Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

Быстроходность

Это понятие определяет эффективность работы ветроколеса. Рассмотрим два крайних режима, неэффективность которых понятна на качественном уровне. Первый, когда лопасти ветроколеса расположены так часто или ветроколесо вращается так быстро, что каждая лопасть вращается в ту-рбулизованим потоке, возмущенном предварительным лопастями. В результате ветроколесо "перемалывает" воздух и отдача от него минимальна. Второй крайний случай, когда лопасти расположены так редко, или колесо вращается так медленно, что значительная часть потока проходит через поперечное сечение ветроколеса не взаимодействуя с его лопастями. Отсюда следует, что для достижения максимальной эффективности, частота вращения ветроколеса что определенное количество лопастей, должна как-то соответствовать скорости ветра. Рассмотрим соотношение определяют это соответствие.

Эффективность работы ветроколеса, следовательно, определяется соотношением двух характерных промежутков времени:

- За которое лопасть перемещается на расстояние, равное расстоянию между лопастями;

- За которое создаваемое лопастями возмущения воздушного потока переместится на расстояние, равное его длине.

Промежуток времени зависит от размера и профиля лопастей и изменяется обратно пропорционально скорости ветра.

Промежуток времени для N -лопатевого ветроколеса, вращающийся с угловой скоростью , равна:

(3.41)

Угловая скорость вычисляется по формуле

(3.42)

где n - скорость вращения ветроколеса, об / мин.

Промежуток времени существования в плоскости ветроколеса создаваемого лопастью возмущения примерно равна:

(3.43)

где: - скорость набегающего потока воздуха; d - характерная длина возмущенной лопастью области воздушного потока. Очевидно, что эффективность использования энергии воздушного потока будет максимальной, если , или учитывая (3.41) и (3.43) имеем:

(3.44)

Коэффициент быстроходности равен отношению скорости конца лопасти к скорости ветра, или:

(3.45)

Домножим обе части (3.39) на радиус ветроколеса R получаем условие, определяющее максимальную эффективность его работы

или

С учетом (3.45) имеем

(3.46)

Длину возмущенной лопастью области можно представить какая от радиуса ветроколеса, выразив эту зависимость коэффициентом "к", Тогда формула оптимальной быстроходности равна:

(3.47)

Из практики известно, что . Тогда оптимальная быстроходность равна:

(3.48)

Выражения (3.47) и (3.48) в силу приближений не совсем строгие, но они дают хорошую ориентировку для выбора скорости вращения ветроколеса.

На рис. 3.14 представлены зависимости коэффициента использования энергии ветра от быстроходности ветроколеса Z, для различных ветроколес.

Условием максимально возможного "съема" энергии ветра является поддержание в зоне наибольшего значения, то есть необходимо обеспечить более или менее постоянным значение быстроходности. Согласно (3.45) при уменьшении скорости ветра ( ) необходимо снизить число оборотов ветроколеса ( ) и наоборот. Вот почему в большинстве современных ветрогенераторов предпочитают ветроколесо с переменной скоростью вращения в достаточно широком диапазоне.

Так ВЭУ Enercon Е82 (мощность 2000 кВт, диаметр ротора 82 м) диапазон скорости вращения ветроколеса составляет 6 ... 19,9 м / с, то есть максимум больше минимума в 3 с лишним раза, a Enercon El12 (мощность - 4500 кВт, диаметр ротора - 114 м) диапазон скорости вращения ветроколеса составил 8 ... 13 м / с.

Кстати говоря условие устойчивости быстроходности в конкретных конструкциях ВЭУ осуществляется с помощью поддержания постоянства угла , равного сумме углов: угла атаки ( ) и угла установки лопасти (угол заклинивания) - . Угол атаки - это угол между вектором скорости ветра по лопасти и хордой сечения лопасти. А угол установки лопасти - угол между хордой сечения лопасти и вектором, перпендикулярным вектору скорости в плоскости ветроколеса. Наряду с критерием Бетца- Жуковского, Глауэрт исследованы идеальный пропеллер и выведена зависимость между максимальным значением с г и быстроходностью, представлена на рис. 3.14. Представленные на этом рисунке зависимости позволяют достаточно однозначно судить о возможности ветроколес различных конструкций в использовании энергии ветра.

Зависимость коэффициента использования энергии ветра от быстроходности: 1 - критерий Бетца-Жуковского;  2 - критерий Глауэрт (идеальный пропеллер)  С - трехлопастные ветроколесо;  4 - двухлопастное ветроколесо;  5 - ветроустановки с роторами тыла Дарье и Масгроуа;  6 - багатолопасне ветроколесо;  7 - ветроустановки с ротором типа Савониуса

Рисунок 3.14 - Зависимость коэффициента использования энергии ветра от быстроходности: 1 - критерий Бетца-Жуковского; 2 - критерий Глауэрт (идеальный пропеллер) С - трехлопастные ветроколесо; 4 - двухлопастное ветроколесо; 5 - ветроустановки с роторами тыла Дарье и Масгроуа; 6 - багатолопасне ветроколесо; 7 - ветроустановки с ротором типа Савониуса

Так вертикально-осевые ветроустановки типа Савониуса имеют максимальное значение с р = 15%, что в 4 раза меньше критерия Бетца-Жуковского. Из рис. 3.14 трехлопастного ветроколеса не превышает 40%. Однако современных 3-х лопастных ветроколес на практике уже достигло 45%. Это указывает на относительность максимальных значений указанных на рис. 3.12, полученных при существенных упрощениях процессов.

Быстроходность ветроколеса является важнейшим его параметром, определяющим основные конструктивные решения по ветроустановке. Она зависит от трех основных величин: диаметра ветроколеса, скорости вращения ветроколеса и скорости ветра.

Рассуждения об эффективности использования энергии ветра работают в диапазоне увеличения скорости ветра от стартовой до номинальной. При превышении скорости ветра номинального значения начинает действовать фактор ограничения мощности и ветроколесо принудительно вводится в режим снижения . Характеристика ВЭУ представляется в виде прямой, параллельной оси абсцисс, то есть мощность ВЭУ остается постоянной, хотя скорость ветра увеличивается

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее