четверг, 3 января 2013 г.

Энергетика.Ветроэнергетика. Рама ветроэнергетической установки.

   Энергетика
     В наше время вопрос об энергии стоит довольно остро. Энергия необходима во всех отраслях нашей жизни:будь то производство чего либо, транспортировка или что-то другое. Сложно представить хотя бы час нашей жизни, в который мы не пользовались бы электричеством. Вы можете заметить, что когда мы спим нам необходимо электричество - но даже во время нашего сна работают наши холодильники, кондиционеры и другие бытовые приборы, наполняющие нашу жизнь удобствами.

     В связи с тем, что энергию мы используем повсеместно, количество потребляемой человечеством энергии действительно огромно. И в наше время существует много способов получения энергии: 
  • тепловые электростанции
  • гидроэлектростанции
  • атомные электростанции
  • ветроэнергетические установки
  • и другие.
     У всех способов получения энергии есть свои плюсы и минусы.Сейчас большая часть энергии производится на тепловых электростанциях, но к сожалению запасов нефти, газа и угля на планете не хватит на долго при таком интенсивном их использовании. В последнее время люди стали обращать больше внимания на использование альтернативных источников энергии - энергии солнца, ветра и т.п., так как использование этих источников является более экологическим и эти запасы являются по сути неисчерпаемыми, в то время как запасы угля и нефти, которые мы  можем потратить за пару сотен лет образовывались на Земле в течение миллионов лет.

     Описав общее положение энергетики, и важность конкретно ветроэнергетики в наше время перейду непосредственно к её описанию.





Ветроэнергетика
    Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии  ветра  более
чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек  планеты.  Постоянно  и
повсюду на  земле  дуют  ветры  –  от  легкого  ветерка,  несущего  желанную
прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон  и
разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан,  на  дне  которого  мы  живем.
    Ветры, дующие на просторах нашей страны,       могли бы  легко  удовлетворить  все
ее потребности в электроэнергии! Климатические условия  позволяют  развивать
ветроэнергетику на  огромной  территории  –  от  наших  западных  границ  до
берегов  Енисея.  Богаты  энергией  ветра  северные  районы   страны   вдоль
побережья  Северного  Ледовитого  океана,  где   она   особенно   необходима

мужественным  людям,  обживающим  эти  богатейшие  края.  Почему  же   столь
обильный, доступный да и экологически  чистый  источник  энергии  так  слабо
используется? В наши дни  двигатели,  использующие  ветер,  покрывают  всего
одну тысячную мировых потребностей в энергии.
    По оценкам различных авторов, общий ветроэнергетический потенциал Земли
равен 1200 ГВт,  однако  возможности  использования  этого  вида  энергии  в
различных районах Земли неодинаковы. Среднегодовая скорость ветра на  высоте
20–30 м  над  поверхностью  Земли  должна  быть  достаточно  большой,  чтобы
мощность   воздушного   потока,   проходящего   через   надлежащим   образом
ориентированное вертикальное сечение, достигала  значения,  приемлемого  для
преобразования. Ветроэнергетическая установка,  расположенная  на  площадке,
где среднегодовая удельная мощность воздушного потока составляет  около  500
Вт/м2  (скорость  воздушного  потока  при   этом   равна   7   м/с),   может
преобразовать в электроэнергию около 175 из этих 500 Вт/м2.
    Новейшие   исследования   направлены   преимущественно   на   получение
электрической энергии из  энергии  ветра.  Стремление  освоить  производство

ветроэнергетических машин  привело  к  появлению  на  свет  множества  таких
агрегатов. Некоторые из них достигают  десятков  метров  в  высоту,  и,  как
полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую  сеть.
Малые    ветроэлектрические    агрегаты    предназначены    для    снабжения
электроэнергией отдельных домов.
    Сооружаются  ветроэлектрические  станции  преимущественно   постоянного
тока.  Ветряное  колесо  приводит  в  движение  динамо-машину  –   генератор
электрического тока, который одновременно заряжает  параллельно  соединенные
аккумуляторы.   Аккумуляторная   батарея   автоматически   подключается    к
генератору  в  тот  момент,  когда  напряжение  на  его   выходных   клеммах
становится  больше,  чем  на  клеммах   батареи,   и   также   автоматически
отключается при противоположном соотношении.
    Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током  нефтяников;
они успешно работают в труднодоступных  районах,  на  дальних   островах,  в
Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где  нет  поблизости  крупных
населенных пунктов и электростанций  общего  пользования.  
    Широкому применению ветроэлектрических  агрегатов  в  обычных  условиях
пока препятствует их высокая себестоимость. Вряд ли требуется говорить,  что
за ветер платить не нужно, однако машины, нужные  для  того,  чтобы  запрячь
его в работу, обходятся слишком дорого.

    Сейчас  созданы  самые   разнообразные   прототипы   ветроэлектрических
генераторов (точнее, ветродвигателей с  электрогенераторами).  Одни  из  них
похожи на обычную детскую  вертушку,  другие  –  на  велосипедное  колесо  с
алюминиевыми лопастями вместо спиц. Существуют агрегаты в виде карусели  или
же  в  виде  мачты  с  системой  подвешенных  друг   над   другом   круговых
ветроуловителей, с горизонтальной или вертикальной осью  вращения,  с  двумя
или пятьюдесятью лопастями.
    В проектировании установки самая трудная проблема состояла в том, чтобы
при разной силе ветра обеспечить одинаковое число оборотов пропеллера.  Ведь
при подключении к сети  генератор  должен  давать  не  просто  электрическую
энергию, а только переменный ток с заданным числом циклов в секунду,  т.  е.
со стандартной частотой 50 Гц. Поэтому угол наклона лопастей по отношению  к
ветру регулируют за счет поворота их  вокруг  продольной  оси:  при  сильном
ветре этот угол острее, воздушный поток свободнее обтекает лопасти и  отдает
им  меньшую  часть  своей  энергии. 
    При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в
ветреную погоду и недостаток ее в периоды безветрия. Как  же  накапливать  и
сохранить  впрок  энергию  ветра?  Простейший  способ  состоит  в  том,  что
ветряное колесо движет насос, который накачивает воду в  расположенный  выше
резервуар, а потом  вода,  стекая  из  него,  приводит  в  действие  водяную
турбину и генератор постоянного или переменного тока.  Существуют  и  другие
способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных  батарей  до
раскручивания  гигантских  маховиков  или  нагнетания  сжатого   воздуха   в
подземные пещеры и вплоть  до  производства  водорода  в  качестве  топлива. 

взято с reforus.org

Рама ВЭУ

    Ну и наконец перейдём к объекту, который я исследовал в рамках моей курсовой работы. Это рама ветроэнергетической установки.
    Ветроэнергетическая установка(сокращенно ВЭУ, она же ветрогенератор) - устройство для преобразования кинетической энергии ветра в энергию вращающегося ветроколеса,а после в электрическую энергию.Сейчас применяются два основных вида конструкции ветрогенераторов:: горизонтально-осевые и вертикально-осевые ветродвигатели. Оба типа ВЭУ имеют примерно равный КПД, однако наибольшее распространение получили ветрогенераторы первого типа. Мощность ВЭУ может быть от сотен ватт до нескольких мегаватт. Раньше в ВЭУ применялись ветроколеса так называемого «активного» типа (карусельного типа),которые использовали силу давления ветра (в отличие от выше указанных ветроколес, использующих подъемную силу). Однако такие установки имеют очень низкий КПД (менее 20%), в связи с этим в настоящее время для производства энергии они не применяются. 
    Основные компоненты установок обоих типов: 
  • ветроколесо (ротор), преобразующее энергию набегающего ветрового потока в механическую энергию вращения оси турбины. Диаметр ветроколеса колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров. Частота вращения составляет от 15 до 100 об/мин. Обычно для соединенных с сетью ВЭУ частота вращения ветроколеса постоянна. Для автономных систем с выпрямителем и инвертором -  обычно переменная;
  • мультипликатор - промежуточное звено между ветроколесом и электрогенератором, который повышает частоту вращения вала ветроколеса и обеспечивает согласование с оборотами генератора. Исключение составляют ВЭУ малой мощности со специальными генераторами на постоянных магнитах; в таких ветроустановках мультипликаторы обычно не применяются;
  • башня (ее иногда укрепляют стальными растяжками), на которой установлено ветроколесо. У ВЭУ большой мощности высота башни достигает 75 м. Обычно это цилиндрические мачты, хотя применяются и решетчатые башни;
  • основание (фундамент) предназначено для предотвращения падения установки при сильном ветре. Кроме того, для защиты от поломок при сильных порывах ветра и ураганах почти все ВЭУ большой мощности автоматически останавливаются, если скорость ветра превышает предельную величину.
    Для целей обслуживания они должны оснащаться тормозным устройством. Горизонтально-осевые ВЭУ имеют в своем составе устройство, обеспечивающее автоматическую ориентацию ветроколеса по направлению ветра. 
Материал с сайта u380.ru

    В рамках моего курсового проекта мне надо было построить в SolidWorks и рассчитать на собственные частоты и формы колебаний в ANSYS раму ветроэнергетической установки. Рама ВЭУ - это деталь, на которой закреплены электрогенератор, корпусы подшипников вала ветроколеса и привод включения и выключения ветроколеса. Для построения мне была выдана 3D-модель рамы, показанная ниже.
    О ходе проведения работы и результатах вы сможете прочесть в моём следующем посте, который будет посвящён результатам расчёта на СЧиФ колебаний рамы ВЭУ.

Спасибо за внимание.
Конструктивная критика приветствуется.
С уважением Дмитренко Алексей.


Комментариев нет:

Отправить комментарий