В статье рассматриваются редукторные и без редукторные ВЭУ. Описываются их преимущества и недостатки, а также их принцип действия. Изучены несколько примеров без редукторных ветроустановок. Сравнение двух типов ВЭУ и выявление более выгодного типа.
Ключевые слова: редуктор, ВЭУ, альтернативный источник энергии
Ветер, как альтернативный источник энергии, в последнее время приобретает все большую популярность. Одними из важнейших характеристик, которые определяют ценность этого природного явления, представляют собой его направление и скорость. Но в виду непостоянства природных условий приходится прибегать к разного рода техническим приемам для устранения имеющихся проблем. Одной из таких проблем в ветроэнергетике является небольшая скорость вращения ветродвигателя, причем, чем больше габариты установки, тем сильнее проявляется этот недостаток. Решением, отчасти, может служить механический редуктор или, по-другому, мультипликаторы.
В статье [1] описано разделение ветроэнергетических установок на редукторные и безредукторные.
Достоинства и недостатки редукторных ВЭУ:
+ Позволяют получать большие моменты на единицу массы;
+ Имеют сравнительно небольшую стоимость;
— Низкий КПД;
— Относительно быстро выходят из строя;
— Создают высокий уровень шума;
Достоинства и недостатки безредукторных ВЭУ:
+ Низкий уровень шума;
+ Могут работать при малых скоростях ветра;
+ Долговечны;
+ Конструкция позволяет избежать потерь, характерных редукторным ветроэнергетическим установкам;
— Высокая цена;
Механические редукторы имеют довольно простой принцип действия, но сами по себе весьма сложные устройства. Они служат механизмом для передачи и преобразования крутящего момента. Для преобразования вращения вала ветродвигателя используется механическая передача.
Редукторы бывают с различным типом используемой передачи:
- Цилиндрические — надежны и имеют длительный ресурс эксплуатации. Такие редукторы применяются при сложных режимах работы, для преобразования и передачи больших мощностей, эффективны при непрерывных промышленных процессах. КПД такого редуктора может достигать 98 %, это зависит от его передаточного числа.
- Червячные — устройства с механической передачей от винта, или так называемого «червяка», на зубчатое колесо (червячное колесо). У таких редукторов высокое передаточное отношение, большое тепловыделение и относительно низкий КПД. При серьезных нагрузках такой тип редукторов не используется.
- Планетарные — они имеют большую нагрузочную способность, небольшой вес, люфт и сравнительно малые габариты, а также позволяют получить большие передаточные числа.
- Конические — этот тип редукторов применяют в том случае, если есть необходимость в изменении направления кинетической передачи. Могут непрерывно работать при высоких оборотах.
- Комбинированные — несколько передач, находящихся в одном корпусе. Они имеют выгодное соотношение технических характеристик, габаритов и стоимости.
Безредукторные ВЭУ предусматривают установку электромагнитного подвеса ротора. Это решает ряд проблем: износ рабочих поверхностей, вибрации, шумность, затраты энергии на трение, затраты на смазочные материалы. БРВЭУ состоит из центральной трубы ротора, лопастной системы, нескольких электромагнитных подшипников с системами управления, осевой электромагнитной опоры, электрогенератора и статора. В статье [2] приводится расчет математической модели БРВЭУ.
В статье [3] рассматривается расчёт математической модели ВЭУ, включающей в себя: ветродвигатель крыльчатого типа, синхронный генератор с постоянными магнитами и мостовой неуправляемый выпрямитель. Такие расчеты позволяют достаточно точно описать отдельные аспекты исследуемых объектов и создавать на их основе экспериментальные образцы для испытаний. Рассмотрим каждую из моделей в отдельности.
Модель ветродвигателя крыльчатого типа. Расчетаэродинамических показателей производятся для каждого элемента лопасти с учетом профиля и угла атаки воздуха. Наилучшие АДХ достигаются при нулевом угле установки лопасти, но на практике установочный угол составляет 10–15º, дабы обеспечить достаточную прочность ветроколеса.
Модель синхронного генератора. В структурной основе его лежит система уравнений Парка-Горева. В состав электроэнергетической системы включены генераторы, регуляторы напряжения, нагрузка и т. д.
Также в статье представлена схема расчета модели мостового выпрямителя.
Немаловажным фактором работы ВЭУ являются колебания скорости ветра. В динамических расчетах установки используют несколько моделей динамики воздушного потока. Работа ВЭУ происходит в условиях турбулентности воздушного потока, поэтому моделирование влияния последней на работу ветроустановки очень важно.
После сравнения редукторных и безредукторных ветроэнергетических установок можно сделать вывод, что, несмотря на все свои недостатки, редукторные установки еще не скоро будут вытеснены безредукторными, но и в силу своих особенностей могут остаться конкурентоспособными еще долгое время.
Литература:
- ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА. ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ // Научный форум. URL: http://www.scienceforum.ru/2016/pdf/21528.pdf (дата обращения: 7.12.2016).
- Митенков Ф. М., Овчинников В. Ф., Николаев М. Я. Моделирование динамики вертикально-осевой ветроэнергетической установки на электромагнитном подвесе. // Проблемы прочности и пластичности. — Нижний Новгород: Нижегородский гос. техн. ун-т., 2012. — С. 184–189.
- Колосов Р. В., Титов В. Г. Моделирование ветроэнергетических установок // Вестник Чувашского университета. — 2014. — № 2. — С. 27–32.
