Министерство образования и науки

Российской Федерации

Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика СП. КОРОЛЕВА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССледовательский УНИВЕРСИТЕТ)» (СГАУ)

Факультет двигателей летательных аппаратов

Кафедра теплотехники и тепловых двигателей

мЕтодическое пособие по курсу

"Механика жидкости и газа"

РАСЧЁТ

Ветряного двигателя

Самара 2012.

Содержание:

1	Введение …………………………………………………………….	4
2	Список обозначений, сокращений и символов……………	6
3	Схема и принцип действия ветряного двигателя ……….	7
4	Алгоритм расчета характеристик ветряного двигателя..	9
5 6 7	Первый этап расчета.……………………..…………………….. Второй этап расчета……………………………………………… КПД редуктора, КПД электро двигателя……………………..	10 11 13
7	Текст задания ..................................................................	15
8 9	Литература ……………………………………………………….... Таблица вариантов………………………………………………..	16 17

10 Вывод.………………………………………………………………..

РЕФЕРАТ

Курсовой проект. Пояснительная записка: стр.__, табл.__ ,__ источника.

ВЕТРЯНОЙ ДВИГАТЕЛЬ, КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ, ОКРУЖНОЕ УСИЛИЕ, ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ, РЕЗУЛЬТИРУЮЩАЯ СИЛА, ОМЕТАЕМАЯ ПЛОЩАДЬ, ОКРУЖНАЯ СКОРОСТЬ, ОТНОСИТЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ, АБСОЛЮТНАЯ СКОРОСТЬ, ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ, ВЕТРЯНОЕ КОЛЕСО, УГОЛ НАБЕГАНИЯ, УГОЛ УСТАНОВКИ ЛОПАСТИ, ПОДЪЕМНАЯ СИЛА, СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ, МОЩНОСТЬ, УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ.

В данной работе выполнено вычисление всех искомых параметров по алгоритму. Построен график зависимости мощности N _в от числа оборотов

n _в ветряного колеса при различных углах атаки р. Проведен анализ влияния

угла установки р на вращающий момент и мощность колеса.

Введение:

Известны различные типы ветродвигателей, в том числе роторные, карусельные, барабанные и др. Однако в большинстве стран широкое применение получили только горизонтально-осевые крыльчатые ветродвигатели. Основным рабочим органом таких ветродвигателей является ветроколесо с лопастями, расположенными по радиусам под некоторым углом к плоскости вращения. Число лопастей может быть различным, но для ветроэлектрических агрегатов преимущественно применение получили трех- и двухлопастные ветроколеса. Отдельные фирмы (Германия, Италия) разработали и освоили производство однолопастных ветроагрегатов различной мощности, но массового применения они до сих пор не получили.

Основной частью ветроустановки, является ветроколесо. Посредством его преобразовывается кинетическая энергия ветра, в энергию механическую.

Делятся ветроколеса на две группы: 1 - с горизонтальной осью вращения; 2 – с вертикальной осью вращения.

Мы пока будем рассматривать ветроколесо с горизонтальной осью вращения. Оно может иметь одну или много лопастей, которые устанавливаются под некоторым углом к плоскости вращения ветроколеса. Ветроколесо может быть быстроходным или тихоходным. В зависимости от диаметра и количества лопастей обороты ветроколеса при одной и той же скорости ветра будут разные. Этот показатель называется быстроходностью ветроколеса и определяется отношением окружной скорости конца лопасти к скорости ветра.

В состав ветродвигателя входят следующие основные части: ветроколесо, головка, устройство ориентации ветроколеса на ветер, башня или опорная мачта.

Ветроколесо – это часть, которая воспринимает ветровой поток и преобразует энергию ветра в механическую энергию вращающегося ветроколеса.

Устройство ориентации ветроколеса обеспечивает автоматический установ ветроколеса по направлению ветра для эффективной работы ветродвигателя.

Головка ветродвигателя содержит опорную конструкцию, в которой устанавливается вал ветроколеса, мультипликатор, генератор, органы управления и тормоз.

Устройство ограничения частоты вращения ветроколеса и защиты ветроколеса от действия штормовых ветров.

Башня или мачта служит для размещения головки с ветроколесом и устройства ориентации ветроколеса на ветер на некоторой высоте относительно уровня земли, что необходимо для производительной работы ветродвигателя и соблюдения требований техники безопасности.

Каждый ветродвигатель должен также иметь тормозное устройство, обеспечивающее надежный останов работающего ветродвигателя дистанционным или ручным способом.

Список обозначений, сокращений и символов

D, d – диаметр, м;

F – площадь, м²;

G – массовый расход, кг/с;

P – давление, Па;

P – площадь, м²;

T – температура, К;

V – объем, м³;

W – скорость, м/с;

X, Y – текущие координаты, м;

 – плотность, ;

t – время, c;

P - мощность (Вт); Q - плотность воздуха (1,23 кг/м³); S - площадь ометания ротора ( м² ); - частота вращения ветряного колеса;

- угол набегания

CP - коэффициент использования энергии ветра

Ng - КПД генератора

Nb - КПД повышающего редуктора

- окружное усилие

- Подъемная сила

- Крутящий (вращающий) момент ветряного колеса

- Мощность ветряного двигателя

- Угловая скорость

СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВЕТРЯНОГО ДВИГАТЕЛЯ

В настоящее время, в период энергетического кризиса, все большее распространение получают альтернативные экологически, чистые двигатели. К их числу относится ветряной двигатель, отличающийся к тому же простой конструкцией.

На рис.I дана схема ветряного двигателя. Принцип действия его аналогичен действию крыла самолета, т.е. в результате утилизации кинетической анергии ветра, на лопасти ветряного двигателя, возникает окружное усилие (рис.3), создающее вращающий, момент на валу двигателя. Точкой приложения результирующей силы можно приближенно считать средний радиус , определяемой из условия деления ометаемой вращающейся лопастью площади

на две равновеликие площади

и

,

причем .

Отличие условий работы лопасти двигателя от работы крыла самолет состоит в том, что она вращается с окружной скоростью _u, поэтому ее обтекание потоком воздуха происходит не с абсолютной скоростью _V , как у крыла самолета, ас относительной скоростью _W. Поскольку в расчете пренебрегается изменением скоростей _U,W и угла β по радиусу лопасти, а их значение принимается равным наличие соответствующих, параметров на среднем радиусе ,

и сам расчет приближенный. Очевидно точность расчета будет возрастать, если увеличивать число отрезков, на которые разделяется лопасть . При этом для каждого из отрезков находится свой средний радиус, принимаемый за точку приложения результирующей силы для данного отрезка. Суммарный вращающий момент равен сумме моментов от всех отрезков лопасти.

На рис.2 показано разделение лопасти на равновеликих по площади ометания участка с сооветствующими средними радиусами каждой из площадей.

Рис. 3

На рис.4. приведена характеристика ; крыльевого самолетного профиля[I], подобного применяемым на

ветряных двигателях. Этот профиль близок к пластине. При разра­ботке алгоритма расчета характеристики двигателя исполь­зована работа [2].

Алгоритм расчета характеристик ветряного двигателя

В практике могут быть различные варианты исходных данных. Ниже рассматривается вариант когда заданы: скорость ветра V; частота вращения ветряного колеса; плотность воздуха ρ; конструктивные размеры лопасти ; угол набегания и характеристики профиля (лопасти)

Расчет включает два этапа. На первом этапе производится рас­чет по ниже приводимому алгоритму для случая с одним средним радиусом для всей лопасти. На втором этапе производится уточняющий расчет для случая разбивки лопасти на две равно великие площади с двумя средними радиусами