Сайт малая энергетика Розин М.Н. Будяк Д.В.


Украина

Минск - это не договор

Мифы украинской энерореформы

Крах сельского хозяйства

87 предложений по утеплению квартиры

Главная

Пара слов об авторе

Что такое киловатт-час?

Потребление энергии в частном доме

Правда жизни: без топлива - никак

Возможен ли вечный двигатель?

Как искать патенты

Энергия ветра

Самодельный генератор на постоянных магнитах

Самодельный ветряк с лопастями из шпона

Статья о древесных гранулах и сравнении их с другими видами топлива

Самодельная ветроустановка с вертикальной осью вращения

Самодельный трех лопастный ветряк с автомобильным генератором переделанным на постоянные магниты

Самодельный автоматический котел на древесных гранулах

Самодельный ветряк с лопастями из алюминиевой трубы с самодельным генератором

Самодельный тихоходный ветряк

Схема электрическая тихоходного ветряка

Самодельный ветряк с самодельным генератором

Ветряк в сельском доме - опыт и раздумья

Книги, архивы метеоданных

Наш ветряк с задней ступицей от ВАЗ-2109, доклад, авг 2012, pdf

Наш ветряк - доклад, фотографии и смета (zip)

Возобновляемая энергетика на Родосе

Теория идеального ветряка или в чем ошибка Владимира Сидорова

Знак вопроса

Перевод инструкции к программе Profili

Быть или не быть?

Ветрогирлянды

Что такое число Рейнольдса?

Теория паруса

Теория идеального ветряка

Расчет лопастей ветряка

Старинный ветряк, сохранившийся в курском областном музее.

Вопросы по расчету лопастей

Расчет минимального ветра, необходимого для страгивания ветряка

Концентраторы ветрового потока

Ветровая энергия для дома

Оптимальный угол атаки в ветряке

Винт-турбина

Поляры плоской пластины и желобков, а также GOE417A

Как изготовить деревянные лопасти для ветряка

Программа для трансформации профилей

Идеальный коэффициент использования энергии ветра.

Г. X . САБИНИН ТЕОРИЯ ИДЕАЛЬНОГО ВЕТРЯКА

Программа для расчета потерь напора

Парашютный ветряк

Энергия воды

Энергия равнинных рек - что ждать?

Самодельная мини гидроэлектростанция Кимкетовых

Принцип работы гидротарана и расчетные формулы.

Статья из довоенной технической энциклопедии про гидротаран.

Самодельная микро ГЭС. Часть 1. Напорная установка

Теория и расчет напорной микро ГЭС

Теория и расчет пропеллерной проточной микро ГЭС

Турбина Пельтона. Физика работы и основные формулы.

Энергия Солнца

Несколько слов об энергии Солнца

Возобновляемая энергетика на Родосе

Электрооборудование

Сложности при изучении магнетизма.

Как измерить характеристики неизвестного магнита?

Расчет магнитного поля в железе генератора.

Расчет бандажа для постоянных магнитов

Электрогенераторы ВИНДЭК для ветряков и микро ГЭС

Электрические характеристики велосипедного генератора

Электрические характеристики генератора Г303В

Определение внутреннего сопротивлениия генератора

Устройство автомобильных генераторов

Книги и ссылки

Авторское право

Карта сайта

__________

 

 

 


>>Ветроэнергетика

Ерохин Владимир Викторович - математик из Тореза
Уникальное открытие. Ерохин В.В. из Тореза нашёл продольную силу в магнетизме Подробнее

Оригинал статьи на немецком языке

Трехлопастной вращающийся  ветряк

 

Быть или не быть?
Думать или не думать?
Вы встретите здесь и эти вопросы

 


   Точно также, как кто-то клянется на 6 цилиндровом моторе, а на всех 4-цилиндровых водителей посматривает свысока, при проектировании ветряков встречаются в разной степени конструкторско-философские преференции, которые опираются преимущественно на опыт и собственные конструкторские убеждения, но не всегда выражают чисто теоретически выводимые соотношения. Это обстоятельство объясняет, почему лекция с заголовком "Конструирование", часто просто не имеет никакого отношения к заявленой теме.

   Ульрих Хюттер, ветропатриарх современности, замечательный конструктор, говорил всегда о "Зеленой шляпе" конструктора. Он поговаривал: "Если женщина хочет иметь зеленую шляпу, то она получает ее, именно такую и никакую другую". При помощи этого высказывания Хюттер объяснял студентам про особенности некоторых установок и сильное влияние личных пристрастий конструктора.




Философия конструирования ветроустановок



   Для дизайнера или конструктора установок, использующих ветровую энергию, не существует однозначных ответов, тем более единственного решения. Как и во всех областях техники, сначала должны быть выяснены пограничные условия или выдвинуты прогнозируемые преимущества. Какой вид энергии, например, необходим? Планируется ли производство электрической энергии, или достаточно механической энергиии (вал отбора мощности) для вращения водяного насоса? Для названных 2 видов энергии применяются 2 различных типа установок. Для водяного насоса нет лучшей установки, чем многолопастный ветряк "western mill". Если, однако, речь идет о высококачественной электроэнергии, то в повестке дня может стоять только быстроход с высшей аэродинамическим качеством лопастей. Не все золото, что блестит. Другими словами говоря, не все то, что вращается, является установкой, эффективно использующей ветер.

   Виды установок:
Классификация всех возможных установок непроста, однако легко осуществляется при использовании трех критериев:

   - Положение оси вращения (горизонтально/вертикально),
   - Вид силы,
возникающей под действием набегающего потока (Подъемная сила/Напор)
   - Быстроходность (Z=Окружная скорость/Скорость ветра) т.е. Тихоходные/Быстроходные установки
(В иностранной литературе принято быстроходность обозначать буквой лямбда, в русской - буквой Z)
Картинки представляют типы всех вообразимых устройств, использующих энергию ветра.


Вертоустановки движимые подъемной силой

Вертикальная ось Дарье

Напорные установки Савониус



   
   Здесь, в этой статье будем рассматривать только быстроходные пропеллерные турбины с горизонтальной осью вращения.



Замечания в форме словарных статей



   Количество лопастей пропеллера:

   Конструктор принимает решение, какое количество лопастей будет в ветряке. Теория говорит, что каждая новая лопасть добавляет больше мощности, но не пропорционально, т.е. двухлопастной пропеллер по сравнению с однолопастным пропеллером ни в коем случае не даст удвоение мощности.

   Кроме того, надо обращать внимание на нюансы коэффициента быстроходности. При высокой быстроходности влияние трения становится все больше. Наибольшую мощность достигают увеличением аэродинмического качества профиля К, а не увеличением числа лопастей (см. следующую диаграмму)

КИЭВ  в зависимости от быстроходности и числа лопастей



   При малом коэффициенте быстроходности, как например, в многолопастных ветряках, каждая дополнительная простая лопасть из железа приносит заметный скачек роста мощности. Много лопастей дают тихоходу также высокий стартовый момент, что особенно желательно для водяных насосов. Быстроходный пропеллер с несколькими лопастями имеет проблемы при старте, вследствие незначительного стартового момента. В этом случае качество страгивания можно улучшить принудительной системой поворота лопастей.

   Однолопастной ветряк (природа все же симметрична!) не дает экономии одной лопасти. Требуется противовес (материал, масса). Кроме того следом подсоединенные узлы (подшипник, редуктор, электромашина) испытывают несимметричную нагрузку при каждом обороте. Увеличение количества лопастей дает наряду с повышением мощности сравнительное смягчение работы. Спокойнее ездить все-таки на 12 - цилиндровом моторе, чем на 6 - цилиндровом!

   Правда стоимость ротора составляет порядка 40% всей системы, поэтому при больших размерах установки возникает вопрос о рациональности применения 2 или 3 лопастей.


   Рекомендация:
   Установки диаметром до 60 метров имеют 3 лопасти, свыше 60 метров в диаметре 2 лопасти.


   Положение ротора:

   Подветренное положение ротора, или положение за башней обеспечивает устойчиво стабильное положение. Если ротор находится перед башней, в наветренном положении, то такая позиция неустойчива. (Конечно ротор в наветренном положении вращается в невозмущенном потоке.) Если бы пропеллер мог свободно вращаться вокруг вертикальной оси, то он бы пропутешествовал на подветренную сторону при малейшем возмущении, он хочет плавать вместе с потоком.

   У всех машин с горизонтальной осью должно иметься устройство установки по направлению ветра, независимо от того, с какой стороны мачты вращается ротор, также должно быть предусмотрено демпфирование слежения за ветром, чтобы ротор поворачивался бы только при длительных изменениях направления ветра. На свободу выбора конструктора, с какой стороны мачты расположен ротор, будет оказывать влияние запланированная форма мачты. Самая дешевая мачта или башня - это решетчатая мачта. Однако эта мачта при подветренной позиции ротора является абсолюной убийцей потока. Лопасть, проходящая через тень башни, освобождается от всех сил ветра и тем самым подвергается ненормальной разгрузке. Это крайне вредно для долговечности. Мачта, сделанная из трубы, едва ли имеет проблемы с тенью, еще меньше проблем будет в сегодняшних свобднонесущих трубчатых конструкциях. Эти мачты хотя и дороги, но они приятны глазу, и соблюдают эстетические условия.

   Рекомендация:
   Для установок с горизонтальной осью ротору лучше вращаться пред башней в невозмущенном потоке.


   Быстроходность:

   Теория гласит, чем выше быстроходность, тем выше мощность установки. Однако этот теоретический вывод ведет к более узким лопастям. При высокой окружной скорости нет необходимости в большой хорде профиля для создания необходимой силы. Однако этот вывод ведет к статическим и динамическим проблемам. Узкие лопасти будут также и тонкими. Несушее поперечное сечение станет слишком маленьким, фактически уже не остается материала для обеспечения необходимой жесткости. Стройные лопасти склонны к изгибу и работают в установке, как длинные кнуты. Такая убегающая от аэродинмики лопасть не может быть построена даже с использованием самого лучшего углепластика.

   Конструктор должен искать и находить компромисс.

   Современные коэффициенты быстроходности лежат в диапазоне от 6 до 12. Конструктор сам выбирает исходную величину. Он утверждает номинальное число оборотов для номинальной мощности. Причем он держит в поле зрения всю цепочку передачи энергии ротор/редуктор/генератор, и их обороты. Окружная скорость кончика лопасти не должна по возможности превосходить 100 м/с. При данном диаметре установки и выбранном параметре быстроходности можно высчитать номинальное число оборотов.

   Для получения стабильного переменного тока (50 Гц в Германии, 60 Гц в США) необходимо будет применять генератор с числом оборотов 1500 об/мин. Из этого можно найти передаточное отношение мультипликатора.

   Вторым значением, определяющим быстроходность, является скорость ветра в точке установки ветряка. Это значение тоже должен установить конструктор. Можно исходить из самой частой в месте установки скорости, или среднегодовой, или максимальной или минимальной скорости. Это предоставлено конструктору и вытекает из исповедуемой им философии конструирования. Конечно при этом берут во внимание добавку скорости ветра при увеличении высоты над поверхностью земли в зависимости от класса шероховатости местности. Очень важно при этом описание территории вокруг меса установки. Выбор номинальной скорости ветра отразится также в годовой выработке энергии. Это зависит также от распределения частот скоростей ветра в этой местности. Частоту распределения можно получить математически без измерений на местности. Для этого нужны константы, описывающие местность. Годовая выработка энергии зависит также от выбора установленной мощности.

   Вывод:
    Конструктор должен выбрать быстроходноость в пределах 6 - 8 для установки с горизонтальной осью вращения с 2 или 3 лопастями .



   Установленная мощность:
   Ветровая энергия представляет собой тонкую окружающую материю. Это означает, как и при использовании солнечной энергии, что для получения больших мощностей необходимы большие площади (диаметры) установок. Это дает в итоге большие диаметры сооружений (70 метров и более) для установок в мегаваттной области.

   Один из конструктивных параметров - удельная мощность, или установленная мощность приходящаяся на ометаемую лопастями окружность. При этом конструктор должен решить каков будет характер ожидаемой и получаемой мощности. Хочет ли потребитель в течение всего года по возможности получать постоянный уровень мощности (смотри диаграмму), или подключенная к сети установка должна "укрощать" все скорости ветра до самых больших величин? Это означало бы, что установка оптимизируется для получения максимального энергодохода. Если хотят иметь постоянный уровень получаемой энергии, то выбирают низкую удельную мощность. Рекомендуется несколько десяток ватт на квадратный метр ометаемой площади.

   Например небольшая ветроустановка 100 м2 ометаемой площади, или 11,28 м в диаметре, может быть оснащена генератором 3,5,8 или 10 кВт. Удельная мощность составит тогда 30,50,80 или 100 Вт/ м2. Такая низкая нагрузка ведет к продолжительному периоду постоянной мощности.

   Если на установку той же величины установить генератор 50 кВт, то удельная мощность составит 500 Вт/ м2. Лопасти, подшипники, башня, и.т.д. могут без особых проблем воспринять и эту мощность, разумеется при другом сроке службы. Число часов в году с максимальной мощностью незначительно по отношению к количеству часов с маленькой нагрузкой машины. Количество часов простоя будет больше, т.к. более мощные установки нуждаются в более сильном ветре для начала работы.

мощность получаемая от ветряка


   Исскуство оптимизации лежит в том, чтобы найти такую удельную мощность, которая дает самый экономичный энергодоход, а именно, площадь под кривой диаграммы время/мощность. Стремятся достигнуть большой площади под диаграммой в том случае, когда цель состоит в получении возможно большего количества энергии. При этом учитывают пики энергодобычи в определенные периоды года и небольшую мощность в течение продолжительных периодов.

   Опытные конструкторы ветроустановок рекомендуют:
- маловетренные области w = 30 до 60 Вт/ м2, max. 100 Вт/ м2
- ветрообильные области w = 100 до 300 Вт/ м2, max. 500 Вт/ м2
   Верхние значения выбираются при высоких башнях, сосответственно при большой высоте осей ветряков.

   Если конструктор задался определенной удельной мощностью, например w = 100 Вт/ м2, и хочет получить определенную мощность в соответствии с номинальой скоростью ветра и достижимой для строящегося ветряка КИЭВ, то он может подсчитать размеры установки.

   Пример:
   Исходные данные:
Vном.= 11.5 m/s, ¶= 400 Вт/ м2, возможный КИЭВ СP=0.45,
требуемая мощность порядка 500 кВт
Расчет дает:
Pном.=507,7 кВт при диаметре ротора 40 м, с ометаемой площадью
Sом. = 1256,64 м2 и удельной мощностью 403,8 Вт/ м2.

   Приведенные величины конечно же не являются независимыми друг от друга, Существует формула мощности.


P = Сp · ρ/2 · V3ном.· Sом.


   Выбор профиля:

   В основном роторы должны применяться быстроходные, иначе говоря, в роторе с небольшим количеством лопастей берут лопасти с возможно более хорошей аэродинамикой. Для этого выбирают профили с возможно большим аэродинамическим качеством К (отношением Cy/Cx), т.е. с наибольшой подъемной силой и незначительным сопротивлением.

   Рекомендуется использовать ламинаризированные профили. Эти профили отличаются изгибом внутрь профиля на нижней поверхности.

   Конструктор должен принимать решение о выборе профиля, учитывая в том числе и осуществимость изготовления. Профили, изготавливаемые из древесины должны иметь плоскую нижнюю поверхность, то же относится к листовому металлу, например, мах из трубы с нанизанным на него жестяными неврюрами и жестяной обшивкой. Для этих двух технологий практически неосуществимо выполнить вогнутую нижнюю поверхность. Эти технологии вызовут некоторое уменьшение возможно достижимого КИЭВ.

   Если же планируют серийное производство высококачественных лопастей из волокнистых материалов, связанных искусственными смолами (стекловолокно/углеволокно/арамид) и проходят при этом недешевый путь через шаблон, негативные полуформы, и отливки заготовок в формах, которая (отливка) стоит не много, то применяют лучшие аэродинамические профили.

   Рекомендация:
   Для быстроходных ветряков необходимо применять высококачественные профили, и в особенности рекомендуется ламинарные профили(например, FX 63-127 или NACA 642-415).
При ограниченных возможностях по технологии изготовления лопастей, подойдут профили с прямой нижней поверхностью (например NACA 4415 или Clark Y)




doerner@ifb.uni-stuttgart.de От 7 Марта 1997

   Математики подобны французам. Всякий раз, когда Вы им что-то говорите, они переводят это на собственный язык и это "что-то" становится неузнаваемым.

Гёте.

 

Украина

Минск - это не договор, а акт о капитуляции

Какая идеология склеит Украину

Безвиз, Киевская Русь и украинский этнос

Украина не станет аграрной державой. Чипореволюция.

Как выдать пенсии пенсионерам на Донбассе?

Мифы украинской энергореформы

Тревожное будущее с/х Украины

Дефицит бюджета Украины 35 - 74 %

Импотентность украинского государства и общества

Как утеплить жилище? 87 предложений

Аккумулирование

Аккумулирование и локальные энергосети

Электроэнергия из теплоаккумулятора

Газовые аккумуляторы

Энергия смешивания воздуха с водой

Энергия из воздуха: список ссылок и патентов"

Моя модель энергетической башни (видео)

Дождливые башни - не всё так страшно

Дождливая башня превращается в ледянящую

Электричество из тепла

Правда жизни: без топлива - никак

Промышленно выпускавшиеся двигатели Стирлинга

Двигатель стирлинга мощностью 44 вт

Моя программа расчёта Стирлинга

Книга Уолкера по двигателям Стирлинга

Расчёт криокулера с циклом Стирлинга (djvu)

Модельный Стирлинг из пробирки

Ищем активные сообщества по Стирлингам

Как сделать маленькую паровую машину, 1913 год

Как сделать мощную паровую машину, 1913 год

Мощные промышленные паровые машины Spilling, pdf

Термоэлектричество

Теория вихревых турбомашин, tif

Сайт Дубинина В.С.

ДВС

Вода в бензине - из истории вопроса

Взрыв пыли - к вопросу о твёрдотопливном ДВС

Проектируем свой Стирлинг

Заглавная страница проекта Стирлинга

Про уплотнения из графита

Отчёт о состоянии проекта – июнь 2015

Техническая концепия системы

Экономическая концепия проекта

Водород в двигателе Стирлинга

Журнал изменений проекта

Ищем активные сообщества по Стирлингам

Моя программа расчёта Стирлинга

Самодельные топливные элементы

Топливные элементы с прямым окислением угля (DCFC)

Оригинальная статья автора изобретения (1896 год) в Русском переводе

Опыты фирмы SARA

Обзор зарубежных публикаций

Мои опыты по DCFC в 2005 г.

Состояние работ на сентябрь 2010 года

Лабораторная работа N1 (Open Office)

Дневники некоторых опытов

Методичка по изготовлению уголька(Open Office)

Программы для управления экспериментом

Программирование

Программы для опытов по DCFC/УТЭ

Введение в Common Lisp для профессионалов Delphi/SQL

Мой старый .emacs (utf-8)

Примеры метапрограммирования в программе Mathematica

__________


К началу страницы