1598005345-121ff4a19eb2c194dd91d68eee15ed06 (Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках. Я.И. Шефтер, И.В. Рождественский, 1957u), страница 2

Мощность, развиваемая вет- родвигателем, изменяется также пропорционально квадрату диаметра ветроколеса, т. е. при увеличении диаметра в 2 раза, мощность пои той же скорости ветра увеличивается в 4 раза. Однако в механическую работу можно превратить только часть энергии потока, протекающего через ветроколесо. Другая часть энергии теряется на трение воздушных частиц и различ- ные потери, так как ветроколесо оказывает сопротнвленуге дви- жению воздушных частиц. Кроме того, значительная часть энер- гии содержится в воздушном пог<же, уже прошедшем через вет- роколесо. Это объясняется тем, что поток за ветроколесом так- же имеет некоторую скорость. В теории крыльчатых ветродвигателей доказывается, что ско- рость потока за ветроколесом не может быть равна нулю н что наилучший режим работы ветродвигателя будет иметь место л том случае, когда скорость непосредственно за ветроколесом со- ставляет г/з от первоначальной скорости потока, набегающего на ветроколесо.

Число, показывающее, какая часть мощности воздушного потока полезно используется ветроксклесом, называется коэффициентом использования энергии ветра и. обозначается греческой буквой $ (кои). Мощность (в лошади- ных силах) ветродвигателя на валу ветроколеса, т. е. без учета потерь в передачах и подшипниках, может быть подсчитана ло формуле: Ы= — — — [л. с.] р. туа.

2 ° 78 (3) Для нормальных условий, т. е. при температуре 15' 1Я идавле- нии 760 мм ртутного столба, мощность можетрассчитываться по о упрощенной формуле; ув . рв . гч' =,838 ' )л. с.) или в киловаттах аг Рис, 2. Аэродинамические характеристики тихоходного 18-лопастного и быстроводного 3-лопастного ветроколес. Пунктирные линии — 18-лопастное аетроколесо, сплошные — 3-лопастное ветооколесо. ' Под идеальным ветродвигателем принято понимать такой двигатель, который имеет наиболее совеашенное ветроколесо, лишенное каких. либо аэродинамических потерь.

10 ув, рва Н = †, о ' (квт) (6) Величина коэффициента использования энергии ветра 1 прежде всего зависит от типа ветродвигателя, формы его крыльев и качества их изготовления, а также от ряда других факторов. Для лучших быстроходных ветродвигателей, имеющих крылья обтекаемого аэродинамического профиля, 1-от 0,42 до 0,46. Это означает, что ветроколеса таких ветродвигателей могут полезно использовать, т, е.

превращать в механическую работу. 42 — 46% энергии, которой обладает ветровой поток, проходящий через ветроколесо. Для тихоходных ветродвигателей значения 1 могут сыть в пределах от 0,27 до 0,33. Максимальное значение теоре1ического коэффициента использования энергии ветра у идеальных' крыльчатых ветродвигателей равно 0,693. Крыльчатые ветроЯвигатели получили преимущественное распространение и только они выпускаются промышленностью. Крыльчатые двигатели делятся на быстроходные (малолопастные), с числом лопастей до 4 и тихоходные (многолопастные), имеющие от 4 до 24 лопастей, а в некоторых случаях и больше. Чем меньше число лопастей, яевэедвнсвввлеа тем при прочих равных хгсловиях ветроколесо имеет большее числоо о бор о то в.

Вот почему малолопастные ветродвигателя называются быстроходными. Быстроходность является одним из серьезных преимуществ этих ветродвигателей, так как делает более простой передачу мощности к таким быстроходным маши1 д нам, как, например,элек- трический генератор.

Кроаг в 1 ме того. быстроходные в ветродвнгатели, как правило, более 'легкие, чем ав аг тихоходные и, как указы- валось выше, имеют бог г в г а г аг:мя лее высокий коэффициент 11 использования энергии ветра. Однако у них имеется и недостаток, заключающийся в том, что их начальный момент трогання, т. е. вращающий момент, развиваемый на неподвижном ветроколесе, при одинаковых диаметрах ветроколес и скорости ветра в несколько раз меньше, чем у тихоходных ветроколес. На рисунке 2 приведены для сравнения аэродинамические характеристики двух одинаковых по диаметру ветроколес, одно из которых имеет 3, а другое — 13 лопастей. По горизонтальной оси на этом графике отложена быстроходностть или число модулей 2 ветроколеса.

Эта величина определяется отношением окружной скорости мге конца лопасти к скорости )г ветра, набегающего иа ветроколесо: ьк Л у (6) По вертикальной оси отложены значения коэффициентов использования энергии ветра и относительных вращающих момен~ов М. Для того чтобы получить величину действительного вращавшего момента, надо м умножить па мгсву ., т. е. в в г (7) М=М ™ 8)кгм) На рисунке 2 видно, что наибольший т(оэффициент использования энергии ветра ветроколасо имеет лишь при определенной быстроходности, т. е. для каждой скорости ветра имеется одно единственное число оборотов, при котором мы получаем максимальный 1. Кроме того, при одинаковой скорости ветра тихоходное ветроколесо имеет в несколько раз больший момент, чем быстроходное и, следовательно, будет начинать работать в случае одинаковой нагрузки при меньших скоростях ветра, что очень важно для эксплуатации, так как возможное число часов работы ветродвигателя увеличивается.

Крыльчатые ветродвигатели рабэтаютза ,";,"э"„""„а а счет аэродинамических сил, возникающих на лопастях ветроколеса, при набеганни на них воздушного потока. Так же, как и на крыльях самолета, на крыльях ветроколеса возникают подъемная сила и сила сопротивления поверхности.

Подъемная сила и создает вращающий момент на ветроколесе. Для того чтобы лучше использовать энергию ветра, т. е. получить ббльшую мощность, крыльям придают обтекаемые, аэродинамические профили, а углы заклинення делают переменными вдоль лопасти (на конце — меньше, а ближе к валу — ббльшие углы). На рисунке 3 дана схема крыльчатого ветроколеса, а рисунок 4 поясняет принцип работы крыла. Крыло ветроколеса состоит из трех основных узлов: лопасти 1 и маха 2, с помощью 11 которого оно скрепляется со ступицей 3. Угол, который составляет лопасть с плоскостью вращения ветроколеса, называется углом заклинения и обозначается буквой ф (фи). Углы, под которыми ветер набегает на элементы лопасти, обозначаются и с е буквой а (альфа) и называются углами атаки.

Если бы ветл 2 роколесо было пер Сг подвижным, то па- )л )й т правление потока, набегающего на ло- / пасть, совпадало бы РУ Р с направлением ветр ра (т. е. по стрелке)с'). Но так как ветроколесо враРис. 3. Схема крыльпатопо ветроколеса; щастеяз ТО Каждмй ! — лопасть, У вЂ” мах, И вЂ” сгупнпа, е — угол закланенеп.

ЭЛЕМЕнт ЛОПаетн имеет определенную окружную скорость ш)с, которая тем больше, чем дальше отстоит элемент от оси ветроколеса. Эта скорость направлена в плоскости вращения ветроколеса (стрелка )т на рис. 4). Таким образом, поток обдувает элементы лопасти с какой-то скоростью, складывающейся нз скоростей Ч и ш)т. Эта скорость получила название относительной скорости потока н обозначается буквой )т' (дубль-вэ). Для каждого элемента лопасти эта скорость имеет свою величину и набегает под разными углами и. А так как наилучший режим работы крыльчатого ветродвигателя будет только при определенных углах атаки, то и приходится углы заклинения ф делать переменными по длине лопастч.

На рисунке 4 подъемная сила обозначена, как этр обычно принято, буквой Ру, а сила сопротивления — Р„. Сила Р, создает лобовое давление на ветроколесо. Важно иметь в виду, что если лопасти выполнены одинакового качества и профиля, то мощность в етр одв нгател я практически очень мало зависит от числа лопастей. Причина этого следующая: мощность ветродвигателя, как и любого другого двигателя, определяется произведением развиваемого двигателем вращающего момента М на угловую скоростью, т. е.

)х) = М ш кгмсссек (8) Момент, развиваемый ветродвигателем, с уменьшением числа лопастей падает, однако примерно в той же пропорции возрастает число оборотов, т. е. угловая скорость. Таким образом, про- 12 изведение М ш остается почти постоянным, мало зависящим от числа лопастей. Кроме ветродвигателей крыльчатого типа, известны карусельные (рис. 5), роторные (рис.

6) и барабанные (рис. 7) ветродвигатели. //илредиес псе 1 йс)емемм Рис, 4. Силы. возникающие иа работагоп)ей лопасти: а) схема деаеганв свл воздушного потока пв элемент лопаатв, б) графвееекое кзображенпе относительного патока. набегающего на племенем лопаетн. Рис. Б, Карусельиый ветродвигатель.

Рис. б. Роториый ветро- двигатель. Первые два типа имеют вертикальную ось вращения, а последний — горизонтальную. В отличие от крыльчатых ветродвигателей, у которых все лопасти работают одновременно, создавая вращающий момент, у карусельных и барабанных ветродвигателей одновременно работает лишь часть лопастей, а именно тех, движение которых совпадает с направлением ветра. Для того чтобы уменьшить сопротивление лопастей, идущих навстречу ветру., их прикрывают ширмой, либо делают изогнутыми (рис. 8).

Вращающий момент на ветроколесах этих типов двигателей возникает за счет разности давлений на лопастях. Ввиду малой эффективности (1 у этих ветродвигателей не превышает значения 0,18) и громоздкости, а также вследствие того, что они очень тихоходны, карусельные, барабанные и роторные двигатели в практике не нашли применения. Рис.