Главная >  Потенциал энергии 

 

Типы ветродвигателей. Крыльчатые ветродвигатели

 

Большинство типов ветродвигателей известны уже давно, но история умалчивает имена их изобретателей. Ветроагрегаты делятся на две группы:
ветродвигатели с горизонтальной осью вращения (крыльчатые – рис.1,2-1, ;
ветродвигатели с вертикальной осью вращения (карусельные: лопастные (рис.1, и ортогональные (рис.1, ). Рис. Типы ветродвигателей

 

Ветроколесо превращает энергию ветра в механическую работу; оно может иметь одну или много лопастей, которые устанавливаются под некоторым углом к плоскости вращения ветроколеса. Крыло состоит из лопасти и маховика, который закрепляется на вале ветроколеса, как правило, перпендикулярно к оси вала.

 

Типы крыльчатых ветродвигателей отличаются только количеством лопаток. Крыльчатый ветродвигатель состоит из следующих основных элементов: ветроколеса, головки, хвоста и башни.

 

Хвост, который закрепляется за головкой, предназначен для установки ветроколеса на ветер; он работает подобно флюгеру.

 

Головка представляет собой сопротивления, на которой монтируют вал ветроколеса и верхний передаточный механизм. Форма головки определяется системой передаточного механизма, конструкция и число степеней которого зависят от назначения и мощности ветродвигателя, а также числа оборотов ветроколеса и рабочей машины. Головка может свободно вращаться вокруг вертикальной оси в сопротивлениях башни.

 

В зависимости от рельефа местности и диаметра ветроколеса высоту башни для современных ветродвигателей принимают равной 6-20 м. Ветродвигатели малой мощности монтируют на столбе или трубе, укрепив их разтяжками. Известно, что скорость ветра увеличивается с высотой, поэтому, казалось бы, правильным строить башни настолько высокими, насколько разрешают технические возможности. Однако, повышение мощности является не единственным требованием при выборе высоты башни. Необходимо учитывать также вес, стоимость, условия монтажа, ремонта и обслуживания ветродвигателя. Высота башни должна быть избрана с таким расчетом, чтобы было удобно эксплуатировать ветродвигатель, но она не должна быть ниже препятствий, которые поднимают прямолинейное течение воздушного потока. Например, в степных районах с сильными ветрами высота башен ветродвигателей малой мощности может быть принятая не более 4-6 м, а в лесных - не менее 15м.

 

Башня служит для поднятия ветроколеса на высоту, на которой мало сказывается влияние препятствий, которые поднимают прямолинейное течение воздушного потока.

 

Для крыльчатых ветродвигателей, наибольшая эффективность которых достигается при действии потока воздуха перпендикулярно к плоскости вращения лопастей-крыл, требуется устройство автоматического поворота оси вращения. С этой целью применяют кри-стабилизатор. Карусельные ветродвигатели обладают тем преимуществом, что могут работать при любом направлении ветра, не изменяя своего положения.

 

Редуктор монтируют в подножии башни; он предназначен для передачи крутящего момента рабочим машинам. Для ветродвигателей, которые работают с поршневым насосом, который имеет кривошипный механизм, размещенный в головке ветродвигателя, а также для ветродвигателей, которые работают с генератором, размещенным в головке, редуктор в подножии башни не нужен. Механизм регулирования служит для ограничения числа оборотов и крутящего момента ветроколеса, а также для предотвращение выхода из строя ветродвигателя при буревых ветрах.

 

Широкое распространение крыльчатых ветроагрегатов поясняется величиной скорости их вращения. Они могут непосредственно соединяться с генератором электрического тока без мультипликатора. Скорость вращения крыльчатых ветродвигателей обратно пропорциональна количеству крыльев, поэтому агрегаты с количеством лопастей более трех практически не используются.

 

Коэффициент использования энергии ветра в крыльчатых ветродвигателях намного выше, чем в карусельных. В то же время, в карусельных двигателях намного больший момент обращения. Он максимальный для карусельных лопастных агрегатов при нулевой относительной скорости ветра.

 

Рис.2.
Ветродвигатель
карусельного типа
Рис.3.
Однолопастной
карусельный двигатель

 

Карусельные ветродвигатели

 

Тихоходность выдвигает одно ограничивающее требование - использование многополюсного генератора, который работает на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов не эффективно из-за низкого КПД последних.

 

Расхождения в аэродинамике дает карусельным установкам преимущество в сравнении с традиционными ветряными мельницами. При увеличении скорости ветра они быстро наращивают силу тяги, после чего скорость обращения стабилизируется. Карусельные ветродвигатели тихоходные, и это разрешает использовать простые электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра.

 

Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее простой в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости обращения в процессе работы. С увеличением погрузки уменьшается скорость обращения (вращающий момент возрастает) вплоть до полной остановки.

 

Еще более важным преимуществом карусельной конструкции постоянная его способность без дополнительных ухищрений следить за тем, откуда дует ветер , что очень существенно для приземных потоков. Ветродвигатели подобного типа строятся в США, Япони, Англи, Германии, Канаде.

 

Ортогональные ветроагрегаты, по мнению специалистов, перспективны для большой энергетики. Сегодня перед приверженцами ортогональных конструкций возникают определенные трудности. Одна из них, в частности, проблема запуска.

 

Ортогональные ветродвигатели

 

Отбор мощности начинается при скорости ветра приблизительно 5 м/с, а номинальная мощность достигается при скорости 14...16 м/с. Предварительные расчеты ветроустановок предусматривают их использование в диапазоне от 50 до 20 тыс. квт. В реальной установке мощностью 2 тыс. квт диаметр кольца, по которому двигаются крылья, составит около 80 метров.

 

В ортогональных установках используется один и тот же профиль крыла, что и в дозвуковом самолете. Самолет, прежде чем опереться на подъемную силу крыла, должен разбежаться. Та же проблема возникает и в случае с ортогональной установкой. Сначала к ней нужно подвести энергию - раскрутить и привести к определенным аэродинамическим параметрам, а уже потом она самая перейдет из режима двигателя в режим генератора.

 

 

У мощного ветродвигателя большие размеры. Однако можно обойтись и малыми - взять числом, а не размером. Если обеспечить каждый электрогенератор отдельным преобразователем, можно получить суммарную исходную мощность, вырабатываемую генераторами. В этом случае повышается надежность и живучесть ветроустановки.

 

 

3. Пути экономии энергии в ограждающих конструкциях и инженерном оборудовании зданий. Об энергосбережении и повышении. УТВЕРЖДАЮ. Аналитическая записка.

 

Главная >  Потенциал энергии 

0.011