Základní konstrukce větrné turbíny

Hlavní části větrné turbíny

Věž větrné turbíny

Věž je velmi důležitou součástí větrné turbínypodporuje všechny ostatní součásti. Podporuje nejen turbínu, ale i turbínu na dostatečnou výšku, aby její lopatky byly během otáčení v bezpečné výšce. A nejen to, musíme udržet výšku věže, abychom získali dostatečně silný vítr. Výška věže závisí nakonec na kapacitě větrných turbín. Věž turbín v komerčních větrných elektrárnách se obvykle pohybuje od 40 metrů do 100 metrů. Tyto věže mohou být buď trubkové ocelové věže, mříže nebo betonové věže. Používáme trubkovou ocelovou věž pro velkou větrnou turbínu. Obvykle se vyrábějí v úseku o délce 30 až 40 metrů.

Každá sekce má přírubové otvory. Takovéto úseky jsou společně spojeny maticovými šrouby v místě, které tvoří kompletní věž. Kompletní věž je mírně kuželovitá, aby poskytla lepší mechanickou stabilitu. Sestavujeme mřížkovou věž různými členy z ocelových nebo GI úhlů nebo trubek. Všechny členy jsou přišroubovány nebo svařeny, aby vytvořily kompletní věž s požadovanou výškou. Náklady na tyto věže jsou mnohem nižší než náklady na ocelovou trubkovou věž, ale je to esteticky nevypadá tolik jako ocelová trubková věž. Přesto, transport, montáž a údržba jsou poměrně snadné, ale v moderní větrné elektrárně se díky své estetické podobě vyhnout použití mřížové věže. Pro malé větrné elektrárny je použit jiný typ věže, a to je věž se stožáry. Guyed pole pole je jediný svislý pól podepřený chlapíkem připojeným z různých stran. Vzhledem k počtu chlápkových drátů je obtížné přistupovat k opěrné ploše věže. Z tohoto důvodu se vyhýbáme tomuto typu věže v zemědělské oblasti.

Je zde použit jiný typ větrné turbínypro malé rostliny, a to je věž hybridního typu. Hybridní věž je také věž s guyed typem, ale jediný rozdíl spočívá v tom, že namísto použití jednoho pólu uprostřed se používá tenká a vysoká věž typu mřížky. Hybridní věž je hybridní jak z mřížového typu, tak z věže typu guyed.

Nacelle větrné turbíny

Gondola je velká krabička nebo kiosk, který sedí na věži a obsahuje všechny komponenty větrné turbíny. V něm je umístěn elektrický generátor, převodník výkonu, převodovka, regulátor turbíny, kabely, pohon výkyvu.

Rotorové listy větrné turbíny

Čepele jsou hlavními mechanickými částmi větruturbína. Listy přeměňují větrnou energii na použitelnou mechanickou energii. Když vítr narazí na lopatky, čepele se otáčejí. Tato rotace přenáší svou mechanickou energii na hřídel. My navrhujeme čepele jako křídla letadla. Lopatky větrné turbíny mohou mít délku 40 až 90 metrů. Čepele by měly být mechanicky dostatečně silné, aby odolaly silnému větru i během bouře. Současně by lopatky větrné turbíny měly být co nejlehčí, aby se usnadnilo hladké otáčení lopatek. Za tímto účelem vyrábíme nože se skleněnými vlákny a vrstvami uhlíkových vláken na syntetické výztuži.

V moderní turbíně jsou obvykle tři identické lopatky namontovány na centrální náboj pomocí maticových šroubů. Každá identická čepel je zarovnána na 120 °^Ó navzájem. Proces umožňuje lepší distribuci hmoty a dává systému hladší rotaci.

Hřídel větrné turbíny

Hřídel přímo připojený k náboji je anízkorychlostní hřídel. Když se lopatky otáčejí, tato hřídel se otáčí stejnými otáčkami jako otočný náboj. Spojujeme tento hřídel přímo s elektrickým generátorem v případě nízkorychlostního generátoru. Ovšem ve většině případů je nízkorychlostní hlavní hřídel přemístěna přes převodovku pomocí vysokorychlostního hřídele. Tímto způsobem rotorové listy přenášejí svou mechanickou energii na hřídel, který nakonec vstupuje do elektrického generátoru.

Převodovka

Větrná turbína se otáčí vysokou rychlostíspíše se jemně otáčí při nízké rychlosti. Většina elektrických generátorů však vyžaduje vysokorychlostní rotaci, aby generovala elektřinu na požadované úrovni napětí. Aby bylo dosaženo vysoké rychlosti hřídele generátoru, musí existovat nějaké uspořádání násobení rychlosti. Převodovka větrné turbíny to dělá. Převodovka zvyšuje rychlost na mnohem vyšší hodnotu. Pokud je například poměr převodovky 1:80 a otáčky nízkorychlostního hlavního hřídele 15, převodovka zvýší rychlost hřídele generátoru na 15 × 80 = 1200 ot./min.

Generátor

Generátor je elektrické zařízení, kterépřevádí mechanickou energii přijatou z hřídele na elektrickou energii. Obvykle využíváme indukční generátory v moderních větrných turbínách. Dříve byly pro tento účel oblíbené synchronní generátory. Permanentní magnet DC generátor se také používá v některých větrných turbínách. Rychlost hřídele může být vysoká pomocí sestavy převodovky, ale nemůžeme dosáhnout konstantní rychlosti hřídele. Může dojít k kolísání rychlosti hřídele, protože závisí na rychlosti větru. Takže rychlost rotoru se také liší. Tato změna ovlivňuje frekvenci, napětí generované elektrické energie. Abychom překonali tyto problémy, obvykle používáme indukční generátor pro tento účel.

Protože indukční generátor vždy produkujeelektrický proud synchronizovaný s připojenou sítí bez ohledu na rychlost rotoru. Pokud používáme třífázový synchronní generátor, pak nejprve napravíme výstupní výkon na stejnosměrný proud a pak jej převedeme na AC požadovaného napětí a frekvence pomocí invertorového obvodu. Protože střídavý výkon generovaný synchrónním generátorem není konstantní v napětí a frekvenci, spíše se mění s rychlostí rotoru. Protože z téhož důvodu v některých případech používáme pro tento účel stejnosměrný generátor. V těchto případech je výstupní stejnosměrný výkon z generátoru převrácen na střídavý proud s požadovaným napětím a frekvencí, než je přiveden do sítě.

Převodník výkonu

Protože vítr není vždy konstantní, takelektrický potenciál generovaný generátorem není konstantní, ale potřebujeme velmi stabilní napětí k napájení sítě. Převodník výkonu je elektrické zařízení, které stabilizuje střídavé výstupní napětí přenášené do sítě.

Turbínový regulátor

Regulátor turbíny je počítač (PLC), který ovládá celou turbínu. Spustí a zastaví turbínu a spustí vlastní diagnostiku v případě jakékoliv chyby v turbíně.

Anemometr

Měří rychlost větru a předává informace o rychlosti PLC pro řízení výkonu turbíny.

Větrná korouhvička

Cituje směr větru a prochází směrem k PLC, pak PLC čelí čepelkům tak, že snižuje maximální vítr.

Pitch Drive

Pohyblivé motory řídí úhel lopatek, kdykoli se mění vítr, otáčí se úhlem lopatek tak, aby se snížil maximální vítr, který se nazývá vrtání lopatek.

Yaw Drive

Čepele a další komponenty ve větrné turbíně jsouumístěné v gondole, kdykoliv nastane nějaká změna směru větru, musí gondola čelit směru větru, aby získala maximální energii z větru. Za tímto účelem je pohon výkyvu poháněn motorem pro otáčení gondoly. Je řízena PLC, která využívá informace o větrných větrách ke snímání směru větru.