ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.04.2025
Просмотров: 136
Скачиваний: 0
Максимальные силы, приводящие колесо во вращение, получаются при некотором значении угла атаки ά, т.е. угла наклона относительного потока к поверхности лопасти. Ввиду того что окружная скоростью длине крыла неодинакова, а возрастает по мере удаления его элементов от оси вращения ветроколеса, относительная скорость W набегания потока на лопасть также возрастает.
Рисунок 3 – Конструктивная схема крыльчатого ветроколеса
Рисунок 4 - Схема действия сил воздушного потока на элемент лопасти (а) и графическое изображение относительного потока, набегающего на элементы лопасти, расположенные на разных радиусах ветроколеса (б)
Вместе с этим убывает угол атаки ά, и при некоторой окружной скорости wR, где w угловая скорость, этот угол станет отрицательным (рис. 4, б). Следовательно, не все элементы крыла будут иметь максимальную подъемную силу.
Если мы будем уменьшать угол φ каждого элемента лопасти по мере удаления его от оси вращения так, чтобы наивыгоднейший угол атаки ά примерно сохранялся постоянным, то мы получим условие, при котором приблизительно все элементы лопасти будут работать со своей максимальной подъемной силой. Лопасть с переменным углом заклинения со получает форму винтовой поверхности.
Правильные углы заклинения лопасти при хорошем аэродинамическом качестве профиля, а также ширине, соответствующей заданной быстроходности, обеспечивают высокий коэффициент использования энергии ветра. У хорошо выполненных моделей он достигает 46%.
В большинстве современных ветровых турбин с помощью специальных устройств (центробежных, гидравлических и других) обеспечивается возможность поворота всей лопасти или отдельной ее части, изменения за счет этого угла атаки и регулирования мощности на валу по заданному закону. При скорости ветра меньше номинальной лопасть разворачивается таким образом, чтобы угол атаки был оптимальным и коэффициент использования ветра максимальным. При скорости ветра больше номинальной разворотом лопасти добиваются уменьшения коэффициента использования энергии ветра до значения, при котором мощность на валу соответствует номинальной. На рис. 5 на примере ветровой турбины номинальной мощностью 2 МВт показана зависимость мощности и коэффициента мощности (коэффициента использования энергии ветра) от скорости ветра.
Угол атаки g, определяющий коэффициент мощности zp зависит от скорости ветра W и частoты вращения ротора w. В силу этого, коэффициент мощности удобно выражать с помощью параметра, учитывающего W и w. Таким параметром является коэффициент быстроходности
Ветровые турбины различных типов имеют существенно отличающиеся зависимости коэффициента использования энергии ветра от коэффициента быстроходности (рис.5).
1 — идеальный ротор пропеллерного типа; 2 — двухлопастный скоростной ротор; 3 — ротор Дарье; 4 — ротор Савониуса; 5 — многолопастный ротор
Рисунок 5 - Кривые зависимости коэффициента использования энергии ветра от коэффициента быстроходности
1 - лопасть; 2 - система разворота лопасти; 3- втулка; 4- дисковый тормоз; 5- мультипликатор; 6- гидромуфта; 7 - генератор; 8 - механизм системы поворота; 9 - тормоз системы поворота; 10- датчик системы поворота
Рисунок 6 - Основные узлы ветроэнергетической
установки с горизонтальной осью вращения.
Недостатками ВЭУ являются непостоянство вырабатываемой электроэнергии, что создает определенные проблемы при их работе на сеть и необходимость использования аккумуляторов при работе в автономном режиме, а также более высока», чем на традиционных электростанциях, стоимость 1 кВт установленной удельной мощности и меньшее число часов ее использования.
Однако эти недостатки перекрываются такими качествами ВЭУ как отсутствие топливной составляющей, неисчерпаемость первичного источника энергии, низка» стоимость вырабатываемой электроэнергии, возможность полной автоматизации, исключающей необходимость в обслуживающем персонале, возможность энергообеспечения автономных объектов, удаленных от электросетей, модульное исполнение, позволяющее наращивать установленную мощность по мере необходимости.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ветродвигатели роторного типа в настоящее время используются лишь в виде небольших кустарных установок мощностью до 0,5 лошадиной силы. Например, они находят применение для привода в движение различных вентиляционных устройств в помещениях для скота, кузницах и других производственных помещениях в сельском хозяйстве.
Мы знаем, что энергия воздушного потока непостоянна, поэтому любой ветряной двигатель имеет переменную мощность. Мощность любого ветродвигателя зависит от скорости ветра. Установлено, что при увеличении скорости ветра в два раза мощность на крыльях ветродвигателя увеличивается в 8 раз, а при росте скорости воздушного потока в 3 раза мощность ветродвигателя увеличивается в 27 раз.
Однако любое ветровое колесо или ротор превращает в полезную механическую работу лишь часть энергии воздушного потока, проходящего через ометаемую лопастями поверхность. Эта часть энергии определяется коэффициентом использования энергии ветра. Величина коэффициента использования энергии ветра всегда меньше единицы. У лучших современных быстроходных ветродвигателей этот коэффициент достигает 0,42. У серийных заводских быстроходных и тихоходных ветродвигателей коэффициент использования энергии ветра обычно равен 0,30-0,35; это значит, что примерно лишь одна треть энергии воздушного потока, проходящего через ветровые колеса ветродвигателей, превращается в полезную работу. Остальные две трети энергии остаются не использованными.
Советский ученый Г. X. Сабинин на основании расчетов установил, что даже у идеального ветряка коэффициент использования энергии ветра равен только 0,687.
Объясняется это тем, что часть энергии ветра затрачивается на образование вихрей у лопастей и скорость ветра за ветроколесом падает.
Таким образом, фактическая величина мощности ветродвигателя зависит от коэффициента использования энергии ветра. Мощность ветродвигателя пропорциональна его значению. Это значит, что с увеличением коэффициента использования энергии ветра увеличивается мощность ветродвигателя, и наоборот.
Из сказанного о мощности ветродвигателя следует, что при данном ветре тот ветродвигатель будет иметь более высокую мощность, у которого через поверхность, ометаемую крыльями, протекает наибольшее количество воздушного потока, а лопасти ветроколеса имеют хорошо обтекаемый профиль.
Список использованных источников:
Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. – М.: ОГИЗ–Сельхозгиз, 1948. – 544 с..
Шефтер Я.И., Рождественский И.В. Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты. – М.: Колос, 1967. – 376 с.
http://www.awea.org – The American Wind Energy Assocication
. http://www.ewea.org – The European Wind Energy Assocication