Ветряная турбина Смита – Патнэма - Smith–Putnam wind turbine

Первый в мире ветряк мощностью в мегаватт на Дедушкиной ручке, Каслтон, Вермонт

Координаты: 43 ° 39′29,6 ″ с.ш. 73 ° 6′22,7 ″ з.д. / 43.658222 ° с.ш. 73.106306 ° з.д. / 43.658222; -73.106306[1]

В Ветряная турбина Смита – Патнэма[2] был первым в мире мегаваттным ветряная турбина. В 1941 году он был подключен к местной системе распределения электроэнергии на Дедушкин Ручке в Каслтон, Вермонт, НАС. Он был разработан Палмер Косслетт Патнэм и произведен компанией S. Morgan Smith. Турбина мощностью 1,25 МВт проработала 1100 часов, прежде чем лопасть вышла из строя в известном слабом месте, которое не было усилено из-за нехватки материалов во время войны. Это будет самая большая ветряная турбина, построенная до 1979 года.[3]

Описание

Турбина имела две лопасти диаметром 175 футов (53 м) на стороне, направленной вниз по ветру, от стальной решетчатой ​​башни высотой 120 футов (36 м). Каждое лезвие было примерно 8 футов (2,4 м) в ширину, 66 футов (20 м) в длину и весило восемь тонн. Лопасти были построены на стальных лонжеронах и покрыты обшивкой из нержавеющей стали. Лонжероны лопастей шарнирно прикреплялись к ступице, что позволяло им принимать небольшую коническую форму. Генератор мощностью 1250 кВт, 600 об / мин. синхронный генератор сделан General Electric, вырабатывая 2400 В при 60 циклах. Генератор и ступица ротора устанавливались на игла балка, которая позволяла ротору улавливать ветер с разных сторон. Шаг лопастей регулировался гидроцилиндрами для поддержания постоянной скорости.[4]

Происхождение

Палмер Патнэм заинтересовался производством электроэнергии из ветра после наблюдения сильного ветра на Кейп-Код. Патнэм знал о Балаклавская турбина 100 кВт и хотел улучшить его производительность.[5] К 1937 году он подписал контракт с General Electric и Central Vermont Public Service Corporation. General Electric предоставила генератор, а Central Vermont Public Services Corporation была заинтересована в поставке энергии, которая могла бы заменить покупную энергию для удовлетворения пиковых нагрузок.[6] Между первыми обсуждениями и выработкой электроэнергии прошло всего 23 месяца.[7]

Палмер пришел к выводу, что наиболее многообещающей концепцией является двухлопастный винт, приводящий в действие синхронный генератор переменного тока. Разработал эскизный проект и смету. Доктор Ванневар Буш Декан инженерного факультета Массачусетского технологического института благосклонно отреагировал на эти расчеты в 1937 году. Буш представил Патнэма вице-президенту General Electric Company г-ну Т. Найту. С этого момента Патнэм смог привлечь к услугам некоторых очень талантливых людей, в том числе Теодора фон Кармана, всемирно известного специалиста по аэродинамике, для оказания помощи в проектировании, параметрических исследованиях, анализе затрат, выборе места и определении характеристик ветра. .

В 1939 г. Аэронавигационные лаборатории Гуггенхайма Калифорнийского технологического института Палмер С. Патнэм обратился к (GALCIT) с просьбой разработать турбину. Теодор фон Карман имел Уильям Рис Сирс и В. Дункан Ранни выполнить аэродинамический дизайн.[8] К сожалению, аналитические выводы Ранни относительно устойчивости гигантской ветряной мельницы не были включены в прототип, который был построен и испытан на горе.[9]

Патнэм получил финансовую и техническую поддержку Компания С. Морган Смит Йорка, Пенсильвания. Компания Smith произвела гидроэлектростанцию гидротурбины. Поскольку количество возможных участков для строительства гидроэлектростанций сокращалось, компания Смит стремилась диверсифицировать свою деятельность в рамках новой, но родственной линии продукции. Компания S. Morgan Smith Co. согласилась взять на себя проект в качестве генерального подрядчика и профинансировала строительство экспериментальной турбины.

Строительство

Местом, выбранным для прототипа турбины, была ранее неназванная возвышенность в 2000 футов (600 м), названная «Дедушкина ручка»; эта гора была не такой высокой, чтобы на ней образовывался чрезмерный лед, но зато была большая скорость ветра. Доступ к площадке потребовал строительства дороги с уклоном от 12 до 15%. Из-за надвигающегося вступления Соединенных Штатов во Вторую мировую войну некоторые фундаментальные исследования и испытания были пропущены, чтобы основные компоненты могли быть изготовлены до того, как возникнет нехватка материалов во время войны.

Эксплуатация и сбои

В августе 1941 года начались холостые испытания установки для проверки механической работы турбины и системы управления лопатками. Генератор был впервые синхронизирован с местной электросетью вечером 19 октября 1941 г. и испытан под нагрузкой от нуля до 700 кВт. С момента пуска до февраля 1943 года установка проработала около 1000 часов, когда вышел из строя подшипник вала. Из-за материальных приоритетов военного времени подшипник не заменяли до 3 марта 1945 года, когда установка проработала еще три недели.

Рано утром 26 марта 1945 года дежурный оператор в гондола турбины было брошено вибрацией. Остановил турбину. В ходе расследования было обнаружено, что одна лопасть турбины отломилась и упала на расстоянии около 750 футов (229 м) от нее. Лопасть вышла из строя в ранее отремонтированном слабом месте лонжерона; из-за нехватки военного времени было нецелесообразно выполнить полный ремонт и усиление основания лопасти.[6]

Последствия

Исследование, завершенное в 1945 году, показало, что блок из шести турбин, подобных прототипу, мощностью 9 МВт, может быть установлен в Вермонте по цене около 190 долларов США за киловатт. Однако экономическая ценность для энергокомпании составляла всего 125 долларов за киловатт, а ветряная турбина не считалась экономически жизнеспособной в 1,5 раза.[10] Хотя компания S. Morgan Smith потратила более 1,25 миллиона долларов США на прототип турбины, полностью из частных источников, она пришла к выводу, что перспективы получения прибыли от дальнейшего развития недостаточны. После аварии в марте 1945 года ремонт так и не проводился. Прототип турбины был разобран в 1946 году, и сегодня на месте остались только бетонные опоры и табличка. Во введении к книге Патнэма Ванневар Буш заявил, что проект подтвердил концепцию синхронной генерации ветровой энергии и спроектировал будущее коммерческое использование ветровой электроэнергии.[6]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Национальная геодезическая служба техническая спецификация для станции горизонтального управления GRANDPAS KNOB WIND TURBINE (изменено в мае 1998 г., проверено в июне 2013 г .; найдите PID OD1352 и установите флажок «Включить разрушенные метки»).
  2. ^ История и современное состояние технологии ветряных турбин с регулируемой скоростью in WIND ENERGY 2003 П. В. Карлин, А. С. Лаксон и Э. Б. Муляди
  3. ^ Пионер оправдан в Личные финансы Киплингера Январь 1981 г., стр. 24, доступно в Google Книгах.
  4. ^ Даниэль Берман, Солнечная энергия: пробуждающаяся наука Тейлор и Фрэнсис, 1979 г. ISBN  0-7100-8939-2 страницы 227–230
  5. ^ Питер Асмус, Жатая ветер: как механические волшебники, провидцы и спекулянты помогли сформировать наше энергетическое будущее, Island Press, 2001ISBN  1-55963-707-2, стр.45
  6. ^ а б c «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2011-06-04. Получено 2009-11-21.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь) Смелое усилие в Вермонте: ветряная турбина Смита – Патнэма 1941 года, К. Сульцбергер, извлечена 21 ноября 2009 г.
  7. ^ Бошамп Э. Смит Эксперимент Смита – Патнэма с ветряной турбиной в Джозеф М. Савино (ред), Системы преобразования энергии ветра: протоколы семинара, Вашингтон, округ Колумбия, 11–13 июня 1973 г., Национальный научный фонд (США) / Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, 1973, стр. 6
  8. ^ "В. Дункан Ранни - Дани памяти: Национальная инженерная академия, том 4 - The National Academies Press". Дои:10.17226/1760.
  9. ^ https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19740026427.pdf Джозеф М. Савино, Краткое изложение попыток разработки больших ветроэлектрических генерирующих систем в США, NASA TM X-71605, 29–30 августа 1974 г.
  10. ^ Эрих Хау, Ветроустановки: основы, технологии, применение, экономикаБиркхойзер, 2006 г.ISBN  3-540-24240-6, стр. 36

дальнейшее чтение