Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Техніка arrow Основи вітроенергетики
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Швидкохідність

Це поняття визначає ефективність роботи вітроколеса. Розглянемо два крайніх режиму, неефективність яких зрозуміла на якісному рівні. Перший, коли лопаті вітроколеса розташовані так часто або вітроколесо обертається так швидко, що кожна лопать обертається в ту- рбулізованим потоці, збуреному попередніми лопатями. В результаті вітроколесо "перемелює” повітря і віддача від нього мінімальна. Другий крайній випадок, коли лопаті розташовані так рідко, або колесо обертається так повільно, що значна частина потоку проходить через поперечний переріз вітроколеса не взаємодіючи з тією його лопатями. Звідси випливає, що для досягнення максимальної ефективності, частота обертання вітроколеса що має певну кількість лопатей, повинна якось відповідати швидкості вітру. Розглянемо співвідношення визначають цю відповідність.

Ефективність роботи вітроколеса, отже, визначається співвідношенням двох характерних проміжків часу:

– за яке лопать переміщається на відстань, рівну відстані між лопатями;

– за яке створюване лопатями збурення повітряного потоку переміститься на відстань, яка дорівнює його довжині.

Проміжок часу залежить від розміру і профілю лопатей і змінюється обернено пропорційно швидкості вітру.

Проміжок часу для N-лопатевого вітроколеса, що обертається з кутовою швидкістю , дорівнює:

(3.41)

Кутова швидкість обчислюється за формулою

(3.42)

де n – швидкість обертання вітроколеса, об/хв.

Проміжок часу існування в площині вітроколеса створюваного лопаттю збурення приблизно дорівнює:

(3.43)

де: – швидкість набігаючого потоку повітря; d – характерна довжина збуреної лопаттю області повітряного потоку. Очевидно, що ефективність використання енергії повітряного потоку буде максимальною, якщо , або враховуючи (3.41) та (3.43) маємо:

(3.44)

Коефіцієнт швидкохідності дорівнює відношенню швидкості кінця лопаті до швидкості вітру, або:

(3.45)

Домножимо обидві частини (3.39) на радіус вітроколеса R отримуємо умову, що визначає максимальну ефективність його роботи

або

З врахуванням (3.45) маємо

(3.46)

Довжину збуреної лопаттю області можна уявити яка від радіуса вітроколеса, висловивши цю залежність коефіцієнтом "к", Тоді формула оптимальної швидкохідності дорівнює:

(3.47)

З практики відомо, що . Тоді оптимальна швидкохідність дорівнює:

(3.48)

Вирази (3.47) і (3.48) в силу наближень не зовсім суворі, однак вони дають хорошу орієнтування для вибору швидкості обертання вітроколеса.

На рис. 3.14 представлені залежності коефіцієнта використання енергії вітру від швидкохідності вітроколеса Z, для різних вітроколіс.

Умовою максимально можливого "знімання" енергії вітру є підтримання в зоні найбільшого значення, тобто необхідно забезпечити більш-менш постійним значення швидкохідності. Згідно (3.45) при зменшенні швидкості вітру () необхідно знизити число оборотів вітроколеса () і навпаки. Ось чому в більшості сучасних вітрогенераторів віддають перевагу вітроколесам зі змінною швидкістю обертання в досить широкому діапазоні.

Так ВЕУ Enercon Е82 (потужність 2000 кВт, діаметр ротора 82 м) діапазон швидкості обертання вітроколеса становить 6...19,9 м/с, тобто максимум більше мінімуму в 3 з гаком рази, a Enercon El12 (потужність – 4500 кВт, діаметр ротора – 114 м) діапазон швидкості обертання вітроколеса склав: 8...13 м/с.

До речі кажучи умова сталості швидкохідності в конкретних конструкціях ВЕУ здійснюється за допомогою підтримки сталості кута , рівного сумі кутів: кута атаки () і кута установки лопаті (кут заклинювання) – . Кут атаки – це кут між вектором швидкості вітру щодо лопаті і хордою перерізу лопаті. А кут установки лопаті – кут між хордою перерізу лопаті і вектором, перпендикулярним вектору швидкості в площині вітроколеса. Поряд з критерієм Бетца- Жуковського, Глауертом досліджено ідеальний пропелер і виведена залежність між максимальним значенням ср і швидкохідністю, представлена на рис. 3.14. Представлені на цьому рисунку залежності дозволяють досить однозначно судити про можливості вітроколіс різних конструкцій у використанні енергії вітру.

Залежність коефіцієнта використання енергії вітру від швидкохідності: 1 – Критерій Бетца-Жуковського; 2 – Критерій Глауерта (ідеальний пропелер); З – трилопатеве вітроколесо; 4 – дволопатеве вітроколесо; 5 – вітроустановки з роторами тилу Дар'є і Масгроуа; 6 – багатолопасне вітроколесо; 7 – вітроустановки з ротором типу Савоніуса

Рисунок 3.14 – Залежність коефіцієнта використання енергії вітру від швидкохідності: 1 – Критерій Бетца-Жуковського; 2 – Критерій Глауерта (ідеальний пропелер); З – трилопатеве вітроколесо; 4 – дволопатеве вітроколесо; 5 – вітроустановки з роторами тилу Дар'є і Масгроуа; 6 – багатолопасне вітроколесо; 7 – вітроустановки з ротором типу Савоніуса

Так вертикально-осьові вітроустановки типу Савоніуса мають максимальне значення ср =15%, що в 4 рази менше критерію Бетца-Жуковського. З рис. 3.14 трилопатевого вітроколеса не перевищує 40%. Однаксучасних 3-х лопатевих вітроколіс на практиці вже досягло 45%. Це вказує на відносність максимальних значень зазначених на рис. 3.12, отриманих при істотних спрощеннях процесів.

Швидкохідність вітроколеса є найважливішим його параметром, що визначає основні конструктивні рішення по вітроустановці. Вона залежить від трьох основних величин: діаметра вітроколеса, швидкості обертання вітроколеса і швидкості вітру.

Міркування щодо ефективності використання енергії вітру працюють в діапазоні збільшення швидкості вітру від стартової до номінальної. При перевищенні швидкості вітру номінального значення починає діяти фактор обмеження потужності і вітроколесо примусово вводиться в режим зниження . Характеристика ВЕУ представляється у вигляді прямої, паралельної осі абсцис, тобто потужність ВЕУ залишається постійною, хоча швидкість вітру збільшується

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси