Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

Схемы и конструктивные элементы ВЭУ с вертикальной осью вращения

Вертикально-осевой ротор (рис. 4.11) масс ряд преимуществ по сравнению с горизонтально-осевой ротором:

- Независимость функционирования от направления распространения ветрового потока устраняет необходимость установки дополнительных механизмов ориентации на ветер;

- Наличие вертикального вала, позволяет размещать электромеханическое оборудование в основе ВЭУ, снижает требования к прочности и жесткости опоры и не ограничивает массогабаритные показатели оборудования;

- Удобство механического обслуживания и ремонта;

- Равномерное геометрическое увеличение масштабов вертикально-осевого ротора, который оказывает незначительное влияние на прочностные характеристики;

- Возможность крепления лопастей в нескольких точках;

- Относительно простое изготовление лопастей.

Ветроустановка с вертикальной осью вращения ротора

Рисунок 4.11 - Ветроустановка с вертикальной осью вращения ротора

Как недостатки вертикально-осевые ВЭУ следует отметить следующее:

- Гораздо большая склонность усталостных разрушением, через автоколебательные процессы, часто возникают;

- Пульсация крутящего момента приводит к пульсаций мощности и других параметров генераторов;

- Как показали последние результаты испытаний ВЭУ типа Дарья и Н-ротора мощностью 5 МВт, главной слабостью является пидпьятник- подшипник главного вала ВЭУ.

Именно благодаря его разрушению прекращены попытки сооружения мощных ВЭУ с вертикальной осью, хотя разработки ВЭУ небольшой мощности успешно продолжаются.

В общем случае для ветродвигателя в качестве активной поверхности воспринимает энергию ветрового потока, в практике используют следующие основные виды роторов с вертикальной осью:

- Ротор Дарье (рис. 4.12);

- Ротор Савониуса (рис. 4.13);

- Ротор ортогонального типа (ротор Эванса) (рис. 4.14);

- Ротор карусельного типа, у которого нерабочие лопасти или прикрываются ширмой (рис. 4.15, а), или идут ребром против ветра (ротор Масгрува) (рис. 4.15, б).

На работу ВЭУ с вертикально-осевым ротором, так же, как и в ВЭУ с горизонтально-осевой ротором, влияют, по меньшей мере, аэродинамическая тень опоры и взаимное затмение лопастей.

Ротор Дарье. В конструкции ротора французского инженера (Darrieus) крутящий момент создается подъемной силой. Ротор представляет собой две или три тонких изогнутых лопасти, имеющие аэродинамический профиль. Подъемная сила максимальна когда лопасть пересекает набегающий воздушный поток и минимальный когда лопасть движется параллельно потоку.

Таким образом за один оборот лопасть дважды подвергается максимальному и минимальному момента, что и является причиной большинства усталостных разрушений.

Ротор Дарье начать вращаться самостоятельно не может, поэтому для его запуска используется или генератор в режиме двигателя, или специальный двигатель. Необходимость иметь независимый источник питания для запуска существенно снижает возможности распространения данного типа ВЭУ.

ротор Дарье

Рисунок 4.12 - Ротор Дарье

Ротор Савониуса (рис. 4.14). Это ветроколесо вращается силой сопротивления. Его лопасти отличаются простотой и дешевизной. Первое ветроколесо автора (1922 год) изобретения финского инженера Савониуса (SI Savonius) вообще представляло собой разрезанную на две части бочку, посаженную на ось ,. Крутящий момент создается благодаря разности моментов сопротивления, предоставляемых воздушному потоку вогнутой и выпуклой к нему лопастями ветра. Ветроколесо имеет большое геометрическое заполнения, а значит и больше начальный момент, что необходимо для водоподъемных механизмов.

Ротор Эванса или Н-ротор (рис. 4.13). Крутящий момент создается также подъемной силой двух вертикально расположенных лопастей с аэродинамическим профилем.

Для его запуска также требуется раскрутка, а для остановки используется поворот лопастей на 90 градусов вокруг вертикальной оси.

Ротор карусельного типа и ротор Масгрува (рис. 4.15). Крутящий момент создается также подъемной силой. В первом случае для создания вращающегося мо

ротор Эванса

Рисунок 4.14 - Ротор Эванса

Схема ротора карусельного типа: а) с ширмой;  6) с лопастью, состоящий

Рисунок 4.15 - Схема ротора карусельного типа: а) с ширмой; 6) с лопастью, состоящий

мента половина ротора (нерабочие лопасти) перекрываются ширмой (заслонкой). Во втором случае (ротор Масгрува), две лопасти ротора, имеют аэродинамический профиль, в начальный стартовый момент расположены вертикально. По мере увеличения скорости ветра лопасти начинают складываться, уменьшая подъемную силу за счет уменьшения захватываемой площади. И при максимальной расчетной скорости ветра ветроколесо останавливается при полном составлении лопастей. Как и ротор Дарье, этому ротора необходимо дать начальное вращение.

Кроме рассмотренных основных видов роторов с вертикальной осью находят применение различные их модификации и комбинации. В качестве примера на рис. 4.16 представлен общий вид варианта технически совершенного ротора ВЭУ. Ветродвигатель содержит три лопасти и с несимметричным аэродинамическим профилем типа самолетного крыла, установленные на горизонтальных несущих кронштейнах 2. Последние закреплены на вертикальном валу 3. При этом аэродинамические профили лопасти 1, расположенные в горизонтальной плоскости ветроколеса, установленные под необходимым расчетным углом установки , например 60 ° . С хвостовых

Общий вид трехлопастного ветродвигателя

Рисунок 4.16 - Общий вид трехлопастного ветродвигателя

частей профиля лопасти И восходит поток по всей длине лопасти. В этом месте установлены закрылки 4, выполненные в виде полуцилиндров и является продолжением крыловидного профиля 1. При этом выпуклой стороной закрылки 4 ориентированы в сторону, противоположную входной части аэродинамического профиля.

Работает ветродвигатель таким образом. Ветер со скоростью v, взаимодействуя с лопастями 1 , создает на них давление и вращает вал 3 ветродвигателя с расчетной угловой скоростью. При этом возникают и действуют одновременно две силы - подъемная сила на аэродинамическом профиле 1 и сила динамического давления внутренней поверхности профиля 1 на закрылках 4. Суммарное значение этих двух сил создает момент вращения ветродвигателя относительно вала 3.

При этом поток ветра со скоростью V входит в конфузорно канал между соседними лопастями 1, разгоняется до более высокой скорости и его динамический напор срабатывает на закрылки 4 с реакцией поворота потока в сторону входа, обеспечивает быстрый запуск ветродвигателя и повышает момент вращения рабочего колеса. Поэтому главным преимуществом предлагаемого ветродвигателя является выполнение лопастей И в виде объемных конструкций в сочетании с жесткими закрылками 4.

Это обеспечивает минимум опасных изгибающих напряжений, возникающих при его работе, повышает аэродинамическое качество ветротурбины, а в целом обеспечивает надежную эксплуатацию ветродвигателя с улучшенными и прочностными характеристиками.

Для вертикально-осевой ВЭУ в общем случае привод с валом, расположенным под прямым углом, позволяет установить электромеханическое оборудование на горизонтальной плоскости, что позволяет легко перемещать и заменять отдельные устройства. Кроме того, наличие двух осей обеспечивает компактность установки, поскольку позволяет избежать излишней высоты опоры и упрощает любые модификации системы сообщения передачи и электрического генератора. Однако эти преимущества менее значимые для вертикально-осевой ВЭУ средней и большой мощности.

Поскольку создаваемый пусковой аэродинамический момент вертикально-осевой ВЭУ ортогонального типа (ротор Дарье, ротор Эванса) очень мал, для ее запуска могут использоваться электродвигатель или ротор Савониуса.

Пусковой электропривод является эффективным устройством для запуска ВЭУ, однако, его использование приводит или к усложнению системы автоматического регулирования, или к применению ручного пуска. Применение ротора Савониуса, обладающий максимальной мощностью при малых окружных скоростях, позволяет существенно упростить процесс запуска.

 
< 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