Бесплатная техническая библиотека ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Расчет ветроколеса. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии Основной частью ветроустановки, является ветроколесо. Посредством его кинетическая энергия ветра преобразовывается в энергию механическую. Напомним ветроколеса делятся на две группы - с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Мы будем рассматривать ветроколесо с горизонтальной осью вращения. Оно может иметь одну или несколько лопастей, которые устанавливаются под некоторым углом к плоскости вращения. Ветроколесо может быть быстроходным или тихоходным. В зависимости от диаметра и количества лопастей обороты ветроколеса при одной и той же скорости ветра будут разные. Этот показатель называется быстроходностью ветроколеса и определяется отношением окружной скорости конца лопасти к скорости ветра: Z = L * W / 60 / V, где: W - частота вращения ветроколеса (об/мин.); V - скорость ветра (м/с); L - длина окружности (м). Но первоначально мы не знаем частоту оборотов ветроколеса, которые зависят от его исполнения. При прохождении воздуха через лопасти, остается "возмущенный" след, который тормозит вращение ветроколеса. И поэтому, чем лопастей больше, тем быстроходность становится меньше. Для того, чтобы ориентировочно рассчитать обороты ветроколеса, возьмем за основу быстроходность (Z). установленную практическим путем для ветроколес с разным количеством лопастей:
По приведенной ниже формуле рассчитаем обороты ветроколеса: W = V / L * Z * 60. От исполнения ветроколеса зависят результаты работы всей конструкции и безопасная эксплуатация установки. Многолопастные конструкции - низкооборотитые и, следовательно, центробежные и гироскопические силы значительно меньше, чем у высокоскоростных. Учитывая то, что технологии изготовления ветроколес в любительских условиях оставляют желать лучшего, рекомендуют многолопастные ветроколеса с количеством лопастей не менее пяти - такие конструкции не так критичны к погрешностям балансировки, не требовательны к аэродинамическому исполнению профиля лопасти и с успехом могут применятся вогнутые лопатки. Установка лопаток Если разместить лист фанеры под углом к набегающему потоку воздуха, то максимальная подъемная сила при одинаковой скорости воздуха будет при угле установки равной 45°. По мере уменьшения или увеличения угла, будет уменьшаться и подъемная сила, а сопротивление потоку будет, соответственно, уменьшаться или увеличиваться. Поэтому возьмем за отправную точку угол в 45°. Но дня того, чтобы ветроколесо максимально эффективно использовало энергию ветра и не имело зон торможения - колесо должно иметь изогнутую форму: чем дальше от оси вращения находится элемент лопасти, тем меньший угол установки требуется Шаг винта Одним из показателей для расчета лопасти является шаг винта - расстояние, на которое переместится масса воздуха за один оборот, если представить эту массу воздуха в виде гайки диаметр которой равон 2R, а угол подъема резьбы равен углу между хордой взятого сечения и плоскостью вращения винта. Шаг винта определяется по формуле: H = 2πR*tgα, где: Н = шаг выделенного сечения (м.); R = радиус сечения (м.); α = угол установки сечения (град.). Угол установки сечения лопастей ветроколеса определим по преобразованной формуле: α (угол установки) = Arctg (H/2πR). Пример расчета крутки лопасти Шаг лопасти = 1 метр, диаметр ветроколеса = 3 метра. При данных установках в идеале, без учета сопротивления ветроколеса, при скорости ветра 3 м/с ветроколесо должно сделать 3 оборота в секунду или 3*60 = 180 об/мин. Но это в идеале. На самом деле, на скорость врашения ветроколеса влияют турбулентность потока от предыдущей лопасти, трение, создаваемое самими лопастями, реакция генератора в зависимости от приложенной электрической нагрузки. И в реальности обороты ветроколеса будут стремится к расчетным показателям, но фактически окажутся значительно ниже. Мощность ветрового потока Следующий показатель при расчете ветроколеса, это мощность ветрового потока, проходящего через площадь ометания ветроколеса. Вычисляют ее достаточно точно по общепринятой методике: Р = 0,5 * Q * S * V3, где Р - мощность (Вт); Q - плотность воздуха (1,23 кг/ м3); S - площадь ометания ротора (м:); V - скорость ветра (м/с). Так как стопроцентного преобразования одного вида энергии в другую невозможно, то начнем вычитать потери. Ветроколесо имеет определенный коэффициент использования (преобразования) энергии ветра. Максимальное значение теоретического использования энергии ветра у идеальных быстроходных крыльчатых ветроколес равно 0,593. Для лучших образцов быстроходных ветроколес с аэродинамическим профилем этот показатель составляет от 0,42 до 0,46. Для многолопастных тихоходных ветроколес этот показатель колеблется от 0,27 до 0,35 в зависимости от качества исполнения и в расчетах обозначается символом Ср. Для согласования оборотов тихоходного ветроколеса и генератора необходимо использовать повышающий редуктор и его КПД колеблется от 0,7 до 0,9 в зависимости от коэффициента передачи и исполнения. Преобразовывая механическую энергию в электрическую, также несем потери. Поэтому отражаем их в КПД генератора Ng от 0,6 (для автотракторных генераторов с обмоткой возбуждения) до 0,8 (для генераторов с возбуждением от постоянных магнитов). Р = 0,5 * Q * S * V3 * Ср * Ng * Nb, где Р - мощность (Вт); Q - плотность воздуха (1,23 кг/ м3); S - площадь ометания ротора (м2); V - скорость ветра, (м/с); CP - коэффициент использования энергии ветра (0,35 хороший конструктив); Ng - КПД генератора (автомобильного 0,6, на постоянных магнитах 0,8); Nb - КПД повышающего редуктора (0,7-0,9). Подставим данные для 6-лопастного 3-метрового ветроколеса и узнаем, какую мощность можно получить на ветроустановке с генератором на постоянных магнитах и редуктором, имеющим КПД = 0.9 при средней скорости 5 м/с: Р = 0,5 * 1,23 * (3,14 *(1,5*1,5 )) * ( 5 * 5 * 5 ) * 0,35 * 0,8 * 0,9 = 136 Вт. При этом обороты ветроколеса составят. W = V / L * Z * 60 = 5 / 9,42 * 3 * 60 = 95,5 об/мин. Остается подобрать передаточное число редуктора в зависимости от оборотов генератора. Автор: Евгений Бойко Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии. Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье. Последние новости науки и техники, новинки электроники: Использование Apple Vision Pro во время операций
16.03.2024 Хранение углерода в Северное море
16.03.2024 Выращены мини-органы из амниотической жидкости человека
15.03.2024
Другие интересные новости: ▪ Гибкий и полупрозрачный светодиод из перовскита ▪ Новый USB-разъем не будет несовместим с нынешним ▪ Полет со скоростью 68 тысяч терабитометров в секунду Лента новостей науки и техники, новинок электроники
Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки: ▪ раздел сайта Конспекты лекций, шпаргалки. Подборка статей ▪ статья Головотяпы. Крылатое выражение ▪ статья Что представляют собой вспышки на Солнце? Подробный ответ ▪ статья Гипнотизер, иллюзионист, фокусник (артист цирка иллюзионного жанра). Должностная инструкция ▪ статья Слоистые электроизоляционные пластмассы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники ▪ статья Стабилизированный блок питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Оставьте свой комментарий к этой статье: All languages of this page Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте www.diagram.com.ua |