Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
лабораторні роботи ЕТ.docx
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
1.38 Mб
Скачать

Короткі теоретичні відомості.

Вітер становить собою рух повітряних мас земної атмосфери, викликаної перепадом температури в атмосфері через нерівномірний нагрів її Сонцем. Таким чином, енергія вітру, що використовується, є перетвореною в механічну енергією Сонця.

Пристрої, які перетворюють енергію вітру в корисну механічну, електричну або теплову види енергії, називають вітроенергетичними установками (ВЕУ) або вітроустановками.

Енергія вітру в механічних установках, наприклад на млинах і водяних насосах, використовується вже декілька століть. Після різкого скачка цін на нафту в 1973 році інтерес до таких установок різко зріс. Більша частина існуючих вітроустановок збудована в кінці 1970-х – на початку 1980-х років на сучасному технічному рівні за широкого використання останніх досягнень аеродинаміки, механіки, мікроелектроніки для контролю і керування ними.

Основні напрями використання вітроенергетичних ресурсів на найближчий період передбачають їх застосування для приводу насосних установок і в якості джерел енергії для електродвигунів автономного забезпечення. Ці області застосування характеризуються мінімальними вимогами до якості електричної енергії, що дозволяє різко спростити і здешевити вітроенергетичні установки.

За правильної організації використання вітроенергетики таке дешеве і нескінченне джерело енергії, як вітер, може задовольнити більшу частину потреб в любій галузі промисловості. Установки, що перетворюють енергію вітру в електричну, теплову і механічну, можуть забезпечити:

автономне енергозабезпечення різних локальних об’єктів (зрошувальних систем, механізмів тваринницьких ферм, вентиляцію, влаштування мікроклімату та інше);

гаряче водопостачання, опалення, енергозабезпечення холодильних агрегатів;

підйом води для садових дільниць, на пасовиськах та інше;

відкочування води з систем вертикального і горизонтального дренажу та інших систем.

Порівняно з іншими видами джерел енергії вітроенергетичні установки мають наступні переваги:

відсутність витрат на добування і транспортування палива;

зниження більше чим у 10 разів трудовитрат на будову вітроенергетичної установки порівняно з будівництвом теплових або атомних станцій;

широкий технологічний діапазон прямого використання енергії вітроустановок (автономність або сумісна робота з централізованими мережами, сумісність з іншими джерелами відновлювальної енергетики і таке інше);

мінімальні терміни вводу потужностей в експлуатацію;

покращення екологічного стану за рахунок зниження рівня забруднення навколишнього середовища.

Принцип дії і класифікації веу.

В вітроенергетичних установках енергія вітру перетворюється в механічну енергію їх робочих органів. Первинним і основним робочим органом ВЕУ, який безпосередньо приймає на себе енергію вітру і, як правило, перетворює її в кінетичну енергію свого обертання, є вітроколесо.

Обертання вітроколеса під дією вітру обумовлюється тим, що в принципі на любе тіло, яке омивається потоком газу зі швидкістю u0, діє сила F, яку можна розкласти на дві складові: 1 – вздовж швидкості потоку, що набігає, і називається силою лобового опору Fс, і 2 – в напряму, перпендикулярному швидкості потоку, що набігає, і називається підйомною силою Fп (мал. 1.1.).

Малюнок 1.1. Сили, які діють на тіло, що омивається потоком газу.

Величини цих сил залежать від форми тіла, орієнтації його в потоці газу і від швидкості газу. Дією цих сил робочий орган вітроустановки (вітроколесо) приводиться в обертання.

Вітроустановки класифікують по двом основним ознаками – геометрії вітроколеса і його положенням відносно напряму вітру.

Якщо вісь обертання вітроколеса паралельна повітряному потоку, то установка називається горизонтально-осьовою, якщо перпендикулярна – вертикально-осьовою.

Вітроколесо з горизонтальною віссю, яке використовує підйомну силу (двох- або трьох-лопатеве вітроколесо), показано на мал. 1.2, а, б, в, г.

Вітроустановки, які застосовують силу лобового опору, складаються з укріплених вертикально лопатей різної конфігурації (малюнок 1.2. е, ж, з, и).

На мал. 1.2. д представлено вітроколесо, яке використовує ефект Магнуса (ефект виникнення підйомної сили, перпендикулярної напряму вітру, при обертанні циліндру або конусу).

Установки, які використовують силу лобового опору, як правило обертаються з лінійною швидкістю, меншою за швидкість вітру, а установки, які використовують підйомну силу, мають лінійну швидкість кінців лопатей суттєво більшу швидкості вітру.

Кожне вітроколесо характеризується:

  • омиваною площиною S (для горизонтально-осьових вітроколес, вітроколесо репелерного типу), тобто площиною, яка покривається його лопатями при обертанні і рівній S = , де Dдіаметр вітроколеса і в експериментальній роботі D = 0,17м, або площею лобового опору (для вертикально-осьових вітроколес, вітроколесо типу савоніус) S = h b, де h і b – відповідно висота ротору і його середній діаметр; S =0,012 м2;

  • геометричним наповненням, рівним відношенню площини проекції лопатів на площину, перпендикулярну потоку, до омивної площини (так, наприклад, при однакових лопатях чотирьохлопатеве колесо має вдвічі більше геометричне заповнення, чим двохлопатеве);

  • коефіцієнтом потужності СN, який характеризує ефективне використання вітроколесом енергії вітрового потоку і залежить від конструкції вітроколеса;

Малюнок 1.2. Типи вітряних коліс.

  • коефіцієнтом швидкоходності Z, який представляє собою відношення швидкості кінця лопаті до швидкості вітру.

При скорості вітру u0 і густині повітря ρ вітроколесо з омиваною площиною S розвиває потужність N=CN S ρ . З цієї формули видно, що ця потужність пропорційна кубу швидкості вітру.

За теорією М. Жуковського, максимальне значення коефіцієнту потужності 0,6-0,69. На практиці кращі швидкоходні колеса мають CN ~ 0,45-0,48; у тихоходних коліс CN ~ 0,35-0,38.

ВЕУ з більшим геометричним наповненням вітроколеса розвивають значну потужність при слабкому вітрі, і максимум потужності досягається за невеликих обертів колеса. ВЕУ з малим заповненням досягають максимальної потужності за більших обертів і більш тривалий час виходять на цей режим. Тому перші застосовуються, наприклад, в водяних насосах і навіть за слабкого вітру зберігають працездатність, а другі – в якості електогенераторів, де вимагається висока частота обертання.

Експериментальна установка.

Роботу виконують на аеродинамічній трубі 1 (мал. 1.3). В трубі повітряний поток створюється осьовим вентилятором (на малюнку не вказаний).

Малюнок 1.3. Схема експериментальної установки.

Величина швидкості потоку в трубі регулюється зміною струму живлення вентилятору. Швидкість повітряного потоку в робочій області труби визначається за допомогою трубки Піто-Прандтля 2 і мікроманометра 3. В робочу зону труби 1 встановлено вітроколесо 4 з електричним генератором 5. До генератора підключено навантаження 6. В коло навантаження підключено також вольтметр 7 і амперметр 8.

Трубка Піто-Прандтля

Мікроманометр ММН-2400 - (5)-1,0 многодиапазонный с наклонной трубкой – багато діапазонний з похилою трубкою

Порядок виконання роботи.

  1. Ознайомитися з різними типами вітряних коліс. За вказівкою викладача встановити необхідний тип вітроколеса в робочу зону аеродинамічної труби. Встановити джерело світла на пряме випромінювання на поверхню сонячного модулю (нульова відмітка на лімбу джерела).

  2. За відсутності потоку повітря в трубі відмітити начальний показник мікроманометру l0.

Стенд аеродинамічної труби

Аеродинамі́чна труба́ — установка, в якій вивчається дія штучно створеного рівномірного повітряного потоку на моделі літальних апаратів та ін. тіл (див. Аеродинаміка). Одну з перших у світі аеродинамічних труб побудував у 1897 К. Е. Ціолковський.

  1. Включити блок живлення аеродинамічної труби. Встановити необхідне значення швидкості повітряного потоку в робочій зоні шляхом зміни струму живлення вентилятора аеродинамічної труби.

  2. Вимірити значення швидкості u0 потоку за допомогою трубки Піто-Прандтля. Для цього необхідно зняти показники мікроманометра l. Дані записати в табл. 1.1.

  3. Вимірити напругу U, яка утворюється електричним генератором і струм I в навантаженні 6.

  4. Змінити величину швидкості повітряного потоку в аеродинамічній трубі. Виконати всі вищевказані виміри.

  5. Замінити вітроколесо. Виконати вимірювання, описані в п.п. 3-6.

Таблиця 1.1

Тип вітроколеса

Номер експерименту

Показники мікроманометру

u0, м/с

Параметри генератора вітроустановки

СN

l - l0, мм

U, B

I, A

N, Вт

Репеллер

1

2

3

4

Савоніус

1

2

3

4

5

Таблиця 1.2.

Вихідні дані

Параметри

№ варіанту

Репеллер

Савоніус

1

2

3

4

1

2

3

4

5

Показники манометру

, мм

1

8

15

20

25

5

10

13

19

25

2

9

14

21

26

6

11

14

18

26

3

10

15

22

27

7

10

15

20

27

4

9

14,5

21

28

6

12

14,5

19

28

5

10

16

23

29

8

13

16

22

29

Параметри генератора вітроколеса

U, B

1

4,1

9,5

12,2

19,5

3,4

7,1

8,1

10,8

12,8

2

4,2

10

12,6

20

3,6

7,6

8,5

11

13,1

3

4,5

9,8

12,9

22

3,8

7,1

9

11,5

13,4

4

4,25

10

12,7

23,5

3,65

8,1

8,7

10,9

13,9

5

4,52

11

17

25

4,1

8,2

9,5

12,1

14,5

I, mA

1

9,5

20

26

41,5

7,5

15,5

17,5

23

27,5

2

10

19

27,5

45

8

16,5

19

22,7

28,5

3

11

20,5

30,5

47,5

9

16

19,5

23

29,5

4

10

20

27,5

53

8,5

17

20

23,5

30,5

5

11

23

33,5

60,5

9,5

18

22,5

26,5

33


Показники манометру

, мм

6

8,2

15,2

20,2

25,2

5,2

10,2

13,2

19,2

25,2

7

9,2

14,2

21,2

26,2

6,2

11,2

14,2

18,2

26,2

8

10,2

15,2

22,2

27,2

7,2

10,2

15,2

20,2

27,2

9

9,2

14,7

21,2

28,2

6,2

12,2

14,7

19,2

28,2

10

10,2

16,2

23,2

29,2

8,2

13,2

16,2

22,2

29,2

Параметри генератора вітроколеса

U, B

6

4,3

9,7

12,4

19,7

3,6

7,3

8,3

11

13

7

4,4

10,2

12,8

20,2

3,8

7,8

8,7

11,2

13,3

8

4,7

10

13,1

22,2

4

7,3

9,2

11,7

13,6

9

4,45

10,2

12,9

23,7

3,85

8,3

8,9

11,1

14,1

10

4,72

11,2

17,2

25,2

4,3

8,4

9,7

12,3

14,7

I, mA

6

9,7

20,2

26,2

41,7

7,7

15,7

17,7

23,2

27,7

7

10,2

19,2

27,7

45,2

8,2

16,7

19,2

22,9

28,7

8

11,2

20,7

30,7

47,7

9,2

16,2

19,7

23,2

29,7

9

10,2

20,2

27,7

53,2

8,7

17,2

20,2

23,7

30,7

10

11,2

23,2

33,7

60,7

9,7

18,2

22,7

26,7

33,2


Показники манометру

, мм

11

8,4

15,4

20,4

25,4

5,4

10,4

13,4

19,4

25,4

12

9,4

14,4

21,4

26,4

6,4

11,4

14,4

18,4

26,4

13

10,4

15,4

22,4

27,4

7,4

10,4

15,4

20,4

27,4

14

9,4

14,9

21,4

28,4

6,4

12,4

14,9

19,4

28,4

15

10,4

16,4

23,4

29,4

8,4

13,4

16,4

22,4

29,4

Параметри генератора вітроколеса

U, B

11

4,5

9,9

12,6

19,9

3,8

7,5

8,5

11,2

13,2

12

4,6

10,4

13

20,4

4

8

8,9

11,4

13,5

13

4,9

10,2

13,3

22,4

4,2

7,5

9,4

11,9

13,8

14

4,65

10,4

13,1

23,9

4,05

8,5

9,1

11,3

14,3

15

4,92

11,4

17,4

25,4

4,5

8,6

9,9

12,5

14,9

I, mA

11

9,9

20,4

26,4

41,9

7,9

15,9

17,9

23,4

27,9

12

10,4

19,4

27,9

45,4

8,4

16,9

19,4

23,1

28,9

13

11,4

20,9

30,9

47,9

9,4

16,4

19,9

23,4

29,9

14

10,4

20,4

27,9

53,4

8,9

17,4

20,4

23,9

30,9

15

11,4

23,4

33,9

60,9

9,9

18,4

22,9

26,9

33,4


Показники манометру

, мм

16

8,6

15,6

20,6

25,6

5,6

10,6

13,6

19,6

25,6

17

9,6

14,6

21,6

26,6

6,6

11,6

14,6

18,6

26,6

18

10,6

15,6

22,6

27,6

7,6

10,6

15,6

20,6

27,6

19

9,6

15,1

21,6

28,6

6,6

12,6

15,1

19,6

28,6

20

10,6

16,6

23,6

29,6

8,6

13,6

16,6

22,6

29,6

Параметри генератора вітроколеса

U, B

16

4,7

10,1

12,8

20,1

4

7,7

8,7

11,4

13,4

17

4,8

10,6

13,2

20,6

4,2

8,2

9,1

11,6

13,7

18

5,1

10,4

13,5

22,6

4,4

7,7

9,6

12,1

14

19

4,85

10,6

13,3

24,1

4,25

8,7

9,3

11,5

14,5

20

5,12

11,6

17,6

25,6

4,7

8,8

10,1

12,7

15,1

I, mA

16

10,1

20,6

26,6

42,1

8,1

16,1

18,1

23,6

28,1

17

10,6

19,6

28,1

45,6

8,6

17,1

19,6

23,3

29,1

18

11,6

21,1

31,1

48,1

9,6

16,6

20,1

23,6

30,1

19

10,6

20,6

28,1

53,6

9,1

17,6

20,6

24,1

31,1

20

11,6

23,6

34,1

61,1

10,1

18,6

23,1

27,1

33,6


Показники манометру

, мм

21

8,8

15,8

20,8

25,8

5,8

10,8

13,8

19,8

25,8

22

9,8

14,8

21,8

26,8

6,8

11,8

14,8

18,8

26,8

23

10,8

15,8

22,8

27,8

7,8

10,8

15,8

20,8

27,8

24

9,8

15,3

21,8

28,8

6,8

12,8

15,3

19,8

28,8

25

10,8

16,8

23,8

29,8

8,8

13,8

16,8

22,8

29,8

Параметри генератора вітроколеса

U, B

21

4,9

10,3

13

20,3

4,2

7,9

8,9

11,6

13,6

22

5

10,8

13,4

20,8

4,4

8,4

9,3

11,8

13,9

23

5,3

10,6

13,7

22,8

4,6

7,9

9,8

12,3

14,2

24

5,05

10,8

13,5

24,3

4,45

8,9

9,5

11,7

14,7

25

5,32

11,8

17,8

25,8

4,9

9

10,3

12,9

15,3

I, mA

21

10,3

20,8

26,8

42,3

8,3

16,3

18,3

23,8

28,3

22

10,8

19,8

28,3

45,8

8,8

17,3

19,8

23,5

29,3

23

11,8

21,3

31,3

48,3

9,8

16,8

20,3

23,8

30,3

24

10,8

20,8

28,3

53,8

9,3

17,8

20,8

24,3

31,3

25

11,8

23,8

34,3

61,3

10,3

18,8

23,3

27,3

33,8


Показники манометру

, мм

26

9

16

21

26

6

11

14

20

26

27

10

15

22

27

7

12

15

19

27

28

11

16

23

28

8

11

16

21

28

29

10

15,5

22

30

7

13

15,5

20

29

30

11

17

24

30

9

14

17

23

30

Параметри генератора вітроколеса

U, B

26

5,1

10,5

13,2

20,5

4,4

8,1

9,1

11,8

13,8

27

5,2

11

13,6

30

4,6

8,6

9,5

12

14,1

28

5,5

10,8

13,9

23

4,8

8,1

10

12,5

14,4

29

5,25

11

13,7

24,5

4,65

9,1

9,7

11,9

14,9

30

5,52

12

18

26

5,1

9,2

10,5

13,1

15,5

I, mA

26

10,5

21

27

42,5

8,5

16,5

18,5

24

28,5

27

11

20

28,5

46

9

17,5

20

23,7

29,5

28

12

21,5

31,5

48,5

10

17

20,5

24

30,5

29

11

21

28,5

54

9,5

18

21

24,5

31,5

30

12

24

34,5

61,5

10,5

19

23,5

27,5

34


Показники манометру

, мм

31

9,2

16,2

21,2

26,2

6,2

11,2

14,2

20,2

26,2

32

10,2

15,2

22,2

27,2

7,2

12,2

15,2

19,2

27,2

33

11,2

16,2

23,2

28,2

8,2

11,2

16,2

21,2

28,2

34

10,2

15,7

22,2

30,2

7,2

13,2

15,7

20,2

29,2

35

11,2

17,2

24,2

30,2

9,2

14,2

17,2

23,2

30,2

Параметри генератора вітроколеса

U, B

31

5,3

10,7

13,4

20,7

4,6

8,3

9,3

12

14

32

5,4

11,2

13,8

30,2

4,8

8,8

9,7

12,2

14,3

33

5,7

11

14,1

23,2

5

8,3

10,2

12,7

14,6

34

5,45

11,2

13,9

24,7

4,85

9,3

9,9

12,1

15,1

35

5,72

12,2

18,2

26,2

5,3

9,4

10,7

13,3

15,7

I, mA

31

10,7

21,2

27,2

42,7

8,7

16,7

18,7

24,2

28,7

32

11,2

20,2

28,7

46,2

9,2

17,7

20,2

23,9

29,7

33

12,2

21,7

31,7

48,7

10,2

17,2

20,7

24,2

30,7

34

11,2

21,2

28,7

54,2

9,7

18,2

21,2

24,7

31,7

35

12,2

24,2

34,7

61,7

10,7

19,2

23,7

27,7

34,2


Показники манометру

, мм

36

9,4

16,4

21,4

26,4

6,4

11,4

14,4

20,4

26,4

37

10,4

15,4

22,4

27,4

7,4

12,4

15,4

19,4

27,4

38

11,4

16,4

23,4

28,4

8,4

11,4

16,4

21,4

28,4

39

10,4

15,9

22,4

30,4

7,4

13,4

15,9

20,4

29,4

40

11,4

17,4

24,4

30,4

9,4

14,4

17,4

23,4

30,4

Параметри генератора вітроколеса

U, B

36

5,5

10,9

13,6

20,9

4,8

8,5

9,5

12,2

14,2

37

5,6

11,4

14

30,4

5

9

9,9

12,4

14,5

38

5,9

11,2

14,3

23,4

5,2

8,5

10,4

12,9

14,8

39

5,65

11,4

14,1

24,9

5,05

9,5

10,1

12,3

15,3

40

5,92

12,4

18,4

26,4

5,5

9,6

10,9

13,5

15,9

I, mA

36

10,9

21,4

27,4

42,9

8,9

16,9

18,9

24,6

28,9

37

11,4

20,4

28,9

46,4

9,4

17,9

20,4

24,1

29,9

38

12,4

21,9

31,9

48,9

10,4

17,4

20,9

24,4

30,9

39

11,4

21,4

28,9

54,4

9,9

18,4

21,4

24,9

31,9

40

12,4

24,4

34,9

61,9

10,9

19,4

23,9

27,9

34,4