1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (811225), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Электрическая мощность, вырабатываемая устройстном, определялась его местоположением, н поэтому записывались значения давления для соответствующей пространственной позиции. Так как практически создание для экспериментальных исследо- наний малоразмерных диффузорных модслсй семейства нетроколес было неосуществимо, использование энергии ветроколесами моделировалось сетками, рассеивающими энергию в сечениях, где располагались ветроколеса. Характеристики ветроколес моделировались путем изменения нагрузки на сетку.
Мощность, снимаемая с единицы площади, пропорциональна падению полного давления и местной скорости потока. Коэффициент усиления к мог быть определен на основе измерений нагрузки на диск и отношения местной скорости к скорости набегающего потока. Повторные измерения осевого потока при различных радиальных позициях показали, что и увеличивается с ростом радиального расстояния от оси.
Полный коэффициент усиления диффузора х определялся как среднее взвегненное для поперечного сечения сетки — имитатора ветроколеса. 4.2.3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ МОДЕЛЕЙ Результаты испытаний были направлены на определение коэффициента усиления Для этого были проведены многочисленные измерения распределений давления, полученных на большом чис. ле моделей диффузоров при изменении коэффициента нагрузки диска от 0,3 до 1,1.
Максимальное значение к, равное 1,9, получено на модели с полууглом раскрытия О, равным 30', при оптимальном коэффициенте нагрузки диска с, около 0,63 с с использованием системы УП (рис... д С ( ис. 4.12). У диффузора с кольцевым крылом наблювеличение х с ростом нагрузки на диск. Хотя при испытазо а с п офилем крыла с з к с на иск, пол ченное значение встречалась оптимальная нагрузка на диск, п лу ния коэ ициента нах= = 1,6 показывает, что максимальные зна ке . фф грузки составляли 1,1. Для диффузора с УПС максимальному значению х соответствуего потока, ет отношение м , естной скорости к скорости набегающег ошсние анно 1,27.
Для схемы с кольцевым крылом это отношс р равное, . ля схе ка, набегающе- 0,9 п и х=!,6. В том и другом случае скорость потока, на при х=, . го на ветроколесо при наличии х О днффузора, выше теоретической ра для обычного ветроколеса, равной 0,67, при оптимальном коэф- 87 фициенте нагрузки на диск, рав(а,дк' ным 2,0. Для диффузора с УПС >,4 'у,р 0З др Дз ЮЗ Ю7 Да ЮУ (Д Ст Рнс. 4.12.
Результаты испытаний моделей двух коротких днффузоров: з — а ффззор с з'ис, В зеч л ь' щ=:С,а; т — лиффузор с кольцевым крылом с закрылком (профиль НАСзмм21. д чаях когда такое сравнение возможно, оптимальные характеристики, полученные на основе одномерной тс р мести ю нагрузку на диск, равную 0,65. Эта величина может быть по ° итана также на основе измеренного коэффициента давления в выходном сечении, уменьшенного до 0,57, и относительной и дуНизкое давление в выходном сечении, которое всегда измеряется при испытани х пы ниях ВДУ, имеет настолько большое значение для характеристик и ВДУ, что возникает необходимость в объяснении его происхождеп ож опия.
Вначале это явление связывалось с интснсивле а. О пако ным раз т звитием пограничного слоя по периферии следа. д н тони последние анап т ч аналитические исследования, основанные а те р лн объясо к ылового профиля, показали, что явление вполне о ъясняется невязкими процессами. Этот факт создаст у р' том, что низкие давления будут сохраняться у диффузоров с натурными размерами при больших числах Рейнольдса. 4ДЬ4. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Экономический анализ и определение сравнительных экономических показателей ВДУ и обычной ВЭУ требуют, чтобы как можно большее число конкурентоспособных вариантов каждой из схем альными словияб о сопоставлено и оценено в соответствии с реа, у, ыл ми и требованиями. Был проведен объективный анализ с ц елью 140 сравнения капитальных затрат на единицу мощности ВДУ и оптимального ветродвигателя обычного типа.
Анализ предусматривал оценку тенденций изменения затрат на выпуск определенного количества ветродвигателей (около 100 в год), а также коротких диффузоров, используемых в качестве усилителей. Данные по стоимости ветроколес были разработаны двумя различными подрядчиками по контракту с научно-исследовательским центром (.еДС ВАВА. Оценка стоимости днффузора была дана фирмой на основе метода конечных элементов для исходной конструкции полноразмерного диффузора (степень расширения 2,78, отношение его длины к диаметру ветроколеса равно 0,5; 8=30', х=!,89).
Для облегчения сравнения двух систем полная стоимость только диффузора и элементов ветроколеса была отнесена к ометаемой им площади. Для этих исходных данных теперь в основном ясны две характеристики: оценка стоимости ветродвигателя, в особенности для установок малых и средних Размеров, для существующего уровня развития техники; типовая 17-образная кривая средней стоимости, показывающая степень экономичности конструкции при диаметре около 25 м и резкое увеличение стоимости вследствие того, что ветроколесо большего диаметра имеет более сложную конструкцию и для него необходимы более дорогостоящие материалы, рассчитанные на возрастающие аэродинамические и другие нагрузки. В настоящее время представляется спорной возможность надежной работы ветроколес диаметром более 65 м. Наиоолсе очевидное преимущество ВДУ состоит в том, что он открывает возможность использования обычного ветроколеса в тех случаях, когда требуемая мощность установки превышает максимально возможную для оптимальной ВЭУ.
ВДУ молсет развивать значительно большую могцность без дополнительных затрат на приооретение земельного участка, подключение к сети, обслуживающий персонал, а также других затрат на ВЭУ, связанных с ограничениями по занимаемой ими территории. Преимущества применения ВДУ заключаются также в снижении стоимости башни, устранении влияния следа за башней, снижении касательных напряжений потока и упрощении проблемы ориентации по направлению ветра. Применение ВДУ повышает коэффициент годовой выработки. Она более успешно использует годовой спектр энергии ветра потому, что ускорение потока на входе меньше минимальной скорости ветра, соответствующей началу работы ветроколеса при данных его размерах и частоте вращения.
Кроме того, с помощью диффузора можно повысить максимальную скорость остановки ветроколеса в зоне больших скоростей ветра благодаря свойственной ему способности преобразования потока цри введении интерцепторов или поворотного направляющего апиарата. 141 ВДУ и ВЭУ обычного типа можно сравнивать между собой различным путем в зависимости от условии их применения. С'целью иллюстрации их различий и для сопоставления выбраны два харак ерных случая. две системы при одинаковом диаметре ветроактер колеса и две системы при одной и той же расчетной мощно ти. с Для последнего случая диаметр ветроколеса ВЭУ увеличивается пропорционально квадратному корню из коэффициента усиления и двигателя с диффузорпым устройством.
Отметим, что в настоящее время нереально рассматривать увеличение диаметра ветроколеса ВЭУ более чем до 65 м. гч Я 1;2 'ем /П ьь Ъ ьпп ;и ОБ нч ' Рис. 4.13. Сравнение стоимости энергии, вырабатываемой ВДУ и обычной ВЭУ, при одинаковых диаметрах ветроколеса йм л — ио данным фирмы ОЕ; д — ио данным фирмы Клиееи. г=~ 2 гп гп пп еп Бп Бо и, Рис. 4.14. Сравнение стоимости энергии, вырабатываемой ВДУ диаметром лрд н обычной ВЭУ диаметром 0„, при одинаковой расчетной мошностн: ! — меисииельиее стоимость Вду; г— мииичельиее ссоимость Вдкп а — исисльесиеие теиде1сции иемеиеии» стопмосби йэу фирмы камеи; 4 — исиольлолеие теидеиции иемеиеиии сто имости фирмы ОЕ. 18 й' '(г со Д и 8,8 и "ОБ ьй ЬП гп го Оп БО Бп хп О,м П Ьо го Оо Ро Бо П„,м На рис. 4.13 и 4.14 дано сопоставление стоимости рассматриваемых систем с учетом затрат на элементы ветроколеса и диффузора, ри этом не принимается во внимание различие в стоимости электрического генератора, башни, фундаментов, системы регулра, при и- рован ования, узлов механических и трансмиссионных систем, которые влияют на экономичность систем.
При одинаковом диаметре ветроколеса обеих систем (см. рис. 4.!3) ВДУ имеет зкономические преимущества при малых и очень больших диаметрах В области средних размеров экономические показатели не очень ясны из-за различия в оценках стоимости, данных разными экспертами: для ВДУ стоимость может быть меньше (но не выше 10 о(о) или система будет более дорогостоящей (в пределах до 25 о1о ). Для случая одинаковой расчетной мощности (см.
рис. 4,!4) стоимость ВДУ может быть значительно меньше (примерно на 50 в!э), чем стоимость ВЭУ при диаметре ветроколеса, большем 142 35 м. Прп меньших размерах ветроколес стоимость ВДУ может быть несколько меньше. В графических результатах не учитываются характеристики используемого ветрового потока. С учетом свойственного диффузору изменения скоростей потока па входе среднегодовая выработка ВДУ может быть выше на 5 — 50 о!о в сравнении с выработкой ВЭУ. Поэтому имекэтся реальные экономические преимущества ВДУ, с учетом которых нужно проводить оценку стоимости ветродвигателей. 4.2.5.
НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ Направляющий аппарат — важный элемент ВДУ. Специальное зчсследовапие было направлено на определение возмо>кности использования опорных стоек ветроколеса в диффузоре в качестве поворотного направляющего аппарата.
Он предназначен для получения различного предварительного закручивания потока при постоянных частоте вращения и углах установки лопастей ветроколеса, обеспечивающего его эффективную работу в широком диапазоне изменения скоростей ветра. Для исследования этой схемы применительно к ВДУ была разработана программа расчета, на основе которой проведена оценка нескольких конструкций. Во многих отношениях они оказались достаточно работоспособными, хотя повторные попытки исследования в диапазоне больших значений коэффициента использования энергии ветра показали, что диапа:зон скоростей ветра, в котором регулирование направляющим аппаратом эффективно, очень ограничен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
