현대 풍력 터빈이 바람의 변화에 대처하는 방법. 계획, 설명

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현대 풍력 터빈이 바람의 변화에 맞서 싸우는 방법. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전

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혁명 이전 러시아에는 풍력 터빈을 생산하는 산업이 없었습니다. 그들은 수공예 방식으로만 지어졌습니다. 그러나 가장 수익성이 높은 풍력 에너지 사용에 대한 아이디어는 러시아에서 시작되었습니다.

러시아의 위대한 과학자이자 “러시아 항공의 아버지”인 N. E. Zhukovsky 교수(1847-1921)도 풍력 엔진의 이론적 토대를 마련했습니다. 그의 놀라운 작품은 소련 통치 하에서만 실제적으로 적용되었습니다.

N. E. Zhukovsky의 주도와 V. I. Lenin의 지원으로 중앙 공기유체역학 연구소(TsAGI)가 1918년 모스크바에 조직되었습니다. 국내 최초의 고속 풍력 터빈이 이곳에 건설되었습니다.

교수의 작품을 바탕으로 N. E. Zhukovsky, 그의 학생 교수. V. P. Vetchinkin (1888-1950), 명예 과학기술인, 교수. G. X. Sabinin 및 교수. N. V. Krasovsky는 고품질 현대식 풍력 엔진 설계를 위한 이론적 기초를 개발했으며, 교수는 다음과 같이 말했습니다. E. M. Fateev는 농업에서의 올바른 운영의 기본을 개발했습니다.

소련 디자이너들은 수십 와트에서 수천 킬로와트에 이르는 출력을 가진 독창적이고 여전히 탁월한 품질의 고속 풍력 터빈을 만들었습니다.

공장에서 생산된 전체 금속 풍력 터빈은 고려된 목재 금속 풍력 발전소와 달리 바람의 "변덕"에 맞서기 위한 특수 장치를 갖추고 있습니다.

바람이 하루에 여러 번 방향과 속도를 바꿀 수 있다는 것은 누구나 알고 있습니다.

가장 단순한 드럼형 풍력 터빈은 풍력 에너지를 수용하는 장치를 가지고 있으며, 이는 어느 한 위치에 견고하게 설치되어 있습니다. 회전식 풍력 터빈과 회전식 풍력 터빈은 모든 풍향에서 작동하지만 드럼형 풍력 터빈처럼 작동하지 않습니다. 강한 바람에 파손될 가능성으로부터 보호됩니다. 가장 간단한 풍차는 사람이 있는 경우에만 정상적으로 작동할 수 있습니다. 사람은 바람을 모니터링하고 시간에 맞춰 풍차를 올바른 위치에 설정해야 합니다. 풍차가 크면 최소한 두 개는 있어야 합니다. 특별한 게이트가 없으면 바람에 바퀴를 설치해야합니다 (부하를 들어 올리는 가장 간단한 기계) 풍력 터빈 건설 기술이 더욱 발전함에 따라 그들은 바람의 힘을 사용하려고 노력하기 시작했습니다. 바람을 이용하여 풍차를 회전시킬 뿐만 아니라, 기존의 풍향계에서 볼 수 있듯이 바람에 대항하여 자동으로 설치하여 바람의 방향을 표시해 주는데, 이를 위해 로터리 헤드의 뒷부분이 회전하기 시작했습니다. 긴 막대 또는 끝에 표면이 있는 특수 트러스로 구성된 꼬리를 부착합니다. 이를 꼬리 깃털이라고 합니다(참조. 쌀. 24).

현대 풍력 터빈이 바람의 변화에 대처하는 방법
그림 24. 베인 풍력 터빈의 계획

바람의 방향이 바뀌면 꼬리가 자동으로 머리를 돌립니다. 풍차는 다시 바람에 정면으로 설치되었습니다. 이것이 사람의 개입 없이 풍차를 바람으로 바꾸는 가장 간단한 장치가 나타난 방법입니다. 현대식 풍력 터빈에서는 방향이 약 10도 각도로 바뀔 때 풍차가 바람 방향으로 머리를 돌리기 시작하도록 꼬리가 계산됩니다.

대형 풍력 터빈의 헤드를 회전시키기 위해 꼬리 깃털은 때때로 서로 일정 거리를 두고 평행하게 배치된 27개 또는 XNUMX개의 수직 표면 형태로 만들어집니다(그림 XNUMX 참조).

다른 풍력 터빈 시스템에서는 풍차 자체가 테일의 역할을 담당합니다. 바람의 방향이 바뀌자마자 바람 방향에 위치하게 됩니다. 이를 위해 바람개비를 타워 앞이 아닌 타워 뒤에 배치합니다. 이 경우 바퀴는 풍향계처럼 자동으로 바람을 따라갑니다.

풍차가 크면 꼬리를 급격하게 돌리면 날개가 부러질 수 있습니다. 따라서 꼬리의 도움으로 일반적으로 직경이 최대 18m에 달하는 작은 바람개비만 바람에 설치됩니다.

가장 일반적인 장치는 헤드 트러스 후면에 배치된 두 개의 다중 블레이드 윈드 휠로 구성됩니다. 이러한 장치를 Windows라고 합니다. 윈드로즈는 임펠러 앞쪽으로 바람이 불어오면 바람이 부는 방향을 향하게 되어 움직이지 않게 세워져 있습니다. 측면에서 바람이 불면 바람막이가 움직이기 시작하고 전달 메커니즘을 사용하여 바람이 완전히 반대가 될 때까지 바람개비로 머리를 바람 방향으로 돌립니다(그림 26). 이때 바람장미는 다시 바람의 가장자리에 위치하여 바람이 다시 방향을 바꿀 때까지 멈춥니다.

현대 풍력 터빈이 바람의 변화에 대처하는 방법
그림 26. windroses의 도움으로 풍력 터빈의 머리를 바람으로 돌리는 계획

현대식 고속 풍력 터빈의 대형 풍차를 바람으로 바꾸는 데에는 다른 독창적인 장치도 사용됩니다. 어떤 바람 속에서도 그들은 풍차를 바람 속으로 조심스럽고 부드럽게 움직입니다.

일반적으로 내부 메커니즘은 터렛을 기준으로 헤드를 매우 낮은 속도(몇 분 안에 한 번 완전히 회전)로 회전시킵니다.

대형 풍력 터빈에서는 작은 풍향계로 제어되는 전기 모터를 사용하여 머리가 바람에 맞춰 설정됩니다. 풍향이 바뀌면 풍향계가 회전하여 전선을 닫고 전기 모터가 자동으로 켜집니다.

전기 모터는 라인이 분리된 경우에만 정지합니다. 풍향계가 공기 흐름을 따라 위치하고 풍향계가 바람의 정면에 위치할 때 이런 현상이 발생합니다.

이는 자동으로 풍차를 바람으로 바꾸는 현대 풍력 터빈의 주요 장치입니다.

그러나 바람은 방향뿐 아니라 속도도 바꿀 수 있습니다. 결과적으로, 풍차에 가해지는 압력도 변합니다. 풍속이 증가함에 따라 풍차의 회전수도 증가합니다. 그들은 큰 값에 도달할 수 있습니다. 이는 휠의 강도뿐만 아니라 전체 설치 및 이에 연결된 기계에도 위험합니다.

이를 방지하기 위해 현대식 풍력 터빈에는 높은 풍속에서 작동하는 특수 장치가 장착되어 있습니다. 그들은 바람이 더욱 강해지면 풍차의 회전 수가 증가하지 않고 폭풍우가 닥칠 경우 이를 멈춥니다.

풍차의 속도를 제한하는 가장 간단한 방법은 특정 속도의 바람이 있을 때 부분적으로 바람 밖으로 움직이기 시작하는 것입니다.

풍속이 증가함에 따라 풍차는 점점 더 큰 각도로 회전하고 폭풍우가 치는 동안 가장자리가 공기 흐름을 향해 위치하여 정지합니다. 동시에 제어 스프링이 늘어나거나 특수 중량이 올라가서 풍속이 감소하면 윈드 휠이 다시 바람을 맞게 됩니다.

전체 풍차를 바람 밖으로 움직여 속도를 조절하는 것은 일반적으로 작은 풍차가 있는 저속 풍력 터빈에만 사용됩니다.

대형 고속 풍력 터빈의 속도를 조절하기 위해 바람에서 제거되는 것은 풍차가 아니라 날개 전체 길이의 1/4 또는 1/8에 해당하는 개별 날개 또는 끝 부분입니다.

현재 가장 발전된 방법은 랙에 있는 날개의 회전 부분에 부착된 특수 유선형 표면, 즉 안정 장치를 사용하여 고속 풍력 터빈을 조절하는 것입니다. 안정장치는 날개 내부에 위치한 원심분리추에 의해 제어됩니다. 하중은 풍차의 속도 변화, 즉 풍속에 매우 민감합니다. 원심추의 약간의 움직임으로 인해 안정 장치가 회전하고, 다가오는 바람의 힘이 발생하여 작은 방향타가 큰 보트를 돌리는 것처럼 블레이드의 끝을 회전시킵니다. 날개의 회전 부분이 바람 아래에서 나오면 풍차의 회전 수가 감소합니다.

이 원래 규정은 명예 과학 기술 노동자인 프루프 교수의 지도력 하에 소련의 과학자와 디자이너에 의해 개발되었습니다. G. X. Sabinina 및 교수. N. V. 크라소프스키. 이는 10~1000kW의 출력을 갖는 대부분의 현대식 고속 풍력 터빈에 사용됩니다.

발명가 A.G. Ufimtsev 및 교수. V.P. Vetchinkin은 공기 흐름의 압력으로 인해 바람에서 날개를 제거하여 고속 풍력 터빈의 풍차 속도를 조절할 것을 제안했습니다. 강한 바람이 불 때 날개는 바람개비처럼 날개가 퍼덕이는 축을 기준으로 회전할 수 있어 공기 흐름이 자유롭게 통과할 수 있습니다. 이 규정에 따라 필요한 윈드 휠 회전 균일성은 소위 관성 배터리 또는 더 간단하게는 변속기에 포함된 플라이휠의 작동을 통해 달성됩니다. 빠르게 회전하는 어큐뮬레이터 디스크는 풍속이 증가할 때 과도한 에너지를 흡수하고 풍속이 감소할 때 이 에너지를 작업 기계에 방출합니다. 이러한 조절은 예를 들어 Ufimtsev-Vetchinkin 시스템의 풍력 터빈 1-D-18에 설치됩니다(그림 27).

현대 풍력 터빈이 바람의 변화에 대처하는 방법
그림 27. 최대 1킬로와트 용량의 풍력 터빈 18-D-30.

소형 고속 풍력 터빈에서는 풍차 샤프트 근처의 날개에 부착된 특수 중량에서 발생하는 추가 원심력으로 인해 날개의 회전이 수행됩니다.

실행이 간단하고 개념이 매우 독창적인 이 장치는 수상자 V. S. Shamanin이 제안했습니다.

이것은 현대 베인 풍력 터빈의 기본 자동 메커니즘으로, 바람에 바람이 부는 바퀴를 설치하고 고속에서 주어진 속도를 유지하는 데 사용됩니다.

저자: Karmishin A.V.

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