RU2745840C1

RU2745840C1 - Wind power plant

Info

Publication number: RU2745840C1
Application number: RU2020109280A
Authority: RU
Inventors: Владислав Анатольевич Ревякин; Вячеслав Юрьевич Мусатов; Светлана Вячеславовна Пчелинцева; Игорь Владимирович Егоров
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2021-04-01

Abstract

FIELD: wind energy.

SUBSTANCE: invention can be used to generate electricity in conditions of pulsations of wind speed. The wind power plant contains a wind wheel, a support tower, a nacelle with an electric unit, a rotary base equipped with a device for orienting to the wind flow, made in the form of a two-keel circuit shank. Contains a hurricane protection system, including a mechanical threshold relay and a shock absorber, made in the form of a tail with a plumage - two blades oriented at an angle of 90 degrees to each other; while one of the blades is fixed motionless, and the second has the ability to move after the threshold device is triggered when the wind speed reaches a storm value; in addition, the shock absorber is configured to ensure smooth movement of the movable blade due to the possibility of choosing the value of the shock absorber damping.

EFFECT: technical result is to increase the service life of wind turbines, which allows them to be serviced much less often.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии в условиях пульсаций скорости ветра.The invention relates to the field of wind energy and can be used to generate electricity in conditions of pulsations of wind speed.

В настоящее время практический интерес представляет создание горизонтально-осевых ветроэнергетических установок (ВЭУ) пропеллерного типа малой и средней мощности, работающих при среднегодовых скоростях ветра V=3-6 м/с. Однако скорость ветра редко является стабильной величиной и может во время шквала резко кратковременно изменяться до 20-30 м/с. Для стабильной работы ВЭУ малой и средней мощности необходимо применять системы защиты от урагана и активной самоориентации (за счет взаимодействия элементов ветроустановки с ветровым потоком).Currently, of practical interest is the creation of horizontal-axis wind power plants (WPP) of the propeller type of low and medium power, operating at average annual wind speeds V = 3-6 m / s. However, the wind speed is rarely a stable value and during a squall it can sharply briefly change up to 20-30 m / s. For the stable operation of small and medium-sized wind turbines, it is necessary to use hurricane protection systems and active self-orientation (due to the interaction of the wind turbine elements with the wind flow).

Наиболее часто в качестве устройств ориентации для горизонтально-осевых ВЭУ малой и средней мощности применяют хвостовик или флюгер. Основное требование к системе активной самоориентации на направление ветра следующее: при всех режимах работы должна соблюдаться устойчивость положения гондолы в потоке, т.е. ориентация должна выполняться только при существенном и относительно долговременном изменении направления ветра, а не при случайных его пульсациях.Most often, a shank or a weather vane is used as orientation devices for horizontal-axis wind turbines of low and medium power. The main requirement for the system of active self-orientation to the wind direction is as follows: under all operating modes, the stability of the position of the nacelle in the flow must be observed, i.e. orientation should be performed only with a significant and relatively long-term change in wind direction, and not with its random pulsations.

Система защиты от урагана должна предотвращать разрушение ВЭУ вследствие чрезмерного раскручивания ветроколеса. Для реализации подобных систем применяют различные способы торможение ветроколеса или поворота его оси относительно потока.The hurricane protection system must prevent the destruction of the wind turbine due to excessive spinning of the wind wheel. To implement such systems, various methods of braking the propeller or turning its axis relative to the flow are used.

Известен способ торможения ветроколеса ветроэнергоустановки, при котором ротором с вращающимися вокруг оси ротора подвижными элементами взаимодействуют с воздушным потоком, поток дополнительно тормозят и уменьшают усилие его взаимодействия с подвижными элементами ротора при увеличении скорости потока, а результат взаимодействия ротора с потоком подводят к нагрузке; дополнительное усилие торможения сосредотачивают по оси ротора, сравнивают усилие дополнительного торможения с расчетным усилием, возникающим на роторе от центробежных и аэродинамических сил при минимальной рабочей скорости потока, и при превышении усилия дополнительного торможения прикладывают его к каждому подвижному элементу одновременно (Патент РФ №2172864 С2, опубл. 27.08.2001).There is a known method of braking a wind turbine, in which a rotor with movable elements rotating around the rotor axis interact with the air flow, the flow is additionally slowed down and the force of its interaction with the rotor movable elements is reduced when the flow rate increases, and the result of the interaction of the rotor with the flow is brought to the load the additional braking force is concentrated along the rotor axis, the additional braking force is compared with the calculated force arising on the rotor from centrifugal and aerodynamic forces at the minimum operating flow rate, and if the additional braking force is exceeded, it is applied to each movable element simultaneously (RF Patent No. 2172864 C2, publ. 27.08.2001).

Недостатком данного способа является узкий диапазон регулировки, поскольку торможение ветроколеса прямо связано с жесткостью пружин. При весьма больших скоростях ветра (ураган) необходима достаточно большая жесткость пружин, однако при субураганных, скоростях ветра слишком большая жесткость пружин не позволит осуществить сложение лопастей и торможение ветроколеса.The disadvantage of this method is a narrow adjustment range, since the braking of the wind wheel is directly related to the stiffness of the springs. At very high wind speeds (hurricane), a sufficiently high stiffness of the springs is required, however, at suburragan wind speeds, too high stiffness of the springs will not allow folding the blades and braking the wind wheel.

Известен электромеханический способ торможения ветроколеса ветроэнергетической установки путем фиксации ротора электрогенератора электромагнитным устройством (УЭ) при превышении скорости вращения лопастей ветроколеса допустимого предела (Патент РФ №2336433 С1, опубл. 20.10.2008).There is an electromechanical method of braking a wind turbine by fixing the rotor of an electric generator with an electromagnetic device (UE) when the speed of rotation of the blades of the wind turbine exceeds the permissible limit (RF Patent No. 2336433 C1, publ. 20.10.2008).

Недостатком данного способа является то обстоятельство, что он может быть эффективен лишь при низком пороговом значении скорости ветра ввиду больших ударных воздействий на элементы УЭ, в частности на «пальцы» тормоза.The disadvantage of this method is the fact that it can be effective only at a low threshold value of the wind speed due to large shock effects on the elements of the RE, in particular on the "fingers" of the brake.

Более эффективны и надежны электрические способы торможения ветроколеса ветроэнергетической установки.More efficient and reliable electric methods of braking the wind turbine wind turbine.

Известен способ торможения ветроколеса ветроэнергетической установки, содержащей электрический генератор, путем увеличения крутящего момента, противодействующего вращению ветроколеса при достижении частоты вращения ветроколеса предварительно заданного порогового значения; согласно известному способу определяют частоту вращения ветроколеса с помощью датчика оборотов вала генератора и, если частота вращения ветроколеса достигла порогового значения, закорачивают, по меньшей мере, одну из обмоток генератора (Патент РФ №2430463 С2, опубл. 27.09.2011). Как отмечается в формуле изобретения (п. 89) и в описании указанного выше технического решения, принятого за прототип настоящего изобретения в части способа, при нормальной работе крутящий момент подстраивается под оптимальные характеристики и/или максимальную выдаваемую мощность. При ветре, превышающем допустимую силу, схема управления регулирует момент для снижения аэродинамических характеристик, что необходимо для поддержания выдачи желаемого уровня мощности. В режимах, включения, например, при одном или нескольких отказах схем управления, потере мощности в какой-либо части устройства для генерирования электрической энергии при ураганном ветре управление ветроколесом осуществляется путем повышения крутящего момента посредством закорачивания обмоток. При этом ток в обмотках генератора начинает резко нарастать, однако явление самоиндукции препятствует любым изменениям тока в обмотках, создавая встречный момент, тормозящий вращение вала генератора. Собственная энергия тока самоиндукции численно равна работе, которую должен выполнить ветер для преодоления э.д.с. самоиндукции. Ветроколесо таким образом тормозится, но полностью остановиться не может, так как при полной остановке исчезает ток самоиндукции, а значит и сопротивление вращению ветроколеса. Ветроколесо в конечном счете будет медленно вращаться, что является основным недостатком способа по патенту RU 2430463 С2, поскольку ремонтные и профилактические работы возможны только при полностью остановленном ветроколесе. При реализации данного способа указанные работы возможны только с использованием дополнительных механических средств для фиксации ветроколеса. Кроме того, при весьма сильном (ураганном) ветре ток короткого замыкания может достичь величины, которая вызовет повреждение обмоток генератора.There is a method of braking a wind turbine of a wind power plant containing an electric generator by increasing the torque opposing the rotation of the wind turbine when the speed of rotation of the wind turbine reaches a predetermined threshold value; According to the known method, the speed of the wind wheel is determined using the generator shaft speed sensor and, if the speed of the wind wheel has reached a threshold value, at least one of the generator windings is short-circuited (RF Patent No. 2430463 C2, publ. 09/27/2011). As noted in the claims (clause 89) and in the description of the above technical solution adopted as a prototype of the present invention in terms of the method, during normal operation, the torque is adjusted to the optimal characteristics and / or maximum output power. When the wind exceeds the allowable force, the control circuit adjusts the torque to reduce aerodynamic performance, which is necessary to maintain the output of the desired power level. In the modes of switching on, for example, with one or more failures of control circuits, loss of power in any part of the device for generating electrical energy in a hurricane wind, the wind wheel is controlled by increasing the torque by short-circuiting the windings. In this case, the current in the generator windings begins to increase sharply, however, the self-induction phenomenon prevents any changes in the current in the windings, creating a counter moment that slows down the rotation of the generator shaft. The self-energy of the self-induction current is numerically equal to the work that the wind must perform to overcome the emf. self-induction. The wind wheel is decelerated in this way, but cannot stop completely, since at a complete stop, the self-induction current disappears, and hence the resistance to the rotation of the wind wheel. The wind wheel will ultimately rotate slowly, which is the main disadvantage of the method according to patent RU 2430463 C2, since repair and maintenance work is possible only when the wind wheel is completely stopped. When implementing this method, these works are possible only with the use of additional mechanical means for fixing the wind wheel. In addition, with very strong (hurricane) winds, the short-circuit current can reach a value that will damage the generator windings.

Известно техническое решение «Лопастное устройство» (Патент РФ №2272932, МПК F03D 1/00, опубл. 27.03.2006 г.), содержащее лопасти, кинематически связанные с генератором электрической энергии, при этом оно выполнено в виде флюгера с направляющим хвостовиком, исполняющим функцию самоориентации.Known technical solution "Blade device" (RF Patent No. 2272932, IPC F03D 1/00, publ. 03/27/2006), containing the blades, kinematically connected with the generator of electrical energy, while it is made in the form of a weather vane with a guide shank performing self-orientation function.

Недостатком данного изобретения является то, что при простоте конструкции хвостовика, устройство ориентации, имеет повышенную скорость поворачивания лопастного устройства вокруг ее вертикальной оси, что в случаях резких порывов ветра может привести к разрушению конструкции.The disadvantage of this invention is that with the simplicity of the shank design, the orientation device has an increased speed of rotation of the blade device around its vertical axis, which in cases of sharp gusts of wind can lead to the destruction of the structure.

Известно техническое решение «Ветроэнергетическая установка» (Патент РФ №111893, МПК F03D 1/02, опубл. 27.12.2011 г.), содержащее основное и вспомогательное ветроколеса, трубу с поворотной головкой и исполнительным механизмом, руль, который шарнирно соединен с хвостовиком, и который имеет два рычага, причем, с одним рычагом соединена пружина возврата, а второй рычаг через гибкую тягу соединен со шкивом вспомогательного ветроколеса, установленного в раме руля и имеющего вертикальную ось вращения. На рычаги хвостовика установлены фиксируемые ползуны, позволяющие изменять положение точек приложения сил на рычагах, причем один из ползунов соединен с пружиной возврата, а второй - со шкивом вспомогательного ветроколеса. Между рамой руля и хвостовиком шарнирно установлен телескопический ограничитель поворота, состоящий из двух труб, причем внутренняя труба имеет паз, длина которого соответствует углу поворота хвостовика на 90°, а на наружной трубе закреплен винт-фиксатор, который проходит через паз внутренней трубы, ограничивает перемещение труб в крайних положениях паза и фиксирует их относительно друг друга.Known technical solution "Wind power plant" (RF Patent No. 111893, IPC F03D 1/02, publ. 27.12.2011), containing the main and auxiliary wind wheels, a pipe with a swivel head and an actuator, a steering wheel, which is pivotally connected to the shank, and which has two levers, moreover, a return spring is connected to one lever, and the second lever is connected through a flexible rod to the pulley of an auxiliary wind wheel installed in the rudder frame and having a vertical axis of rotation. Fixed sliders are installed on the shank levers, allowing to change the position of the points of application of forces on the levers, one of the sliders being connected to the return spring, and the second to the auxiliary wind wheel pulley. Between the rudder frame and the shank, a telescopic rotation limiter is hingedly installed, consisting of two pipes, and the inner pipe has a groove, the length of which corresponds to the angle of rotation of the shank by 90 °, and a fixing screw is attached to the outer pipe, which passes through the groove of the inner pipe, restricts movement pipes in the extreme positions of the groove and fixes them relative to each other.

Недостатком является достаточно сложная конструкция устройства.The disadvantage is the rather complicated design of the device.

Известно техническое решение «Устройство защиты ветроэнергетической установки от внезапного порыва ветра», заявка на изобретение (Заявка на патент РФ №98111380, МПК F03D 1/00 от 09.06.1998), отличающееся тем, что лопасть ветрового колеса, крепится на своей оси в корпусе колеса со смещением центра вращения лопасти относительно центра давления ветра на лопасть на расчетный размер, и при возрастании давления ветра на лопасть, превышающего заданную величину, она, преодолевая усилие пружины, удерживающей лопасть в рабочем положении, поворачивается на оси и пропускает порыв ветра с наименьшим ему сопротивлением, а после окончания воздействия сверхдопустимого порыва ветра лопасть под воздействием пружины возвращается в исходное положение.Known technical solution "Device for protecting a wind power plant from a sudden gust of wind", an application for an invention (Application for a patent of the Russian Federation No. 98111380, IPC F03D 1/00 dated 09.06.1998), characterized in that the blade of the wind wheel is attached to its axis in the housing wheels with a displacement of the center of rotation of the blade relative to the center of wind pressure on the blade by the calculated size, and when the wind pressure on the blade exceeds a given value, it, overcoming the force of the spring that holds the blade in the working position, turns on the axis and passes the gust of wind with the smallest resistance, and after the end of the influence of the super-permissible gust of wind, the blade under the influence of the spring returns to its original position.

Недостатком данного устройства является невозможность самоориентирования ветроколеса в потоке ветра.The disadvantage of this device is the impossibility of self-orientation of the propeller in the wind flow.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и взятому за прототип является «Ветроэнергетическая установка» (патент РФ №2504687, МПК: F03D 7/00, опубл. 20.01.2014 г.), которая содержит опорную башню, ветроколесо, гондолу электроагрегата, поворотное основание, снабженное устройством ориентации на ветровой поток, выполненным в виде хвостовика двухкилевой схемы. Изобретение обеспечивает возможность поворота плоскости ветроколеса с горизонтальной осью вращения относительно ее вертикальной оси вращения при небольшой скорости набегающего потока.The closest in technical essence to the claimed invention and taken as a prototype is the "Wind power plant" (RF patent No. 2504687, IPC: F03D 7/00, publ. 20.01.2014), which contains a support tower, a wind wheel, a gondola of an electric unit, a rotary base, equipped with a device for orientation to the wind flow, made in the form of a shank of a two-keel circuit. The invention provides the ability to rotate the plane of the wind wheel with a horizontal axis of rotation relative to its vertical axis of rotation at a low speed of the incoming flow.

Недостатком изобретения является невозможность его использования при резких изменениях скорости ветра.The disadvantage of the invention is the impossibility of using it with sharp changes in wind speed.

Технической проблемой настоящего изобретения является необходимость реализации возможности осуществлять плавный поворот ВЭУ по направлению ветра при повышенных значениях скорости ветра и торможение ротора при очень сильных порывах.The technical problem of the present invention is the need to implement the ability to smoothly rotate the wind turbine in the direction of the wind at increased wind speeds and braking the rotor at very strong gusts.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является повышение срока службы ветрогенераторов, что позволяет гораздо реже производить их обслуживание.The technical result from the use of the proposed invention is to increase the service life of wind generators, which allows them to be serviced much less often.

Технический результат достигается тем, что в ветроэнергетической установке, содержащей опорную башню, ветроколесо, гондолу электроагрегата, поворотное основание, снабженное устройством ориентации на ветровой поток, выполненным в виде хвостовика двухкилевой схемы, отличающееся тем, что имеет две лопасти, расположенные под углом 90 град относительно друг друга, одна из которых является неподвижной, а другая ориентирующая, содержит узлы устройства линеаризации - механическое пороговое реле и сглаживающий амортизатор. Благодаря этому, при порывистом ветре, ВЭУ не будет резко разбалтываться из стороны в сторону на оси мачты, испытывая разрушительные нагрузки, а будет совершать медленные, плавные повороты к потоку ветра. После окончания шторма, ВЭУ автоматически переходит в штатный режим работы без участия человека.The technical result is achieved by the fact that in a wind power plant containing a support tower, a wind wheel, a gondola of an electric unit, a rotary base equipped with a wind flow orientation device made in the form of a two-keel shank, characterized in that it has two blades located at an angle of 90 degrees relative to each other, one of which is stationary, and the other orienting, contains the units of the linearization device - a mechanical threshold relay and a smoothing shock absorber. Due to this, in a gusty wind, the wind turbine will not sharply loose from side to side on the mast axis, experiencing destructive loads, but will make slow, smooth turns to the wind flow. After the end of the storm, the wind turbine automatically switches to normal operation without human intervention.

В случае, если ветер имеет характер краткосрочных, непродолжительных порывов, в целом не опасных для работы конструкции, но достаточных для срабатывания системы защиты от урагана, система имеющая плавность хода при уводе установки из направления потока ветра, может сглаживать данные порывы, не давая установке полностью установиться под углом к направлению потока ветра, сохраняя ее в состоянии генерировать электрический ток.If the wind has the character of short-term, short-lived gusts, which are generally not dangerous for the operation of the structure, but sufficient to trigger the hurricane protection system, the system, which has a smooth running when the unit is moved out of the direction of the wind flow, can smooth out these gusts, preventing the unit from completely settle at an angle to the direction of the wind flow, keeping it able to generate an electric current.

Применение данной системы позволит значительно увеличить срок службы ВЭУ и увеличить диапазон скоростей ветра, при которых установка будет находиться в работоспособном состоянии, не смотря на срабатывание защиты от урагана.The use of this system will significantly increase the service life of the wind turbine and increase the range of wind speeds at which the unit will be in working condition, despite the operation of the hurricane protection.

Новизной данного предлагаемого изобретения является применение хвостового оперения, состоящего из двух лопастей, представляющих собой беспрофильные, прямоугольные кили, ориентированные друг к другу под углом 90 градусов и установленные вершиной угла на оси ВЭУ, одна из которых является неподвижной, а другая ориентирующая, содержит узлы устройства линеаризации - механическое пороговое реле и сглаживающий амортизатор.The novelty of this proposed invention is the use of the tail unit, consisting of two blades, which are non-profile, rectangular keels oriented to each other at an angle of 90 degrees and installed with the apex of the angle on the axis of the wind turbine, one of which is fixed, and the other orienting, contains the units of the device linearization - mechanical threshold relay and smoothing shock absorber.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом: фиг. - Схема ветроэнергетической установки. Позициями на чертеже обозначены: 1 - опорная башня, 2 - ветроколесо, 3 - гондола с электроагрегатом, 4 - поворотное основание, 5 - хвостовое оперение, 6 - неподвижная лопасть, 7 - подвижная лопасть, 8 - механическое пороговое реле, 9 - амортизатор.The claimed invention is illustrated by a drawing: FIG. - Scheme of a wind power plant. The positions in the drawing indicate: 1 - support tower, 2 - wind wheel, 3 - gondola with electric unit, 4 - rotary base, 5 - tail, 6 - fixed blade, 7 - movable blade, 8 - mechanical threshold relay, 9 - shock absorber.

Ветроэнергетическая установка содержит опорную башню 1, на которой установлены ветроколесо 2, гондола с электроагрегатом 3 и поворотное основание 4, на котором установлено хвостовое оперение 5 с килем из двух лопастей - неподвижной 6 и подвижной 7 которая соединена с механическим пороговым 8 реле и амортизатором 9.The wind power plant contains a support tower 1, on which a wind wheel 2, a gondola with an electrical unit 3 and a rotary base 4 are installed, on which a tail unit 5 is installed with a keel of two blades - fixed 6 and movable 7, which is connected to a mechanical threshold 8 relay and a shock absorber 9.

Работает ВЭУ следующим образомThe wind turbine works as follows

Представляя собой объект с высоким аэродинамическим сопротивлением, хвостовое оперение 5 развивает механический момент, приложенный к оси крепления ВЭУ на опорной башне выполняя свое ориентирующее свойство по направлению потока ветра. Размер каждой лопасти 6, 7 хвостового оперения 5 выбирают таким, что бы каждая лопасть развивала достаточный момент сил к оси крепления ВЭУ, превосходящий момент сил, развиваемый ветроколесом 2, тормозящим поток ветра, чтобы самостоятельно ориентировать ВЭУ на поворотном основании 4 по ветру без наличия другой лопасти. При совместной работе до срабатывания защиты от урагана, лопасти 6 и 7 устанавливают под углом 90 градусов друг к другу и их ориентирующее свойство сохраняется. После срабатывания защиты от урагана, подвижная лопасть 7 освобождается от блокировки пороговым реле 8 и начинает выстраиваться по направлению потока ветра. Фиксированная лопасть 6, имеющая положение под углом 135 градусов к направлению потока ветра, воспринимает на себя нагрузку от ветрового потока и меняет положение гондолы с электроагрегатом 3 на поворотном основании 4, устанавливая ее под некоторым углом к направлению потока ветра, тем самым уменьшая давление ветра на ротор ветроколеса и уменьшая на него ветровую нагрузку, в чем и заключается защита от урагана. Подвижная лопасть 7 после срабатывания защиты от урагана и появления возможности двигаться ограничена в скорости своего движения специальным демпфирующим устройством ^ амортизатором 9, который предназначен для уменьшения скорости перемещения подвижной лопасти 7, чем достигается плавность в переориентации положения ВЭУ относительно направления ветрового потока. Способность перемещаться плавно позволяет избавиться от разрушительных нагрузок на элементах конструкции всей установки, которые обусловлены наличием гироскопических сил вращающегося ветроколеса 2 и созданного ими момента сил, на ступице, валу генератора и на оси крепления ВЭУ на опорной башне 1.Being an object with high aerodynamic resistance, the tail unit 5 develops a mechanical moment applied to the axis of the wind turbine mounting on the support tower, fulfilling its orientation property in the direction of the wind flow. The size of each blade 6, 7 of the tail unit 5 is chosen such that each blade develops a sufficient moment of forces to the axis of the wind turbine attachment, exceeding the moment of forces developed by the wind wheel 2, braking the wind flow, in order to independently orient the wind turbine on the rotary base 4 in the wind without the presence of another blades. When working together, before the hurricane protection is triggered, the blades 6 and 7 are set at an angle of 90 degrees to each other and their orientation property is preserved. After the hurricane protection is triggered, the movable blade 7 is released from blocking by the threshold relay 8 and begins to line up in the direction of the wind flow. The fixed blade 6, which has a position at an angle of 135 degrees to the direction of the wind flow, takes on the load from the wind flow and changes the position of the nacelle with the electric unit 3 on the rotary base 4, setting it at an angle to the direction of the wind flow, thereby reducing the wind pressure by the rotor of the wind turbine and reducing the wind load on it, which is the protection from the hurricane. The movable blade 7, after the protection against the hurricane is triggered and the ability to move, is limited in the speed of its movement by a special damping device ^ shock absorber 9, which is designed to reduce the speed of movement of the movable blade 7, thereby achieving smoothness in reorienting the position of the wind turbine relative to the direction of the wind flow. The ability to move smoothly allows you to get rid of destructive loads on the structural elements of the entire installation, which are due to the presence of gyroscopic forces of the rotating wind wheel 2 and the moment of forces created by them, on the hub, the generator shaft and on the axis of the wind turbine mounting on the support tower 1.

Новизной данной конструкции является наличие в ориентирующем хвостовом оперении 5 двух лопастей 6 и 7, одна из которых подвижная 7 и может менять свое положение в потоке ветра, что приводит к изменению ориентации ВЭУ относительно направления потока. Подвижная лопасть 7 плавно изменяет скорость своего положения с помощью демпфирующего устройства - амортизатора 9.The novelty of this design is the presence in the orienting tail unit 5 of two blades 6 and 7, one of which is movable 7 and can change its position in the wind flow, which leads to a change in the orientation of the wind turbine relative to the direction of the flow. The movable blade 7 smoothly changes the speed of its position with the help of a damping device - shock absorber 9.

После срабатывания защиты от урагана, подвижная лопасть 7 имеет возможность движения и стремится установиться по направлению потока воздуха, теряя свои ориентирующие свойства. Амортизатор 9 не позволяет сделать это мгновенно, а делает ее движение замедленным, с заранее выбранной величиной замедления движения, которое устанавливается величиной демпфирования амортизатора. В результате ВЭУ совершает уход из направленного потока ветра не резко, а плавно, чем самым достигается снижение разрушительных нагрузок, связанных с наличием больших моментов сил, как со стороны вращающегося ротора ветроколеса 2, так и хвостового оперения 5.After the protection against the hurricane is triggered, the movable blade 7 has the ability to move and seeks to establish itself in the direction of the air flow, losing its orienting properties. The shock absorber 9 does not allow it to be done instantly, but makes its movement decelerated, with a preselected amount of deceleration, which is set by the amount of damping of the shock absorber. As a result, the wind turbine leaves the directed wind flow not abruptly, but smoothly, thereby reducing the destructive loads associated with the presence of large moments of forces, both from the side of the rotating rotor of the wind wheel 2 and the tail unit 5.

Дополнительным важным результатом является то, что если ураганный порыв был краткосрочным и не существенным, но достаточным для срабатывания системы защиты от урагана, то благодаря свойству демпфирования и плавности увода ВЭУ, порыв может краткосрочным, резким и быстро закончиться, а ВЭУ вернется в рабочее положение, не совершив полного увода от направления потока ветра и не потеряв генерирующую электрический ток функцию.An additional important result is that if the hurricane gust was short-term and not significant, but sufficient to trigger the hurricane protection system, then due to the damping property and smoothness of the wind turbine withdrawal, the gust can be short-term, abrupt and quickly end, and the wind turbine will return to its operating position, without completely moving away from the direction of the wind flow and without losing the function of generating electric current.

Механическое пороговое реле 8 является элементом, который удерживает подвижную лопасть в фиксированном состоянии до некоторого, заранее установленного значения приложенного к нему механического момента, со стороны подвижной лопасти. Момент срабатывания порогового реле выбирают самостоятельно, оно должно срабатывать с некоторого значения скорости ветра, которое мы считаем ураганом и определяем по нему момент срабатывания защиты от урагана.The mechanical threshold relay 8 is an element that holds the movable blade in a fixed state until a certain predetermined value of the mechanical moment applied to it from the side of the movable blade. The moment of triggering of the threshold relay is chosen independently, it should trigger from a certain value of wind speed, which we consider to be a hurricane, and from it we determine the moment of triggering the protection against the hurricane.

Пример. Для подтверждения заявленного технического результата было проведено математическое моделирование в ППП Matlab предлагаемой конструкции ВЭУ с системой защиты. Результаты математического моделирования показали, что скорость поворота ветроколеса, после срабатывания защиты от урагана и разблокирования подвижной лопасти, может регулироваться в широких пределах в зависимости от выбранной величины демпфирования амортизатора и, например, при скорости ветра 16 м/с и диаметре ротора 1 м. составляла 60 градусов за 5 секунд. На такую величину произошло; отклонение плоскости ветроколеса от направления потока ветра и установка его в новом равновесном положении, соответствующем изменившейся аэродинамики всей системы. До установки амортизатора, после срабатывания защиты и разблокирования подвижной лопасти, установка меняла свою ориентацию за 1 секунду.Example. To confirm the claimed technical result, mathematical modeling was carried out in the PPP Matlab of the proposed design of a wind turbine with a protection system. The results of mathematical modeling showed that the speed of rotation of the wind wheel, after the protection against the hurricane was triggered and the unblocking of the movable blade, could be adjusted within wide limits depending on the selected value of the shock absorber damping and, for example, at a wind speed of 16 m / s and a rotor diameter of 1 m. 60 degrees in 5 seconds. This amount happened; deviation of the plane of the wind wheel from the direction of the wind flow and setting it in a new equilibrium position corresponding to the changed aerodynamics of the entire system. Before installing the shock absorber, after the protection was triggered and the movable blade was unlocked, the installation changed its orientation in 1 second.

Это свидетельствует о том, что благодаря значительному замедлению скорости поворота, разрушительные нагрузки, обоснованные наличием моментов сил на элементах конструкции, также значительно уменьшатся. При порыве ветра, продолжительностью, например, 1 секунду, ветряк отклонится всего на 12 градусов, что не нарушит его работоспособности и он продолжит генерировать ток, несмотря на сработавшую защиту от урагана. Все перечисленное показывает, что данное устройство позволяет достичь заявленных целей.This indicates that due to a significant deceleration of the swing speed, the destructive loads, justified by the presence of moments of forces on the structural elements, will also significantly decrease. In a gust of wind lasting, for example, 1 second, the wind turbine will deviate by only 12 degrees, which will not disrupt its performance and it will continue to generate current, despite the triggered protection against the hurricane. All of the above shows that this device allows you to achieve the stated goals.

По сравнению с известными аналогами, предлагаемое изобретение ВЭУ с горизонтальной осью вращения обладает следующими достоинствами. Изменение положения ветроустановки относительно направления потока ветра, при уводе ее системой защиты от урагана после срабатывания защиты от урагана, происходит плавно, а не резко. Благодаря этому ветроустановка испытывает значительно меньше разрушительных нагрузок, возникающих в результате быстрого изменения положения в пространстве системы, находящейся под одновременным разнонаправленным воздействием больших механических моментов сил. Ветроустановка, благодаря плавности хода при переориентации от направления потока ветра, способная «проглатывать» кратковременные порывы ветра, свойственные ветрам некоторых регионов и сохраняет работоспособность, несмотря на кратковременное срабатывание системы защиты от урагана, тем самым увеличивается продолжительность работы и генерация тока, не смотря на не качественный, в смысле порывов, ветер. В целом, применение данного устройства увеличивает срок службы ветроустановки и увеличивает ее производительность в сравнении с установками, не обладающими такой системой.Compared with the known analogs, the proposed invention of wind turbines with a horizontal axis of rotation has the following advantages. The change in the position of the wind turbine relative to the direction of the wind flow, when it is pulled away by the hurricane protection system after the hurricane protection is triggered, occurs smoothly, and not abruptly. Due to this, the wind turbine experiences significantly less destructive loads resulting from a rapid change in the position in space of the system, which is under the simultaneous multidirectional influence of large mechanical moments of forces. The wind turbine, due to its smooth running when reorienting from the direction of the wind flow, is able to "swallow" short-term gusts of wind characteristic of the winds of some regions and remains operational, despite the short-term operation of the hurricane protection system, thereby increasing the duration of operation and generation of current, despite not high-quality, in terms of gusts, wind. In general, the use of this device increases the service life of the wind turbine and increases its productivity in comparison with installations that do not have such a system.

Claims

A wind power plant containing a wind wheel, a support tower, a nacelle with an electrical unit, a rotary base equipped with a wind flow orientation device made in the form of a two-keel shank, characterized in that it contains a hurricane protection system, including a mechanical threshold relay and a shock absorber made in the form tail with plumage - two blades oriented relative to each other at an angle of 90 degrees, while one of the blades is fixed motionless, and the second has the ability to move after the threshold device is triggered when the wind speed reaches a storm value; in addition, the shock absorber is made with the possibility of ensuring the smooth movement of the movable blade due to the possibility of choosing the amount of damping of the shock absorber.