аварійної ситуації, наприклад відключенні електричного навантаження, вихід з ладу генератора, вітроколесо, що знаходиться на кутах відбору потужності, відмовляється звільненим від навантаження, що може призводити до подальшого розвитку аварії. Тому потужність гальма необхідно ставити виходячи з заміни навантаження від генератора навантаженням від гальма при одночасному виведенні лопатей вітроколеса у флюгерне ​​положення. В іншому випадку ветроколесо, звільнене від навантаження, розганяється до збільшеної швидкості. Навантаження на систему управління становищем лопатей зростають і при нестачі потужності приводу лопаті можуть бути заклинило на кутах відбору потужності. При досить сильному вітрі, швидкість якого перевищує швидкість виходу вітроколеса на номінальну потужність, це призводить до різкого зростання потужності, що відбирається вітроколеса від ветропотока, вітроколесо може розганятися до трьох-чотирьох номінальних швидкостей обертання, що викликає руйнування лопатей, вітроколеса, вежі.

Ряд аварій потужних ВЕУ за подібним сценарієм мав місце.

У відомому способі ці аспекти і не розглянуті.

4. При аеродинамічному гальмуванні для зупинки вітроколеса потрібно чимало часу, що при виникненні нештатних ситуацій, що вимагають швидкого реагування, обмежує можливості управління і і підвищує ризик аварії, наприклад, при розвитку автоколивальних процесів в системі "ветроколесо-трансмісія-генератор-мережу", коли протягом декількох секунд ВЕУ приходить в аварійний стан.

5. При збільшенні мас і кількості обертових частин ВЕУ збільшується інерційність, збільшується час, необхідний від початку аеродинамічного обмеження потужності до повної зупинки вітроколеса.

З аналізу недоліків відомого способу управління ВЕУ в одному з характерних експлуатаційних режимів видно, що вони мають принциповий характер і для забезпечення ефективної і безпечної експлуатації ВЕУ необхідна розробка нового способу управління.

Завдання, поставлене перед розробниками справжньою ВЕУ, взаємопов'язана з цілої низки чинників і умов, вона не досягається простою сумою відомих результатів, потрібне комплексне рішення, що має винахідницький рівень.

Метою винаходу є: розширення можливості управління ВЕУ і тим самим підвищення економічності за рахунок розширення діапазону робочих швидкостей робочих ветропотока в режимі роботи ВЕУ на віддачу потужності, а й за рахунок скорочення тривалості перехідних процесів гальмування і зупинки ВЕУ; підвищення надійності та безпеки роботи ВЕУ за рахунок застосування в ній дистанційно включаються пристроїв гальмування; підвищення безпеки експлуатації ВЕУ при роботі персоналу; підвищення ресурсу ВЕУ за рахунок зниження динамічних навантажень, що діють на вузли і агрегати трансмісії ВЕУ, силову конструкцію і лопаті вітроколеса.

Поставлена ​​мета досягається за рахунок того, що у відомому способі управління ВЕУ, що включає аеродинамічний обмеження потужності, що розвивається вітроколеса, і зупинку вітроколеса, аеродинамічний обмеження потужності виробляють протягом попереднього тимчасового інтервалу, знижуючи розвивається потужність не менше, ніж на 40.60% від номінального значення, і на аеродинамічний обмеження потужності одночасно з виведенням генератора з мережі накладають додаткове механічне гальмування всієї системи обертових елементів, при цьому величину моменту гальмування задають постійної і відповідає величині номінального моменту в трансмісії, після чого, зберігаючи момент гальмування, стрибкоподібно зменшують момент інерції обертових і піддаються гальмування елементів установки шляхом роз'єднання системи обертових елементів установки на кілька частин, щонайменше на дві.

Аеродинамічний обмеження потужності здійснюють відведенням вітроколеса з-під вітру або перекладом лопатей у флюгерне ​​положення.

Гальмівний момент до обертальних елементів установки прикладають до проміжного валу мультиплікатора, при цьому можуть здійснювати додатковий додаток його до вихідного валу мультиплікатора або до валу генератора, створюючи його механічним шляхом, або за рахунок переведення генератора в режим електромагнітного гальма, переважно при відсутності можливості регулювання положення лопатей вітроколеса щодо вітру.

При рівнях потужності, що розвиваються ветроколесом, менше 40% від номінальної потужності можуть здійснювати гальмування безпосередньо без аеродинамічного обмеження потужності.

Стрибкоподібне зміна моменту інерції обертових частин ВЕУ виробляють через інтервал часу t = (2.5) T, де T-період нижчої частини коливань лопатей вітроколеса.

Прикладені креслення зображують: фіг. 1 графік зміни кутового прискорення гальмування вітроколеса за заявленим способом і коливань лопатей вітроколеса при змінах кутового прискорення при поділі трансмісії на дві частини; фіг.2 схема ВЕУ з розділяється трансмісією, що ілюструє здійснення способу на прикладі однопоточному схеми; фіг.3 зміна кутового прискорення і амплітуд коливань лопатей вітроколеса при гальмуванні вітроколеса і трансмісії многопоточної ВЕУ.

На кресленнях і в тексті позначено: лопаті вітроколеса 1; генератор 2; вхідний низкоскоростной вал мультиплікатора 3; велике зубчасте колесо мультиплікатора 4; проміжний вал мультиплікатора 5; вихідний високошвидкісний вал мультиплікатора 6; маховик 7; багатоступінчастий (двох і більше) мультиплікатор 8; система управління положення лопатей вітроколеса 9; керований гальмо 10; вимикається муфта зчеплення 11; ведений фрикційний диск муфти 12; провідний фрикційний диск муфти 13; електродвигун приводу вимикання муфти 14; редуктор приводу вимикання муфти 15; гальмівні колодки 16; додатковий швидкохідний вал мультиплікатора 17; вихідний елемент виключається муфти 18; вихідний елемент виключається муфти 19; повний вал вітроколеса 20; зубчаста муфта 21; пружина 22; нажімной елемент 23; електродвигун приводу вимикання муфти 24; редуктор 25; гвинт 26 гайка 27; важіль 28; штовхач 29; велика шестерня проміжного вала мультиплікатора 30; мала шестерня проміжного вала мультиплікатора 31; система управління ВЕУ 32.

М _т величина гальмівного моменту;

М _н номінальна величина моменту, що передається в трансмісії при роботі ВЕУ на номінальній потужності N _ном

M _н = N _ном / w _ном

w _ном номінальна швидкість обертання вітроколеса.

Спосіб управління вітроенергетичної установкою полягає в наступному.

Спочатку проводиться попереднє аеродинамічний обмеження потужності, що розвивається вітроколеса за рахунок зміни положення його лопатей 1 (див. Фіг. 2) щодо вітру, що досягають поворотом лопатей 1 або відведенням вітроколеса з-під вітру протягом тимчасового інтервалу, за який знижують потужність на ветроколесе НЕ менш ніж на 40.60% від номінального значення. При цьому здійснюють зниження потужності, що віддається генератором 2, в мережу. Далі, створюючи режим виведення генератора 2 з мережі, наприклад, за рахунок регулювання збудження, додатково накладають механічне гальмування всієї системи обертових елементів ВЕУ 3,4,5,6,7. Величину моменту М _т гальмування задають постійної і відповідає величині номінального моменту М _н в трансмісії установки при роботі.

Момент гальмування М _т прикладають до проміжного валу 5 мультиплікатора 8. Потім, зберігаючи величину моменту гальмування, стрибкоподібно зменшують момент інерції J обертових і піддаються гальмування елементів установки шляхом поділу їх на кілька частин, щонайменше на дві.

Додатково можливо додаток гальмівного моменту до вихідного валу 6 генератора 2, який створюють механічним гальмом або за рахунок переведення генератора в режим електромагнітного гальма.

При роботі ВЕУ можливі випадки невиведенние лопатей у флюгерне ​​положення або відмова системи 9 управління становищем лопатей 1 вітроколеса. В цьому випадку при додатковому додатку гальмівного моменту до високочастотного валу 6 мультиплікатора 8 його реалізують в вигляді моменту електромагнітного гальма.

При рівнях потужності менше 40% номінальної гальмування здійснюють безпосередньо без аеродинамічного обмеження потужності. У цьому додатковому випадку механічний гальмо швидко і ефективно зупиняє ветроколесо.

Розглянемо реалізацію заявляється способу управління ВЕУ на прикладі роботи ВЕУ однопотокового виконання, конструктивно-компоновочная схема якої приведена на фіг. 2. (Докладно ця ВЕУ розглянута в заявці "Вітроенергетична установка" того ж заявника, спрямованої під ВНІІГПЕ, вих. N 34 / 4-95 від 12.04.95 р).

Вітроенергетична установка містить вітроколесо з поворотними лопатями 1, багатоступінчастий мультиплікатор 8, генератор 2, систему управління 9 становищем лопатей 1, включається муфту зчеплення 11, керований гальмо 10, маховик 7. Вітроколесо встановлено в гондолі на підлогою валу 20, пов'язаному через сполучну зубчасту муфту 21 з вхідним тихохідним валом 3 багатоступінчастого мультиплікатора 8, має силовий корпус. У виключається муфті зчеплення 11 вихідний 18 і вхідний 19 елементи, що передають крутний момент, виведені з однієї і тієї ж сторони муфти 11, вхідний елемент 18, виконаний у вигляді порожнистої ступінчастою провідної обойми, встановлений коаксіально вихідного елементу 19 муфти 11 і пов'язаний з вихідною щаблем мультиплікатора 8. Центральний вихідний елемент 18 вал муфти 11 пропущений через порожнистий швидкохідний вал 6 мультиплікатора 8 і пов'язаний з маховиком 7, послідовно з'єднаним з генератором 2. вимикати муфта зчеплення 11 своїм корпусом закріплена на силовому корпусі мультиплікатора 8.

Момент, переданий муфтою 11, регулюється за рахунок регулювання величини осьового зусилля поджатия фрикційних дисків 12 і 13 за допомогою натискного елемента 23, що складається з зовнішньої невращающейся і внутрішньої обертається частин, підібганих пружиною 22. Включення вимикання муфти 11 проводиться за допомогою приводу, що включає електродвигун 24 , редуктор 25, гвинт 26, гайку 27, пов'язаний з нею одним кінцем важіль 28, який іншим кінцем шарнірно прикріплений до корпусу муфти, третя точка важеля 28 шарнірно пов'язана через штовхач 29 з натискним елементом 23 муфти 11.

Керований гальмо 10 монтований на корпусі мультиплікатора 8 з боку, протилежного генератору 2 і вітроколеса, як і вимикається муфта 11 з приводом. Гальмо 10 виконаний механічним, наприклад колодкового типу, що містить гальмівний барабан і колодки 16, або дисковим. Можливий варіант виконання гальма електромагнітним, наприклад гістерезисних. (Як механічного гальма, наприклад, може бути застосований стандартний колодкового гальма типу ТКП [3])

Гальмо 10 пов'язаний з додатковим швидкохідним валом 17 мультиплікатора 8 і через велику шестерню 30 проміжного вала 5, малу шестерню 31 проміжного вала 5 з великою шестернею 4 вхідного тихохідного вала 3 мультиплікатора 8.

Спосіб реалізується в такий спосіб

За командою системи управління ВЕУ 32 система регулювання положення лопатей вітроколеса 9 починає виводити лопаті 1 у флюгерне ​​положення. Потужність, що розвивається вітроколеса, при цьому зменшується, відповідно за допомогою системи управління проводиться зниження потужності, що віддається генератором у мережу. Швидкість обертання вітроколеса при цьому практично незмінна. Після зниження потужності, що відбирається вітроколеса від потоку до рівня 40.60% від номінальної, одночасно виробляють накладення гальмівного моменту на систему обертових мас ВЕУ "ветроколесо мультиплікатор - маховик генератор" і виводять генератор з мережі. Таким чином, залишкова потужність, що розвивається вітроколеса, і інерція обертових частин виявляється замкнутою на гальмо. Щодо велика інерційність обмежує величину кутового прискорення J обертових мас, як це випливає з рівняння:



де: М _т величина гальмівного моменту; I сумарний момент інерції обертових частин трансмісії і вітроколеса.

Лопаті вітроколеса при раптовому додатку гальмівного моменту згинаються і потім роблять затухаючі коливання. Цей режим навантаження для лопатей дуже несприятливий: виникають значні навантаження, що істотно скорочує ресурс роботи вітроколеса. Тому в практиці проектування відомих ВЕУ обмежують число таких навантажень, наприклад, до 20.50 за весь період експлуатації 15.20 років.

Введення маховика в систему обертових мас, як показують дослідження, наприклад [4] призводить до збільшення наведеного моменту інерції обертових частин системи "ветроколесо трансмісія генератор" в 2.3 рази (при меншому збільшенні введення маховика може бути малоефективним, а необхідність "приведення" моменту інерції викликана різної кутовий швидкістю різних елементів трансмісії). Відповідно до рівняння (1) це дозволяє при тій же величині гальмового моменту М _н зменшити величину кутового прискорення гальмування і в 2.3 рази. В результаті навантаження, що виникають в лопатях вітроколеса при коливаннях, істотно знижуються, за рахунок чого не відбувається скорочення ресурсу, як це має місце у відомих конструкціях ВЕУ і в відомих способах управління ВЕУ (гальмування).

Таким чином, ускладнення трансмісії, збільшення її моменту інерції дозволяє отримати не негативний, а навпаки, позитивний ефект в одному з найбільш небезпечних режимів роботи ВЕУ.

Величина гальмівного моменту при цьому може бути значно збільшена і доведена до рівня номінального моменту, що передається трансмісією при роботі вітроколеса на номінальній потужності.

Після закінчення інтервалу часу, за який коливання лопатей, що виникли від додатка гальмівного моменту, загасають (в інженерній практиці як критерій загасання процесу допустимо використовувати зменшення амплітуд коливань від початкової до рівня в 10.15% від початкових 100%), можливі подальші операції, пов'язані з технологією гальмування ВЕУ. Для скло і вуглепластикових конструкцій лопатей потужних ВЕУ інтервал часу, необхідний для досягнення зазначених амплітуд коливань при загасання, становить 2.5 періодів Т коливань.

Таким чином, через час t = (2.5) T, де Т період нижчої частоти поперечних коливань лопаті в площині мінімальної жорсткості (ветроколесо, орієнтоване у флюгерне ​​положення, має у напрямку обертання мінімальну жорсткість) проводять вимкнення муфти 11 і роз'єднання обертових елементів трансмісії, по щонайменше, (в даному варіанті конструкції ВЕУ) на дві частини:

частина 1: "ветроколесо-вал-мультиплікатор-гальмо";

частина 2: "маховик-генератор",

що призводить до стрибкоподібного зростання кутового прискорення гальмування, см. фіг. 1.

Для цього електродвигун 24 через редуктор 25 обертанням гвинта 26 переміщує гайку 27 і повертає важіль 28, за рахунок чого штовхачем 29 і натискним елементом 23 виробляється додаткове обтиснення пружини 22 і розмикання фрикційних дисків 12 і 13. Вимкнення муфти 11 відбувається не раптово, а протягом деякого часу, необхідного для звільнення дисків, наприклад, протягом 3 секунд. При сталості величини прикладеного моменту гальмування це збільшує кутове прискорення гальмування J відповідно до рівняння (1) за рахунок зменшення моменту інерції обертових частин за рахунок відключення маховика і генератора. Важливо відзначити, що збільшення J проводиться не раптово і не на повну величину, в результаті чого виникають коливання лопатей мають значно меншу інтенсивність, ніж при першому додатку моменту гальмування або в порівнянні з безпосереднім додатком моменту до розімкнутої трансмісії. Таким чином, забезпечується швидке і ефективне загальмування вітроколеса, його зупинка і утримання в загальмованому положенні. Маховик і генератор при цьому роблять вільний вибіг. При розглянутому способі управління ВЕУ в режимі гальмування істотно знижується тепловиділення в гондолі ВЕУ, так як гальмування об'єднаної трансмісії зі збільшеним моментом інерції займає час порядку 2.5 періодів власних коливань лопаті, наприклад, при частоті 0,8.1,5 Гц і відповідно періоду 1,2.0, 67 сек. Зазначений інтервал становить 2,5.8,0 секунд. Після роз'єднання трансмісії ветроколесо при зазначеній величині гальмового моменту загальмовується за 10.20 сек.

Наприклад, коли відбувається аварія і ВЕУ позбавляється зв'язку з мережею і виявляється знеструмленій це ймовірно в разі виходу з ладу генератора або пристроїв електросилового управління і зв'язку з мережею, гальмо 10 перестає утримувати колодки 16 в розведеному стані. До трансмісії прикладається гальмівний момент, а за рахунок автономного джерела живлення (на кресленнях не показаний) проводиться виведення лопатей у флюгерне ​​положення, розмикання трансмісії і зупинка вітроколеса, яке після зупинки залишається в загальмованому стані. Це забезпечує підвищення безпеки ВЕУ.

Роз'єднання трансмісії при гальмуванні може проводитися на кілька частин послідовно:

• для однопоточному ВЕУ, зображеної на фіг. 2, на дві частини;
• для багатопотокового ВЕУ на три і більше частин послідовно. (Наприклад, див. Заявку "Вітроенергетична установка", спрямовану на ВНММГПЕ, вих. N 35 / 95-4 від 12.04.95г. Де розглянута многопоточная ВЕУ з послідовним виключенням потоків.)

В останньому випадку кутове прискорення гальмування зростає пропорційно зменшенню моменту інерції, а величина ступені зміни кутового прискорення при цьому знижується (див. Фіг. 3).

Первинне навантаження при спрацьовуванні гальма відбувається при найбільшому моменті інерції. При відключенні першого потоку прискорення гальмування зростає до J 1, навантаження відбувається плавно за час D t. Навантаження лопатей вітроколеса при цьому зростає плавно. При відключенні наступних потоків у разі подальшого зростання J до граничного рівня прискорення гальмування визначається моментом інерції вітроколеса і пов'язаних з ним елементів трансмісії відповідно до рівняння (1) (див. Фіг. 3). В результаті заявляється спосіб дозволяє при такому "грубому" виконавчому пристрої, як механічний гальмо колодкового типу, отримати не тільки високий момент гальмування, але і зробити його досить сприятливим для навантаження лопатей вітроколеса при високій ефективності ліквідації аварійної ситуації. Слід зазначити, що оскільки в ВЕУ використовуються переважно мультиплікатори підвищують редуктори, то небезпека поломки з точки зору експлуатації підвищується зі збільшенням номера ступені, тому що при цьому збільшується швидкість обертання і відповідно зростає число циклів навантаження і сильніше виявляється втомний механізм руйнування, особливо при терміні служби трансмісії, що досягає 15-25 років. У той же час при збільшенні швидкості обертання знижується реквізит гальмівний момент, що робить гальмівні пристрої більш компактними, зменшує їх енергоспоживання.

Виходячи з цього оптимальним є застосування гальма на проміжній ступені мультиплікатора, що дає можливість оптимізації параметрів гальмівних пристроїв: наприклад, для 2-х ступеневої мультиплікатора на проміжній ступені з організацією спеціалізованого потоку для зменшення габаритів гальма. Це дозволяє отримати підвищену надійність ВЕУ, тому що механічні поломки більш вірогідні на високошвидкісний ступені мультиплікатора.

У той же час з загальних позицій не є принциповим для досягнення цілей винаходу, в якому місці трансмісії прикладають гальмівний момент. При його застосуванні до проміжного валу має місце додатковий позитивний ефект, як показано вище. Тому дана ознака способу винесено в додатковий пункт формули винаходу.

Попереднє аеродинамічний обмеження потужності може здійснюватися різними шляхами, наприклад, установкою лопатей на кути, що обмежують розвивається потужність, або при використанні некерованих по куту установки (заклиненому) лопатей "відведенням" вітроколеса з-під вітру при розвороті гондоли ВЕУ в горизонтальній площині.

При реалізації способу і досягненні поставленої мети в загальному випадку це створює додатковий ефект, у зв'язку з чим винесено в додаткові пункти формули винаходу.

Рівень зниження потужності 40.60% від номінальної встановлений в результаті моделювання процесів гальмування вітроколеса і трансмісії ВЕУ для об'єктивно існуючого діапазону робочих параметрів ветропотока в розрахунку на його граничну швидкість 20.30 м / с. Встановлено, що при ветроколесе, що має залишкову потужність в зазначеному вище діапазоні (при установці лопатей на неоптимальні кути) при додатку гальмівного моменту М _т = М _н, може бути досягнутий стійкий процес гальмування ВЕУ: вітроколесо втрачає оберти, втрачає потужність і зупиняється за досить короткий час, що не перевищує однієї хвилини, що є прийнятним при використанні механічних або електромагнітних гальмівних пристроїв і допустимому тепловиділенні в гондолі ВЕУ.

Для підвищення ефективності гальмування, наприклад при відмові системи керування положенням лопатей ВЕУ після попереднього обмеження потужності або неточному виведенні з-за похибок або помилок, можливо додаткове додаток гальмівного моменту до вихідного валу мультиплікатора, яке практично може бути реалізовано установкою додаткового механічного на вихідному валу мультиплікатора або на валу генератора, причому генератор може використовуватися в якості електромагнітного гальма.

У зв'язку з цим ознаки в частині: "додатка гальмівного моменту до вихідного валу мультиплікатора" і "до валу генератора", а й створення його за рахунок переведення генератора в режим електромагнітного гальма ", - винесені в додаткові пункти формули винаходу.

Використання зазначених ознак разом з п. 1 способу дозволяє додатково скоротити час гальмування ВЕУ і знизити тепловиділення в гондолі.

У тих випадках, коли ВЕУ працює при швидкостях ветропотока V _ном і розвиває потужність менше номінальної, а саме менше 40% номінальної, гальмування здійснюють не виробляючи попереднього аеродинамічного обмеження потужності. Цей режим як додатковий, який розширює можливості заявляється способу і винесено в додатковий пункт формули винаходу.

З позицій досягнення максимального ефекту роз'єднання трансмісії виробляють по закінченню тимчасового інтервалу t = (2.5) T щоб уникнути накладення коливань і виникнення збільшених напружень в лопатях вітроколеса, як ілюстровано на фіг. 1 і 3, хоча навіть при порушенні цієї умови реалізоване в заявляється способу динамічне навантаження лопаті істотно сприятливіші, ніж при реалізації відомих способів. Тому дана ознака винесено в додатковий пункт формули.

Заявляється спосіб, по суті, вперше вирішує практичну задачу швидкого і ефективного (і багаторазового) зупинки вітроколеса при різного роду аварійних ситуаціях, дозволяючи при цьому реалізувати гальмівний момент найбільшої величини, об'єктивно обмежений міцності можливостями конструкції ВЕУ, і дозволяє створювати автономно працюють ВЕУ, які не потребують обслуговуючого персоналу навіть у потенційно аварійних ситуаціях, тому що аварійні алгоритми роботи ВЕУ можуть бути чітко регламентовані, в розглянутому режимі управління за допомогою заявляється способу.

На практиці це ВЕУ для об'єктів Міноборони, віддалених фермерських господарств, маяків та ін. Об'єктів, доступ до яких утруднений.

Таким чином, заявляється спосіб є прогресивним, а його використання дозволяє створити позитивний ефект: розширити можливості управління ВЕУ і тим самим підвищити економічність за рахунок розширення діапазону робочих швидкостей робочих ветропотока в режимі роботи ВЕУ на віддачу потужності, а й за рахунок скорочення тривалості перехідних процесів гальмування і зупинки ВЕУ; підвищити надійність і безпеку роботи ВЕУ за рахунок застосування в ній дистанційно включаються пристрій гальмування; підвищити безпеку експлуатації ВЕУ при роботі персоналу; підвищити ресурс ВЕУ за рахунок зниження динамічних навантажень, що діють на вузли і агрегати трансмісії ВЕУ, силову конструкцію і лопаті вітроколеса.

[1] Авторське свідоцтво СРСР N 1076617 від 28.05.82 р кл. F 03 D 1/00 ​​аналог.

[2] Авторське свідоцтво СРСР N 1325189 від 07.01.86 р кл. F 03 D 7/04 прототип.

[3] Гальмо колодкове. Тип ТКП 300 У2 ПВ 25% 220 V, ТУ 24 -1 -1787-78.

[4] Технічна пропозиція. "Розробка заходів запобігання коливальних режимів при роботі агрегату" Вітроен-250 ". ТП.ВЕТ-250.03.94. М. Фірма" Общемаш-інжиніринг ", 1994..

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб управління вітроенергетичної установкою, що включає аеродинамічний обмеження потужності, що розвивається вітроколеса, за рахунок зміни положення його лопатей щодо вітру, і зупинку вітроколеса, що відрізняється тим, що проводять попереднє аеродинамічний обмеження потужності протягом попереднього тимчасового інтервалу, за який знижують потужність на ветроколесе НЕ менш ніж на 40 60% від її номінального значення, далі одночасно з виведенням генератора з мережі на аеродинамічний обмеження потужності вітроколеса додатково накладають механічне гальмування всієї системи обертових елементів установки, при цьому величину моменту гальмування задають постійної і відповідає величині номінального моменту в трансмісії установки, після чого, зберігаючи момент гальмування, стрибкоподібно зменшують момент інерції обертових і піддаються гальмування елементів установки шляхом роз'єднання системи обертових елементів установки на кілька частин, щонайменше на дві.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зміна положення лопатей вітроколеса здійснюють відведенням вітроколеса з-під вітру.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зміна положення лопатей вітроколеса здійснюють перекладом лопатей у флюгерне ​​положення.

4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що гальмівний момент до обертовим елементам установки прикладають до проміжного валу багатоступінчастого мультиплікатора.

5. Спосіб за пп.1 і 4, який відрізняється тим, що додатково прикладають гальмівний момент до вихідного валу мультиплікатора.

6. Спосіб за пп.1 і 5, що відрізняється тим, що додатковий гальмівний момент прикладають до валу генератора.

7. Спосіб за пп.1, 5 і 6, що відрізняється тим, що додатковий гальмівний момент створюють за рахунок переведення генератора в режим електромагнітного гальма.

8. Спосіб за пп. 1 і 7, який відрізняється тим, що електромагнітне гальмо включають при відсутності регулювання кута положення лопатей.

9. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що на рівнях потужності вітроколеса менше 40% від номінальної гальмування обертових елементів установки і зупинку вітроколеса здійснюють безпосередньо без аеродинамічного обмеження потужності.

10. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що стрибкоподібне зміна моменту інерції обертових частин установки виробляють через інтервал часу t (2 5) T, де T період нижчої частоти коливань лопаті вітроколеса в площині найменшої жорсткості.

Версія для друку
Дата публікації 02.04.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів