Ответы и лекции по НИВИЭ / Лекции / Lektsii_po_NIVEI / lecture6

Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)

равна нулю. Если U =V ,т.е. поверхность перемещается со скоростью ветра, работа также будет равна нулю, так как нет силы сопротивления, за счёт которой совершается работа. Отсюда следует, что значение скорости U заключено в пределах между U = 0 и U =V .

Установлено, чтобы получить максимальное ξ , поверхность должна

Максимальный коэффициент использования энергии ветра при работе поверхности силой сопротивления не может быть больше ξ = 0,192 .

6.4. Работа ветрового колеса крыльчатого ветродвигателя

Крыльчатые ветроколеса работают за счёт косого удара при движении лопастей перпендикулярно к направлению скорости ветра в противоположность к прямому удару, рассмотренному в предыдущем случае. Устройство такого колеса показано на рис. 6.4.1.

На горизонтальном валу закреплены крылья, число которых у современных ветродвигателей бывает от 2 и больше. Крыло ветроколеса состоит из маха а и лопасти б, закрепляемой на махе так, что она образует с плоскостью вращения некоторый уголϕ . Этот угол называют углом заклинения ло-

пасти (рис. 6.4.1). При этом на её элементы набегает воздушный поток с относительной скоростью W под углом α , который называют углом атаки, и действует с силой R . Углы ϕ и α в значительной мере определяют эффек-

тивность крыльев. Силу R раскладывают на силы Px и Py (рис. 6.4.2, а). Си-

лы Px производят давление в направлении ветра, которое называется лобо-

вым давлением. Силы Py действуют в плоскости y − y вращения ветроколе-

са и создают крутящий момент.

Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)

Рис. 6.4.1. Конструктивная схема крыльчатого ветроколеса.

Рис. 6.4.2. а – схема действия сил воздушного потока на элемент лопасти; б – графическое изображение относительного потока, набегающего на элементы лопасти, расположенные на разных радиусах ветроколеса.

Максимальные силы, приводящие колесо во вращение, получаются при некотором значении угла атаки α , т. е. угла наклона относительного потока к поверхности лопасти. Ввиду того что окружная скоростью длине крыла не одинакова, а возрастает по мере удаления его элементов от оси вращения

Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)

ветроколеса, относительная скорость W набегания потока на лопасть также возрастает. Вместе с этим убывает угол атаки α , и при некоторой окружной скорости ωR , где ω угловая скорость, этот угол станет отрицательным (рис. 6.4.2, б). Следовательно, не все элементы крыла будут иметь максимальную подъёмную силу.

Если мы будем уменьшать угол ϕ каждого элемента лопасти по мере удаления его от оси вращения так, чтобы наивыгоднейший угол атаки α примерно сохранялся постоянным, то мы получим условие, при котором приблизительно все элементы лопасти будут работать со своей максимальной подъёмной силой. Лопасть с переменным углом заклинения со получает форму винтовой поверхности.

Правильные углы заклинения лопасти при хорошем аэродинамическом качестве профиля, а также ширине, соответствующей заданной быстроходности, обеспечивают высокий коэффициент использования энергии ветра. У хорошо выполненных моделей он достигает 46%.

Литература

1.Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. – М.: ОГИЗ–Сельхозгиз, 1948. – 544 с.

2.Шефтер Я.И., Рождественский И.В. Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты. – М.: Колос, 1967. – 376 с.

3.http://www.awea.org – The American Wind Energy Assocication

4.http://www.ewea.org – The European Wind Energy Assocication

Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)