Способ управления ветроэнергетической установкой и ветроэнергетическая установка

 

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветроэнергетических установках для предотвращения разрушения ветроэнергетических установок при штормовых ветрах. Сущность изобретения: по сигналу системы управления производят подрыв пиропатрона, вызывающий срабатывание фиксатора в элементе привода поворота лопастей, и размыкают кинематическую связь привода с лопастями. Сигнал на срабатывание второго пиропатрона может быть подан с задержкой относительно сигнала на срабатывание первого пиропатрона. Ветроэнергетическая установка содержит привод поворота лопастей с тягой, связанной с лопастями, фиксатор и систему управления. Тяга выполнена из двух разъемных частей, фиксатор выполнен в виде шарикового замка, соединяющего разъемные части тяги, штока, взаимодействующего с шариками, подпружиненного поршня, соединенного со штоком и сообщенного с подпоршневой полостью, пиропатрона, срабатывающего по сигналу резервной системы управления. Ветроэнергетическая установка может быть дополнительно снабжена вторым пиропатроном, установленным с возможностью сообщения с подпоршневой полостью и соединенного с резервной системой управления. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в ветроэнергетических установках для предотвращения разрушения ветроэнергетических установок при штормовых ветрах.

Известна ветроэнергетическая установка, содержащая привод поворота лопастей и систему управления, в которой применен способ управления, заключающийся в том, что при штормовом ветре лопасти по сигналу системы управления поворачивают во флюгерное положение (авт.св. N 1612107, кл. F 03 D 7/02, 1990).

Недостатком данного способа управления и устройства является то, что при выходе из строя привода поворота лопастей или системы управления лопасти остаются установленными на углы отбора мощности и штормовой ветер может раскрутить ветроколесо до недопустимой большой скорости, при которой возможно разрушение ветроколеса.

Известен способ управления ветроэнергетической установкой и ветроэнергетическая установка, содержащая привод поворота лопастей с тягой, связанной с лопастями, и фиксатор, в котором при неисправности привода лопастей по сигналу системы управления производят срабатывание фиксатора и аварийный поворот лопастей (авт.св. N 1325189, кл. F 03 D 7/04, 1987).

Данный способ управления ветроэнергетической установкой и устройство для его реализации являются наиболее близкими к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.

Недостаток их состоит в том, что аварийный поворот лопастей производится от центробежного регулятора через привод поворота лопастей, включающий электродвигатель, многоступенчатый редуктор, рычаг, винтовую пару. При выходе из строя одного из этих элементов аварийный поворот лопастей невозможен. Это уменьшает надежность системы аварийного поворота лопастей во флюгерное положение. Кроме того, данный способ и устройство не обеспечивают поворота лопастей во флюгерное положение при других аварийных ситуациях, когда центробежный регулятор не срабатывает.

Недостатком также является то, что при неисправности привода поворота гондолы относительно башни, когда гондола, имеющая ограниченный угол поворота относительно башни, повернута в крайнее положение, а также при изменении направления ветра из-за ограниченного хода привода поворота лопастей они не могут быть повернуты во флюгерное положение.

Целью изобретения является повышение надежности ветроэнергетической установки за счет вероятности разрушения элементов ветроэнергетической установки от штормового ветра при отказах привода поворота лопастей.

Цель достигается тем, что при неисправности по сигналу системы управления производят подрыв пиропатрона, вызывающий срабатывание фиксатора в элементе привода поворота лопастей, и размыкают кинематическую связь привода с лопастью.

Дополнительным отличием предлагаемого способа является то, что сигнал на срабатывание второго пиропатрона подают с задержкой относительно сигнала на срабатывание первого пиропатрона.

В ветроэнергетической установке, реализующей данный способ, и содержащей привод поворота лопастей с толкателем, связанным с лопастями, фиксатор и систему управления, толкатель выполнен из двух разъемных частей, фиксатор выполнен в виде шарикового замка, соединяющего разъемные части тяги штока, взаимодействующего с шариками, подпружиненного поршня, соединенного со штоком, и сообщенного с подпоршневой полостью пиропатрона, срабатывающего по сигналу резервной системы управления.

Дополнительным отличием предлагаемого устройства является то, что оно снабжено вторым пиропатроном, установленным с возможностью сообщения с подпоршневой полостью, и соединенного с резервной системой управления. На фиг. 1 изображен общий вид ветроэнергетической установки; на фиг.2 разрез А-А, на фиг.1; на фиг.3 зависимость пиковых давлений в подпоршневой полости при последовательном срабатывании двух пиропатронов.

На фиг.3 обозначено: 1. График нарастания давления в подпоршневой полости при срабатывании пиропатрона.

2. Падение давления в подпоршневой полости за счет охлаждения газа при отсутствии хода штока.

3. Падение давления в подпоршневой полости за счет охлаждения газа и расширении полости при ходе штока.

4. Повторный импульс давления при срабатывании второго пиропатрона через время t.

Ветроэнергетическая установка содержит башню 1, гондолу 2, главный вал 3, связанный мультипликатором 4 с генератором 5, и привод 6 поворота лопастей 7.

Привод 6 поворота лопастей 7 включает в себя электродвигатель 8, червячный редуктор 9, винт 10 с гайкой 11, тягу 12 и кривошипно-кулисный механизм 13.

Тяга 12 выполнена из двух разъемных частей 14 и 15, которые соединяются шариковым замком 16, с шариками 17, взаимодействующими со штоком 18.

Шток 18 соединен с подпружиненным поршнем 19 винтом 20.

Подпоршневая полость 21 сообщена с пиропатронами 22 и 23.

Подпружиненный стопор 24 фиксирует поршень 19 после срабатывания пиропатронов 21 и 22.

В разъемной части 14 установлены подшипники 25 и 26.

Ветроэнергетическая установка работает следующим образом.

При штормовом ветре по сигналу системы управления от датчика скорости ветра (не показаны) лопасти 17 поворачиваются приводом 6 поворота лопастей во флюгерное положение, что предотвращает возможность разрушения лопасти при чрезмерном разгоне ветроколеса от ураганного ветра.

При неисправности привода поворота лопастей, системы управления или других устройство в случае невыхода лопасти во флюгерное положение производится подрыв пиропатронов 23 и 22 от резервной системы управления (не показано).

Под воздействием пороховых газов на поршень 19 шток 18 перемещается, освобождая шарики 17, которые попадают в канавку штока. Шариковый замок 16 размыкается, поршень 19 фиксируется подпружиненным стопором, кинематическая цепь "лопасть ветроколеса привод" размыкается и лопасти 7 под действием ветра поворачиваются во флюгерное положение.

Для возвращения лопастей в исходное положение и восстановления кинематической цепи шарики 17 совмещаются редуктором 9 с канавкой разъемной части 14, стопор 24 расфиксируется, и шток 18 с помощью пружины поршня 19 и винта 20 возвращается в исходное положение. Пиропатроны 22 и 23 заменяются на новые.

Для повышения безопасности современные ВЭУ снабжают резервной системой управления или в общем случае резервным каналом управления, имеющие как правило энергонезависимое питание. Это гарантирует выдачу управляющего сигнала при аварийных ситуациях и потере основного источника питания.

Работа "сдвоенного" пироэнергодатчика двух, включаемых с задержкой пиропатронов, повышает надежность работы устройства и способа управления ВЭУ при низких температурах (-40) (-50)^oC, когда силы трения из-за загустения смазки, замерзания и увеличения прочности конденсата повышены, а камера расширения подпоршневая полость и образующаяся при ходе поршня полость переохлаждена.

Как известно, эффективность пироэнергодатчиков в технических системах основана на использовании горячего газа, который при незначительной массе порохового заряда обладает высокой энергетикой. Использование "сдвоенного" пироэнергодатчика из двух пиропатронов при низких температурах и больших объемах расширения, включаемых с задержкой по времени позволяет компенсировать потерю давления из-за охлаждения газа и одновременно снижает требования к прочности устройства, так как величина пикового давления, развиваемого при срабатывании двух пиропатронов практически не превышает давления от одного пиропатрона. Время задержки воспламенения второго пиропатрона выбирается из этого условия непревышения пикового давления.

Зависимость давления от времени при последовательном включении двух пиропатронов по предлагаемому способу показана на фиг.3.

На фиг.3 показано, что пиковые давления в подпоршневой полости при срабатывании второго пиропатрона не превышают 1,1 P_max, что фактически лежит в пределах запасов прочности конструкции и не требует дополнительного усиления. Время задержки следует рассчитывать из этого условия. Расчеты показали, что необходимое время задержки срабатывания составляет 0,05 0,1 с.

Применение предлагаемого устройства на практике обеспечивает удобство эксплуатации, ремонтопригодность за счет конструктивного выполнения тяги 12 из двух разъемных частей 14 и 15. Из-за уменьшения длины тяги в условиях работы персонала в гондоле ВЭУ на высоте эти части могут легко демонтироваться. Конструкция шарикового замка надежна и эффективно срабатывает даже в условиях замерзания конденсата в канавке, куда перемещаются шарики 17 при перемещении штока 18. При развиваемых от срабатывания пиропатрона усилиях, сопровождающих перемещение штока 18 происходит разрушение ледяной пробки и выдавливание ее из канавки, что обеспечивает высокую надежность устройства. Режим работы устройства при наличии конденсата по опыту эксплуатации систем наземного оборудования на практике означает 8 10 лет эксплуатации и дополнительно после ремонта в полевых условиях.

Данный способ и устpойство pасшиpяют возможность аваpийного повоpота лопастей во флюгеpное положение, что повышает надежность ветpоэнеpгетической установки, позволяют исключить аваpийные ситуации и pазpушение ВЭУ даже пpи отказах механизмов пpивода повоpота лопастей в экстpемальных штоpмовых условиях.

Формула изобретения

1. Способ управления ветроэнергетической установкой, заключающийся в том, что при неисправности по сигналу системы управления производят срабатывание фиксатора и аварийный поворот лопастей во флюгерное положение, отличающийся тем, что по сигналу системы управления производят подрыв пиропатрона, вызывающий срабатывание фиксатора в элементе привода поворота лопастей, и размыкают кинематическую связь привода с лопастями.

2. Ветроэнергетическая установка, содержащая привод поворота лопастей с тягой, связанной с лопастями, фиксатор и систему управления, отличающаяся тем, что тяга выполнена из двух разъемных частей, фиксатор выполнен в виде шарикового замка, соединяющего разъемные части тяги, штока, взаимодействующего с шариками, подпружиненного поршня, соединенного со штоком и сообщенного с подпоршневой полостью, пиропатрона, срабатывающего по сигналу резервной системы управления.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что она снабжена вторым пиропатроном, установленным с возможностью сообщения с подпоршневой полостью и соединенным с резервной системой управления.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сигнал на срабатывание второго пиропатрона подают с задержкой относительно сигнала на срабатывание первого пиропатрона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3