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

Схеми і конструктивні елементи ВЕУ з вертикальною віссю обертання

Вертикально-осьовий ротор (рис. 4.11) мас ряд переваг в порівнянні з горизонтально-осьовим ротором:

– незалежність функціонування від напрямку поширення вітрового потоку усуває необхідність установки додаткових механізмів орієнтації на вітер;

– наявність вертикального вала, що дозволяє розміщувати електромеханічне обладнання в основі ВЕУ, що знижує вимоги до міцності і жорсткості опори і не обмежує масогабаритні показники обладнання;

– зручність механічного обслуговування і ремонту;

– рівномірне геометричне збільшення масштабів вертикально-осьового ротора, який чинить незначний вплив на міцнісні характеристики;

– можливість кріплення лопатей в декількох точках;

– відносно просте виготовлення лопатей.

Вітроустановка з вертикальною віссю обертання ротора

Рисунок 4.11 – Вітроустановка з вертикальною віссю обертання ротора

Як недоліки вертикально-осьові ВЕУ слід зазначити наступне:

– набагато більша схильність утомним руйнуванням, через автоколивальні процеси, що часто виникають;

– пульсація крутного моменту призводить до пульсацій потужності та інших параметрів генераторів;

– як показали останні результати випробувань ВЕУ типу Дар'е і Н-ротора потужністю 5 МВт, головною слабкістю є підп'ятник- підшипник головного валу ВЕУ.

Саме завдяки його руйнуванню припинено спроби спорудження потужних ВЕУ з вертикальною віссю, хоча розробки ВЕУ невеликої потужності успішно тривають.

У загальному випадку для вітродвигуна в якості активної поверхні, що сприймає енергію вітрового потоку, в практиці використовують такі основні види роторів з вертикальною віссю:

– ротор Дар'є (рис. 4.12);

– ротор Савоніуса (рис. 4.13);

– ротор ортогонального типу (ротор Еванса) (рис. 4.14);

– ротор карусельного типу, у якого неробочі лопаті або прикриваються ширмою (рис. 4.15, а), або йдуть ребром проти вітру (ротор Масгрува) (рис. 4.15, б).

На роботу ВЕУ з вертикально-осьовим ротором, так само, як і у ВЕУ з горизонтально-осьовим ротором, впливають, хоча і меншою мірою, аеродинамічна тінь опори і взаємне затемнення лопатей.

Ротор Дар'є. У конструкції ротора французького інженера (Darrieus) обертовий момент створюється підйомної силою. Ротор являє собою дві або три тонких вигнутих лопаті, що мають аеродинамічний профіль. Підйомна сила максимальна коли лопать перетинає набігаючий повітряний потік і мінімальна коли лопать рухається паралельно потоку.

Таким чином за один оборот лопать двічі піддається максимальному і мінімальному моменту, що і є причиною більшості утомних руйнувань.

Ротор Дар'є почати обертатися самостійно не може, тому для його запуску використовується або генератор в режимі двигуна, або спеціальний двигун. Необхідність мати незалежне джерело живлення для запуску істотно знижує можливості поширення даного типу ВЕУ.

Ротор Дар'є

Рисунок 4.12 – Ротор Дар'є

Ротор Савоніуса (рис. 4.14). Це вітроколесо також обертається силою опору. Його лопаті відрізняються простотою і дешевизною. Перше вітроколесо автора (1922 рік) винаходу фінського інженера Савоніуса (SI Savonius) взагалі представляло собою розрізану на дві частини бочку, посаджену на вісь,. Обертаючий момент створюється завдяки різниці моментів опору, що надаються повітряному потоку увігнутою і опуклою щодо нього лопатями вітру. Вітроколесо має велике геометричне заповнення, а значить і більший початковий момент, що необхідно для водопідйомних механізмів.

Ротор Еванса або Н-ротор (рис. 4.13). Обертовий момент створюється також підйомною силою двох вертикально розташованих лопатей з аеродинамічним профілем.

Для його запуску також потрібна розкрутка, а для зупинки використовується поворот лопатей на 90 градусів навколо вертикальної осі.

Ротор карусельного типу і ротор Масгрува (рис. 4.15). Обертовий момент створюється також підйомною силою. У першому випадку для створення обертового мо

Ротор Еванса

Рисунок 4.14 – Ротор Еванса

Схема ротора карусельного типу: а) з ширмою; 6) з лопаттю, що складається

Рисунок 4.15 – Схема ротора карусельного типу: а) з ширмою; 6) з лопаттю, що складається

менту половина ротора (неробочі лопаті) перекриваються ширмою (заслінкою). У другому випадку (ротор Масгрува), дві лопаті ротора, мають аеродинамічний профіль, в початковий стартовий момент розташовані вертикально. У міру збільшення швидкості вітру лопаті починають складатися, зменшуючи підйомну силу за рахунок зменшення захоплюваної площі. І при максимальній розрахунковій швидкості вітру вітроколесо зупиняється при повному складанні лопатей. Як і ротор Дар'є, цьому ротору необхідно дати початкове обертання.

Крім розглянутих основних видів роторів з вертикальною віссю знаходять застосування різні їх модифікації і комбінації. Як приклад на рис. 4.16 представлений загальний вид варіанту технічно досконалішого ротора ВЕУ. Вітродвигун містить три лопаті І з несиметричним аеродинамічним профілем типу літакового крила, встановлені на горизонтальних несучих кронштейнах 2. Останні закріплені на вертикальному валу 3. При цьому аеродинамічні профілі лопаті 1, розташовані в горизонтальній площині вітроколеса, встановлені під необхідним розрахунковим кутом установки , наприклад 60°. З хвостових

Загальний вигляд трилопатевого вітродвигуна

Рисунок 4.16 – Загальний вигляд трилопатевого вітродвигуна

частин профілю лопаті І сходить потік по всій довжині лопаті. У цьому місці встановлені закрилки 4, виконані у вигляді напівциліндрів і є продовженням крилоподібного профілю 1. При цьому опуклою стороною закрилки 4 орієнтовані в бік, протилежний вхідній частини аеродинамічного профілю.

Працює вітродвигун таким чином. Вітер зі швидкістю v, взаємодіючи з лопатями 1, створює на них тиск і обертає вал 3 вітродвигуна з розрахунковою кутовою швидкістю. При цьому виникають і діють одночасно дві сили – підйомна сила на аеродинамічному профілі 1 і сила динамічного тиску внутрішньої поверхні профілю 1 на закрилках 4. Сумарне значення цих двох сил створює момент обертання вітродвигуна щодо валу 3.

При цьому потік вітру зі швидкістю V входить в конфузорний канал між сусідніми лопатями 1, розганяється до більш високій швидкості і його динамічний натиск спрацьовує на закрилки 4 з реакцією повороту потоку в бік входу, що забезпечує швидкий запуск вітродвигуна і підвищує момент обертання робочого колеса. Тому головною перевагою пропонованого вітродвигуна є виконання лопатей І у вигляді об'ємних конструкцій у поєднанні з жорсткими закрилками 4.

Це забезпечує мінімум небезпечних згинальних напруг, що виникають при його роботі, підвищує аеродинамічну якість вітротурбіни, а в цілому забезпечує надійну експлуатацію вітродвигуна з поліпшеними і міцнісними характеристиками.

Для вертикально-осьової ВЕУ в загальному випадку привід з валом, розташованим під прямим кутом, дозволяє встановити електромеханічне обладнання на горизонтальній площині, що дає можливість легко переміщати і замінювати окремі пристрої. Крім того, наявність двох осей забезпечує компактність установки, оскільки дозволяє уникнути зайвої висоти опори і спрощує будь-які модифікації системи сполучення передачі та електричного генератора. Однак ці переваги менш значущі для вертикально-осьової ВЕУ середньої та великої потужності.

Оскільки створюваний пусковий аеродинамічний момент вертикально-осьової ВЕУ ортогонального типу (ротор Дар'є, ротор Еванса) дуже малий, для її запуску можуть використовуватися електродвигун або ротор Савоніуса.

Пусковий електропривод є ефективним пристроєм для запуску ВЕУ, проте, його використання призводить або до ускладнення системи автоматичного регулювання, або до застосування ручного пуску. Застосування ротора Савоніуса, що володіє максимальною потужністю при малих окружних швидкостях, дозволяє істотно спростити процес запуску.

 
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