Файл: Разработка ветровой электростанции для промышленного.docx

г) Многолопастные ветрогенераторы

К многолопастным относятся горизонтальные ветрогенераторы с количеством лопастей, находящимся в интервале . Роторы ветроколес

с большим количеством лопастей способны развить значительный крутящий момент, что, несомненно, является их достоинством. Однако такие ветроколеса отличаются большим моментом инерции, поэтому они – тихоходные.

Отмеченные здесь конструктивные особенности и технические характеристики многолопастных ветрогенераторов соответствуют требованиям энергопитания водяных насосов. Поэтому их обычно применяют в качестве альтернативных источников электрической энергии в водонасосных системах

Рисунок 1.6– Внешний вид многолопастной ВЭУ

3. 
   Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения
   

Вертикальные ветрогенераторы являются менее эффективными по сравнению с горизонтальными. Их КПД в 3 раза меньше, чем у горизонтальных модификаций [4, c.18] Лопасти вертикального ветрогенератора крутятся перпендикулярно поверхности земли при любом направлении и силе ветра. Поэтому 1/2 от общего количества лопастей

ветроколеса всегда вращается против ветра. Из-за этого у ветрогенератора с вертикальным вращением ветроколеса 1/2 мощности потока ветра не используется, что сильно снижает их энергоэффективность. Это – главный недостаток. Помимо этого имеются недостатки следующего типа:

Нет возможности в самостоятельной раскрутки лопастей; Значительная нагрузка на элементы конструкции;

Лопасти должны быть идентичны и соответствовать

---

заданному

профилю;

Повышенный уровень шума в процессе работы.

Однако ветрогенераторы с вертикальным вращением ветроколеса имеют определенные достоинства. Например, у этих моделей упрощается монтаж и эксплуатация. Это объясняется тем, что в конструкции с вертикальным ветроколесом редуктор и электрогенератор размещаются на земле. Конструктивным преимуществом является также то, что для них не требуется флюгер. Они характеризуются самостоятельной ориентацией по отношению к воздушным потокам.

Конструкции вертикальных ветрогенераторов имеют существенные различия из-за разных модификаций ветряных колес. Рассмотрим наиболее распространенные варианты.

а) Ротор Савониуса

Представляет собой конструкцию, в которой лопасти ротора выполнены в виде цилиндрических поверхностей (рис.1.7)

Преимущества ротора Савониуса:

способность запускаться при малых значениях ветра, движение начинается при значениях от 3м/сек;

быстрый набор высоких показателей крутящего момента; высокая надёжность конструкции;

сравнительно невысокая стоимость производства.

Ветряки с ротором Савониуса имеют такой же недостаток, как и все вертикальные ветрогенераторы. Это – неполное использование ветровой энергии и, как следствие, низкая эффективность преобразования воздушного потока. Поэтому промышленный выпуск данных устройств осуществляется с мощностью, не превышающей 4–6кВт.

Рисунок 1.7 – Внешний вид ротора Савониуса б) Ротор Дарье

Вертикальный ветряк с ротором Дарье был изобретен на несколько десятков лет позже обычного. Внешне, такой ветрогенератор выполнен с двумя

---

или тремя лопастями, изогнутыми в форме овала (рис. 1.8).


Рисунок 1.8– Внешний вид ротора Дарье

Ветрогенераторы с ротором Дарье просты в изготовлении и легки в монтаже. Так же их достоинством является самостоятельная ориентация на направление воздушного потока. Основной вал привода располагается вблизи уровня земли, что создаёт удобство в его обслуживании. Конструкцию ветряка с ротором Дарье отличает проста кинематической схемы.

Главным недостатком такого ветрогенератора является то, что ротор нужно запускать вручную. Его отличает также высокая нагрузка на опорные узлы, вызванная динамическим воздействием от воздушных потоков. Для нормальной работы ветряка необходимо строго придерживаться заданного профиля лопасти по всей её длине. Ветряк с ротором Дарье достаточно шумен в работе.

в) Геликоидный ротор.

Геликоидный ротор является развитием вертикально-осевого ветроколеса. Лопасти последнего выполнены в форме геликоидной кривой, что придаёт конструкции более равномерное вращение и снижает нагрузки на опорную часть. Изгиб лопастей ротора по диагонали способствует быстрому набору скорости. Эффективность использования ветрового потока близка к горизонтальным устройствам. В то же время, это вызывает повышенный шум при работе и производит звуковые волны, расположенные в коротковолновой части звукового спектра. Геликоидный ротор дорог в производстве из-за сложной конфигурации профиля лопастей (рис 1.9).

Рисунок 1.9 – Внешний вид геликоидного ротора г)

---

Многолопастной ротор

Это – модификация вертикально-осевой конструкции ветроколеса, дополненная внешним кольцом неподвижных лопастей. Такая схема способствует увеличению полезной площади захвата воздушного потока, его сжатию и ускорению, что приводит к повышению эффективности ветрогенератора в целом. Кроме этого, конструкция чувствительна к слабым воздействиям ветра. Многолопастной ротор характеризуется повышенной

материалоёмкостью, что увеличивает стоимость ветрогенератора в целом. В процессе эксплуатации конструкцию ветрогенератора с многолопастным ротором сопровождает увеличенный звуковой фон (рис 1.10).

Рисунок 1.10 – Внешний вид многолопастного ротора

---

1.2 Выводы к первому разделу

На основе изучения конструкционных и технологических особенностей промышленных ВЭУ можно сделать следующие выводы.

1. 
   Вертикальный ветрогенератор имеет меньший момент трогания. Следовательно, он способен работать, начиная с минимальных скоростей ветра. Горизонтальный – более мощный, следовательно, он способен снабжать энергией электропримемники значительно большей мощности.
   
2. 
   Вертикально-осевые ВЭУ устанавливаются на земле, тем самым облегчают доступ к генератору и их обслуживание.
   
3. 
   Вертикальные ветрогенераторы не боятся разнонаправленного ветра или бури, так как у них минимальное сопротивление ветру. Все эти качества позволяют устанавливать эти ВЭУ близко к жилью и даже в городах.
   
4. 
   В среднем большинство современных горизонтальных ветроэнергетических установок характеризуется коэффициентом использования ветра, равным 0,48. Из данных специальных исследований следует, что этот коэффициент можно увеличить. Например, у некоторых конструкций ВЭУ, отличающихся совершенными аэродинамическими характеристиками, коэффициент использования энергии ветра может достигать значения, равного 0,593 [5,с. 7].
   

5) Горизонтально-осевые ВЭУ имеют более высокий коэффициент полезного действия ( =40 – 59%). Поэтому эти ветрогенераторы могут использоваться как для бытового применения, так и для промышленного производства электроэнергии. Ветрогенераторы промышленного назначения

---