最新の風力タービンが風の気まぐれにどのように対処するか。スキーム、説明

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革命前のロシアには風力タービンを生産する産業は存在しなかった。それらは手工芸的な方法でのみ作られました。しかし、風力エネルギーの最良かつ最も収益性の高い利用というアイデアはロシアで生まれました。

ロシアの偉大な科学者、「ロシア航空の父」である N. E. ジューコフスキー教授 (1847-1921) も、風力タービンの理論的基礎を作成しました。彼の注目に値する作品は、ソビエト政権下でのみ実用化されました。

N. E. ジューコフスキーの主導と V. I. レーニンの支援により、1918 年に中央空気流体力学研究所 (TsAGI) がモスクワに組織されました。ここに国産初の高速風力タービンが建設されました。

教授の作品に基づいています。 N. E. ジュコフスキー、彼の生徒教授。 V. P. ヴェチンキン (1888-1950)、科学技術名誉教授。 G.X.サビニンと教授。 N. V. クラソフスキーは、高品質の現代風力タービンの設計のための理論的基礎を開発しました。 E.M.ファティエフは、農業におけるそれらの正しい利用のための基礎を開発しました。

ソビエトの設計者は、数十ワットから数千キロワットの出力を持つ、オリジナルでありながらその品質において依然として卓越した高速風力タービンを作成しました。

工場で作られた全金属製の風力タービンは、検討されている木製金属製の風力発電所とは対照的に、風の「気まぐれ」に対処するための特別な装置を備えています。

風は XNUMX 日に数回、風向きや風速を変える可能性があることは誰もが知っています。

最も単純なドラム型風力タービンには、風力エネルギーの受信機があり、その風力エネルギーの受信機は、任意の 24 つの位置に固定的に取り付けられていました。カルーセル風力タービンと回転式風力タービンは、どのような風向きでも動作しますが、ドラム型風力タービンとは異なります。「最も単純な風車は、人がいる場合にのみ正常に動作します。人は風を監視し、時間内に風車を正しい位置に設定する必要があります。風車が大きい場合は、少なくとも XNUMX つの風車が必要です」特別なゲート（荷物を持ち上げるための最も単純な機械）がない場合、風力タービンの動力を利用する努力が始まりました。風車を回転させるだけでなく、風向きを示す従来の風見鶏からもわかるように、風車を風に対して自動的に設置するために、旋回ヘッドの後部に取り付けられるようになりました。尾羽と呼ばれる、長い棒または端に表面のある特別なトラスで構成される尾羽（図を参照）米。 XNUMX）。

現代の風力タービンが風の変動にどのように対処するか
図24。ベーン風力タービンのスキーム

風向きが変わると、尾翼が自動的に向きを変えます。風車は再び額に取り付けられ、風を受けました。そこで、人間の介入なしに風車を風に向けるための簡単な装置がありました。最新の風力タービンでは、風車の方向が約 10 度変化したときに尾翼が風車とともに頭部を風上に向け始めるように計算されています。

大型の風力タービンの頭部を回転させるために、尾羽は、互いに一定の距離を置いて平行に配置された 27 つまたは XNUMX つの垂直面の形で作られることがあります (図 XNUMX を参照)。

風力タービンの他のシステムでは、尾翼の役割は風車自体によって行われます。風向きが変わるとすぐに風上に位置します。これを行うために、風車はタワーの前ではなく、タワーの後ろに配置されます。この場合、ホイールは風見鶏のように自動的に風に従います。

大きな風車の場合、尾翼で急に回転すると翼が破損する可能性があります。したがって、尾翼の助けを借りて、通常は直径18メートルまでの小さな風車のみが風上に設置されます。

最も一般的な装置は、ヘッドトラスの後ろに配置された 26 つのマルチブレード風車で構成されます。このような装置はウィンドローズと呼ばれます。風配図は、風が羽根車に向かって吹くと、風の方向の端に位置し、動かずに立つように配置されています。風が横から吹くと、風配図が動き始め、伝動機構によって、風車を備えたヘッドを完全に逆風になるまで風上に向けます (図 XNUMX)。このとき、風配図は再び風の端に位置し、風の向きが再び変わるまで停止します。

現代の風力タービンが風の変動にどのように対処するか
図26。ウィンドローズの助けを借りて風力タービンのヘッドを風に変えるスキーム

現代の高速風力タービンの大型風車を風力に変えるために、他の独創的な装置が使用されています。どんな風でも優しくスムーズに風車を風に巻き込みます。

通常、推力機構はタワーに対してヘッドを非常に低速で回転させ、数分で XNUMX 回転します。

大型の風力タービンでは、小型の風見鶏で制御される電気モーターを使用してヘッドが風上に設置されます。風向きが変わると、風見鶏が回転して電線が閉じ、電動モーターが自動的にオンになります。

電気モーターは、ラインが切断された場合にのみ停止します。そして、これは、風見鶏が空気の流れに沿って配置され、風車が風に向かって額にあるときに起こります。

これらは、風車を自動的に風に向けるための現代の風力タービンの主要な装置です。

しかし、風は方向だけでなく速度も変えることがあります。その結果、風車にかかる圧力も変化します。風速が増加すると、風車の回転数が増加します。高い値に達する可能性があります。これはホイールの強度だけでなく、設置全体やホイールに取り付けられている機械にとっても危険です。

これを回避するために、最新の風力タービンには、高風速時に作動する特別な装置が装備されています。風がさらに強くなっても風車の回転数が増加しないようにし、嵐が発生した場合には風車が停止するようにします。

風力車の速度を制限する最も簡単な方法は、一定の速度で風が吹くと、部分的に風下から風が消え始めることです。

風速が増加するにつれて、風車の回転角度は大きくなり、嵐の際には風車は気流の端に位置して停止します。同時に、制御バネが伸びるか特別な荷重が持ち上げられ、風速が低下すると風車が再び風を受けます。

風車全体を風から外すことによる速度制御は、通常、小型の風力車を備えた低速風力タービンにのみ使用されます。

大型高速風力タービンの速度を制御するには、風下から取り出される風車ではなく、全長の 1/4 または 1/8 に相当する別個の翼またはその端部が使用されます。羽。

現時点で最も完璧なのは、ラック上の翼の回転部分に取り付けられた特別な流線型の表面、つまりスタビライザーの助けを借りて高速風力タービンを調整することです。スタビライザーは翼の内側にある遠心力の重りによって制御されます。負荷は風車の速度の変化、つまり風速の変化に非常に敏感です。遠心重りのわずかな動きによってスタビライザーが回転し、そこに向かい風による力が生じ、小さな舵が大きなボートを回転させるようにブレードの先端が回転します。風を受けて翼の回転部分が出てくると、風車の回転数が減少します。

このオリジナルの規制は、教授の指導の下、ソ連の科学者と設計者によって開発されました。 G.X.サビニナと教授。 N.V.クラソフスキー。これは、容量 10 ～ 1000 キロワットの最新の高速風力タービンのほとんどで使用されています。

発明者A.G.ウフィムツェフと教授。 V.P. Vetchinkin は、高速風力タービンの風車の速度を、翼にかかる空気流の圧力によって翼を風下から外すことによって制御することを提案しました。強風時には、風向計のように翼がフラップの軸に対して回転し、空気の流れを自由に通過できます。この規制による風車の回転に必要な均一性は、いわゆる慣性アキュムレータ、つまりトランスミッションに含まれるフライホイールの動作によって達成されます。バッテリーディスクは急速に回転し、風速が増加すると過剰なエネルギーを吸収し、風速が減少するとこのエネルギーを作業機械に与えます。このような規制は、例えば、Ufimtsev-Vetchinkin システムの風力タービン 1-D-18 に対して確立されています (図 27)。

現代の風力タービンが風の変動にどのように対処するか
図27。最大1キロワットの容量を持つ風力タービン18-D-30。

小型高速風力タービンでは、翼の回転は、風車シャフト近くの翼に付加された特別な荷重によって生じる追加の遠心力によって実行されます。

この装置は、実行が最も単純で、デザインが非常に独創的で、受賞者の V. S. シャーマニンによって提案されました。

これらは現代の羽根型風力タービンの主要な自動機構であり、この機構の助けを借りて、風車が風の中に設置され、高風速でも設定速度を維持します。

著者: Karmisin A.V.

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