SKRYPT - Pomiar charakterystyk modelowej siłowni wiatrowej.pdf - ARTYKUŁY ELEKTRYKA - 3 - hosenfan

Ćwiczenie 7

Temat: Pomiar charakterystyk modelowej siłowni wiatrowej

1. Cel Ćwiczenia

Szczegółowym zadaniem ćwiczenia jest wykonanie badań mających na celu

wyznaczenie charakterystyk siłowni tzn. związków między mocą oddawaną przez

siłownię i momentem na wale a prędkością wiatru (napływającego na wirnik siłowni

czynnika).

2. Konstrukcje siłowni wiatrowej

NajwaŜniejszym elementem siłowni jest wirnik przekształcający energię wiatru

w energię mechaniczną przekazywaną do generatora. Oprócz generatora w gondoli

(rys. 2.1) znajdują się takŜe przekładnia, urządzenia sterujące, układy smarowania,

chłodzenia, hamulec tarczowy itp. Osadzony na wale wolnoobrotowym wirnik

posiada zwykle trzy łopaty, wykonane ze wzmocnionego poliestrem włókna

szklanego. Wirnik obraca się najczęściej z prędkością od 15 do 30 obrotów na

minutę. Prędkość ta zostaje następnie zwiększona przez przekładnię do 1500 obrotów

na minutę. Gondola i wirnik obracane są w kierunku wiatru przez silniki

i przekładnię zębatą znajdującą się na szczycie wieŜy, na której umieszczona jest

gondola. WieŜa jest stalowa, w kształcie rury, rzadziej o konstrukcji kratownicowej.

Budowa siłowni wiatrowych o niewielkich mocach jest znacznie prostsza. Nie

posiadają one na przykład mechanizmów ustawienia łopat, a ich konstrukcja

umoŜliwia wyłączenie elektrowni poprzez pionowe ustawienie wirnika.

Turbiny wiatrowe są wyposaŜone w układ kontroli, który pozwala uniknąć

mechanicznego uszkodzenia elektrowni i umoŜliwia jak najefektywniejsze

wykorzystywanie jej potencjału.

Rys. 2.1. Uproszczony schemat budowy siłowni wiatrowej.

3. Budowa stanowiska pomiarowego

W stanowisku pomiarowym wykorzystano, jako siłownię wiatrową model Rutland

503. Siłownia wiatrowa typu Rutland 503 [2] jest przeznaczona do zasilania prądem

stałym, za pośrednictwem akumulatorów, róŜnego rodzaju osprzętu elektrycznego,

oświetleniowego itp. Źródłem energii dla generatora jest wiatr działający na

odpowiednio ukształtowane łopatki wirnika siłowni. Do magazynowania energii

słuŜą bądź to akumulatory ołowiowe 12V lub zestawu połączonych szeregowo dwu

akumulatorów 6V.

Zasadniczym elementem siłowni jest wirnik wykonany w postaci jednolitej

wytłoczki z tworzywa plastycznego osadzony wciskowo na osi trójfazowej

prądniczki. Układ prostowniczy przekształca prąd trójfazowy w prąd stały.

Średnica zewnętrzna wirnika wynosi 510 mm a końce łopatek połączone są ze sobą

jednolitym bandaŜem. Wewnętrzna średnica wirnika przy piaście wynosi 130mm, co

jest spowodowane koniecznością ukrycia przed wpływami atmosfe-rycznymi

wspornikowego układu podparcia konstrukcji, prądniczki i układu prostowniczego.

Wskazanym przez wytwórcę przeznaczeniem siłowni jest stanowienie źródła energii

elektrycznej w turystyce jachtowej np. zasilanie oświetlenia awaryjnego

i aparatury pokładowej a takŜe w miejscach oddalonych od innych źródeł energii

elektrycznej takich jak stacje meteorologiczne, przekaźnikowe, tablice informacyjne

itp.

Za nominalne napięcie uzyskiwane podczas pracy siłowni wytwórca uznaje poziom

12V i zaleca by nie był on przekraczany.

Siłownia zgodnie z przytoczoną poniŜej, na rys. 1 charakterystyką wytwórcy,

wiąŜącą wartość uzyskiwanego natęŜenia prąd z względną prędkością omywania

wirnika przez powietrze, moŜe pracować przy wiatrach zmieniających się w grani-

cach 3 do 20 m/s

prĘdkoŚĆ wzglĘdna wiatru [m/s]

Rys.3.1. Charakterystyka siłowni Rutland 503 w układzie SI

NaleŜy podkreślić, Ŝe powyŜsza charakterystyka nie obrazuje całej energii (za

energie uznajemy tu jej odpowiednik w postaci natęŜenia prądu) odbieranej od

przepływającego przez wirnik strumienia powietrza. Całkowita energia odebrana jest

tu pomniejszona o straty mechaniczne związane z tarciem w łoŜyskach i elektryczne

w prądniczce i w układzie prostowniczym.

3.1. Lokalizacja siłowni i sond pomiarowych wewnĄtrz tunelu

Siłownię wiatrową umieszczono w tunelu aerodynamicznym w końcowym jego

segmencie na specjalnie zaprojektowanej i wykonanej podstawie umoŜliwiającej

przemieszczanie siłowni w kierunku pionowym i jej obrót w płaszczyźnie pionowej.

Zmiana połoŜenia siłowni względem podłogi tunelu daje moŜliwość „zanurzenia”

wirnika siłowni w warstwie przyściennej, a jej „kątowe” ustawienie względem

kierunku napływu umoŜliwia określenie charakterystyki w warunkach

nienominalnych kierunków napływu wiatru.

Sondę Pitota ciśnienia dynamicznego zlokalizowano przed wirnikiem siłowni

w takiej odległości, by ślad aerodynamiczny za nią nie miał wpływu na pole

prędkości na wlocie do wirnika siłowni.

Zestaw aparatury pomiarowej i miejsce usytuowania siłowni w tunelu aerodyna-

micznym przedstawiono na fotografii – rys. 2, zaś schemat połączeń układów

pomiarowych; elektrycznego i pneumatycznego na rys. 3.

Wentylator

tunelu

obrotomierz

Wirnik

siłowni

Opornica

regulowana

Amperomierz

Woltomierz

cyfrowy

Miernik

obrotów

Manometr

pochylny

Rys. 3. 2. Widok stanowiska pomiarowe do badania mocy

modelowej

siłowni wiatrowej

Statyczna

rurka

Pitota p d

obrotomierz

Opornica

Manometr pochylny

Rys. 3.3. Schemat układu pomiarowego

3.2. Opis aparatury pomiarowej

Jako przyrządów pomiarowych w obwodzie odbioru mocy wykorzystuje się:

multimetr cyfrowy 34401A firmy Hewlett Packard do pomiaru napięcia, i multimetr

analogowy C4354CHL4 do pomiaru natęŜenia prądu.

Do pomiaru prędkości wirowania wiatraka siłowni wykorzystano dystansowy

miernik laserowy przeznaczony do pracy w układzie fali odbitej

z mikroprocesorowym czytnikiem Microlog CMVA60 f-my SKF.

Do pomiaru ciśnienia całkowitego i statycznego na wlocie do siłowni, wewnątrz

tunelu aerodynamicznego stosuje się sondę ciśnieniową Pitota ciśnienia

dynamicznego o średnicy czułki równej 8 mm.

Odczytu róŜnicy ciśnień z statycznej rurki Pitota będącej miarą prędkości czynnika

na wlocie do wirnika dokonuje się przy pomocy U-rurki pochylnej o przełoŜeniu

1:20.

SKRYPT - Pomiar charakterystyk modelowej siłowni wiatrowej.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: