Сделай свой Дом Энергонезависимым!

Получи через 3 минуты на свой емейл 5 ПРАКТИЧЕСКИХ УРОКОВ от профессионала и эксперта в теме.

Меню сайта
Наш канал на Youtube:
Присоединяйтесь:
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Абсолютно Бесплатно Получить в Свое Полное Распоряжение  Советы от Профессионала и Практика, Которые Сэкономят Вам не Одну Сотню Долларов! 7 Типичных Ошибок Домашних Умельцев, Которые они Совершают при Выборе Конструкции, Материалов и Генераторов для своих Самодельных Ветроустановок. Чертежи, Фотографии и Схемы Ветрогенераторов. Подарок стоимостью 6$!



 предыдущая

http://energi.ucoz.ru/index/0-9

 

Единицами измерения скорости в СССР являются метр в секунду (м/с) и километр в час (км/ч), за рубежом применяют также миля в час(1 миля/ч = 0,44 м/с). Направление вектора скорости измеряется в граду-сах или румбах и показывает его угловое положение относительно направ-ления (обычно северного), принятого за начало отсчета. Для измерения мгновенной скорости ветра, т.е. пути воздушного пото-ка, пройденного им за промежуток времени, измеряемый секундами или даже долями секунд, пользуются анемометрами различных конструкций. Чем меньше интервал времени усреднения скорости, тем менее инерцион-ным должно быть ветроприемное устройство анемометра. Поэтому для подобных измерений используют специальный класс приборов - мало-инерционные. Усредненную за более длительные промежутки (несколько десятков се-кунд или минут) скорость потока измеряют анемометрами и интегрирую-щими устройствами разнообразных типов, которые имеют также приборы для получения визуальных отсчетов и регистрирующую часть, обеспечи-вающую запись скоростей на ленту. Погрешность измерения скорости анемометром может доходить до 5 --7%, поэтому в тех случаях, когда тре-буется большая точность, например при испытаниях в аэродинамической трубе ветродвигателей и их моделей, используют трубку Пито, соединен-ную с микроманометром. На некоторых метеостанциях наряду с анемо-метром иногда еще используют флюгер Вильда, но он не дает требуемой точности измерений скорости, и практически для получения данных с целью проведения энергетичееких расчетов он непригоден. Мгновенная скорость ветра часто определяет динамическое воздейст-вие воздушного потока на ветродвигатель. Динамические характеристи-ки потока, его порывы влияют на работу автоматических систем регули-рования и ориентации. Количество энергии, которую может выработать ветроагрегат, зависит в первую очередь от усредненной скорости ветра за определенный интервал времени и по всему сечению потока, равному площади поверхности, ометаемой ветроколесом. Именно эта скорость в основном определяет также режимы работы агрегата. Средняя скорость ветра v за выбранный промежуток времени Т = t2--t1 определяется отношением суммы измеренных значений мгновен-ной скорости Vj к числу измерений n: Среднесуточную скорость vсут находят делением на 24 суммы среднеча-совых скоростей v4, а среднегодовую vr -- делением на 365 суммы всех vcyT за год. Средние значения скоростей в рассматриваемом районе, как правило, определяют по данным наблюдений на метеостанциях, а в ряде случаев -- по материалам анеморазведок. В зависимости от категории и класса метеостанции, требований и особенностей объектов, находящихся побли-зости от обслуживающих станций, метеорологические сроки наблюдений за скоростью ветра устанавливаются различные. Чаще всего приняты интервалы в 3, 4 или 6 ч с измерениями в определенное время, но на части метеостанций и специальных объектов ведут непрерывную запись ско-ростей (например, на Московской и других телебашнях, при некоторых аэропортах, в зонах с аномальным ветровым режимом и т.д.) или прово-дят ежечасные наблюдения. Класс открытости метеостанции, степень защищенности (затененности препятствиями) анемометра учитывают при измерениях скорости ветра различных направлений (по румбам). Для классификации станций поль-зуются специальной методикой, предложенной В.Ю. Милевским, которая изложена в литературе по метеорологии. Методика обеспечивает возмож-ность лучшей сопоставимости наблюдений, их репрезентативности для обслуживаемой зоны. На метеостанциях получают и накапливают доста-точно точные для практики сведения о среднепериодных скоростях, ко-торые в сравнении с данными, вычисленными по среднечасовым скорос-тям, дают относительно небольшую погрешность. Надо иметь в виду, что на показания анемометров влияют их расположение, макро- и микро-рельеф местности, класс открытости метеостанции. Это следует учиты-вать при пересчете скоростей для определенной высоты и для каждого конкретного района, где предполагается установка ветроагрегата, даже если он расположен сравнительно недалеко от станции. Средние скорости ветра меняются в различное время суток, разные ме-сяцы и сезоны. Поэтому рассматривают суточный, месячный и сезонный ход скоростей, определяющий общую тенденцию их изменения в ука-занные периоды и оценивающий макроструктуру воздушного потока. Предельные значения скоростей ветра, данные об его интенсивности и микроструктура потока в различных точках его поперечного сечения и продольного вектора за относительно короткие интервалы времени яв-ляются важными режимными характеристиками ветра, используемыми в расчетах на прочность и долговечность агрегатов, при проектировании механизмов привода, систем регулирования и ориентации, схем совмест-ного использования с другими установками и др. Важной характеристикой является вертикальный профиль ветра, т.е. изменения его скорости по высоте в приземном слое. Влияние зем-ной поверхности на скорость и направление ветра уменьшается по мере увеличения высоты. Поэтому скорость обычно возрастает, а порывис-тость и ускорения потока снижаются. Градиент скоростей летом, как правило, меньше, чем зимой, когда вертикальный перепад температур относительно небольшой. При адиабатическом градиенте температуры в нижних слоях атмосферы вертикальный профиль ветра v (К) аппроксими-руется зависимостями вида Важнейшее значение для надежности и долговечности ветроэнергети-ческой установки имеют значения предельных скоростей ветра в зоне. \ Они определяют принимаемые расчетные нормативы при проектировании узлов и конструкций установки на прочность, параметры регуляторов, аэродинамические характеристики лопастей. При определении расчетных значений максимальных скоростей ветра различной вероятности, поль-зуются формулой Л.С. Гандина и Л.Е. Анапольской где F(x) -- вероятность того, что v превзойдет заданное значение х; (1, у - параметры уравнения, зависящие от характеристик зоны и режи-мов ветра; е -- основание натурального логарифма. Для оценки относительной скорости ветра в метеорологической прак-тике используют коэффициент, %, где - -- измеренная в определенный час скорость; v - средняя скорость за выбранный промежуток времени; vmax> vmin -- экстремальные значе-ния скорости ветра за этот период. Линии, соединяющие точки на карте, имеющие равные величины К', называются изоплетами. Энергия Е воздушного потока с поперечным сечением F, Дж: E = mv2/2.  Секундная масса т воздуха, протекающая со скоростью v через это сече-ние, кг/с: m =pFv.  Подставляя E в m, получаем, Дж/с, E = pv3F/2,  где р -- плотность воздуха, равная для нормальных условий 1,23 кг/м3 (при t = 15 °С и р = 101,3 кПа или 760мм рт. ст.). Таким образом, энергия ветра изменяется пропорционально кубу его скорости. Ветроколесо может преобразовать в полезную работу только часть этой энергии, которая оценивается коэффициентом использования энергии ветра ?. Для идеального крыльчатого ветроколеса максимально достижимая величина ?, рассчитанная по классической теории Н.Е. Жу-ковского и теории Г.Х. Сабинина, равна соответственно 0,593 и 0,687. Современные ветродвигатели при работе в номинальном (расчетном) режиме преобразуют в механическую работу не более 45 -- 48% кинетической энергии ветрового потока, что вызвано различными потерями и другими причинами. Кинетическая энергия, которой потен-циально обладает ветровой поток, зависит от скорости ветра v, температуры воздуха t и атмосферного давления р. Удельная мощность (секунд-ная энергия), которая заключена в потоке, имеющем поперечное сечение, равное 1 м2, при t = +15°С и p= 101,3 кПа округленно составляет: Скорость ветра, м/с....... 4 6 8 10 14 18 22 Мощность потока, кВт/м2 ... 0,04 0,13 0,31 0,61 1,67 3,6 6,25 По отношению к этим условиям изменение температуры воздуха от + 15 до 0 °С повышает мощность потока примерно на 6%, а при t = +30 °С энергия, заключенная в потоке, наоборот, снижается на 5%. При постоян-ной температуре воздуха 0°С изменение атмосферного давления, напри-мер, от 103,7 до 97,3 кПа (от 770 до 730 мм рт. ст.) снижает энергию по-тока примерно на 6%.ПРИНЦИПЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРА И РАБОТЫ ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ  Воздушный поток, как и любое движущееся тело, обладает энергией движения, или запасом кинетической энергии. Последняя с помощью ветроколеса или другого рабочего органа преобразуется в механическую энергию. В зависимости от назначения ветроустановки механическая энер-гия с помощью исполнительных механизмов (генератора, компрессора, электролизера и т.д.) может быть преобразована в электрическую, тепло-вую или механическую энергию, а также в энергию сжатого воздуха. Согласно (3.7) -- (3.9) секундная кинетическая энергия Е воздушного потока с площадью поперечного сечения F, имеющего массу т, плот-яость р и скорость v, равна pFv3/2. Замечая, что F - ПR2, и сделав соот-ветствующие подстановки, получим, Н*м/с, . Карусельный ветродвигатель-шторка   Модель карусельного ветродвигателя с поворачивающимися лопастями 1 - вертикальная ось; 2 - горизонтальные планки; 3 - поворачивающиеся лопасти; 4 -ось лопасти Следовательно, секундная энергия, или мощность воздушного потока, пропорциональна его плотности, плошали поперечного сечения и кубу скорости. Часть полной энергии потока, воспринятой ветроколесом, которую вет-родвигатель преобразует в механическую энергию, оценивается коэффи-циентом использования энергии ветра который зависит от типа ветродвигателя и режима его работы. Секундная работа или мощность, Н-м/с, развиваемая ветроколесом, оп-ределяется по формуле Р= pv3F  Так как плотность воздуха очень мала (в 800 раз меньше плотности воды), то для получения относительно больших мощностей приходится применять ветродвигатели со значительной поверхностью ветроколеса. Постоянные изменения скорости v приводят к тому, что мощность, раз-виваемая двигателем, изменяется в очень больших пределах: от нуля во время штиля до величины, в десятки раз превосходящей установленную мощность, на которую рассчитывают ветродвигатель при расчетной ско-рости ветра. Для преобразования кинетической энергии воздушного потока в меха-ническую энергию могут быть использованы ветродвигатели различных типов. Первыми (примерно в XVIII в. до н.э.) появились, по-видимому в Персии и Китае, двигатели с вертикальной осью вращения, как наиболее простые. Они получили название карусельных. Чтобы получить вращаю-щий момент на оси, лопасти, движущиеся навстречу ветру, должны быть прикрыты шторкой (рис. 4.3) или поворачиваться ребром к потоку (рис. 4.4). Для этого они укрепляются на оси с помощью шарниров и на активном участке пути (в зоне А) фиксируются в нужном положении специальными устройствами (упорами). Роторный ветродвигатель Барабанный ветродвигатель Разновидностью двигателей карусельного типа являются роторные двигатели, у которых рабочие поверхности выполнены не плоскими, а криволинейными (рис. 4.5). Поэтому давление на них при движении по направлению действия потока и против него разное, что и обусловлива-ет возникновение вращающего момента. Двигатели с плоскими рабочи-ми поверхностями, вращающимися относительно горизонтальной оси, получили название барабанных (рис. 4.6). Все перечисленные типы двигателей работают в результате наличия разности сил лобового давления, образуемых относительно оси враще-ния. При этом нетрудно показать, что наибольшую мощность двигатель развивает в том случае, когда рабочая плоскость, воспринимающая давле-ние ветра, движется по направлению потока со скоростью, примерно рав-ной 1/3 его скорости. Большинство из указанных типов двигателей имеет весьма простую конструкцию, но тем не менее они не нашли широкого распространения из-за своей тихоходности, громоздкости, малого значе-ния коэффициента использования энергии ветра ij (в лучших условиях он не превышает 0,18), больших трудностей, возникающих при необходи-мости оборудования их системами автоматического регулирования разви-ваемой мощности и частоты вращения. В последние годы в ряде зарубежных стран (США, Канаде, Аргентине, Великобритании и др.) большое внимание привлекли к себе ветродвига-тели с вертикальной осью вращения, предложенные в 30-х годах фран-цузским изобретателем Дарье. Этот ветродвигатель (рис. 4.7) отличает-ся тем, что его ветроприемное устройство -- ротор состоит из двух-четы-рех изогнутых лопастей, имеющих в поперечном сечении аэродинамичес-кий профиль. Лопасти, закрепленные в точках А и Б на оси вращения, изогнуты так, что образуют пространственную конструкцию, вращаю-щуюся под действием подъемной силы, возникающей на лопастях от ветрового потока. Это позволяет повысить величину ? до 0,3--0,32. Пре-имуществами такого ветродвигателя являются его меньший относитель-ный вес на единицу мощности, чем у других типов двигателей с верти- риc. 1.5. Ветродвигатель (ротор) системы Дарье: 1 - лопасти; 2 - вал; 3 - растяжки; 4 - опора; 5 - привод кальной осью вращения, большая быстроходность. Кроме того, в отли-чие от двигателей с горизонтальной осью система Дарье не нуждается в механизме ориентации по направлению ветрового потока. Более совершенными двигателями являются так называемые крыль-чатые ветродвигатели с горизонтальной осью вращения ветроколеса, ра-бочий момент на котором создается за счет аэродинамических сил, воз-никающих на лопастях, которые в простейших конструкциях представ-ляют собой плоскости. В современных агрегатах применяют лопасти, имеющие специальный аэродинамический профиль. Они появились при-мерно в IV--III в. до н. э. в Александрии [321.   Принципиальная схема ветродвигателя крыльчатого типа с горизонтальной осью вращения: / - редуктор; 2 - генератор; 3 - вертикальный вал . Принцип работы ветроколеса: а - подъемная сила крыла Ру; б - план скоростей воздушного потока и сил, действующих на лопасть Такие ветродвигатели более быстроходные, имеют меньшую относительную массу, снабжены устройствами, автоматически регулирующими развиваемую мощность, ограничивающими частоту вращения и ориентирующими ось вращения ветроколеса по направлению вектора скорости потока. Коэф-фициент использования энергии ветра у них примерно в 3 раза выше, чем у двигателей карусельного, роторного и барабанного типов. В большинстве стран производят и применяют только крыльчатые вет-родвигатели. Двигатели других типов изготовляют обычно кустарным пу-тем или производят в очень небольших количествах. Поэтому в дальней-шем мы будем рассматривать только агрегаты и установки с двигателями крыльчатого типа. Основным рабочим органом такого двигателя являет-ся ветроколесо с лопастями, расположенными по радиусам и под некото-рым углом tp к плоскости вращения. Число лопастей может быть различ-ным и зависит от назначения двигателя. При обтекании воздушным пото-ком крыла под ним создается зона повышенного давления, а над ним, напротив, пониженного. Это обусловливает возникновение подъемной силы Pv, которая создает вращающий момент на ветроколесе Электрические зарядные ветроагрегаты, предназначенные для зарядки аккумуляторов с целью освещения жилищ чабанов, полевых станов, юрт оленеводов, палаток и домиков различных экспедиций, а также для пита-ния сигнальных устройств, радиоузлов, приемников и телевизоров, обыч-но имеют мощность 1 кВт и используются в неэлектрифицированных, удаленных от линий электропередачи и малонаселенных районах, где vv > 3,5 м/с. Агрегаты мощностью от 50 Вт до 1,5 кВт применяют также в качестве энергоустановок для питания устройств катодной защиты ма-гистральных нефте- и' газопроводов, морских эстакад, питания автома-тических метеостанций и опреснительных установок индивидуального пользования. Агрегаты снабжены аккумуляторными батареями низкого напряжения (6--24 В), которые работают в буферном режиме. Агрегат АВЭУ-2 (прежняя марка -- АВЭС-0,1) имеет следующие узлы (рис. 5.26): ветроколесо 1 диаметром 2 м, головка 2, хвост 3, стойка 4 и электрический щиток с аккумуляторной батареей. Стойка головки при-креплена к опорному столбу 5 и растяжками 6, на котором укреплен ры-чаг ручного управления, с помощью которого, тормозя вал генератора, останавливают агрегат. Ветроколесо имеет две металлические лопасти, поворачивающиеся в подшипниках втулки, закрепленной- на валу генератора. Центробежный регулятор работает по такому же принципу, как 'и агрегат «Беркут». В зависимости от скорости ветра и величины нагрузки частота вращения изменяется в диапазоне от 300 до 800 об/мин. На стойке, несущей ферму с хвостовым оперением, закреплен генера-тор с возбуждением от постоянных магнитов. В нем расположены трех-фазная неподвижная статорная обмотка и ротор в виде восьмиполюсного постоянного магнита. Они размещены в корпусе из алюминиевого сплава. В зависимости от способа соединения обмоток генератор вырабатывает ток напряжением 26 или 15 В. Генератор соединен с электрическим щитком трехжильным кабелем, пропущенным сквозь трубу стойки, которая может поворачиваться в Скорость ветра, м/с   Показатели ---------------------------------- 4 5 6 7 8 и выше         Мощность, кВт 0,8 1,6 4,5 7,8 12 Qnpи H#Ј=50M- 5,9 11,3 14,1 16 Q при H #2 = 100 м - 4,6 9,7 12 15                       следующая

http://energi.ucoz.ru/index/0-11




Абсолютно Бесплатно Получить в Свое Полное Распоряжение  Советы от Профессионала и Практика, Которые Сэкономят Вам не Одну Сотню Долларов! 7 Типичных Ошибок Домашних Умельцев, Которые они Совершают при Выборе Конструкции, Материалов и Генераторов для своих Самодельных Ветроустановок. Чертежи, Фотографии и Схемы Ветрогенераторов. Подарок стоимостью 6$!



Если страница Вам понравилась - поделитесь ссылкой на нее с Вашими знакомыми в социальных сетях:

Форма входа
Дом Термос Практика
Быстрое снижение теплопотерь в любом доме

Copyright MyCorp © 2017 | Бесплатный конструктор сайтов - uCoz
Не спешите покидать наш сайтЗакрыть