Ветровой поток, проходящий через площадь F, ометаемую лопастями ветродвигателя (рис.2.1), имеет энергию

, Дж, (2.1)

где w - скорость ветра, м/с, m - масса воздуха.

Рис.2.1. Схема ВЭУ: 1 - башня; 2 - токосъемник; 3 гондола; 4 - электрогенератор; 5 - редуктор; 6 - ротор

За секунду через площадь F протекает масса кг/с, где - плотность воздуха, кг/м , р - атмосферное давление, Па, R = 287 Дж/(кг.К) - газовая постоянная, T - абсолютная температура, К. Для лопастного ветрового колеса площадь F определяется через длину лопасти . Соответственно электрическая мощность N, развиваемая ВЭУ, определяется формулой

, Вт, (2.2)

где - КПД ветродвигателя, - электрический КПД ветрогенератора и преобразователя ( в пределах 0,70...0,85).

Опытным путем установлено, что ветряки с вертикальной осью ротора менее эффективны, чем ветровые колеса с горизонтальной осью и двумя - тремя лопастями. Современные лопасти изготавливают из стеклопластика, проектируют их методами гидродинамики с учетом трехмерного обтекания. Ширина (хорда) лопасти уменьшается к концу для ослабления шума. Уровень шума около ВЭУ, работающей на полную мощность, не превышает 100 дб. Длина лопасти достигает 50 м, соответственно высота башни- мачты превышает 50 м. КПД современных ветродвигателей Пв на уровне 25.33%. Работа ВЭУ рассчитана на скорости ветра от 3 до 25 м/с, максимальная расчетная скорость ветра до разрушения ротора - 60 м/с.

При разной силе ветра должна обеспечиваться одинаковая стандартная частота, т.е. одинаковое число оборотов ротора. Это достигается автоматическим регулированием угла атаки лопасти. Гондола ветроагрегата автоматически разворачивается на башне против ветра.

Автор: Лабейш В.Г.