Тихоходные горизонтально-осевые ветроустановки

Тихоходная ветроустановка Тихоходные ВУ характеризуются большим числом лопастей, имеющих профиль изогнутой (или плоской) пластины, установленной под большим (» 100) углом установки q. Поскольку такого рода профиль имеет низкое аэродинамическое качество К, ветроколесо для достижения повышенных значений КВЕВ обладает высоким коэффициентом заполнения поверхности обмаха s, достигающий 1. Таким образом, тихоходное ветроколесо является газонаполненным лопастями диском с большой парусностью. Тихоходные ВУ имеют преимущества по сравнению с быстроходными ВУ, которые заключаются в том, что, обладая повышенным пусковым моментом, они начинают работу при слабых скоростях ветра (2,5 … 3 м / с). Благодаря этому тихоходные ВУ могут использоваться в районах со слабыми и умеренными скоростями ветра, где быстроходные ВУ большую часть времени простаивали бы. К таким районам относится большая часть Украины. Тихоходные ВУ используются главным образом для водоподъема с помощью поршневых или инерционных насосов, а также для совершения механической работы на мельницах, лесопилках и т.д.

Тихоходным ВУ присущи следующие недостатки, препятствующие их широкому использованию:
а) высокая парусность ветроколеса (ВК) делает тихоходную ВУ уязвимой к сильным порывам и шквальных усилений ветра. Даже в остановленном состоянии тихоходный ВУ подвергается сильным нагрузкам от набегающего воздушного потока, в результате чего тихоходный ВУ не обладает достаточной надежностью;
б) повышенный лобовое давление на тихоходное ВК приводит к росту его материалоемкости за счет дополнительных ободов и раскосов, которые усложняют и увеличивают массы ВК и ВУ в целом. Наличие большого числа лопастей само по себе делает тихоходные ВК громоздкими. Из-за повышенной материалоемкости тихоходных ВУ (350 … 500 кг / кВт) стоимость вырабатываемой ими энергии выше по сравнению с быстроходными ВУ;
в) тяжесть оснащение тихоходного ВК регулятором частоты вращения ВК, поскольку из-за большого (i = 12 … 24) числа лопастей, ободов и раскосов трудно выполнить лопасти поворотными. Поэтому в тихоходных ВУ для ограничения частоты вращения и центробежных сил, снижение лобового давления на ВК, сбросе избыточной мощности, а также для остановки ВК используют принудительный отвод ВК из-под ветра в горизонтальной или вертикальной плоскости с помощью штормовой лопасти или путем эксцентричного крепления поворотной головки ВУ к несущей опоре. Однако эта мера не может полностью снять проблему надежности тихоходной ВУ через возникающие нагрузки от гироскопического момента, который появляется при одновременном повороте оси вращения ВК;
г) низкое значение величины номинальной быстроходности (Z < 2) приводит к низкой частоте вращения ВК. Итак, для агрегатирования тихоходной ВУ с быстроходной низькомоментной нагрузкой (электрогенератор, осевые и центробежные компрессоры и т.д.) необходима установка редуктора, вернее, мультипликатора со значительным передаточным отношением, дополнительно понижающим КПД ВУ и повышающим ее удельную материалоемкость и стоимость вырабатываемой энергии;
д) тихоходные ВУ имеют относительно низкое значение коэффициента использования энергии ветра (до 0,35), тогда как в быстроходных ВУ величина КВЕВ достигает 0,5.
Недостатки, перечисленные выше приводят к тому, что тихоходные ВУ разрабатываются небольшой установленной мощности (до 1 … 2 кВт) с диаметром ВК до 6 м и агрегатируются главным образом с насосами, мельницами, крупорушками и подобными механизмами.

Хотя современная ветротехника делает акцент на быстроходные ветроустановки с небольшим количеством лопастей (обычно 2-3), вероятно, есть смысл использовать преимущества тихоходных ВУ за счет простой технологии изготовления лопасти (до тканевых лопастей), способности работы при слабых ветрах и новыми компоновками ВК с предохранительными механизмами.

Одна из альтернативных конструкций тихоходной ВУ представлена ​​на картинке.

Отличительной особенностью данной тихоходной ВУ является решетчатое ВК, образованное рядами лопастей, установленных вдоль вала ВК в одной плоскости. Такое ВК в остановленном состоянии имеет небольшую парусность, поскольку лопасти экранируют друг друга. При вращении же ВК результирующий воздушный поток входит в плоскости вращения ВК под углом, в результате чего все лопасти активно работают, как у обычного тихоходного ВК. Благодаря увеличению боковой парусности такого ВК, оно может использоваться для самоориентации на ветер без флюгера, а подпружиненные торцевые пластины — клапаны выполняют функцию аэродинамического тормоза для ограничения частоты вращения ВК. Тот факт, что решетчатые ВК является фермой, позволяет отказаться от всякого рода дополнительных раскосов и ободьев и увеличить диаметр (а значит и мощность ВК) до 8 … 12 м. Добавление лопастям аэродинамического профиля большого утолщение позволит повысить быстроходность ВК до 4 .. .5. Итак, решетчатое ВК сможет удачным образом сочетать преимущества быстроходных и тихоходных ВУ и может рассматриваться как перспективное для районов со слабыми и умеренными скоростями ветра.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>