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 ξmax = 0,4 ÷ 0,5), безмерная величина; R - радиус ротора, м; V - скорость воздушного потока, м/с; ρ - плотность воздуха, кг/м3; ηр - КПД редуктора, %; ηг - КПД генератора, %.
Для примера расчета примем следующие значения:
ξ = 0,4;
R = 5 м;
V = 3 м/с;
ρ = 1,25 кг/м3;
ηр = 0,91;
ηг = 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.
|
| ||||
| ||||
| ||||
|
3.4 НЕОБХОДИМО СОСТАВИТЬ ЗАВИСИМОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В ПРОГРАММЕ EXCEL!
— Заключение
— С.И.И.
Приложение 1
№ СТУД В ВЕДОМОСТИ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
коэффициент использования энергии ветра ξ | 0,4 | 0,41 | 0,42 | 0,43 | 0,44 | 0,45 | 0,46 | 0,47 | 0,48 | 0,49 | 0,5 | 0,51 | 0,52 | 0,53 | 0,54 | 0,55 | 0,56 | 0,57 |
радиус ротора (r) | 2,5 | 3,5 | 4,5 | 5,6 | 6,5 | 7,5 | 8,7 | 9,3 | 9,7 | 9,9 | 10,2 | |||||||
скорость воздушного потока (V) | 4,5 | 5,5 | 6,5 | 7,5 | 8,5 | 9,5 | 4,9 | 5,9 | 6,9 | 7,9 | ||||||||
плотность воздуха (ρ) | 1,25 | 1,251 | 1,252 | 1,253 | 1,254 | 1,255 | 1,256 | 1,257 | 1,258 | 1,259 | 1,2587 | 1,256 | 1,255 | 1,254 | 1,253 | 1,252 | 1,25 | 1,251 |
КПД редуктора ηр | 0,77 | 0,65 | 0,45 | 0,91 | 0,65 | 0,56 | 0,86 | 0,99 | 0,29 | 0,53 | 0,38 | 0,85 | 0,79 | 0,69 | 0,72 | 0,79 | 0,89 | 0,99 |
КПД генератора ηг | 0,65 | 0,69 | 0,75 | 0,79 | 0,81 | 0,85 | 0,87 | 0,94 | 0,99 | 0,66 | 0,71 | 0,77 | 0,79 | 0,81 | 0,85 | 0,87 | 0,755 | 0,88 |
Скольки лопастной |
|