27. Принцип работы и особенности роторов Савониуса и Дарье.
Ротор Савониуса. Это колесо также вращается силой сопротивления. Его лопасти выполнены из тонких изогнутых листов прямоугольной формы, т. е. отличаются простотой и дешевизной. Из-за большого геометрического заполнения это ветроколесо обладает большим крутящим моментом (рис. 2.9.). Вращающий момент возникает при обтекании ротора потоком воздуха за счет разного сопротивления выпуклой и вогнутой частей ротора. Колесо отличается простотой, но имеет очень низкий коэффициент использования энергии ветра – всего 0,1 – 0,15.
Ротор Дарье. Вращающий момент создается подъемной силой, возникающей на двух или трех тонких изогнутых несущих поверхностях, имеющих аэродинамический профиль. Подъемная сила максимальна в тот момент, когда лопасть с большой скоростью пересекает набегающий воздушный поток. Ротор Дарье используется в ветроэлектрогенераторах. Раскручиваться самостоятельно ротор, как правило, не может, поэтому для его запуска обычно используется генератор, работающий в режиме двигателя.
Ротор Дарье имеет вертикальную ось вращения и состоит из двух – четырех изогнутых лопастей (рис. 2.10.). Лопасти образуют пространственную конструкцию, которая вращается под действием подъемных сил, возникающих на лопастях от ветрового потока. В роторе Дарье коэффициент использования энергии ветра достигает значений 0,30 – 0,35. В последнее время проводятся разработки роторного двигателя Дарье с прямыми лопастями (рис. 2.10. б, в). Главным преимуществом ветроустановок Дарье является то, что они не нуждаются в механизме ориентации на ветер. У них генератор и другие механизмы размещаются на незначительной высоте возле основания. Все это существенно упрощает конструкцию. Однако серьезным органическим недостатком этих ветродвигателей является значительное изменение условий обтекания крыла потоком за один оборот ротора, циклично повторяющееся при работе. Это может вызывать усталостные явления и приводить к разрушению элементов ротора и серьезным авариям, что должно учитываться при конструировании ротора (особенно при больших мощностях ВЭУ). Кроме того, для начала работы их требуется раскрутить.
Рис. 2.9. Ротор Савониуса
а
)
– двухлопастный, б) - четырехлопастный
Рис. 2.10. Ветроэнергетические установки (Дарье) с вертикальным ротором
а – Ф-образный, б - D - образный, в – с прямыми лопастями.
1 – башня (вал), 2 – ротор, 3 – растяжки, 4 – опора, 5 – передача
вращающего момента
28. Теория идеального ветряка.
Идеальным ветряком называют ветроколесо, у которого:
Ось вращения параллельна скорости ветра.
Бесконечно большое число лопастей малой ширины;
Профильное сопротивлении крыльев =0 и циркуляция вдоль лопасти постоянная;
Потерянная скорость воздушного потока на ветроколесе постоянна по всей ометаемой поверхности ветряка;
Угловая скорость стремится к бесконечности.
Автор теории идеального ветряка – Н.Е.Жуковский.
Основные положения теории:
Максимальный коэф. использования идеального ветряка=0,593;
Потеря скорости плотности ветроколеса = 1/3 скорости ветра;
полная потеря скорости ветра за ветроколесом в 2 раза больше потери скорости ветра в плотности ветроколеса, т.е. Скорость ветра за ветроколесом в 3 раза меньше скорости ветра перед ветроколесом.