Системи сучасних вітродвигунів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії

 Коментарі до статті

В даний час є багато систем вітродвигунів як з горизонтальної, так і з вертикальною віссю обертання. Відрізняються вони один від одного не тільки зовнішнім виглядом та пристроєм, але й технічними можливостями залежно від того, для яких цілей вони використовуються. За влаштування приймача енергії вітру і розташування його в повітряному потоці розрізняють кілька систем вітродвигунів.

Ми вже говорили про вітродвигуни карусельного та барабанного типу. Відомий ще так званий роторний вітродвигун (рис. 23). Його лопаті обертаються, як у карусельного вітродвигуна, в горизонтальній площині і рухають вертикальний вал.

Рис.23. Вітродвигун роторного типу

Широко поширені нині крильчатые вітродвигуни, найдавнішим типом яких є звичайні вітряки. Основною частиною будь-якого крильчастого вітродвигуна є вітрове колесо. Воно складається з кількох лопатей і обертається під впливом вітру. За допомогою пари конічних шестерень, змонтованих на головці вітродвигуна (рис. 24), обертання колеса перетворюється на швидший рух вертикального валу або у зворотно-поступальне переміщення приводної штанги.

Рис.24. Схема крильчастого вітродвигуна

Для повороту головки та вітрового колеса на вітер у вітряків є водило, а у сучасних невеликих вітродвигунів - хвіст з вертикальним оперенням на кінці. У великих крильчастих вітродвигунів існують інші складніші механізми для автоматичного встановлення вітрового колеса на вітер. Щоб швидкість обертання вітроколеса не перевищувала граничну, є спеціальний пристрій для автоматичного регулювання числа обертів.

Зазвичай біля поверхні землі повітряний потік внаслідок різних перешкод буває нерівномірним, ослабленим, тому вітрове колесо встановлюють на високій щоглі або вежі вище перешкод.

За влаштуванням вітрових коліс сучасні крильчасті вітродвигуни діляться на швидкохідні і тихохідні.

У тихохідного вітродвигуна вітрове колесо складається з великої кількості лопатей (рис. 25). Воно легко рушає з місця. Завдяки цьому тихохідний вітродвигун зручний для роботи з поршневим насосом та іншими машинами, що вимагають при пуску в роботу великого початкового зусилля.

Рис.25. Сучасний багатолопатевий вітродвигун TB-5 потужністю до 2,5 кінської сили

Тихохідні вітродвигуни переважно використовуються в районах, де швидкість вітру в середньому не перевищує 4,5 метра в секунду. Усі механізми багатопластових вітродвигунів, як правило, дещо простіші, ніж у швидкохідних. Однак вітрові колеса тихохідних вітродвигунів є досить громіздкими конструкціями. При великих розмірах таких коліс важко створити необхідну стійкість, особливо за високих швидкостях вітру. Тому в даний час багатолопатеві вітродвигуни будуються з діаметрами вітрових коліс не більше 8 метрів. Потужність такого вітродвигуна сягає 6 кінських сил. Цієї потужності цілком достатньо для того, щоб подавати на поверхню воду із свердловин завглибшки до 200 метрів.

Швидкохідні вітродвигуни мають у вітровому колесі не більше чотирьох крил з профілем, що обтікається (див., наприклад, рис. 27).

Рис.27. Вітродвигун 1-Д-18 потужністю до 30 кіловат

Це дозволяє їм добре витримувати дуже сильні вітри. Навіть при сильному і рвучкому вітрі добре влаштовані механізми регулювання створюють рівномірне обертання вітрових коліс швидкохідних вітродвигунів.

Ці позитивні особливості швидкохідних вітродвигунів дозволяють працювати при змінному вітрі будь-якої сили.

Тому швидкохідні вітродвигуни можуть будуватися з дуже великими діаметрами вітрових коліс, що досягають п'ятдесяти і більше метрів і розвивають потужність кілька сотень кінських сил.

Завдяки високій та стійкій рівномірності у вітрових коліс швидкохідні вітродвигуни використовуються для приводу найрізноманітніших машин та електричних генераторів. Сучасні швидкохідні вітродвигуни є універсальними машинами.

Порівняння вітродвигунів різних систем зручно виробляти, запроваджуючи поняття про нормальну швидкохідність. Ця швидкохідність визначається ставленням окружної швидкості на зовнішньому кінці лопаті, що обертається, при швидкості вітру 8 метрів в секунду до швидкості повітряного потоку.

Лопаті карусельних, роторних і барабанних вітродвигунів при роботі переміщаються вздовж повітряного потоку і швидкість будь-якої їх точки ніколи не може бути більшою за швидкість вітру. Тому нормальна швидкохідність вітродвигунів цих типів буде завжди менше одиниці (оскільки чисельник буде меншим за знаменник).

Вітрові колеса крильчастих вітродвигунів обертаються впоперек напряму вітру, а тому швидкість руху кінцевих частин у їхніх крил досягає більших величин. Вона може бути в кілька разів більша за швидкість повітряного потоку. Чим менше лопат і краще їх профіль, тим менший опір відчуває вітрове колесо. Отже, швидше воно обертається. Найкращі зразки сучасних крильчастих вітродвигунів мають нормальну швидкохідність, що сягає дев'яти одиниць. Більшість вітродвигунів заводського виробництва має швидкохідність 5-7 одиниць. Для порівняння зазначимо, що навіть кращі селянські млини мали швидкохідність, що дорівнює всього 2-3 одиницям (і в цьому сенсі вони є більш досконалими, ніж карусельні, роторні та барабанні вітродвигуни).

Зі зростанням числа лопатей у вітрового колеса збільшується його здатність рушати з місця при невеликих швидкостях вітру. Тому багатолопатеві крильчасті вітродвигуни, у яких сумарна площа лопатей становить 60-70 відсотків від поверхні, що омітається (див. рис. 20) вітрового колеса, вступають в роботу при швидкостях вітру 3-3,5 метра в секунду.

Рис.20. Млин козлового типу

Швидкохідні вітродвигуни з малим числом лопатей рушають з місця при швидкостях вітру від 4,5 до 6 метрів в секунду. Тому їх доводиться пускати в роботу без навантаження або за допомогою спеціальних пристроїв.

Хороше рушання з місця та простота конструкції карусельних, роторних та барабанних вітродвигунів підкуповують багатьох винахідників та конструкторів, які вважають їх ідеальними вітродвигунами. Насправді, однак, ці машини мають низку істотних недоліків. Ці недоліки ускладнюють їх використання навіть з такими поширеними та простими машинами, як поршневі насоси та жорнові борошномельні установки.

Вітродвигуни з приймачами енергії вітру роторного типу дуже погано використовують енергію повітряного потоку, коефіцієнт використання енергії вітру у них у 2-2,5 рази менший, ніж у крильчастих вітродвигунів. Тому при рівних поверхнях, що омітаються лопатями, крильчасті вітродвигуни можуть розвинути потужність в 2- 2,5 рази більшу, ніж карусельні, роторні і барабанні ветросиловые установки.

Вітродвигуни роторного типу в даний час використовуються лише у вигляді невеликих кустарних установок потужністю до 0,5 кінської сили. Наприклад, вони знаходять застосування для приводу в рух різних вентиляційних пристроїв у приміщеннях худоби, кузнях та інших виробничих приміщеннях у сільському господарстві.

Від чого залежить потужність вітродвигуна?

Ми знаємо, що енергія повітряного потоку є непостійною, тому будь-який вітряний двигун має змінну потужність. Потужність будь-якого вітродвигуна залежить від швидкості вітру. Встановлено, що при збільшенні швидкості вітру вдвічі потужність на крилах вітродвигуна збільшується у 8 разів, а при зростанні швидкості повітряного потоку в 3 рази потужність вітродвигуна збільшується у 27 разів.

Потужність вітродвигуна залежить також від величини приймача енергії вітру. І тут вона пропорційна тієї площі, яку омітають лопаті вітрового колеса чи ротора. Наприклад, у крильчатих вітродвигунів поверхня, що омітається лопатями, буде площею кола, який описує кінець лопаті за один повний оборот. У барабанних, карусельних і роторних вітродвигунів ометана лопатями поверхня представляє площу прямокутника з висотою, що дорівнює довжині лопаті, і з шириною, що дорівнює відстані між зовнішніми кромками протилежних лопатей.

Однак будь-яке вітрове колесо або ротор перетворює на корисну механічну роботу лише частину енергії повітряного потоку, що проходить через поверхню, що омітається лопатями. Ця частина енергії визначається коефіцієнтом використання енергії вітру. Розмір коефіцієнта використання енергії вітру завжди менше одиниці. У найкращих сучасних швидкохідних вітродвигунів цей коефіцієнт досягає 0,42. У серійних заводських швидкохідних та тихохідних вітродвигунів коефіцієнт використання енергії вітру зазвичай дорівнює 0,30-0,35; це означає, що приблизно одна третина енергії повітряного потоку, що проходить через вітрові колеса вітродвигунів, перетворюється на корисну роботу. Інші дві третини енергії залишаються не використаними.

Радянський вчений Г. X. Сабінін на підставі розрахунків встановив, що навіть у ідеального вітряка коефіцієнт використання енергії вітру дорівнює лише 0,687.

Чому цей коефіцієнт може бути рівним чи навіть близьким до одиниці?

Пояснюється це тим, що частина енергії вітру витрачається на утворення вихорів у лопат і швидкість вітру за вітроколесом падає.

Таким чином, фактична величина потужності вітродвигуна залежить від коефіцієнта використання енергії вітру. Потужність вітродвигуна пропорційна його значенню. Це означає, що зі збільшенням коефіцієнта використання енергії вітру збільшується потужність вітродвигуна і навпаки.

Барабанні, карусельні та роторні вітродвигуни з найпростішими лопатями мають дуже низькі коефіцієнти використання енергії вітру. Їх значення коливаються у межах від 0,06 до 0,18. У крильчатих двигунів цей коефіцієнт знаходиться в межах від 0,30 до 0,42.

Крім цього, корисна потужність будь-якого вітродвигуна пропорційна коефіцієнту корисної дії механізму передачі, а також щільності повітря. Зазвичай коефіцієнт корисної дії механізмів сучасних вітродвигунів дорівнює від 0,8 до 0,9.

Зі сказаного про потужність вітродвигуна випливає, що при даному вітрі той вітродвигун матиме більш високу потужність, у якого через поверхню, омітається крилами, протікає найбільша кількість повітряного потоку, а лопаті вітроколеса мають профіль, що добре обтічний.

Автор: Кармішин А.В.

Дивіться інші статті розділу Альтернативні джерела енергії.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Перші війни історія людства 04.01.2005 Коли люди почали воювати між собою? Археологи вивчили залишки поселень стародавньої людини у долині Оахака (Мексика). Приблизно 3600 років тому кочівники почали засновувати тут постійні поселення з глинобитними хижками. У найбільших із сіл налічувалося понад сто мешканців. Як показало датування ізотопами вуглецю, через 200-300 років після заснування цих населених пунктів їх почали оточувати високими дерев'яними парканами. А дві тисячі років тому багато чоловіків, які жили тут, стали носити металеві шоломи. Мабуть десь у цей період і почалися війни між людьми. Мексиканські знахідки підтримують теорію американського антрополога Раймонда Келлі, за якою у товариствах кочових мисливців та збирачів траплялися вбивства, але не було сутичок між великими групами людей. Коли виникли постійні поселення, змінилися відносини для людей, змінилася і суть конфліктів. Вбивство одного жителя села почало розглядатися як напад на все село, за що слід було помститися ворогам. У похід на сусіднє поселення почали збиратися цілі озброєні натовпи. Войовничість стародавніх посилилася, коли збільшився добробут сіл: заради багатого видобутку варто було вирушати в похід.

Інші цікаві новини:

▪ Сила м'язів впливає на здоров'я мозку

▪ Електрична капсула для стимуляції шлунка та покращення апетиту.

▪ Соціальні мережі стають основним джерелом інформації

▪ Один фотон розділений на три заплутаних окремих фотона

▪ Вживлені електронні чіпи замість звичайних паролів

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Особистий транспорт: наземний, водний, повітряний. Добірка статей

▪ стаття Ентоні Ешлі Купер Шефтсбері. Знамениті афоризми

▪ статья Яке слово у російській мові найдовше? Детальна відповідь

▪ стаття Нанесення металопокриттів при гідропіскоструминному очищенні деталей. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Сенсорний перемикач на базі таймера 555. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Перебігаючий вузол. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024