Особенности устройства лопасти ветроустановок с горизонтальной осью

При взаимодействии потока с ло­пастью возникают: 1) сила сопротивления F_D, параллельная век­тору относительной скорости набегающего потока v_r; 2) подъем­ная сила F_L, перпендикулярная силе F_D. Слово «подъемная» в этом термине, конечно, не означает, как в аэродинамике, что эта сила направлена вверх; 3) завихрение обтекающего лопасти по­тока. В результате это приводит к закрутке воздушного потока за плоскостью ветроколеса, т. е. к его вращению относительно век­тора скорости набегающего потока; 4) турбулизация потока, т. е. хаотические возмущения его скорости по величине и направле­нию. Турбулентность (подробнее это явление рассмотрено возникает как за колесом, так и перед ним, в результате лопасть часто оказывается в потоке, турбулизированном другими лопастями; 5) препятствие для набегающего потока. Это его свойство характеризуется параметром, называемым геометри­ческим заполнением и равным отношению площади проекции ло­пастей на плоскость, перпендикулярную потоку, к ометаемой ими площади.

Рис. 9.2. Скорости элемента лопасти и действующие на него силы: и — скорость ветра; v — скорость элемента лопасти; у, — скорость элемента лопасти относительно ветра; F₀ — сила лобового сопротивления, действующая в направлении скорости a,; F_L — подъемная сила, перпендикулярная силе F_D

Лопасти ветроколеса сужаются к концу (например, от 3 м до 45 см) и имеют переменный угол заклинивания j, то есть винтовую поверхность. Это связано с тем, что концы лопастей вращаются со значительно большей линейной скоростью (80 м/с для больших ВЭС) по сравнению с их основаниями. Угол атаки a также меняется за счет косого удара. Правильным подбором скорости вращения и угла заклинивания, что в конечном итоге определяет наивыгоднейший угол атаки, а также точным исполнением профиля лопастей достигается максимальный коэффициент использования энергии ветра - 46%.

 

 

26. Типы ветроколёс с горизонтальной осью и их особенности.

1 пропеллерное
2 пропеллерное с вихрепреоброзователем

3 многолопасное

4 парусное

 

Рассмотрим горизонталь­но-осевые ветроколеса пропеллерного типа. Основной вращаю­щей силой у колес этого типа является подъемная сила. Отно­сительно ветра ветроколесо в рабочем положении может рас­полагаться перед опорной башней или за ней. При переднем расположении ветроколесо должно иметь аэродинамический стабилизатор или какое-либо другое устройство, удерживающее его в рабочем положении. При заднем расположении башня частично затеняет ветроколесо и турбулизирует набегающий на него поток.

Данный тип ветродвигателя обладает следующим рядом преимуществ:
- возможность самостоятельного пуска без вспомогательного привода за счёт изменения угла установки лопастей;
- сравнительно большое значение коэффициента использования энергии ветра;
- сравнительно большое значение коэффициента быстроходности, а следовательно и большую частоту вращения, что позволяет уменьшить массогабаритные показатели электромеханического оборудования.

1.Изменяемый шаг лопаток турбины, который позволяет использовать энергию ветра по максимуму в зависимости от времени дня и сезона

2.Высокая мачта позволяет добираться до более сильных ветров. Нужно иметь в виду, что в некоторых районах сила ветра увеличивается на 20% и, соответственно, энергетическая выгода на 34% при повышении на каждые 10 метров.

3.Высокая эффективность благодаря тому, что ветроколесо всегда направляется перпендикулярно ветру, используя весь поток воздуха. В системах с вертикальной осью вращения и большинстве типов воздухоплавательных ветрогенераторов часть системы работает против набегающего потока воздуха, что, отчасти, ведет к снижению эффективности.

Недостатки:
Основным недостатком является необходимость настройки на ветер!

1.Высокие мачты высотой до 90 метров и длинные лопасти, которые трудно транспортировать, расходы на которую могут достигать 20% сооружения конструкции и стоимости всего оборудования.

2.Для сооружения промышленных ветрогенераторов требуется специализированное оборудование и высококвалифицированные сотрудники

3.Массивность самой мачты, которой необходимо нести на себе все элементы

4.Возмущения в радиосигналах и связи из размеров

5.Необходимость установки системы направления оси на ветер