ANALYSIS OF STATIC CHARACTERISTICS OF THE CENTRIFUGAL REGULATOR OF THE WIND ROTOR ROTOR WITH ANTI-FLUGE CONTROL
Modern wind turbines (VT) must operate reliably and safely over a wide range of wind speeds, which requires their equipment by means of speed and power control. At the same time in low-power VU priority is given to the regulation of the rotation of the blade around its axis in the use of centrifugal...
Збережено в:
| Дата: | 2022 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/338 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103521521139712 |
|---|---|
| author | Golovko, V. Kokhanevich, V. Shykhailov, M. Marchenko, N. |
| author_facet | Golovko, V. Kokhanevich, V. Shykhailov, M. Marchenko, N. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. Golovko",
"institution": "chief researcher at Institute for Renewable Energy, National Academy of Sciences of Ukraine."
},
{
"author": "V. Kokhanevich",
"institution": "senior researcher at Institute for Renewable Energy, National Academy of Sciences of Ukraine."
},
{
"author": "M. Shykhailov",
"institution": "researcher at Institute for Renewable Energy, National Academy of Sciences of Ukraine."
},
{
"author": "N. Marchenko",
"institution": "Junior Researcher on marketing research at the Institute for Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Golovko, V. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:16Z |
| description | Modern wind turbines (VT) must operate reliably and safely over a wide range of wind speeds, which requires their equipment by means of speed and power control. At the same time in low-power VU priority is given to the regulation of the rotation of the blade around its axis in the use of centrifugal regulators, which have proven to be one of the simplest and most reliable means of regulation. The design of these regulators for the VT has its own specifics and should take into account in addition to the parameters of the controller and the parameters of the rotor. Proposed by G.H. Sabinin mathematical model of centrifugal regulator for weather vane control and the staff of the Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine mathematical model for antifluge control allow developers to determine the parameters of the centrifugal regulator in its design.
Currently, the technological capabilities of the blade allow to obtain the blade profile as close as possible to the design, ie the expansion of the blade from end to camel to 1:4 and torsion up to 30°, which requires consideration of the angle between the blade chord and its moment of inertia vector. In a number of works mathematical models for weather vane and anti-weather vane regulation taking into account this angle were proposed. The analysis of static characteristics of the centrifugal regulator of the wind turbine rotor during antifluge-control at different angles between the blade chord and the vector of its moment of inertia showed that this parameter affects the accuracy of control and must be taken into account when calculating the controller parameters. Thus, the difference in the speed of the blade regulator, when the angles between the chord and the moment of inertia are 0° and 20° and taking into account the adjustment range of 20°, will be 9%. When adjusting the controller to nominal speed to match the aeromechanical characteristics of the rotor for efficient operation of the wind turbine, it is also necessary to take into account the angle between the chord of the blade and its moment of inertia vector. So the deviation from the nominal speed of the regulator and, accordingly, the rotor without taking into account the torsion of the blade at 10° will be 8.3%, compared with the blade without torsion. Bible. 12, fig. 10. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2022.2(69).41-47 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:38:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
41
© В. М. Головко та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
Відновлювана енергетика, 2022. | Вітроенергетика
УДК 621.548
АНАЛІЗ СТАТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВІДЦЕНТРОВОГО РЕГУЛЯТОРА
РОТОРА ВІТРОУСТАНОВКИ ПРИ АНТИФЛЮГЕРНОМУ РЕГУЛЮВАННІ
Отримано 21 лют. 2022; рекомендовано до публікації 6 черв. 2022
Доступно онлайн 30 черв. 2022
В. М. Головко1, В. П. Коханєвич2,
М. О. Шихайлов3, Н. В. Марченко4
Автор для кореспонденції: Володимир Коханевич
e-mail: renewable@ukr.net
Сучасні вітроустановки (ВУ) повинні надійно та безпе-
чно функціонувати в широкому діапазоні швидкостей
вітру, що потребує їх обладнання засобами регулю-
вання обертів та потужності. При цьому в ВУ малої
потужності пріоритетним є регулювання поворотом
лопаті навколо її вісі в використанням відцентрові
регуляторів, що зарекомендували себе як одні з най-
більш простих та надійних засобів регулювання. Прое-
ктування даних регуляторів для ВУ має свою специфіку і повинно враховувати крім параметрів самого
регулятора також параметри ротора. Запропоновані Г.Х. Сабініним математична модель відцентро-
вого регулятора для флюгерного регулювання та співробітниками Інституту відновлюваної енерге-
тики НАН України математична модель для антифлюгерного регулювання дозволяють розробникам
визначити параметри відцентрового регулятора при його проектуванні.
В даний час технологічні можливості виготовлення лопаті дозволяють отримати профіль лопаті
максимально наближений до розрахункового, тобто розширення лопаті від кінця до комеля до 1:4 і за-
круту до 30°, що потребує врахування кута між хордою лопаті і її вектором моменту інерції. В ряді
робіт були запропоновані математичні моделі для флюгерного та антифлюгерного регулювання з
урахуванням даного кута. Проведений в даній роботі аналіз статичних характеристик відцентрового
регулятора ротора вітроустановки при антифлюгерному регулюванні за різних кутів між хордою ло-
паті і вектором її моменту інерції показав, що даний параметр впливає на точність регулювання і йо-
го необхідно враховувати при розрахунку параметрів регулятора. Так різниця в обертах регулятора
для лопатей, коли кути між хордою та моментом інерції складають 0° та 20° та з урахуванням діапа-
зону регулювання в 20°, складе 9 %. При налаштуванні регулятора на номінальні оберти для його узго-
дження з аеромеханічною характеристикою ротора для ефективної роботи вітроустановки також є
необхідним врахування кута між хордою лопаті і її вектором моменту інерції. Так відхилення від номі-
нальних обертів регулятора і, відповідно, ротора без урахування закруту лопаті в 10° буде складати
8,3 %, в порівнянні з лопаттю що немає закруту. Бібл. 12, рис. 10.
Ключові слова: вітроенергетика, вітроустановка, відцентровий регулятор, статичні характерис-
тики відцентрового регулятора.
1 проф., д-р. техн. наук, провідний наук. співроб.
Інституту відновлюваної енергетики НАН України
https://orcid.org/0000-0003-0195-9654
2 канд. техн. наук, старший науковий співробітник
Інституту відновлюваної енергетики НАН України
https://orcid.org/0000-0003-0033-1355
3 наук. співроб., науковий співробітник Інституту
відновлюваної енергетики НАН України
https://orcid.org/0000-0003-1845-9904
4 мол. наук. співроб. з питань маркетингових дослі-
джень Інституту відновлюваної енергетики НАН Ук-
раїни https://orcid.org/0000-0001-9921-9077
ANALYSIS OF STATIC CHARACTERISTICS OF THE CENTRIFUGAL REGULATOR
OF THE WIND ROTOR WITH ANTI-FLUGE CONTROL
Received 21 Feb 2022, accepted 6 Jun. 2022
Available online 30 Jun 2022
V. Golovko1, V. Kokhanevich2, M. Shykhailov3,
N. Marchenko4
Author for correspondence: V. Kokhanevich
e-mail: renewable@ukr.net
Modern wind turbines (VT) must operate reliably and safely
over a wide range of wind speeds, which requires their
1 DScTech, chief researcher at Institute for Renewable
Energy, National Academy of Sciences of Ukraine
https://orcid.org/0000-0003-0195-9654
2 CScTech, senior researcher at Institute for Renewa-
ble Energy, National Academy of Sciences of Ukraine
https://orcid.org/0000-0003-0033-1355
3 researcher at Institute for Renewable Energy, Nation-
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
mailto:renewable@ukr.net
https://orcid.org/0000-0003-0195-9654
https://orcid.org/0000-0003-0033-1355
https://orcid.org/0000-0003-1845-9904
https://orcid.org/0000-0001-9921-9077
https://orcid.org/0000-0003-0195-9654
https://orcid.org/0000-0003-0033-1355
42
© В. М. Головко та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
Відновлювана енергетика, 2022. | Вітроенергетика
Перелік використаних скорочень та позначень:
φ – кут установлення лопаті, профілю елемента лопаті
φ0 – початковий кут установлення лопаті
– відносна швидкість обертання ротора
Θ – кут між кривошипом і хордою лопаті
Ù – кут між хордою лопаті та державками відцентрових
тягарців
Δφ – кут між хордою лопаті та вектором моменту інерції
лопаті
JТ – момент інерції відцентрових тягарців
JЛ – момент інерції лопаті
FПро– величина початкового натягу пружини регулювання
Ā – величина початкового натягу пружини регулювання,
приведена до довжини кривошипа та жорсткості пружи-
ни
Вступ. Сучасні вітроустановки (ВУ) повинні надійно
та безпечно функціонувати в широкому діапазоні
швидкостей вітру, що потребує їх обладнання різно-
манітними засобами захисту і регулювання обертів
та потужності. В ВУ мегаватного класу це забезпечу-
ється системами регулювання, що включають датчи-
ки швидкості вітру та різноманітні приводи повороту
лопатей. Використання подібних систем регулюван-
ня в ВУ малої потужності, як показала практика, еко-
номічно недоцільно і тому при проектуванні нових
установок перевага надається більш простим та пе-
ревіреним засобам регулювання [1–5]. При цьому
пріоритетним є регулювання поворотом лопаті на-
вколо її осі, що дозволяє забезпечити потрібний діа-
пазон обертів ротора та обмежити його потужність
при швидкостях вітру вище номінальних. За даного
регулювання відцентрові регулятори зарекоменду-
вали себе як одні з найбільш простих та надійних
засобів регулювання. Проектування даних регулято-
рів для ВУ має свою специфіку і повинно враховува-
ти крім самого регулятора аеромеханічні параметри
ротора. Запропонована Г. Х. Сабініним математична
модель відцентрового регулятора для флюгерного
регулювання [6–7] та ряд її удосконалень [8–9] до-
зволила отримати статичні характеристики регуля-
тора, що дозволяють розробникам визначити пара-
метри відцентрового регулятора при його проекту-
ванні.
Постановка завдання. В даний час технологічні мо-
жливості виготовлення лопаті дозволяють отримати
профіль лопаті максимально наближений до розра-
хункового, тобто розширення лопаті від кінця до
комеля до 1:4 і закруту до 30°, що потребує враху-
вання кута між хордою лопаті і її вектором моменту
equipment by means of speed and power control. At the
same time in low-power VU priority is given to the regula-
tion of the rotation of the blade around its axis in the use of
centrifugal regulators, which have proven to be one of the
simplest and most reliable means of regulation. The design
of these regulators for the VT has its own specifics and
should take into account in addition to the parameters of
the controller and the parameters of the rotor. Proposed by
G.H. Sabinin mathematical model of centrifugal regulator
for weather vane control and the staff of the Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences
of Ukraine mathematical model for antifluge control allow developers to determine the parameters of the cen-
trifugal regulator in its design.
Currently, the technological capabilities of the blade allow to obtain the blade profile as close as possible to the
design, ie the expansion of the blade from end to camel to 1:4 and torsion up to 30°, which requires considera-
tion of the angle between the blade chord and its moment of inertia vector. In a number of works mathematical
models for weather vane and anti-weather vane regulation taking into account this angle were proposed. The
analysis of static characteristics of the centrifugal regulator of the wind turbine rotor during antifluge-control at
different angles between the blade chord and the vector of its moment of inertia showed that this parameter
affects the accuracy of control and must be taken into account when calculating the controller parameters. Thus,
the difference in the speed of the blade regulator, when the angles between the chord and the moment of inertia
are 0° and 20° and taking into account the adjustment range of 20°, will be 9 %. When adjusting the controller to
nominal speed to match the aeromechanical characteristics of the rotor for efficient operation of the wind tur-
bine, it is also necessary to take into account the angle between the chord of the blade and its moment of inertia
vector. So the deviation from the nominal speed of the regulator and, accordingly, the rotor without taking into
account the torsion of the blade at 10° will be 8.3 %, compared with the blade without torsion. Bible. 12, fig. 10.
Keywords: wind power, wind turbine, centrifugal regulator, static characteristics of centrifugal regulator.
al Academy of Sciences of Ukraine https://
orcid.org/0000-0003-1845-9904
4Junior Researcher on marketing research at the Insti-
tute for Renewable Energy of the National Academy of
Sciences of Ukraine https://orcid.org/0000-0001-9921-
9077
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
https://orcid.org/0000-0003-1845-9904
https://orcid.org/0000-0003-1845-9904
https://orcid.org/0000-0001-9921-9077
https://orcid.org/0000-0001-9921-9077
43
© В. М. Головко та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
Відновлювана енергетика, 2022. | Вітроенергетика
інерції. В роботі [10] була запропонована удоскона-
лена математична модель для флюгерного регулю-
вання та отримані статичні характеристики регулято-
ра з урахуванням даного кута [11]. В роботі [12] на-
ведена удосконалена математична модель відцент-
рового регулятора для антифлюгерного регулюван-
ня, що також враховує кут між хордою лопаті і її век-
тором моменту інерції. Для подальшого практично-
го використання теоретичних положень при проек-
туванні даних регуляторів необхідно провести ана-
ліз впливу параметрів відцентрового регулятора на
його статичні характеристики та порівняти отримані
результати з результатами отриманими за поперед-
німи математичними моделями.
Результати досліджень. В роботі [12] наведено ви-
раз для відносної швидкості обертання відцентрово-
го регулятора ( ) ротора вітроустановки, що
отриманий на основі удосконаленої математичної
моделі даного регулятора при флюгерному регулю-
ванні, а саме:
, (1)
де ;
φ – кут установлення лопаті;
φ0 – початковий кут установлення лопаті;
Δφ – кут між хордою лопаті і вектором моменту іне-
рції лопаті;
Θ – кут між кривошипом і хордою лопаті;
Ω – кут між хордою лопаті і державками відцентро-
вих тягарців;
JТ – момент інерції відцентрових тягарців
JЛ – момент інерції лопаті відносно її вісі обертання;
– величина початкового натягу пружини
регулювання FПро, що приведена до довжи-
ни кривошипа l та жорсткості пружини k.
Даний вираз дозволяє отримати статичні характери-
стики відцентрового регулятора в залежності від
його параметрів Δφ, Ω, Θ, JЛ / JТ та жорсткості пружи-
ни регулювання, що визначається параметром Ā .
Враховуючи те, що основною відмінністю даної ма-
тематичної моделі від попередніх є наявність кута
між хордою лопаті і вектором моменту інерції лопа-
ті, то аналіз розпочнемо саме з цього параметра. На
рис. 1 наведені статичні характеристики відцентро-
вого регулятора в залежності від Δφ.
Рис. 1. Статичні характеристики відцентрового
регулятора при антифлюгерному регулюванні за
різних кутів між хордою лопаті і вектором
моменту інерції лопаті
(Ω=45°, Θ=45°, φ0=2°, Ā=2, JЛ / JТ =0,5)
Fig. 1. Static characteristics of the centrifugal regulator
with antiflue control at different angles between the
chord of the blade and the vector of the moment of
inertia of the blade
(Ω=45°, Θ=45°, φ0=2°, Ā=2, JЛ / JТ =0,5)
Аналізуючи статичні характеристики відцентрового
регулятора при антифлюгерному регулюванні за
різних кутів між хордою лопаті і вектором моменту
інерції лопаті, що наведені на рис. 1, можна конста-
тувати, що величина даного параметра менше впли-
ває на точність регулювання ніж при флюгерному
регулюванні. Так з урахуванням необхідного діапа-
зону кутів регулювання (при даному регулюванні він
зазвичай не перевищує 20°) різниця за величиною
відхилення обертів ротора для кутів Δφ =0° та Δφ
=20° буде складати 9 %, тоді як при флюгерному ре-
гулюванні до 50 % [11]. Така значна різниця поясню-
ється ще тим, що при флюгерному регулюванні не-
обхідний діапазон кутів регулювання складав 40°,
тобто в 2 рази більше.
Для оцінювання впливу окремих параметрів регуля-
тора (Δφ, Ω, Θ, Ā, JЛ / JТ) при антифлюгерному регу-
люванні на характер зміни його статичних характе-
ристик за наявності кута між хордою лопаті і векто-
ром моменту інерції лопаті розглянемо статичні ха-
рактеристики відцентрового регулятора, що наведе-
ні на рис. 2 – 5. При цьому, кут між хордою лопаті і
вектором моменту інерції лопаті приймемо Δφ=10°,
а початковий кут установки лопаті складатиме
φ0=2°.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
44
© В. М. Головко та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
Відновлювана енергетика, 2022. | Вітроенергетика
Рис. 2. Статичні характеристики відцентрового
регулятора при антифлюгерному регулюванні за
різних кутів встановлення відцентрових тягарців
(Θ=45°, Ā=2, JЛ / JТ =0,5)
Fig. 2. Static characteristics of the centrifugal regulator
with antiflue control at different angles of installation
of centrifugal weights (Θ=45°, Ā=2, JЛ / JТ =0,5)
Рис. 3. Статичні характеристики відцентрового
регулятора при флюгерному регулюванні за різних
кутів встановлення кривошипа
(Ω=45°, Ā=2, JЛ / JТ =0,5)
Fig. 3. Static characteristics of the centrifugal regulator
with antiflue control at different angles of installation
of the crank (Ω=45°, Ā=2, JЛ / JТ =0,5)
Рис. 4. Статичні характеристики відцентрового
регулятора при флюгерному регулюванні за різної
жорсткості пружини регулювання (Θ=45°, Ω=45°,
JЛ / JТ =0,5)
Fig. 4. Static characteristics of the centrifugal regulator
with antiflue control at different stiffness of the control
spring (Θ=45°, Ω=45°, JЛ / JТ =0,5)
Рис. 5. Статичні характеристики відцентрового
регулятора при антифлюгерному регулюванні за
різних співвідношень моментів інерції лопаті та
відцентрових тягарців (Θ=45°, Ω=45°, Ā=2)
Fig. 5. Static characteristics of the centrifugal regulator
with antiflue control at different ratios of moments of
inertia of the blade and centrifugal weights (Θ=45°,
Ω=45°, Ā=2,)
Аналіз впливу параметрів, які наведені на рис. 2–5,
відповідає аналізу для статичних характеристик при
антифлюгерному регулюванні, що наведено в [9],
без урахування параметра Δφ і також дозволяє оці-
нити вплив кожного з них на форму статичної харак-
теристики і кут її нахилу, що дозволяє визначати ве-
личину відхилень обертів ротора вітроустановки за
необхідного діапазону кутів регулювання та визна-
чити на стадії проектування необхідні величини па-
раметрів окремих складників регулятора, а саме:
жорсткість пружини регулювання, момент інерції
відцентрових тягарців, кути установки відцентрових
тягарців та кривошипа.
Для наступного аналізу необхідно провести порів-
няння статичних характеристик відцентрового регу-
лятора при флюгерному регулюванні ротора вітроу-
становки за одних і тих самих параметрів регулято-
ра, але які отримані за різними математичними мо-
делями На рис. 6 – 9 наведені статичні характерис-
тики відцентрового регулятора в залежності від його
параметрів (Ω, Θ, Ā, JЛ / JТ ) та для кута між хордою
лопаті і вектором моменту інерції лопаті Δφ =0° для
попередніх математичних моделей і відповідно Δφ
=10° для удосконаленої математичної моделі. На
рис. 6 – 9 наведені статичні характеристики відцент-
рового регулятора в залежності від його параметрів
(Ω, Θ, Ā, JЛ / JТ ) для кутів між хордою лопаті і векто-
ром моменту інерції лопаті Δφ =0° та Δφ =10°. Почат-
ковий кут установки лопаті як і для попередніх гра-
фіків складатиме φ0=2°.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
45
© В. М. Головко та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
Відновлювана енергетика, 2022. | Вітроенергетика
Рис. 6. Статичні характеристики відцентрового
регулятора при флюгерному регулюванні за різних
кутів встановлення відцентрових тягарців та
різних кутів між хордою лопаті і вектором момен-
ту інерції лопаті (Θ=45°, Ā=2, JЛ / JТ =0,5)
Fig. 6. Static characteristics of the centrifugal regulator
with antiflue control at different angles of installation
of centrifugal weights and different angles between the
chord of the blade and the vector of the moment of
inertia of the blade (Θ=45°, Ā=2, JЛ / JТ =0,5)
Рис. 7. Статичні характеристики відцентрового
регулятора при флюгерному регулюванні за різних
кутів встановлення кривошипа та різних кутів
між хордою лопаті і вектором моменту інерції
лопаті (Ω=45°, Ā=2, JЛ / JТ =0,5)
Fig. 7. Static characteristics of the centrifugal regulator
with antiflue control at different angles of installation
of the crank and different angles between the blade
chord and the vector of the moment of inertia of the
blade
(Ω=45°, Ā=2, JЛ / JТ =0,5)
Рис. 8. Статичні характеристики відцентрового
регулятора при флюгерному регулюванні за різної
жорсткості пружини регулювання та різних кутів
між хордою лопаті і вектором моменту інерції
лопаті (Θ=45°, Ω=45°, JЛ / JТ =0,5)
Fig. 8. Static characteristics of the centrifugal regulator
with antiflue control at different stiffness of the control
spring and different angles between the chord of the
blade and the vector of the moment of inertia of the
blade (Θ=45°, Ω=45°, JЛ / JТ =0,5)
Рис. 9. Статичні характеристики відцентрового
регулятора при антифлюгерному регулюванні за
різних співвідношень моментів інерції лопаті і від-
центрових тягарців та за різних кутів між хордою
лопаті і вектором моменту інерції лопаті (Θ=45°,
Ω=45°, Ā=2)
Fig. 9. Static characteristics of the centrifugal regulator
with antiflue control at different ratios of moments of
inertia of the blade and centrifugal weights and at
different angles between the chord of the blade and the
vector of the moment of inertia of the blade (Θ=45°,
Ω=45°, Ā=2)
Із статичних характеристик, що наведені на рис. 6 –
9 видно, що неврахування кутів між хордою лопаті і
вектором моменту інерції лопаті призводить до змі-
ни кута нахилу статичної характеристики і, відповід-
но, до змін діапазону відхилення обертів ротора,
тобто точності регулювання. При цьому, найбільші
відхилення між статичними характеристиками спос-
терігаються при JЛ / JТ =1 (рис. 9), а мінімальні – при
Ω=60° (рис. 6), що співпадає з даними отриманими
для флюгерного регулювання [11]. При цьому необ-
хідно зауважити, що величина відхилення статичної
характеристики за різних Δφ для конкретного пара-
метра регулятора також залежить від величини за-
даного параметра, що чітко видно на рис. 9. Так для
JЛ / JТ =0,5 (при φ=15°) воно складає 6,6 % то для JЛ / JТ
=0,1 при тому же куті вже 38 %.
Як і при флюгерному регулюванні при проектуванні
відцентрового регулятора при антифлюгерному ре-
гулюванні необхідно його настроювання на номіна-
льні оберти ротора для узгодження з аеромеханіч-
ною характеристикою ротора для ефективної робо-
ти вітроустановки, тобто для отримання максималь-
ного коефіцієнта використання енергії вітру. На рис
10 наведені статичні характеристики, де: 1 – статич-
на характеристика при Δφ =0°; 2 – статична характе-
ристика при Δφ =10°, в якій при розрахунку номіна-
льних обертів не враховано кут Δφ.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
46
© В. М. Головко та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
Відновлювана енергетика, 2022. | Вітроенергетика
Рис. 10. Статичні характеристики відцентрового
регулятора при флюгерному регулюванні (Θ=45°,
Ω=45°, φ0=2°, Ā=2, JЛ / JТ=0,5): 1 – без закруту лопаті
при Δφ=0°; 2 – з закрутом лопаті Δφ=10° без ураху-
вання в номінальних обертах кута Δφ
Fig. 10. Static characteristics of the centrifugal regula-
tor with antiflue control (Θ=45°, Ω=75°, φ0=2°, Ā=2, JЛ /
JТ=0,5): 1 – without twisting of a blade at Δφ=0°; 2 –
with a blade twist Δφ=10° without taking into account
the nominal speed of the angle Δφ
Як видно з рис. 10 при початковому куті регулюван-
ня φ0=2° відхилення номінальних обертів для харак-
теристики коли Δφ=0° та характеристики коли
Δφ=10° без урахування в номінальних обертах кута
Δφ буде складати , або 8,3 %, що є
недопустимим. Тобто врахування кута між хордою
лопаті і вектором моменту інерції лопаті при визна-
ченні номінальних обертів регулятора та ротора при
закруті лопаті є також необхідним, хоча в порівнянні
з флюгерним регулюванням (17 % [11]) воно ≈2 рази
менше.
Висновки. 1. Аналіз статичних характеристик відце-
нтрового регулятора ротора вітроустановки при ан-
тифлюгерному регулюванні за різних кутів між хор-
дою лопаті і вектором її моменту інерції показав, що
даний параметр впливає на точність регулювання і
його необхідно враховувати при розрахунку пара-
метрів регулятора. Так різниця в обертах регулятора
для лопатей, коли кути між хордою та моментом
інерції складають 0° та 20° та з урахуванням діапазо-
ну регулювання в 20°, складе 9 %.
2. При налаштуванні регулятора на номінальні обер-
ти ротора для узгодження з аеромеханічною харак-
теристикою ротора для ефективної роботи вітроус-
тановки, тобто для отримання максимального кое-
фіцієнта використання енергії вітру, також є необхід-
ним врахування кута між хордою лопаті і вектором
моменту інерції лопаті. Так відхилення від номіналь-
них обертів регулятора і, відповідно, ротора без ура-
хування закруту лопаті в 10° буде складати 8,3 %, в
порівнянні з лопаттю що немає закруту.
ПОСИЛАННЯ
1. Шефтер Я. И. Рождественский И. В. Ветронасосные и
ветроэлектрические агрегаты. М.:Колос. 1967. 376 с.
2. Шефтер Я. И. Использование энергии ветра. М.: Энер-
гоатомиздат. 1983. 200 с.
3. Перли С. Б. Быстроходные ветряные двигатели. М.: Л.
ГЭИ. 1951. 216 с.
4. Корендій В. М. Аналіз впливу інерційних навантажень
на процес відцентрового регулювання потужності
вітроустановки. Вісник Національного університету
«Львівська політехніка». 2012. № 746. С. 132–139.
5. Erich Hau. Windkraftanlagen: Grundlagen. Technik.
Einsatz. Wirtschaftlichkeit [Hardcover] Aerodynamik En-
ergielieferung Energietechnik Regenerative Energie Rotor
Rotorblätter Schwingung Strom Windenergie Windmühl.
Springer Berlin Verlag. 2017. 997 с.
6. Сабинин Г. Х. Теория регулирования быстроходных
ветродвигателей поворотом лопастей центробежным
регулятором. Промышленная аэродинамика. 1957.
Сб. № 8. С. 5–77.
7. Сабинин Г. Х. Теория регулирования быстроходных
ветряков центробежным регулятором с помощью
поворота лопастей. Вопросы энергетики. 1959. С. 37–
49.
8. Коханєвич В. П. Статичні характеристики відцентрово-
го регулятора при флюгерному регулюванні ротора
вітродвигуна. Відновлювана енергетика. 2008. № 1
(12). С. 39–44.
9. Коханєвич В. П. Статика регулювання роторів вітрод-
вигунів відцентровими регуляторами при антифлюге-
рному регулюванні. Відновлювана енергетика. 2009.
№ 3(18). С. 18–24.
10. Головко В. М., Коханєвич В. П., Шихайлов М. О., Мар-
ченко Н. В. Удосконалена математична модель відце-
нтрового регулятора ротора вітроустановки при флю-
герному регулюванні. Відновлювана енергетика.
2021. № 2 .(65). С. 53 – 60.
11. Головко В. М., Коханєвич В. П., Шихайлов М. О., Мар-
ченко Н. В. Аналіз статичних характеристик відцентро-
вого регулятора ротора вітроустановки при флюгерно-
му регулюванні. Відновлювана енергетика. 2021. № 3
(66). С. 52 – 61.
12. Головко В. М., Коханєвич В. П., Шихайлов М. О. Удо-
сконалена математична модель відцентрового регу-
лятора ротора вітроустановки при антифлюгерному
регулюванні. Відновлювана енергетика. 2022. № 1
(68). С. 73–78.
REFERENCES
1. Shefter Ya. I., Rozhdestvensky I. V. Vetronasosnyye i
vetroelektricheskiye agregaty [Wind pump and wind
power units]. Moskow. Kolos. 1967. 376 p. [in Russian].
2. Shefter Ya. I. Ispol'zovaniye energii vetra [Use of wind
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
https://www.booklooker.de/B%C3%BCcher/Angebote/titel=Windkraftanlagen+Grundlagen+Technik+Einsatz+Wirtschaftlichkeit+Hardcover+Aerodynamik
https://www.booklooker.de/B%C3%BCcher/Angebote/titel=Windkraftanlagen+Grundlagen+Technik+Einsatz+Wirtschaftlichkeit+Hardcover+Aerodynamik
https://www.booklooker.de/B%C3%BCcher/Angebote/titel=Windkraftanlagen+Grundlagen+Technik+Einsatz+Wirtschaftlichkeit+Hardcover+Aerodynamik
https://www.booklooker.de/B%C3%BCcher/Angebote/titel=Windkraftanlagen+Grundlagen+Technik+Einsatz+Wirtschaftlichkeit+Hardcover+Aerodynamik
https://www.booklooker.de/B%C3%BCcher/Angebote/verlag=Springer+Berlin+Verlag
47
© В. М. Головко та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
Відновлювана енергетика, 2022. | Вітроенергетика
energy]. Moskow. Energoatomizdat. 1983. 200 p. [in Rus-
sian].
3. Perli S. B. Bystrokhodnyye vetryanyye dvigateli [High-
speed wind turbines]. Moskow, Leningrad. GEI. 1951.
216 p. [in Russian].
4. Korendiy V. M. Analysis of the influence of inertial loads
on the process of centrifugal regulation of wind turbine
power [Analiz vplyvu inertsiynykh navantazhenʹ na
protses vidtsentrovoho rehulyuvannya potuzhnosti
vitroustanovky]. Bulletin of the National University "Lviv
Polytechnic", 2012, No. 746. Pp. 132–139. [in Ukrainian].
5. Erich Hau. Windkraftanlagen: Grundlagen. Technik.
Einsatz. Wirtschaftlichkeit [Hardcover] Aerodynamik En-
ergielieferung Energietechnik Regenerative Energie Rotor
Rotorblätter Schwingung Strom Windenergie Windmühl.
Springer Berlin Verlag. 2017. 997 p. [in German].
6. Sabinin G. H. Teoriya regulirovaniya bystrokhodnykh
vetrodvigateley povorotom lopastey tsentrobezhnym
regulyatorom [Theory of regulation of high-speed wind
turbines by turning blades by a centrifugal regulator].
Promyshlennaya aerodinamika, 1957, Sb. No. 8. Pp. 5–
77. [in Russian].
7. Sabinin G. H. Teoriya regulirovaniya bystrokhodnykh
vetryakov tsentrobezhnym regulyatorom s pomoshch'yu
povorota lopastey [The theory of regulation of high-
speed windmills by a centrifugal regulator by means of
rotation of blades]. Voprosy energetiki, 1959, Pp. 37–49.
[in Russian].
8. Kokhanevich V. P. Statychni kharakterystyky vidtsen-
trovoho rehulyatora pry flyuhernomu rehulyuvanni ro-
tora vitrodvyhuna [Static characteristics of the centrifu-
gal regulator at weather vane regulation of the rotor of
the wind turbine]. Vidnovlyuvana enerhetyka, 2008, No.
1 (12). Pp. 39–44. [in Ukrainian].
9. Kokhanevich V. P. Statyka rehulyuvannya rotoriv
vitrodvyhuniv vidtsentrovymy rehulyatoramy pry anty-
flyuhernomu rehulyuvanni [Statics of regulation of wind
turbine rotors by centrifugal regulators at antiflue con-
trol]. Vidnovlyuvana enerhetyka, 2009, No. 3 (18). Pp. 18
–24. [in Ukrainian].
10. Golovko V. M., Kokhanevich V. P., Shikhailov M. O.,
Marchenko N.V. Udoskonalena matematychna modelʹ
vidtsentrovoho rehulyatora rotora vitroustanovky pry
flyuhernomu rehulyuvanni [Improved mathematical
model of the centrifugal regulator of the wind turbine
rotor with weather vane control]. Vidnovlyuvana ener-
hetyka, 2021, No. 2 (65). Pp. 53–60. [in Ukrainian].
11. Golovko V. M., Kokhanevich V. P., Shikhailov M. O.,
Marchenko N. V. Udoskonalena matematychna modelʹ
vidtsentrovoho rehulyatora rotora vitroustanovky pry
flyuhernomu rehulyuvanni [Improved mathematical
model of the centrifugal regulator of the wind turbine
rotor with weather vane control]. Vidnovlyuvana ener-
hetyka, 2021, No. 3 (66). Pp. 53–60. [in Ukrainian].
12. Golovko V. M., Kokhanevich V. P., Shikhailov M. O.
Udoskonalena matematychna modelʹ vidtsentrovoho
rehulyatora rotora vitroustanovky pry antiflyuhernomu
rehulyuvanni [Advanced mathematical model of the cen-
trifugal regulator of the wind rotor with anti-fluge con-
trol]. Vidnovlyuvana enerhetyka, 2022, No. 1 (68). Pp. 73
–78. [in Ukrainian].
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69)846
https://www.booklooker.de/B%C3%BCcher/Angebote/titel=Windkraftanlagen+Grundlagen+Technik+Einsatz+Wirtschaftlichkeit+Hardcover+Aerodynamik
https://www.booklooker.de/B%C3%BCcher/Angebote/titel=Windkraftanlagen+Grundlagen+Technik+Einsatz+Wirtschaftlichkeit+Hardcover+Aerodynamik
https://www.booklooker.de/B%C3%BCcher/Angebote/titel=Windkraftanlagen+Grundlagen+Technik+Einsatz+Wirtschaftlichkeit+Hardcover+Aerodynamik
https://www.booklooker.de/B%C3%BCcher/Angebote/titel=Windkraftanlagen+Grundlagen+Technik+Einsatz+Wirtschaftlichkeit+Hardcover+Aerodynamik
https://www.booklooker.de/B%C3%BCcher/Angebote/verlag=Springer+Berlin+Verlag
|
| id | veorgua-article-338 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:09:31Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/ad/8b100c77551cc66b9e35fd6892fdcead.pdf |
| spelling | veorgua-article-3382026-07-18T06:32:16Z ANALYSIS OF STATIC CHARACTERISTICS OF THE CENTRIFUGAL REGULATOR OF THE WIND ROTOR ROTOR WITH ANTI-FLUGE CONTROL АНАЛІЗ СТАТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВІДЦЕНТРОВОГО РЕГУЛЯТОРА РОТОРА ВІТРОУСТАНОВКИ ПРИ АНТИФЛЮГЕРНОМУ РЕГУЛЮВАННІ Golovko, V. Kokhanevich, V. Shykhailov, M. Marchenko, N. wind power wind turbine centrifugal regulator static characteristics of centrifugal regulator вітроенергетика вітроустановка відцентровий регулятор статичні характеристики відцентрового регулятора Modern wind turbines (VT) must operate reliably and safely over a wide range of wind speeds, which requires their equipment by means of speed and power control. At the same time in low-power VU priority is given to the regulation of the rotation of the blade around its axis in the use of centrifugal regulators, which have proven to be one of the simplest and most reliable means of regulation. The design of these regulators for the VT has its own specifics and should take into account in addition to the parameters of the controller and the parameters of the rotor. Proposed by G.H. Sabinin mathematical model of centrifugal regulator for weather vane control and the staff of the Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine mathematical model for antifluge control allow developers to determine the parameters of the centrifugal regulator in its design. Currently, the technological capabilities of the blade allow to obtain the blade profile as close as possible to the design, ie the expansion of the blade from end to camel to 1:4 and torsion up to 30°, which requires consideration of the angle between the blade chord and its moment of inertia vector. In a number of works mathematical models for weather vane and anti-weather vane regulation taking into account this angle were proposed. The analysis of static characteristics of the centrifugal regulator of the wind turbine rotor during antifluge-control at different angles between the blade chord and the vector of its moment of inertia showed that this parameter affects the accuracy of control and must be taken into account when calculating the controller parameters. Thus, the difference in the speed of the blade regulator, when the angles between the chord and the moment of inertia are 0° and 20° and taking into account the adjustment range of 20°, will be 9%. When adjusting the controller to nominal speed to match the aeromechanical characteristics of the rotor for efficient operation of the wind turbine, it is also necessary to take into account the angle between the chord of the blade and its moment of inertia vector. So the deviation from the nominal speed of the regulator and, accordingly, the rotor without taking into account the torsion of the blade at 10° will be 8.3%, compared with the blade without torsion. Bible. 12, fig. 10. Сучасні вітроустановки (ВУ) повинні надійно та безпечно функціонувати в широкому діапазоні швидкостей вітру, що потребує їх обладнання засобами регулювання обертів та потужності. При цьому в ВУ малої потужності пріоритетним є регулювання поворотом лопаті навколо її вісі в використанням відцентрові регуляторів, що зарекомендували себе як одні з найбільш простих та надійних засобів регулювання. Проектування даних регуляторів для ВУ має свою специфіку і повинно враховувати крім параметрів самого регулятора також параметри ротора. Запропоновані Г.Х. Сабініним математична модель відцентрового регулятора для флюгерного регулювання та співробітниками Інституту відновлюваної енергетики НАН України математична модель для антифлюгерного регулювання дозволяють розробникам визначити параметри відцентрового регулятора при його проектуванні. В даний час технологічні можливості виготовлення лопаті дозволяють отримати профіль лопаті максимально наближений до розрахункового, тобто розширення лопаті від кінця до комеля до 1:4 і закруту до 30°, що потребує врахування кута між хордою лопаті і її вектором моменту інерції. В ряді робіт були запропоновані математичні моделі для флюгерного та антифлюгерного регулювання з урахуванням даного кута. Проведений в даній роботі аналіз статичних характеристик відцентрового регулятора ротора вітроустановки при антифлюгерному регулюванні за різних кутів між хордою лопаті і вектором її моменту інерції показав, що даний параметр впливає на точність регулювання і його необхідно враховувати при розрахунку параметрів регулятора. Так різниця в обертах регулятора для лопатей, коли кути між хордою та моментом інерції складають 0° та 20° та з урахуванням діапазону регулювання в 20°, складе 9%. При налаштуванні регулятора на номінальні оберти для його узгодження з аеромеханічною характеристикою ротора для ефективної роботи вітроустановки також є необхідним врахування кута між хордою лопаті і її вектором моменту інерції. Так відхилення від номінальних обертів регулятора і, відповідно, ротора без урахування закруту лопаті в 10° буде складати 8,3%, в порівнянні з лопаттю що немає закруту. Бібл. 12, рис. 10. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2022-06-30 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/338 10.36296/1819-8058.2022.2(69).41-47 Vidnovluvana energetika ; No. 2(69) (2022): Scientific and Applied Journal Vidnovliuvana energetyka; 41-47 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2(69) (2022): Scientific and Applied Journal Vidnovliuvana energetyka; 41-47 Відновлювана енергетика; № 2(69) (2022): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 41-47 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2022.2(69) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/338/260 Copyright (c) 2022 V. Golovko, V. Kokhanevich, M. Shykhailov, N. Marchenko https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | wind power wind turbine centrifugal regulator static characteristics of centrifugal regulator Golovko, V. Kokhanevich, V. Shykhailov, M. Marchenko, N. ANALYSIS OF STATIC CHARACTERISTICS OF THE CENTRIFUGAL REGULATOR OF THE WIND ROTOR ROTOR WITH ANTI-FLUGE CONTROL |
| title | ANALYSIS OF STATIC CHARACTERISTICS OF THE CENTRIFUGAL REGULATOR OF THE WIND ROTOR ROTOR WITH ANTI-FLUGE CONTROL |
| title_alt | АНАЛІЗ СТАТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВІДЦЕНТРОВОГО РЕГУЛЯТОРА РОТОРА ВІТРОУСТАНОВКИ ПРИ АНТИФЛЮГЕРНОМУ РЕГУЛЮВАННІ |
| title_full | ANALYSIS OF STATIC CHARACTERISTICS OF THE CENTRIFUGAL REGULATOR OF THE WIND ROTOR ROTOR WITH ANTI-FLUGE CONTROL |
| title_fullStr | ANALYSIS OF STATIC CHARACTERISTICS OF THE CENTRIFUGAL REGULATOR OF THE WIND ROTOR ROTOR WITH ANTI-FLUGE CONTROL |
| title_full_unstemmed | ANALYSIS OF STATIC CHARACTERISTICS OF THE CENTRIFUGAL REGULATOR OF THE WIND ROTOR ROTOR WITH ANTI-FLUGE CONTROL |
| title_short | ANALYSIS OF STATIC CHARACTERISTICS OF THE CENTRIFUGAL REGULATOR OF THE WIND ROTOR ROTOR WITH ANTI-FLUGE CONTROL |
| title_sort | analysis of static characteristics of the centrifugal regulator of the wind rotor rotor with anti-fluge control |
| topic | wind power wind turbine centrifugal regulator static characteristics of centrifugal regulator |
| topic_facet | wind power wind turbine centrifugal regulator static characteristics of centrifugal regulator вітроенергетика вітроустановка відцентровий регулятор статичні характеристики відцентрового регулятора |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/338 |
| work_keys_str_mv | AT golovkov analysisofstaticcharacteristicsofthecentrifugalregulatorofthewindrotorrotorwithantiflugecontrol AT kokhanevichv analysisofstaticcharacteristicsofthecentrifugalregulatorofthewindrotorrotorwithantiflugecontrol AT shykhailovm analysisofstaticcharacteristicsofthecentrifugalregulatorofthewindrotorrotorwithantiflugecontrol AT marchenkon analysisofstaticcharacteristicsofthecentrifugalregulatorofthewindrotorrotorwithantiflugecontrol AT golovkov analízstatičnihharakteristikvídcentrovogoregulâtorarotoravítroustanovkipriantiflûgernomuregulûvanní AT kokhanevichv analízstatičnihharakteristikvídcentrovogoregulâtorarotoravítroustanovkipriantiflûgernomuregulûvanní AT shykhailovm analízstatičnihharakteristikvídcentrovogoregulâtorarotoravítroustanovkipriantiflûgernomuregulûvanní AT marchenkon analízstatičnihharakteristikvídcentrovogoregulâtorarotoravítroustanovkipriantiflûgernomuregulûvanní |