Tech-addict

práce součástí větrných turbín.

funkce částí větrné turbíny pro výrobu elektřiny.

zde v tomto článku jsem dal přehled hlavních částí větrných turbín a jak fungují větrné turbíny pomocí těchto částí.

Větrná energie je jedním z nejrychleji rostoucích zdrojů energie na světě. Pokud jde o alternativní čistou energii z obnovitelných zdrojů, očekává se, že větrná energie zaujme v budoucnu druhý největší podíl na trhu po solární energii. Než se pustíme do práce hlavních komponent větrných turbín na výrobu elektřiny, pojďme se nejprve podívat na základní princip, jak větrné turbíny pracují na využití energie z větru.

Větrná energie je svobodný, obnovitelný zdroj. Bez ohledu na to, kolik se dnes používá, bude v budoucnu stále stejná dodávka větrné energie. Na rozdíl od konvenčních elektráren nevyzařují větrné elektrárny žádné látky znečišťující ovzduší ani skleníkové plyny. I když tato technologie vyžaduje vyšší počáteční investice než generátory poháněné fosilními palivy, náklady na větrné systémy jsou mnohem konkurenceschopnější s jinými výrobními technologiemi na základě nákladů “životního cyklu”, protože neexistuje palivo na nákup a provozní náklady jsou minimální.

jak fungují větrné turbíny-základní princip

větrné turbíny, které pracují na jednoduchém principu, vyrábějí elektřinu využitím síly větru. Energie ve větru otáčí dva nebo tři lopatky podobné vrtule kolem rotoru (jak je znázorněno na obrázku výše). Rotor je připojen k hlavnímu hřídeli turbíny. Když vítr fouká na šikmé lopatky rotoru, způsobuje rotor točit, čímž přeměňuje kinetickou energii větru na mechanickou energii. Vzhledem k tomu, že hřídel rotoru je připojen k generátoru přes převodovku, když se rotor otáčí, tak generátor a generátor převádí mechanickou energii na hřídeli turbíny na elektrickou energii pomocí elektromagnetického pole.

nyní se podívejme na role, které hrají hlavní části větrné turbíny, aby turbína fungovala.

funkce hlavních částí větrné turbíny

práce hlavních součástí větrné turbíny jsou podrobně popsány níže, aby vysvětlily, jak větrné turbíny pracují na výrobě elektřiny:

Gondola

Gondola je nejdůležitější ze všech částí větrné turbíny. Je zde všechny součásti větrné turbíny, včetně generátoru, převodovky a brzdové sestavy.

Gondola sedí na vrcholu věže a obsahuje nízkorychlostní a vysokorychlostní hřídele, převodovku, brzdu a generátor. Obsahuje také regulátor, který přijímá data z anemometru, který měří rychlost větru, lopatku, která měří směr větru, systém řízení stoupání, který řídí úhel lopatek, a pohon zatáčení, který řídí polohu turbíny vzhledem k větru.

větrná lopatka na horní části gondoly říká ovladači, odkud vítr přichází. Směr větru určuje konstrukci turbín – ať už proti větru nebo po větru. Větrné turbíny mají rotor před gondolou směřující k větru, zatímco větrné turbíny mají rotor za gondolou a odvrácené od větru. Vliv orientace rotoru, tj. proti větru nebo po větru, má dominantní vliv na nestabilní zatížení systému větrné turbíny. Když vítr mění směr, následuje Gondola a Rotor. Rotor by měl vždy směřovat k větru, aby správně zachytil vítr. Regulátor větrné turbíny se vždy postará o to, aby byl rotor otočen do větru. Téměř všechny větrné turbíny jsou konstrukce proti větru.

funkce lopatek rotoru a turbíny

rotor patří mezi nejdůležitější části větrné turbíny, která přeměňuje kinetickou energii větru na rotačně-mechanickou energii.

lopatky turbíny a náboj dohromady tvoří rotor větrné turbíny. Většina turbín má buď dvě nebo tři vrtule jako lopatky. Náboj je jednou z hlavních částí větrné turbíny, která spojuje lopatky s hlavním hřídelem a nakonec se zbytkem hnacího ústrojí, které přenáší rotační mechanickou energii z náboje rotoru do generátoru elektrické energie. Rotor je připojen k hlavnímu hřídeli turbíny. Energie ve větru otáčí lopatky turbíny kolem rotoru, který otáčí generátor Energie a generátor převádí mechanickou energii na hřídeli turbíny na elektrickou energii pomocí elektromagnetického pole. Role rotoru turbíny tak prakticky vysvětluje, jak větrná turbína vyrábí elektřinu.

funkce lopatek turbíny

lopatky turbíny pracují generováním zdvihu a tažení kvůli jejich rozdílným tvarům, když nad nimi fouká vítr, jako letadlo.

dvě primární aerodynamické síly, které pracují v rotorech větrné turbíny, jsou zdvih, který působí kolmo ke směru proudění větru a odporu, který působí rovnoběžně se směrem proudění. Lopatky větrné turbíny jsou tvarovány s jednou stranou (zadní) mnohem zakřivenější než druhá strana (přední). Tento různorodý tvar způsobuje tlakový rozdíl, když se vzduch pohybuje přes lopatky. Nízkotlaká vzduchová kapsa na spodní straně čepele táhne čepel směrem k ní, což způsobuje otáčení rotoru, což se nazývá výtah. Síla větru proti přední straně čepele se nazývá táhnout. Síla výtahu je ve skutečnosti mnohem silnější než síla větru. Výsledkem sítě je zvedací síla kolmá ke směru proudění vzduchu nad lopatkami turbín, která vytváří točivý moment v rotoru větrné turbíny a způsobuje, že se točí jako vrtule.

funkce hlavního hřídele

nízkorychlostní hřídel, která je hlavním hřídelem turbíny, má důležité funkce. Podporuje rotor (náboj a lopatky) a pohání vysokorychlostní hřídel s ním spojenou přes převodovku, která je jednou z hlavních částí větrné turbíny. Nízkorychlostní hřídel přenáší rotační pohyb rotoru a hybnost točivého momentu na vysokorychlostní hřídel přes převodovku pro pohon generátoru.

Role, kterou hraje převodovka

výkon z otáčení rotoru větrné turbíny je přenášen do generátoru přes hnací ústrojí, tj. přes nízkorychlostní hřídel (hlavní hřídel), převodovku a vysokorychlostní hřídel. Rotor větrné turbíny se otáčí relativně pomalou rychlostí. S převodovkou tento pomalu se otáčející, vysoký točivý moment z rotoru je převeden na vysokou rychlost, nízký točivý moment, který je potřebný pro generátor připojený k vysokorychlostnímu hřídeli. Převodovka zvyšuje rychlost otáčení generátoru z přibližně 15 na 20 otáček za minutu (ot / min) pro velkou jednomegawattovou turbínu na přibližně 1800 otáček za minutu, které většina generátorů potřebuje k výrobě elektřiny.

Role, kterou hraje regulátor

pro optimalizaci funkčnosti větrné turbíny se používá regulátor, který je jednou z nejdůležitějších součástí větrné turbíny. Regulátor zvyšuje výrobu energie a omezuje zatížení konstrukčních částí. Řídicí systém se skládá z řady počítačů, které neustále monitorují stav větrné turbíny a shromažďují statistiky provozu ze senzorů. Regulátor průběžně optimalizuje výrobu energie na základě průběžného měření hlavně směru větru a rychlosti větru. Spustí stroj rychlostí větru asi 8 až 16 mil za hodinu (mph) a vypne stroj rychlostí asi 55 mph. Turbíny nepracují při rychlostech větru nad 55 mph, protože silný vítr může turbíny poškodit.

systém vypínání

systém vypínání je jednou z důležitých částí větrné turbíny. Tento systém automaticky zastaví rotor, když jeho rychlost otáčení překročí bod výřezu, aby se zabránilo mechanickému nebo elektrickému poškození. Primární brzdový systém pro většinu moderních větrných turbín je aerodynamický brzdový systém, který zastaví turbínu během několika otáček. Aerodynamický brzdový systém navíc nabízí velmi šetrný způsob rozbití turbíny bez velkého namáhání, roztržení a opotřebení věže a strojního zařízení.

funkce generátoru

generátor větrné turbíny přeměňuje rotační mechanickou energii generovanou lopatkami rotoru na elektrickou energii. Vítr tlačí přímo proti lopatkám turbíny, která převádí lineární pohyb větru na rotační pohyb nezbytný k roztočení rotoru generátoru k výrobě elektřiny pomocí elektromagnetického pole.

všechny větrné turbíny mají určité vlastnosti související s rychlostí větru. Generátor (nebo alternátor) nebude produkovat výstupní výkon, dokud jeho rychlost otáčení nebude vyšší než jeho mezní rychlost větru, kde síla větru na lopatkách rotoru stačí k překonání tření a lopatky rotoru se dostatečně zrychlí, aby generátor mohl začít vyrábět elektřinu. Nad tuto mezní rychlost by výkon generátoru stoupal jako krychle rychlosti větru (tj. pokud se Rychlost větru zdvojnásobí, výkon se zvýší osmkrát), dokud nedosáhne svého maximálního jmenovitého výkonu. Pokud se Rychlost větru stále zvyšuje, generátor větrné turbíny se automaticky zastaví ve svém výřezu, aby se zabránilo mechanickému nebo elektrickému poškození.

funkce systému stoupání

systém stoupání ve větrné turbíně je pohonný systém s uzavřenou smyčkou, který řídí úhel lopatek turbíny jejich otáčením tak, aby lopatky využívaly správné množství dostupné větrné energie k dosažení co největšího výkonu a současně zajistily, že turbína nepřekročí maximální otáčky. To udržuje bezpečnost turbíny v případě silného větru, ztráty elektrického zatížení nebo jiných škodlivých událostí.

Role, kterou hraje věž větrné turbíny

větrné turbíny jsou namontovány na věži, aby zachytily energii z větru. Hlavní těleso turbíny sedí na vrcholu věže a za lopatkami. Věž větrné turbíny podporuje gondolu a Rotor (náboj se třemi připojenými lopatkami). Vyšší věže umožňují větrným turbínám zachytit více energie a generovat více elektřiny, protože Rychlost větru se zvyšuje dále od země a vítr fouká stabilněji ve vyšší atmosféře.

můžete si také přečíst tento příspěvek: výhody a nevýhody větrné energie

Často kladené otázky

Nyní, když byly vysvětleny funkce hlavních částí větrné turbíny, které ukazují, jak fungují větrné turbíny, dovolte mi také řešit některé související otázky, které lidé často kladou.

jak fungují větrné turbíny, když není větrno?

pokud atmosféra není větrná nebo pokud je příliš málo větru a lopatky se pohybují pomalu, větrná turbína nemusí produkovat žádnou elektřinu. Tam je’ cut-in rychlost’, při které turbína začne vyrábět elektřinu. Výkon stále roste, jak se zvyšuje rychlost větru.

proč mají větrné turbíny 3 lopatky?

méně lopatek v turbíně snižuje odpor. Ale turbíny se dvěma lopatkami budou vibrovat, když se otočí, aby čelily větru. Moment hybnosti zůstává konstantní v turbíně se třemi lopatkami. Je to proto, že když je jedna čepel nahoře, další dva body pod úhlem a turbína se může plynule otáčet do větru.

kolik energie pochází z větru ve Spojených státech?

Větrná energie dodává asi 6% celkové výroby elektrické energie v USA s instalovaným výkonem přes 80 GW, což je dost pro napájení 24 milionů domácností.

můžete si také přečíst související příspěvek: Jak funguje větrná energie

závěr

doufáme, že po absolvování funkcí hlavních částí větrných turbín vysvětlených výše by nemělo být obtížné pochopit, jak větrné turbíny pracují na využití energie z větru k výrobě elektřiny.

práci hlavních součástí větrné turbíny lze shrnout takto:

1. Když vítr fouká na šikmé lopatky turbíny, které jsou připojeny k rotoru, způsobí rotor točit, čímž přeměňuje kinetickou energii větru na mechanickou energii;

2. Rotor je připojen k hlavnímu hřídeli turbíny. Hřídel rotoru je připojen k generátoru přes převodovku. Převodovka převádí nízkorychlostní otáčení hnacího hřídele na vysokorychlostní otáčení dostatečně rychle, aby poháněla generátor a přeměnila mechanickou energii na hřídeli turbíny na elektrickou energii pomocí elektromagnetického pole;

3. Elektrický proud produkovaný generátorem protéká kabelem vedeným dolů skrz vnitřek turbínové věže;

4. Step-up transformátor převádí elektřinu na vyšší napětí, takže může být přenášen do elektrické sítě;