Будівництво гвинтового генератора вітру

Вітерна енергія сьогодні активно розвивається промисловість. Але використання вітрової енергії асоціюється з певними труднощами, зокрема слабким і нестабільним вітровим тиском. Конструкція гвинта розглядається нижче дозволяє збільшити ефективність вітрогенератора.



Сьогодні існує безліч конструкцій гвинтів вітрової турбіни. Цей дизайн є поліпшеною версією цього набору і має більш високу продуктивність в низьких і нестабільних вітрових умовах.
Всі існуючі набори можна розділити на два типи. Перший тип використовує вантажопідйомну силу вітру (пожежна турбіна з горизонтальною віссю обертання), другий тип використовує зусилля тиску потоку (повітрова турбіна з вертикальною віссю обертання). Цей дизайн поєднує в собі можливості використання вітрової енергії.
Давайте подивимося на цей дизайн.



На малюнку вище показано дизайн вітрової турбіни з вертикальною віссю обертання. Леза обертається навколо осі в зворотному напрямку обертання вітрової труби.
Вітрова турбіна повинна бути строго орієнтована на напрямок вітру.
На малюнку нижче зображено дизайн вітрової турбіни (верховий вигляд).



Коли вітрова турбіна працює, леза обертається навколо осі в зворотному напрямку обертання вітрової турбіни так, що під час повороту вітрової турбіни на 360 градусів леза перетвориться на 180 градусів.
Спостереження цієї пропорції обертання, ми в кінцевому підсумку отримуємо, що лезо рухається в напрямку вітру, перпендикулярно потоку вітру. (1)
На момент повороту назад, коли леза рухається проти вітру, вона перетворюється на край потоку і має найменший перетягування. (1)
У проміжному стані леза розташована під кутом до напрямку руху вітру, а сила підйому діє на неї, вектор якого збігається з вектором обертання вітрового генератора. (2,4)
Прийміть ближчий погляд на сили, які діють на лезах вітропроводу.



Ми вважаємо, що вітер обертається зі швидкістю вітру або близькою до неї. Лезо в положенні 1 знаходиться перпендикулярно вітровим потоком і рухається на швидкості вітру, він не виконує ніяких робіт, його ефективність є нульовою. На позиції 2-3, леза, що переміщається в напрямку руху вітру, починає пересуватися перпендикулярно до вітрового потоку і, з урахуванням швидкості обертання вітрової і вітрової швидкості, вхідний потік надходить в край леза, що тече навколо нього, і створює підйомну силу, вектор якого спрямований в напрямку обертання вітрин. Розглянуті стріли, розмір стріл умовно показали збільшення вантажопідйомності вітру. У положенні 4 леза злегка зміщена в напрямку вітру, його основний рух є перпендикулярно потоку, а з урахуванням швидкості обертання вітрової і швидкості вітру, вхідний потік надходить в край леза, що тече навколо нього, і створює підйомну силу, вектор якого спрямований в напрямку обертання вітрин. На позиції 5 лезо переміщається перпендикулярно до потоку, так як це відбувається в вітринах з горизонтальною віссю обертання, а ті ж сили діють на неї, як на них. На позиції 6-7-8 леза рухається не тільки перпендикулярно до потоку, але і починає рухатися до нього. Тому підйомна сила вітру підвищується, але її вектор тепер поступово відхиляється від напрямку обертання вітротурбіни. Виготовлений стрілками. У положенні 9, леза перетворюється на вітровий потік з ребром і переміщається до нього з однаковою швидкістю. Таким чином, підйомник в 2 рази більше, але направляється перпендикулярно напрямку руху вітропроводу. Перейшовши за умовним нульовим, сила підйому змінює напрямок на протилежне, зберігаючи значення. На позиції 10-11-12 леза поступово сповільнюється до потоку і збільшує рух перпендикулярно до нього. Таким чином, вектор ліфта зменшується, але напрямок вектора поступово вирівнюється і починає збігатися з напрямком обертання вітропроводу. Хочу відзначити: позиція леза залишається оптимальним для вхідного потоку, який протікає навколо нього і порушення потоку не відбувається. На позиції 13, леза рухається перпендикулярно до потоку, так як це відбувається в вітрових турбінах з горизонтальною віссю обертання, і вона впливає на однакові сили, як класична вітрова турбіна з горизонтальною віссю обертання. На позиції 14-15-16 леза поступово сповільнює її рух перпендикулярно вітровим потоком і збільшує його рух в напрямку вітру. Підйомна сила вітру поступово зменшується. Вектор ліфта тепер збігається з напрямком обертання вітрової турбіни. Так як швидкість обертання вітрової турбіни дорівнює або ближче до швидкості вітру, ми не можемо отримати користь від сили потоку. Але в статичному положенні, коли припинена вітрова турбіна, здатність конструкції використовувати силу тиску потоку є величезним плюсом. Цей дизайн дає високий початковий поріг з низькою швидкістю вітру, дозволяє відштовхувати структуру до тих пір, поки леза орієнтована відносно вхідного потоку і зловить підйом вітру.

, Україна

Для порівняння розглянемо анемометр чашки. Потік повітря притискає на ліву і праву сторону анемометра однаково, але через те, що з одного боку чашка перетворюється на потік опуклою стороною, а з іншого притиску створюється відмінність тиску на ліву і праву сторону. Структура поворотна. Ця відмінність - 5-10%. У моїй конструкції леза в положенні 1 перевертається площина до потоку, а в положенні 9 - кромка. При цьому влаштування лопаток різниця тиску на ліву і праву половину буде набагато більше, ніж у склянки анемометра. Отже, висновок: початковий поріг конструкції над початковим порігм традиційних вітротурбін з вертикальною віссю обертання, а також з горизонтальною.
Конструкція має недоліки: зокрема, на передній і задній, вітрова турбіна найбільш повністю використовує вантажопідйомну силу вітру, але на фланксах сила підйому вітру, як правило, до нуль або підйомної сили вектора вітру відхиляє від напрямку обертання вітрової турбіни.



Для порівняння розглянемо класичну вітрову турбіну з горизонтальною віссю обертання. Давайте звичайно ділимо ковту поверхню на три ділянки: А, Б, С. У регіоні А леза рухається швидше, ніж швидкість вітру і не виконує будь-яку роботу, але тільки створює нечастотний неприємний шум. У зоні B леза рухається на швидкості вітру і виконує максимальну роботу. У регіоні С леза рухається набагато повільніше, ніж швидкість вітру, що призводить до меншої роботи. У зв'язку з особливостями дизайну, він має великий розмір і вагу на підставі леза, що призводить до надмірної вітрильної і інерції вітрового вітру. З вищезгаданого видно, що леза вітрової плитки з горизонтальною віссю обертання працює фрагментарним. У моїй конструкції леза працюють з цілою поверхнею і, якщо ви пам'ятаєте теорію, набагато ближче до ідеального. Ідеальна вітрова плита має нескінченно довгі і нескінченно тонкі леза.
Давайте розглянемо наш дизайн. На перший погляд, здається, що дизайн вітрової турбіни досить складний, вимагає суворої орієнтації в напрямку вітру, висуває вимоги обертання лопаток з даної пропорції, але це не так.
Розглянемо один з варіантів реалізації дизайну за допомогою зазначених параметрів.

р.

На малюнку вище показано умовну схему одного плеча вітрової турбіни:
1,1 км Вітровий турбінний лезо.
2,2 км Зубний ремінь (на типі термінів поясу) для передачі обертання від редуктора до леза.
3. У Елемент вітрової спрямованості (флюгер, хвіст).
4. У Коробка передач.
5. Умань Передпосівна спрямованість вітротурбіни.
6. Жнівень Вітрово-турбінова база.
7. Про нас Мост, на якому фіксується вітрогенератор.
Вітрова турбіна фіксується на стегні 7 через рухоме з'єднання (покладання) і вільно обертається навколо осі. Необхідне співвідношення обертання і напрямку обертання вітрогенератора і леза здійснюється за допомогою редуктора 4 і передається до леза 1 за допомогою стрічки 2. Коли вітрова турбіна працює, леза обертається навколо своєї осі, в зворотному напрямку обертання вітрового генератора, (моторатор вітру обертається цілодобово, леза обертається проти годинникової стрілки) так, щоб під час обертання вітрової турбіни на 360 градусів, леза вийде на 180 градусів. Напрямок вітрогенератора по відношенню до вітру визначається положенням лопаток, які в свою чергу залежать від орієнтаційної орієнтації вітрогенератора в вітрі 5. Перемикач 5 фіксується на стегні 7 через рухоме з'єднання (покладання) і вільно обертається навколо осі. Позиція редуктора 5 визначається погодою ване 3 (кілька сантехніки), яка жорстко фіксується на шестерні 5 і обертається навколо осі в залежності від напрямку вітру. Таким чином, ми бачимо, що для організації необхідного обертання лопаток, простий механізм редуктора 4 і ремінь 2 достатньо, які досить прості деталі і не можуть збільшити вартість вітротурбіни. Для вітротурбінної орієнтації немає необхідності ввімкнути всю структуру, як вітрогенератор з горизонтальною віссю обертання, досить перетворити редуктор 5, яка погода ване 3 може легко впоратися з, без додаткових витрат енергії.
З невеликим розміром вітрової турбіни і невеликою кількістю лопаток, погода легко справляється з завданням орієнтації вітрової турбіни в напрямку вітру, але при збільшенні розміру вітротурбіни і кількості лопаток на передачу 5 (посередкована орієнтація вітрової турбіни над вітром), буде значним крутним моментом, який буде поворотним 5 при обертанні вітротурбіни. Погода вані буде протидіяти цій силі і повернути передачу на оригінальний стан, оптимальним для правильної орієнтації вітрогенератора в напрямку вітру. В результаті взаємодії цих протилежно спрямованих сил буде гойдалка редуктора 5, яка буде передаватися через редуктор 4, а ремінь 2, до леза 1, що призведе до зайвої вібрації. Для виключення можливості зайвої вібрації необхідно замінити ванну погодою з іншим дизайном.



На малюнку надзвичайно зображений дизайн вітрогенератора, в якому вітроорієнтована система складається з обертального робочого колеса 9, поворотного обсаду 10, а нижній редуктор 11, який передає крутний момент на передачу 5.



Розглянемо принцип роботи даної спрямованості системи. На малюнку вище на лівій схемі зображений крильчатка і екран, який відбиває крильчатку від вітру. У цьому положенні крильчатка знаходиться в стані спокою. При зміні вітрового напрямку екран не закриває крильчатка повністю і нагнітає потік вітру на лопатках робочого колеса, які не закриваються екраном, рухаючи їх. Робоче колесо 9 обертається, передає це обертання через нижній редуктор 11 до редуктора 5, на якому екран 10 фіксується. Екран обертається в тому ж напрямку, як крильчатка, але з заданою декларацією коробки передач і охоплює робоче колесо від вітрового потоку. В результаті зупинки робочого колеса. Коли вітровий напрямок змінюється в іншому напрямку, все відбувається таким же чином, тільки робоче колесо обертається в іншому напрямку і екран, що обертається в напрямку повороту робочого колеса, закриває його. Розмір екрана впливає на чутливість конструкції. Якщо розмір екрана - це чверть окружності, дизайн стає більш чутливим до зміни напрямку вітру.
Використання редуктора дозволяє нам більш чітко зафіксувати положення редуктора 5 і усунути можливі гойдалки і непотрібні вібрації. З іншого боку, менш стійкий до повороту робочого колеса робить структуру більш чутливою до найменших змін в напрямку вітру. Чим більший коефіцієнт зменшення редуктора, тим більше обертальна сила тримає передачу 5 і тим вище чутливість конструкції до змін вітрового напрямку. Але великий коефіцієнт зменшення збільшує час тестування змін в напрямку вітру, що небажано в умовах частих змін в напрямку вітру.
Проведення компромісу між жорсткістю положення редуктора 5, розміром робочого колеса 9 і екраном 10, чутливість структури до змін в напрямку вітру, а час повороту повинен бути встановлений експериментально, враховуючи характеристики операції в конкретних умовах.



Розглянемо дизайн редуктора докладно. На малюнку вище показано: робоче колесо 9, редуктор в секції 11 і передача 5 (попередня орієнтація вітрогенератора). Робоче колесо 9 жорстко фіксується на корпусі редуктора 11 і утворює одне ціле з ним. Вся структура прикріплюється до стегні 7 за допомогою підшипника і обертається вільно навколо сала. Кріплення А жорстко прикріплюється до сіста 7 і не обертається відносно сала. Чотири редуктори B кріпляться до осі C через підшипники і обертаються вільно на цих осі. Ось C жорстко закріплені в редукторі 5. Кріплення 5 кріпиться до сходу 7 через підшипник і обертається вільно навколо сала.
Поворотний робочий стіл передає крутний момент в корпус редуктора 11, який в свою чергу обертається передач B. Передачі B рухаються по шестерню A і передають цей рух через вісь C шестерні 5, що визначає положення вітротурбінних лопаток відносно вітру. Кілька сегментів можна використовувати для збільшення коефіцієнта зменшення редуктора, як показано на малюнку нижче.



Для цього вітрового турбіни можна використовувати електронну систему спрямованості вітру. Для цього потрібно зняти екран і робоче колесо. Електричний мотор встановлюється на місці крильчатки, який регулюється електронним вітровим контуром. Ця схема спрямованості дозволяє дистанційно керувати положенням леза. При необхідності вимикайте вітрову турбіну від вітру, тим самим припинивши її на обслуговування, підключення та відключення обладнання тощо.
На відміну від вітрових турбін з горизонтальною віссю обертання, де надземне обладнання висока над землею, цей вітротурбінний дизайн має нездатну перевагу. Конструкція вітрової турбіни дозволяє легко перенести крутний момент вниз до основи пасти за допомогою валу 12. Це значна перевага, якщо кероване обладнання має велику вагу і розміри і не може бути збільшена вище землі.
Вітрова турбіна використовує підйомник вітру в якості рушійної сили, але реалізує це за допомогою різної траєкторії лопаток, у порівнянні з класичною вітротурбіною з горизонтальною віссю обертання. Структура може скористатися силою тиску потоку тільки на старті, що дає їй високий початковий поріг. Конструкція не буде обертати швидше, ніж швидкість вітру, а леза перпендикулярна до потоку не гальмує обертання. Давайте розглянемо, як працює вітер.
Якщо структура обертається з швидкістю вітру, його леза розташовані на вхідний потік строго паралельно, потік потікає навколо леза рівномірно по обидва боки і ліфт не відбувається. Якщо обертання вітрової турбіни відстає за швидкістю вітру за певним кутом, то вхідний потік пресує на лезі з позитивним кутом атаки і створює вантажопідйомну силу вітру. Вітрова турбіна повинна доходити до швидкості вітру, але чим ближче швидкість вітру до швидкості вітру, тим менший кут атаки вхідного потоку, а отже, підйомник. Якщо ми навантажуємо вітрову турбіну, намагаючись сповільнити її, кут атаки збільшиться, а отже, підйомник вітру збільшиться. Швидкість вітрової турбіни не впаде, але крутний момент збільшить багато разів. Сама вітрова турбіна регулює кут обертання лопаток в залежності від швидкості вітру і потужності знімається. Якщо ви малюємо аналогії, класична вітрова турбіна з горизонтальною віссю обертання повинна мати можливість змінити кут повороту і варення леза в залежності від швидкості вітру в кожен раз. Ці леза дуже важко зробити.
Якщо порівняти дизайн з простою горизонтальною вітротурбіною, то це звичайно набагато складніше. Але це необхідний ускладнення дизайну, щоб адаптувати його до наших умов експлуатації. Я жити в Краснодарі. Середня щорічна вітрова навантаження становить 6 м / с, різниця швидкості від повного спокійного до ураганських густ з частими змінами вітрового напрямку. І такі умови майже по всій Росії. У таких умовах класична вітрова турбіна з горизонтальною віссю обертання не буде ефективно працювати. Необхідно ускладнити дизайн, зробити поворотні леза, поліпшити систему спрямованості вітру (для уникнення гойдалки). Саме тому ми повинні ускладнити дизайн для збільшення його ефективності. Якщо вітрова турбіна може легко впоратися з завданням регулювання кута атаки в залежності від навантаження, що знімається і швидкості вітру, то з класичною горизонтальною вітротурбіною все не так просто. Робимо поворотні леза, ми будемо змушені відмовитися від кутів джемінгу леза, тобто нам доведеться зробити лезо прямо, і це погіршить аеродинаміку гвинта. Повертаючи всю вітрову турбіну з генератором набагато складніше, ніж поворот шестерні 5 в моїй конструкції (постановка шестерні вітротурбіни).
Основна перевага мого дизайну над класичною горизонтальною вітротурбіною є великим крутним моментом на швидкості лопаток зі швидкістю вітру. Високий початковий поріг. Легка спрямованість в напрямку вітру.
Класична горизонтальна вітрова турбіна має дуже високу швидкість (може досягати 300 vol. другого), але варто застосувати навантаження до неї, так як швидкість обертання різко знижується.
Як зробити чисельні порівняння отриманої потужності, я не знаю, якщо ви можете - розкажіть мені.
Вітрова турбіна повинна розглядатися як комплекс: гвинт плюс навантаження, що шнек тягнеться. І відповідає гвинту з навантаженням дуже важлива точка. Розглянемо класичний вітрогенератор з горизонтальною віссю обертання. При виборі потужності швидкість обертання починається падіння, але потужність збільшується до певного значення. Ми продовжуємо збільшити вибір, а потім і як потужність, так і оборот. Завдання контролера, що регулює виведення живлення, полягає в тому, щоб зберегти постійно максимальні значення, щоб баланс на пікі. Якщо гвинт має поворотні леза, то в залежності від швидкості обертання леза змінюється кут атаки для підвищення ефективності вітротурбіни. Всі ці налаштування приблизні, ми точно не знаємо, чому оборот знизився. Швидкість вітру змінилася, вітер перевантажився з виділенням електроенергії або деякими іншими причинами. Потім не забувайте, що кути джемінгу леза розраховані на певну швидкість вітру, а гвинт може дати максимум тільки якщо вітер відповідає параметрам гвинта. І зробивши поворотні леза, ми в цілому змушені відмовитися від кутів джемінгу, що значно погіршує аеродинаміку гвинта. Теоретична КЄВ ідеального гвинта з горизонтальною віссю обертання Н.Є. Жуковського 0.593 Г.Г. Сабінін 0,683, при цьому реальний гвинт, що має практичну КЄВ 0,4, вважається відмінним результатом. Жорстке кажучи, практичне КІВ є двома третинами теорії. Це не так, що теорія погана, просто неможливо зробити леза, яка змінить кути джемінгу і кут атаки в залежності від швидкості вітру. Не зрозуміло, як відрегулювати кут атаки леза в залежності від потужності, знятого (не впало потужність, необхідно збільшити кут атаки або просто змінити швидкість потоку). Таким чином, всі горизонтальні гвинти працюють з середніми параметрами, кути джемінгу розраховуються за середньою швидкістю вітру, кути атаки леза в залежності від швидкості обертання, не враховуючи знімне навантаження і т.д.
З моїм дизайном по-різному турбіна регулює кут обертання леза в залежності від швидкості вітру і відпрацьованої потужності. Якщо перевантажити вітрову турбіну, кут атаки стане занадто великим, буде виникне порушення потоку від леза і швидкості вітру знизиться на швидкості вітру. Це чітка межа, ми можемо навантажити вітрову турбіну до тих пір, поки її швидкість обертання дорівнює швидкості вітру. Сам вітром регулює кут обертання лопаток в залежності від швидкості вітру і потужності знімається і дає максимум до тих пір, поки його швидкість обертання дорівнює швидкості вітру.
Швидкість обертання вітрової турбіни ніколи не перевищить швидкість вітру, на відміну від вітрових турбін з горизонтальною віссю обертання, але крутний момент, який здатний виводити багато разів вище, ніж крутний момент вітрової турбіни з горизонтальною віссю обертання. І обертання швидкості вітру має свої переваги. Так з вітром діаметром 2 м довжина її обхвату буде дорівнює 6.28 м. Це, на швидкості вітру 6 м / с, вітрова турбіна зробить близько однієї революції на другий. І з урганським вітером, 25 м / с зробить лише 4 революції на другий. Це невелика швидкість обертання і не екстремально перевантажувати дизайн не буде досвіду, хоча з таким вітром, шифер з дахів вже летить. Не порівнювати з вітровими турбінами, які використовують силу потоку як рушійної сили, так як вони роблять максимальну роботу, коли їх лезо рухається три рази повільніше, ніж швидкість вітру, і мій дизайн, коли лезо рухається на швидкості вітру. Ми можемо самі зателефонувати одержувачу.
Про втрати на часовий механізм, обертання леза. Давайте подивимося ближче. У повній відсутності вітру руки розморожують структуру за плечом, на якій фіксується механізм обертання леза і леза. Ми будемо використовувати деяку енергію, щоб обертати структуру, і деякі з них будуть використовуватися для обертати леза навколо його осі. Але це не те, як працює вітротурбіна. Леза - це деталь управління, леза впливає на підйомну силу вітру. Давайте подивимося на лезо. Леза симетрична до акорду, обидві сторони леза однаково округлі (звідси леза перетворюється на потік одну особа, потім інші). При потоку від закругленого кінця леза потік поламається, утворюючи невисоку площу тиску, яка призведе до вектора вітрового підйому, щоб трохи змінитися назад відносно центру симетрії леза. Коротко, леза, що знаходиться під певним кутом до вхідного потоку, буде, як правило, повертати паралельно до потоку. Тут буде крутний момент. Це якщо прикріпити ручку до валізи не в центрі і перенести на бічну сторону, валіз буде скручувати, валіз не стане важче, просто точка підтримки не збігається з центром тяжіння. Коли леза рухається по передній, відносно вхідного потоку, отриманий ефект скручування збігається з напрямком обертання леза. При отриманому обертанні ефекту протидіяти обертанню леза. Ці сили однакові, але навпаки керуються і повинні балансувати один одного. Але на практиці леза, що рухається вздовж фронту, отримає більше енергії від потоку, ніж леза, що рухається вздовж задньої частини (це як якщо в тіні першого, то деякі енергії потік вже віддали, і його вплив на лезо слабкіше). Таким чином, в результаті додавання цих протилежно спрямованих сил, ми матимемо позитивний залишок, який збігається з напрямком обертання леза. Чим більше лопаток має дизайн, тим більший відтінок ефекту і чим сильніше крутиться момент леза.
В даний час для виробництва промислової електрики використовується класична вітрова турбіна з горизонтальною віссю обертання. Це пов'язано з тим, що вона має високий КИЇВ, простота дизайну. Але ці вітрові плити вимагають розміщення. Вони повинні бути місця з міцним постійним вітром. Є кілька таких місць, в основному узбережжі морів і океанів. Для роботи в інших умовах ми повинні ускладнити дизайн, надаючи йому нові якості. Силентність (для можливості розміщення біля місця проживання), легкість вітрової орієнтації, високий початковий поріг, стійкість до гирликових поривів вітру.
Мій дизайн має всі ці якості. Його ніша на ринку невеликі вітрові турбіни, розміщені на дахах або біля житлових будинків.
Основна ідея даного дизайну полягає в тому, щоб отримати компактну недорогу вітрову турбіну, яка здатна працювати стабільно в слабких і помірних вітрах. Це вітрове навантаження майже по всій Росії. Це відкриває широку площу додатків і величезний ринок продажів для дизайну.



Джерело: Альтернативнергія.ru