Основна конструкция на вятровата турбина
Основни части на вятърна турбина
Кула на вятърната турбина
Кулата е много важна част от вятърната турбина, която поддържа всички останали части. Не само поддържа турбината, но и я издига на достатъчно височина, така че върховете на лопастите да са на безопасна височина при въртене. Освен това трябва да поддържаме височината на кулата, за да може да получи достатъчно силен вятър. Височината на кулата в крайна сметка зависи от мощността на вятърните турбини. Кулите на турбините в комерциални вятърни електроцентрали обикновено са между 40 метра и 100 метра. Тези кули могат да бъдат или цилиндрични стоманени кули, решетчати кули или бетонни кули. Използваме цилиндрична стомана за голяма вятърна турбина. Те обикновено се произвеждат в секции дълги 30 до 40 метра.
Всяка секция има фланци с отвори. Такива секции се монтират на място с болтове, за да образуват пълна кула. Пълната кула е леко конусна, за да предостави по-добра механична стабилност. Сборката на решетчатата кула се извършва с различни части от стомана или ГИ ъгли или тръби. Всички части се сваряват или завинчват, за да образуват пълна кула с желаната височина. Стоимостта на тези кули е много по-ниска от тази на цилиндричната стоманена кула, но изглеждат не толкова добре като цилиндричната стоманена кула. Въпреки това, транспортирането, сборката и поддръжката са доста лесни, но в съвременните вятърни турбини се избягва използването на решетчати кули поради техния изглед. Има още един тип кула, използван за малки вятърни турбини, и това е кула с опорни телата. Кула с опорни тела е един вертикално поле, поддържано от опорни тела от различни страни. Заради броя на опорните тела е трудно да се достигне до основата на кулата. Затова избягваме този тип кула в селскостопанското поле.
Има още един тип кула за вятърна турбина, използван за малка установка, и това е хибридна кула. Хибридната кула е също кула с опорни тела, но единствената разлика е, че вместо да използва едно поле в центъра, използва висока и тънка решетчата кула. Хибридната кула е хибриден тип от решетчата и кула с опорни тела.
Насел на вятърната турбина
Населът е голям кутия или киоск, който стои на кулата и съдържа всички компоненти на вятърната турбина. В него се намират електрически генератор, преобразувател на мощност, скоростен редуктор, контролер на турбината, кабели, привод за ориентация.
Роторни лопасти на вятърната турбина
Лопастите са основните механични части на вятърната турбина. Лопастите преобразуват вятърната енергия в използваема механична енергия. Когато вятърът удари лопастите, те започват да се въртят. Това въртене прехвърля механичната енергия към валчето. Дизайнираме лопастите като крила на самолет. Лопастите на вятърната турбина могат да са дълги от 40 метра до 90 метра. Лопастите трябва да бъдат механично достатъчно здрави, за да издържат на силен вятър дори по време на буря. В същото време, лопастите на вятърната турбина трябва да бъдат направени колкото се може по-леки, за да облекчат гладкото въртене на лопастите. За това, правим лопастите с влакна от стъкло и карбонови слоеве върху синтетично усилване.
В съвременна турбина, обикновено три идентични лопасти се монтират към централен хуб с помощта на гайки и болтове. Всяка идентична лопаст е подредена на 120o една към друга. Процесът дава по-добро разпределение на масата и дава системата по-гладко въртене.
Вал на вятърната турбина
Валът, който е директно свързан с хуба, е нискоскоростен вал. Когато лопастите се въртят, този вал се върти със същата обикновена скорост, както въртящият се хуб. Ако използваме нискоскоростен генератор, този вал се свързва директно с електрическия генератор. Но в повечето случаи, нискоскоростният главен вал се свързва с високоскоростен вал чрез скоростен редуктор. По този начин, роторните лопасти прехвърлят механичната си енергия към вала, който в крайна сметка влиза в електрическия генератор.
Скоростен редуктор
Вятърната турбина не се върти на висока скорост, а по-скоро се върти бавно на ниска скорост. Но повечето електрически генератори изискват висока скорост, за да генерира електричество на желано напрежение. Затова трябва да има някакво устройство за увеличаване на скоростта, за да се постигне високата скорост на вала на генератора. Скоростният редуктор на вятърната турбина изпълнява тази задача. Скоростният редуктор увеличава скоростта до много по-висока стойност. Например, ако отношенията на скоростния редуктор са 1:80 и ако обикновената скорост на нискоскоростния главен вал е 15, скоростният редуктор ще увеличи скоростта на вала на генератора до 15 × 80 = 1200 обикновена скорост.
Генератор
Генераторът е електрическо устройство, което преобразува механичната енергия, получена от вала, в електрическа енергия. Обикновено използваме индукционни генератори в съвременните вятърни турбини. Преди това, синхронните генератори бяха популярни за тази цел. Постоянните магнитни DC генератори също се използват в някои вятърни турбини. Скоростта на вала може да бъде увеличена с помощта на скоростен редуктор, но не можем да направим скоростта на вала постоянна. Може да има колебания в скоростта на вала, тъй като зависи от скоростта на вятъра. Следователно, скоростта на ротора също варира. Тази вариация влияе на честотата и напрежението на генерираната електрическа мощност. За да преодолеем тези проблеми, обикновено използваме индукционен генератор за тази цел.
Тъй като индукционният генератор винаги произвежда електрическа мощност, синхронизирана със свързаната мрежа, независимо от скоростта на ротора. Ако използваме трифазен синхронен генератор, първо правоъгълваме изходната мощност до DC и след това я преобразуваме в AC с желано напрежение и честота с помощта на инверторна схема. Тъй като чередящата се мощност, генерирана от синхронния генератор, не е постоянна в напрежение и честота, а варира със скоростта на ротора. Затова, в някои случаи, използваме DC генератор за целта. В тези случаи, изходната DC мощност от генератора се инвертира в AC с желано напрежение и честота, преди да бъде подадена към мрежата.
