ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАСЧЕТА ВЕТРОГЕНЕРАТОРА

Мы пока будем рассматривать ветроколесо с горизонтальной осью вращения. Оно может иметь одну или много лопастей, которые устанавливаются под некоторым углом к плоскости вращения ветроколеса. 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 (3.1)

где:
W –частота вращения ветроколеса (об/мин.)
V - скорость ветра (м/с.)
L - длина окружности (м.)
Z - быстроходность конструкции ветроколеса.

Но так как 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. Поэтому, чтобы ориентировочно рассчитать обороты ветроколеса, возьмем за основу быстроходность (Z), установленную практическим путем для ветроколес с разным количеством лопастей

— 1 лопастное ветроколесо Z = 9,0

— 2 лопастное ветроколесо Z = 7,0

— 3 лопастное ветроколесо Z = 5,0

— 6 лопастное ветроколесо Z = 3,0

— 12 лопастное ветроколесо Z = 1,2

И по приведенной ниже формуле рассчитаем обороты ветроколеса.

W = V / L * Z * 60 (3.2)

L=2*Pi*r (r-радиус ротора (приложение 1 повариантно)) (3.3)

При расчете лопасти необходимо определить ширину хорды и угол установки лопасти в нескольких сечениях по длине лопасти. В каждом сечении необходимо определить правильную форму лопасти, чтобы получить лучшее усилие (подъемную силу) от каждой порции ветра, с которой это сечение будет иметь дело.

Процесс вычисления наилучшей нагрузки и соответствующего ей наилучшего профиля, известный как метод конечных элементов, рассматривает лопасть как совокупность отдельных элементов.

Рассчитаем мощность ветряного потока по формуле:

, (3.4)

где V – скорость ветра, м/с; ρ – плотность воздуха, кг/м³; S – площадь воздействия воздушного потока, м².

В связи с технологическими особенностями большинства ветрогенераторов расчет мощности производится по более точной формуле:

, (3.5)

где ξ - коэффициент использования энергии ветра (в номинальном режиме для быстроходных ветряков достигает максимум ξ_max = 0,4 ÷ 0,5), безмерная величина; R - радиус ротора, м; V - скорость воздушного потока, м/с; ρ - плотность воздуха, кг/м³; η_р - КПД редуктора, %; η_г - КПД генератора, %.

Для примера расчета примем следующие значения:

ξ = 0,4;

R = 5 м;

V = 3 м/с;

ρ = 1,25 кг/м³_;

η_р = 0,91;

η_г = 0,87.

В итоге, согласно формуле (3.5), получаем следующее значение:

Вт

Очевидно, что для выбора наиболее оптимального диаметра винта ветрогенератора необходимо знать среднюю скорость ветра на месте планируемой установки. Количество электроэнергии произведенной ветрогенератором возрастает в кубическом соотношении с повышением скорости ветра. Например, если скорость ветра увеличится в 2 раза, то кмнетическая энергия выработанная ротором увеличится в 8 раз. Поэтому можно сделать вывод, что скорость ветра является самым важным фактором, влияющим на мощность ветрогенератора.

Для выбора места установки ветрогенератора наиболее подойдет участок с минимальным количеством преград для ветра (большие деревья, постройки) на расстоянии не менее 25-30 м. Высота ветровой электростанции должна быть не менее 3-5 м высоты ближайших построек. На линии ветреного прохода деревьев и построек быть не должно. Для расположения ветрогенератора наиболее подойдут холмы или горные хребты с открытым ландшафтом.

Вычисление подъемной силы и силы напора

Подъемная сила (3.6)   Сила напора (3.7) S=Pi*r2 Где: ρ - плотность воздуха 1,29кг/м3 При 0oC на уровне моря (повариантно). S - площадь лопасти м2, V - скорость набегания потока м/с. Подъемная сила и сила лобового сопротивления зависят от коэффициентов подъемной силы сyи коэффициента лобового сопротивления cx, которые в свою очередь зависят от примененного в лопасти профиля и угла атаки α, под которым поток ударяет в лопасть.

Линия хорды самая длинная линия в сечении профиля, соединяющая носок и заднюю кромку. Угол атаки α - это угол между вектором набегания потока и хордой лопасти.

Вы не можете вычислить коэффициенты подъемной силы и лобового сопротивления. Они измерены экспериментально в аэродинамических трубах и занесены в атласы профилей. Вот типичный график коэффициента подъемной силы сy, в зависимости от угла атаки α. При увеличении угла атаки подъемная сила тоже увеличивается, пока не достигнет точки срыва потока.

3.4 НЕОБХОДИМО СОСТАВИТЬ ЗАВИСИМОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В ПРОГРАММЕ EXCEL!

— Заключение

— С.И.И.

Приложение 1