Ветроагрегаты с горизонтальной осью вращения

Научно-технические статьи, патенты,
технологии, изобретения, инновации

Ветроагрегаты с горизонтальной осью вращения

Самые распространенные типы ветряков с 7 века и до наших дней, самые эффективные по использованию энергии ветра – крыльчатые с горизонтальной осью вращения. Типовые фото таких ветряков представлены на Фиг.1.

Фиг.1. Горизонтальные крыльчатые ветроагрегаты.

Ветроколесо может иметь от 1 до N лопастей. Мощность колеса не зависит от числа лопастей. По фиг.1 энергия воздушного потока определяется формулой:

/2, ( 1 )


V – скорость ветра, м/сек;

R - радиус ветроколеса, м.

Удельная мощность современного ветроколеса классической конструкции, с площадью вращения колеса 1 м

, при нормальных атмосферных условиях и при коэффициенте использования энергии ветра 0.48...0,45 равна:


Как правило, все ветроколёса характеризуются быстроходностью или числом модулей, это нам досталось с начала 20 века:
Z=wR/v, ( 2 )
R – радиус вращения ветроколеса, м;
V – скорость ветра, м/сек.
Мощность, развиваемая ветроколесом, равна:
/2, кгм/сек; ( 3 )
Где: М – момент, развиваемый ветроколесом.
Аэродинамическая характеристика ветроколеса показывает зависимость отвлечённого (относительного) момента М и коэффициента использования ветра x от числа модулей. Ее величина зависит от числа и ширины лопастей, аэродинамического профиля (ЦАГИ, NASA) и углов заклинивания:

Чем больше число лопастей, их ширина и угол заклинивания (угол между хордой профиля и плоскостью вращения), тем при прочих равных условиях ниже быстроходность ветроколеса. Расчетная мощность ветроагрегата зависит от диаметра ветроколеса D, коэффициента использования ветра x и расчетной скорости ветра V:

=4,8 D

, кгм/сек; ( 4 )

Стандартная высота измерения скорости ветра на метеостанциях составляет 10м. Пересчитывают скорость ветра, применительно к реальной высоте башни ветродвигателя, по формуле:

0,2

, м; ( 5 )

– высота относительно уровня земли, для которой известна скорость ветра V

– реальная высота башни ветродвигателя.

Самый большой недостаток ветроагрегатов с горизонтальной осью вращения это тот, что при смене направления ветра, ось ветряка в силу большого гироскопического момента, испытывает большие динамические нагрузки. Происходит стопорение вращения, после чего колесу необходимо время на разгон и работа агрегата становится практически импульсной. Регулирование мощности при смене скорости ветра как правило осуществляют путем регулирования углом заклинивания лопастей (шагом). Однако, есть лучший способ, который заключается в изменении диаметра ветроколеса. Но такой способ связан с технологическими трудностями изготовления телескопических лопастей и привода изменения диаметра колеса! И как бы это ни было трудно, выгоды такого способа регулирования мощности ветроколеса неоспоримы! Это прямо вытекает из формулы мощности ветряка. Так что пути совершенствования таких ветряков еще остались.

В дополнение к вышеизложенному можно добавить разработку объединением "ПОЛЁТ" ветродвигателя на основе эффекта Магнуса, в котором взамен лопастей установлены вращающиеся роторы с индивидуальным электроприводом при запуске ветроагрегата.

Фиг.1.1. Ветроагрегат с роторной крыльчаткой нпо "ПОЛЁТ".

Поделиться статьёй с друзьями:

Другие статьи раздела "Электроэнергетика":

  1. 23.09.13 Ветроагрегаты с горизонтальной осью вращения
  2. 23.09.13 Планета земля - природный мотор - генератор и альтернативная чистая энергетика на его основе
  3. 23.09.13 Магнито-электрический генератор на основе кольцевого постоянного магнита
  4. 23.09.13 Генератор тока
Страницы: 01 02 03 04 05