Ветродвигатели с горизонтальной осью вращению.
Самыми распространенными в настоящее время являются ветродвигатели с горизонтальной осью вращения. Для таких ветродвигателей имеется большой опыт эксплуатации и возможность построения ветродвигателей в большом диапазоне установленных мощностей: от ватт до нескольких мегаватт. Ветроприемные устройства с горизонтальной осью вращения могут использовать для преобразования энергии ветра в подъемную силу или силу сопротивления. Устройства, использующие подъемную силу, предпочтительнее, так как они могут развить в несколько раз большую силу, чем устройства с не посредственным действием силы сопротивления. Последние, кроме того, не могут перемещаться со скоростью, превышающей скорость ветра. Вследствии этого поверхности, на которые действует подъемная сила(ветроколеса), могут быть более быстроходными и иметь лучшее соотношение мощности и массы при меньшей стоимости единицы установленной мощности.
Ветроколесо может быть выполнено с различным числом лопастей ; от однолопастных устройств с контргрузами до многолопастных (с числом лопастей до 50 и более) (рисунок 2). Для снижения изгибающих нагрузок у корня лопастям часто придают сужающуюся к периферии форму. Ветроколеса с горизонтальной осью вращения выполняют иногда фиксированными по направлению, т. е. они не могут вращаться относительно вертикальной оси, перпендикулярной направлению потока. Такой тип устройств применяется только при наличии одного, господствующего направления ветра. В большинстве же случаев система, на которой укреплено ветроколесо (так называемая головка), выполняется поворотной, ориентирующейся по направлению ветра. У малых ветродвигателей обычно используются для этой цели хвостовые оперения.
Рисунок 2. Ветроколеса крыльчатых ветроустановок 1 – многолопастное, 2 – трехлопастное, 3 – двухлопастное, 4 – однолопастное с противовесом
Основным недостатком таких ветродвигателй является их чувствительность к качеству ветра. Им нужен ветер, у которого направление меняется медленно, а поток воздуха - ламинарный.
Крыльчатое ветроколесо с горизонтальной осью вращения может располагаться перед башней и за ней. В последнем случае лопасть подвергается постоянному многократному воздействию переменных сил при прохождении в тени башни, что одновременно значительно повышает уровень шума. Для регулирования мощности и ограничения частоты вращения ветроколеса применяется ряд способов, в том числе поворот лопастей или их части вокруг своей продольной оси, а также закрылки, клапаны на лопастях и другие способы.
Основными преимуществами ветроустановок с горизонтальной осью вращения ветроколеса является то, что условия обтекания лопастей воздушным потоком постоянны, не изменяются при повороте ветроколеса, а определяются только скоростью ветра. Благодаря этому, а также достаточно высокому значению коэффициента использования энергии ветра, ВЭУ крыльчатого типа в настоящее время получили наибольшее распространение.
Строение ветряной установки с горизонтальной осью вращения.
Рисунок 3.Строение ветрогенератора
(1) Фундамент
(2) Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления
(3) Башня
(4) Лестница
(5) Поворотный механизм
(6) Гондола
(7) Электрический генератор
(8) Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)
(9) Тормозная система
(10)Трансмиссия
(11) Лопасти
(12) Система изменения угла атаки лопасти
(13) Колпак ротора