Турбина — это машина, которая преобразует кинетическую энергию вращающейся жидкости в полезную работу или энергию с помощью роторной системы. Механическая передача или электромагнитная индукция позволяют турбинам вырабатывать энергию таким образом. Существуют различные типы турбин, но наиболее распространенные из них классифицируются как ветряные турбины с горизонтальной и вертикальной осью. В этой статье вы узнаете все о ветряных турбинах с горизонтальной осью, их функциях, а также о типах ветряных турбин с горизонтальной осью.
Что такое ветряная турбина с горизонтальной осью?
Наиболее распространенным типом ветряных турбин, используемых сегодня, является ветряная турбина с горизонтальной осью вращения или HAWT. HAWT имеют ротор с аэродинамическими лопастями (т. е. аэродинамические профили), прикрепленные к нему; этот ротор может быть обращен как к ветру, так и от него. Ветровые турбины на большой высоте обычно имеют две или три лопасти, которые вращаются с очень высокой скоростью. Конические лопасти на роторах, расположенных по ветру, позволяют турбине самостоятельно ориентироваться по ветру, но роторам, расположенным по ветру, требуется рыскающий или хвостовой флюгер, чтобы помочь им ориентироваться в правильном направлении. Однако было замечено, что роторы, расположенные по ветру, отклоняются при выравнивании с ветром на низких скоростях, что приводит к снижению выработки энергии на этих скоростях.
HAWT имеют горизонтально установленные валы, которые перпендикулярны земле. HAWT, как и VAWT, могут иметь либо две, либо три лопасти. На сегодняшний день трехлопастной HAWT оказался наиболее эффективной конструкцией, однако двухлопастной ротор и ротор, обращенный к ветру, обе модели пользовались определенным успехом. Турбина гондолы может быть обращена как против ветра (спереди), так и по ветру (сзади). В устройствах с подветренной стороны нет необходимости в механической системе ориентации, поскольку они всегда направлены в сторону ветра. Постоянное качание от порывов ветра является самым большим недостатком, поскольку оно приводит к большей усталости. Теперь давайте узнаем о типах ветровых турбин с горизонтальной осью.
Какие типы ветровых турбин существуют с горизонтальной осью вращения?
Ветровые турбины с горизонтальной осью имеют действительно эффективную конструкцию и довольно известны на рынке. Как и другие ветровые турбины, существуют также типы ветровых турбин с горизонтальной осью. Типы следующие-
1. Ветровая турбина
Ротор ветровой турбины, работающей против ветра, установлен на вершина башни. Основная цель этой турбины — не допустить, чтобы ветер отбрасывал тень на заднюю часть башни. Поскольку она жесткая и отодвинута от башни, эта конфигурация в настоящее время используется в большинстве HAWT.
2. Турбина с подветренной стороны
Ротор ветровой турбины расположен в основание конструкции. Эта конкретная турбина направляет ветер сначала к башне, а затем на лопасти ротора. Из-за того, что ротор проходит через ветровую тень башни, эта ветровая турбина испытывает некоторые изменения в мощности ветра. Здесь колебания мощности ветра вызваны положением ротора за гондолой башни. Это должно было помочь вам понять типы ветровой турбины с горизонтальной осью.
Читайте также: 2 типа ветровых турбин с вертикальной осью вращения
Каков принцип работы ветряной турбины с горизонтальной осью вращения?
После изучения типов ветровых турбин с горизонтальной осью, давайте также узнаем о принципе работы ветровых турбин с горизонтальной осью. Энергия ветра — это спреобразуется в крутящий момент ротором, который затем передается на медленно движущийся вал. гондола защищает коробку передач, высокоскоростной вал и генератор, которые получают мощность от низкоскоростного вала. Лопасти прикреплены к ротору и валу. Этот вал называется низкоскоростным валом, потому что вращающийся узел вращается ветром с неторопливой скоростью всего около 10-20 об/мин.
Для достижения желаемой выходной частоты 60 Гц низкоскоростной вал соединяется с редуктором, который имеет систему шестерен, увеличивающую выходную скорость вала примерно до 1,800 об/мин (или до 1,500 об/мин, если частота составляет 50 Гц). Из-за этого вал, выходящий из редуктора, часто называют высокоскоростным валом. Наконец, высокоскоростной вал соединяется с генератор, который преобразует вращательное движение в переменный ток. Если эта скорость используется для непосредственного вращения генератора, частота выходного переменного тока будет точно пропорциональна скорости вращения генератора.
Например, ветровые турбины с прямым приводом обычно используют генератор постоянного тока, а не переменного, и у них нет редуктора. Неясно, является ли преобразователь переменного тока в постоянный частью этих турбин (который может быть расположен у основания башни). В качестве контроллера в промышленных турбинах используется программируемый логический контроллер (ПЛК) или компьютер. Показания анемометра используются контроллером, который затем решает, в какую сторону должна быть направлена ветряная турбина, сколько энергии она должна собирать и следует ли позволять турбине ускоряться во время сильного ветра. Это принцип работы горизонтальной осевой ветряной турбины. После этого давайте рассмотрим компоненты горизонтальной осевой ветряной турбины.
Что такое компоненты ветряной турбины с горизонтальной осью?
Компоненты ветряной турбины с горизонтальной осью включают основание, башню, гондолу, генератор, лопасти ротора, ступицу, вал, редукторы и анемометры.
1. основание: Башня и другие компоненты ветряной турбины весят значительное количество тонн, поэтому их необходимо надежно закрепить на прочном основании.
2. Башня: Высокая конструкция, которая удерживает ступицу ротора и гондолу на месте. Они могут быть изготовлены из стальной решетки, бетона или трубчатой стали. Одним из ключевых аспектов конструкции горизонтальной осевой ветровой турбины является высота башни. Увеличение высоты башни позволяет турбинам поглощать больше энергии ветра и вырабатывать больше электроэнергии, поскольку скорость ветра увеличивается с высотой. Увеличение высоты ветровой системы обычно приводит к большему количеству вырабатываемой энергии, а также уменьшает турбулентность ветра.
3. Лопасти ротора: Лопасти ветряных турбин улавливают кинетическую энергию ветра и преобразуют ее в механическую энергию. Эти бритвы сделаны из дерево-эпоксидная смола или полиэстер который был укреплен стекловолокном. В зависимости от конструкции ветряные турбины могут иметь одну лопасть, пару лопастей, три лопасти или больше. Трехлопастные HAWT являются нормой. Они прикреплены к ступице ротора. В прошлом люди использовали идею нескольких лопастей для перекачивания воды, измельчения пищи и выполнения других задач.
4. Гондола: Гондола — это корпус для основных компонентов турбины. Редуктор, высоко- и низкоскоростные валы, генератор, контроллер и тормоза установлены на самом верху башни. Гондола оснащена анемометром для измерения скорости ветра и флюгером для определения направления ветра.
5. Хаб: Для соединения лопасти ротора с валом ветряной турбины требуется ступица ротора. Ступица, болты, подшипники лопасти, система шага и внутренние детали составляют узел ступицы. Сталь, железо и кованая сталь используются в производство роторных ступиц, и процесс сварки имеет важное значение. Вот несколько примеров роторных ступиц:
6. Валы: Вал, передающий мощность на крутящий момент ведущих колес, и уровни напряжения в полой или сплошной стальной конструкции вала привода чрезвычайно высоки. При использовании валов привода механическая энергия от ступицы лопасти может быть передана генератору, что позволяет ему преобразовывать вращательное движение в электрический ток. Обычно ветряная турбина имеет два вала.
7. Коробки передач: Выходной вал редуктора соединен с генератором для передачи вращательной механической энергии. Закон электромагнитной индукции Фарадея является основным принципом его работы. Это устройство, которое вырабатывает электричество из механической энергии. Когда речь идет о ветровых турбинах, существует несколько различных типов редукторов: планетарная передача, косозубая передача и передача с червячными передачами для турбины.
8. Анемометры: Величина кинетической энергии ветра во многом зависит от его скорости. Куб скорости ветра прямо пропорционален количеству энергии ветра. При выборе места крайне важно учитывать среднюю скорость ветра в этом районе. Анемометр — это инструмент, используемый для определения скорости ветрового потока. Обычно вы найдете их над гондолой.
Также см: Преимущества и недостатки приливной энергии
Для чего используются турбины с горизонтальной осью?
Для максимизации выходной мощности и энергоэффективности крупные ветровые электростанции часто используют ветровые турбины с горизонтальной осью вращения. Эти ветровые турбины обычно можно увидеть в
- Производственное оборудование
- Огромные ветровые электростанции
- Здания, спонсируемые правительством
С этим вы узнали, для чего используются турбины с горизонтальной осью. После этого вы могли бы также узнать о ветряных турбинах с горизонтальной осью преимущества и недостатки.
Каковы преимущества и недостатки ветряных турбин с горизонтальной осью вращения?
Как и у других устройств, преимущества и недостатки горизонтальной осевой ветровой турбины также вполне очевидны. Давайте узнаем о них здесь подробнее.
Преимущества горизонтально-осевой ветровой турбины:
1. Могущественные поколения
В зависимости от области применения, ветровые турбины с горизонтальной осью могут быть построены с выходной мощностью от 2 МВт до 8 МВт. Наземная ветровая турбина мощностью 2.5–3.0 МВт может генерировать около 6 миллионов кВтч в год, что достаточно для питания 1,500 типичных домов ЕС. Это зависит от размера турбины и скорости ветра.
2. Достаточно надежный
Ветровые турбины с горизонтальной осью доминируют на рынке уже много лет, поэтому их проектирование и разработка находятся на продвинутом уровне. Исследуются как практичность и полезность ветровых турбин с горизонтальной осью, которые уже доступны на рынке, так и их потенциальное будущее развитие.
3. Исключительно сильные рабочие ветры
Ветряные турбины с горизонтальной осью получить ветер на более высокой скорости из-за высоты роторов. Это означает, что они, скорее всего, будут работать при более высоких скоростях ветра, что идеально для их производительности. Воздушный поток на большой высоте обычно постоянен, что делает ветровые турбины с горизонтальной осью более надежным источником возобновляемой энергии.
4. Эффективность на очень высоком уровне
Невозможно преобразовать энергию, не тратя часть ее впустую. Основное внимание при разработке новых продуктов в секторе ветроэнергетики уделяется повышению эффективности преобразования энергии. На данный момент наиболее производительными являются ветровые турбины с горизонтальной осью. Они достаточно эффективны, чтобы преобразовывать 40–50 процентов поступающей энергии ветра в полезную электроэнергию.
Читайте также: Преимущества и недостатки водородной энергетики
Недостатки ветряных турбин с горизонтальной осью вращения:
1. Трудно перемещать, устанавливать и поддерживать в рабочем состоянии
Поскольку ветровые турбины с горизонтальной осью настолько массивный, они представляют значительные логистические и технические препятствия во время транспортировки и установки. Ветровые турбины с горизонтальной осью имеют лопасти, которые могут достигать длины 70 метров и веса 20 тонн, что делает маловероятным их установку на узких извилистых дорогах, типичных для холмистых регионов, или на обычных городских улицах, где по сторонам выстроились жилые дома, коммунальные линии и уличные фонари.
2. Нанести вред окружающей среде
До сих пор ведутся споры и разногласия по поводу того, как работают ветровые турбины с горизонтальной осью вращения. влияют на окружающую среду. Рев огромных лезвий, рассекающих воздух, огромная тень, которую они отбрасывают, и нарушение, которое они наносят окружающей фауне и экосистемам, — все это вызывает беспокойство.
3. Изменение морской экосистемы
Морские ветровые турбины, вероятно, изменят морскую экосистему способами, которые мы пока не понимаем, тогда как лопасти ветровых турбин с горизонтальной осью представляют собой риск столкновения с летающими существамиМногочисленные исследования показали, что ветряные турбины не несут прямой ответственности более чем за один процент ежегодных случаев гибели птиц в Соединенных Штатах, вызванных несчастными случаями с объектами и методами, созданными человеком.
4. Жесткие требования к настройке
Правила разработки и установки ветряных турбин могут стать препятствием, несмотря на то, что правительства по всему миру предоставляют стимулы для начала работы в этом направлении. Возобновляемая энергия революция. Например, для горизонтальной оси ветряной турбины требуемый отступ от соседнего дома обычно составляет четыре высоты всей турбины. Городскому правительству необходимо сделать исследование шума прежде чем разрешить строительство ветряной электростанции там. Важно учитывать как фоновый шум, так и шум, который будет генерировать ветряная турбина. Хотя часто существует хорошее эмпирическое правило, политика все равно может отличаться в зависимости от таких факторов, как политический климат, социальный климат и естественный климат.
HAWT играют и будут играть большую роль в вашем будущем, основанном на возобновляемой энергии. Очень важно понимать все о таких технологиях, как преимущества и недостатки горизонтально-осевых ветровых турбин, типы горизонтально-осевых ветровых турбин и т. д. Они помогают вам быть готовыми к будущему, которое вот-вот наступит.
Рекомендуется: 5 основных преимуществ и недостатков гидроэлектроэнергии
