Порівняльна характеристика роботи ВЕУ

Двохлопатеве вітроколесо забезпечує більшу економічність, ніж трьохлопатеве, однак перше в ряді випадків схильне до значних вібраційних навантажень, відсутніх у другому випадку. Доцентрову силу, діючу на лопать, можна звести до мінімуму, зменшивши її масу.

Для виготовлення лопатей придатні дерево, пластик і особливо армоване скловолокно, що володіє хорошими міцностними характеристиками. Скловолокно витримує шторми, робочі навантаження і, крім того, дуже технологічне. Вітродвигуни, що використовуються для приводу водяних насосів, забезпечені великою кількістю лопатей і тому мають більший ККД при малих швидкостях вітру.

З (1) на перший погляд слідує, що максимальна потужність буде необмежено зростати із зростанням швидкості вітру. Однак це вірно лише теоретично, на практиці ж ще необхідно, щоб ККД також мав максимальне значення, що виконується при умові . Для вітроколеса з горизонтальною віссю обертання, форма і розміри якого задані, ця умова виконується лише при одному значенні швидкості.

Таким чином, в конструкції вітродвигуна закладене деяке максимальне значення швидкості , при якому він повинен працювати. При швидкостях вітру нижче за вихідна потужність вітродвигуна менше номінальної, а при швидкостях, більших від , падає ККД перетворення енергії вітру в механічну. Так, при збільшенні швидкості вітру на 33% потужність, що виробляється подвоїться, а при її зменшенні на 33% впаде вдвічі. Ще більше падіння потужності станеться при зменшенні швидкості на 50%: буде вироблятися лише 12,5% первинного значення енергії.

Для вітродвигуна існує також мінімально допустима швидкість вітру. Вітроколесо з горизонтальною віссю обертання повинно обертатися, починаючи з деякої мінімальної швидкості вітру, але максимальна потужність виробляється лише при номінальному значенні швидкості, яке вибирається на 9-16 км/год. більше середньорічної швидкості вітру для даної місцевості.

При ще більших швидкостях вітру вихідна потужність утримується на номінальному рівні, для чого на практиці використовується принцип управління, який називається «утриманням плато». Цей принцип забезпечує постійність потужності при всіх швидкостях вітру, що перевищують задане номінальне значення, що досягається в більшості систем механічним регулятором або зміною кута атаки лопаті, при якій знижується ККД перетворення вітрової енергії в механічну. Захист від руйнування лопатей при надмірній силі вітру здійснюється за допомогою поворотного механізму, який при заданій граничній швидкості вітру розвертає лопаті у флюгерне положення. При вдалому виборі місця установки вітродвигуна протягом більше половини часу своєї роботи він видає необхідну потужність.

Вище розглядалися тільки вітродвигуни з горизонтальною віссю обертання, паралельною потоку. Цей тип вітродвигуна розроблений краще, ніж другий тип двигунів з вертикальною віссю. У вітродвигунів з горизонтальною віссю є один головний недолік: для отримання оптимальної потужності вони повинні бути встановлені на вежі. Це пов'язано не тільки із забезпеченням вільного простору для лопатей, а головним чином з тим, що швидкість вітру із зростанням висоти, як правило, зростає. Необхідність будівництва вежі стає при цьому найважливішим чинником, що впливає на економічну доцільність установки вітродвигуна в тому або іншому місці. Вітродвигун з вертикальною віссю обертання в цьому значенні має перевагу, однак і у нього є ряд своїх недоліків.

Є декілька типів вітродвигунів з вертикальною віссю обертання. На рис.3.2 схематично показана конструкція ротора Савоніуса. Він, як правило, виготовляється з циліндричної труби, розрізаної вздовж і закріпленої між верхнім і нижнім фланцями. Обидві половини цієї труби дещо розсунуті, так що зазор між ними може мінятися. При відсутності зазору зона низького тиску, що створюється за «крилом», гальмує обертання і тим самим зменшує крутійний момент. Потужність, що розвивається, буде максимальною, якщо відстань між половинами циліндра дорівнює приблизно половині діаметра труби. Незважаючи на вигоди, пов'язані з простотою конструкції, такий агрегат не може порівнятися по потужності з вітродвигуном з горизонтальною віссю обертання, що працює з хорошим ККД.

Іншим типом вітроколеса з вертикальною віссю обертання, який був досліджений, є ротор Дар'є. Він оснащений двома або трьома тонкими лопатями, що нагадують за формою віночок для збивання білка, який обертається з дуже великою швидкістю (в три-чотири рази що перевищує швидкість вітру). Вітродвигун з ротором Дар'є сам не запускається, для виходу на нормальний режим роботи його розкручують до робочих швидкостей допоміжним двигуном. Вітродвигуни з вертикальною віссю обертання володіють тією перевагою, що вони допускають установку безпосередньо на землі, не вимагаючи споруди вежі і необхідних опорних конструкцій.

Дата добавления: 2015-10-24