Розрахунок вітроколеса. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Розрахунок вітроколеса. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії

Коментарі до статті

Основною частиною вітроустановки є вітроколесо. З його кінетична енергія вітру перетворюється на енергію механічну.

Нагадаємо вітроколеса поділяються на дві групи - з горизонтальною та вертикальною віссю обертання. Ми розглядатимемо вітроколесо з горизонтальною віссю обертання. Воно може мати одну або кілька лопат, які встановлюються під деяким кутом до площини обертання.

Вітроколесо може бути швидкохідним або тихохідним. Залежно від діаметра та кількості лопатей обороти вітроколеса за однієї і тієї ж швидкості вітру будуть різні. Цей показник називається швидкохідністю вітроколеса та визначається ставленням окружної швидкості кінця лопаті до швидкості вітру:

Z = L * W / 60 / V,

де: W - частота обертання вітроколеса (про/хв.); V – швидкість вітру (м/с); L - Довжина кола (м).

Але спочатку ми не знаємо частоти обертів вітроколеса, які залежать від його виконання. При проходженні повітря через лопаті залишається "обурений" слід, який гальмує обертання вітроколеса. І тому чим лопатей більше, тим швидкохідність стає менше. Щоб орієнтовно розрахувати обороти вітроколеса, візьмемо за основу швидкохідність (Z). встановлену практичним шляхом для вітроколес з різною кількістю лопатей:

1 - лопатеве ветроколесо Z = 9,0;
2 - лопатеве ветроколесо Z = 7,0;
3 - лопатеве ветроколесо Z = 5,0;
6-лопатеве ветроколесо Z = 3,0;
12-лопатеве ветроколесо Z = 1,2.

За наведеною нижче формулою розрахуємо обороти вітроколеса:

W = V / L * Z * 60.

Від виконання вітроколеса залежать результати роботи всієї конструкції та безпечна експлуатація установки.

Багатолопатеві конструкції - низькооборотні і, отже, відцентрові та гіроскопічні сили значно менші, ніж у високошвидкісних. Враховуючи те, що технології виготовлення вітроколес у аматорських умовах залишають бажати кращого, рекомендують багатолопатеві вітроколеса з кількістю лопатей не менше п'яти - такі конструкції не такі критичні до похибок балансування, не вимогливі до аеродинамічного виконання профілю лопаті і з успіхом можуть застосовуватися.

Встановлення лопаток

Якщо розмістити лист фанери під кутом до потоку повітря, що набігає, то максимальна підйомна сила при однаковій швидкості повітря буде при куті установки рівною 45°. У міру зменшення або збільшення кута, зменшуватиметься і підйомна сила, а опір потоку, відповідно, зменшуватиметься або збільшуватиметься. Тому візьмемо за відправну точку кут 45°. Але дня того, щоб вітроколесо максимально ефективно використовувало енергію вітру і не мало зон гальмування - колесо повинно мати вигнуту форму: чим далі від осі обертання знаходиться елемент лопаті, тим менший кут установки потрібний

Крок гвинта

Одним із показників для розрахунку лопаті є крок гвинта - відстань, на яку переміститься маса повітря за один оборот, якщо уявити цю масу повітря у вигляді гайки діаметр якої дорівнює 2R, а кут підйому різьблення дорівнює куту між хордою взятого перерізу і площиною обертання гвинта. Крок гвинта визначається за такою формулою:

Н = 2πR*tgα,

де Н = крок виділеного перерізу (м.); R = радіус перерізу (м); α = Кут установки перерізу (град.).

Кут установки перерізу лопатей вітроколеса визначимо за перетвореною формулою:

α (кут установки) = Arctg (H/2πR).

Приклад розрахунку крутки лопаті

Крок лопаті = 1 метр, діаметр вітроколеса = 3 метри.

При цих установках в ідеалі, без урахування опору вітроколеса, при швидкості вітру 3 м/с вітроколесо має зробити 3 обороти на секунду або 3*60 = 180 об/хв.

Але це в ідеалі. Насправді, на швидкість рішення вітроколеса впливають турбулентність потоку від попередньої лопаті, тертя, створюване самими лопатями, реакція генератора в залежності від прикладеного електричного навантаження. І насправді обороти вітроколеса прагнуть розрахункових показників, але фактично виявляться значно нижчими.

Потужність вітрового потоку

Наступний показник при розрахунку вітроколеса, це потужність вітрового потоку, що проходить через площу омітання вітроколеса. Обчислюють її досить точно за загальноприйнятою методикою:

Р = 0,5 * Q * S * V³,

де Р – потужність (Вт); Q – щільність повітря (1,23 кг/м3); S - площа кидання ротора (м:); V – швидкість вітру (м/с).

Так як стовідсоткового перетворення одного виду енергії на іншу неможливо, то почнемо віднімати втрати. Вітроколесо має певний коефіцієнт використання (перетворення) енергії вітру. Максимальне значення теоретичного використання енергії вітру у ідеальних швидкохідних крильчастих вітроколес дорівнює 0,593. Для кращих зразків швидкохідних вітроколес з аеродинамічним профілем цей показник становить від 0,42 до 0,46. Для багатолопатевих тихохідних вітроколес цей показник коливається від 0,27 до 0,35 залежно від якості виконання та у розрахунках позначається символом Порівн. Для узгодження оборотів тихохідного вітроколеса і генератора необхідно використовувати редуктор, що підвищує, і його ККД коливається від 0,7 до 0,9 в залежності від коефіцієнта передачі і виконання.

Перетворюючи механічну енергію в електричну, також зазнаємо втрат. Тому відбиваємо їх у ККД генератора Ng від 0,6 (для автотракторних генераторів з обмоткою збудження) до 0,8 (для генераторів із збудженням від постійних магнітів).

Р = 0,5 * Q * S * V3 * Ср * Ng * Nb,

де Р – потужність (Вт); Q – щільність повітря (1,23 кг/м3); S – площа омітання ротора (м2); V – швидкість вітру, (м/с); CP - коефіцієнт використання енергії вітру (0,35 хороший конструктив); Ng – ККД генератора (автомобільного 0,6, на постійних магнітах 0,8); Nb - ККД редуктора, що підвищує (0,7-0,9).

Підставимо дані для 6-лопатевого 3-метрового вітроколеса та дізнаємося, яку потужність можна отримати на вітроустановці з генератором на постійних магнітах та редуктором, що має ККД = 0.9 при середній швидкості 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 цьому оберти вітроколеса становитимуть.

W = V / L * Z * 60 = 5 / 9,42 * 3 * 60 = 95,5 об / хв.

Залишається підібрати передатне число редуктора в залежності від оборотів генератора.

Автор: Євген Бойко

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

Галки голосують перед вильотом на нове місце 30.05.2022

Зазвичай зграї галок раптово зриваються з сідала і відлітають після недовгої переклички на підвищених тонах. Виявилося, гучні крики птахів – це форма "демократичного" ухвалення рішень. Пернаті обговорюють, чи варто залишати насиджене місце, приходять до консенсусу і лише потім усі разом злітають у небо.

Таких висновків дійшли вчені з Ексетерського університету. Вони записали крики у колонії галок, а потім провели з птахами експерименти.

"Після ночівлі у великій групі у кожної галки буде своя думка з приводу того, коли варто відлітати. Вона залежить від різних факторів: розміру птахів, почуття голоду і так далі. переваги. Наприклад, захист від хижаків, можливість знайти партнера та доступ до інформації про їжу", - пояснив провідний автор дослідження Алекс Дібна.

Під час ухвалення рішення какофонія у колонії наростає. Після того, як необхідну кількість голосів отримано, птахи масово піднімаються в небо. У середньому вони відлітають менше, ніж за п'ять секунд після "голосування".

Результати дослідження допоможуть вченим зрозуміти, наскільки великі групи тварин координують свої дії. Ця тема рідко вивчається у деталях.

Інші цікаві новини:

▪ Контактні лінзи доповненої реальності

▪ Молекули-окислювачі гальмують старіння

▪ Електронна карта пасовищ Киргизстану

▪ Вплив живих ялинок на склад повітря у приміщенні

▪ AMD припиняє випуск процесорів Athlon 500 мГц

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Складання кубика Рубіка. Добірка статей

▪ Стаття Характеристика звичайних засобів ураження та способи захисту від них. Основи безпечної життєдіяльності

▪ стаття Який код було встановлено для запуску американських ядерних ракет у 1960-70-ті роки? Детальна відповідь

▪ стаття Копіювальник. Посадова інструкція

▪ стаття Електродовбіжники. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття руки на голові. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

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