1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (811225), страница 33
Текст из файла (страница 33)
сти. По данным 14.241 осевые составляющие скорости в вихре 1га значительно превышают скорость набегающего ветрового потока 14 . Но дополнительно к ним имеются также тангенциальные составляющие скорости в вихре 1г, — величины того же порядка, что и скорость К . Поэтому результирующая абсолютная скорость течения в вихре, т. е, векторная сумма 1г, и 1г„будет значительно больше К . С этим связан эффект концентрации энергии поверхностью, генерирующей вихри: она увеличивает скорость потока в зоне вихря, в которой закрученный поток имеет тенденцию концентрации ветрового потока с малой плотностью кинетической энергии на большой площади в поток па небольшой площади, занимаемой вихрем с большой плотностью кинетической энергии.
Лругойт иллюстрацией этого эффекта могут быть данные, приведенные в [4.251. Опи получены по графику на рнс. 4.22 и показывают линии равных динамических давлений д=рР212, Число, идентичное каждон из горизонталей, соответствует поэтому квадрату отношения местной 149 У, Уг Ул Нп про Н« ение Вращения а йрощения (ап мвв 150 151 результирующей скорости к скорости ветра. Это является нагляд ной иллюстрацией того, каким прекрасным концентратором эиер гни ветра может быть вихревая система.
Характер влияния вихревого поля, которое выбирается дл работы ротора, виден на рис. 4.20. Если ротор вращается в направ ленин, обратном вихрю, то результирующая скорость большая Другими словами, ротор должен быть спроектирован для вращения в том направлении, что и вихрь, чтобы получить наименьшую результирующую скорость ротора при той же частоте вращения Рнс. 4.20.
Треугольники скоростей для лопасти ветроколеса в поле скоросте вихря. С ледует выбирать способ, наиболее соответствующий заданному устройству. Работа ротора при попутном ветре предпочтительпее при большой его быстроходности, так как сила сопротивления, 2 действующая па ротор, пропорциональная )у„при этом существенно снижается. Возмогкную развиваемую мощность н идеальные характеристики ВИК можно определить, используя приведенные ранее дан- ные по полям скоростей. С этой целью Р«В. была разработана и использовалась о l общая программа численного расчета оз характеристик ротора, основанная иа теории изолированного элемента лопасти.
Для получения некоторых данных о возможностях, присущих ВИК, был проведен расчет характеристик ротора, работающего при скорости ветра 7,5 м/с, па различных его радиусах наг Рнс, 4 2!. Заннснмость мошностн Р, раавнвае- с гпв мой идеальным ветроколесом в свободном ветровом потоке, от радиуса «(скорость ветра равна 7,5 м(с): р гп ап ОЯ Вян% ! — ВЕ« ВИК; 2 — С ВИК (Дап«ЫЕ (42411; г — Е' Вик (данные (4.2в)Ь нля трех случаев: работа без ВИК, работа с ВИК при использовании данных [4.24), работа с ВИК при использовании данных [4.25). Результаты расчетов, представленные на рис. 4.2!, показывают, 4(то для заданного радиуса мощность, развиваемая ротором с ВИК в 2 (данные [4.24), большие углы атаки треугольной несущей поверхности) и даже в 7 раз (данные [4.25], большие углы атаки треугольной несущей поверхности) превышает мощность обычной роторной системы в природном ветровом потоке.
Вместо обычной системы с ротором радиусом 24 м та же самая мощность может быть получена при наличии ВИК от ротора радиусом 17 и (для малого угла атаки) или с радиусом 9,8 м (для большого угла атаГки). Поэтому с помощью ВИК можно существенно улучшить характеристики мощности. 4.3.4. ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЩНОСТИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ КОНФИГУРАЦИЙ Исследование было выполнено по крайней мере на десяти вариантах ВИК по программе, включающей свыше 100 испытаний. При испытаниях варьировались многие параметры, было исследовано пять различных роторов и пять генераторов. Измерялись скорость потока и мощность, проводились визуальные наблюдения потока с помощью дыма и шелковинок; многие результаты представлены в виде спектров обтекания. Экспериментальные исследования характеристик лабораторных моделей ВИК проводились в аэродинамической трубе незамкнутого типа института Ро!у1ес)(п!с 1пз(!(ц1е о( !Чету Уогк Легозрасе Еа!>ога1огу имеющей размер рабочей части 1,2Х!,5 м.
Было испы"тано много различных конфигураций, но для краткости ниже описано ограниченное их число. Типовой набор включал следующие модели: без ВИК при расположении роторно-геператорного устройства в свободном потоке; треугольная конфигурация с плоским крылом (правильный треугольник), установленным вертикально, прямая стреловидность со скошенной передней кромкой 75 ', длина 2,18 м при высоте 0,6 м; наклонный усилитель при конфигурации, подобной предыдущей, с дополнительным наклонным центральным телом для дальнейшего повышения интенсивности вихря; усилитель с щитком; конфигурация, подобная треугольной, за исключением вертикально подвешенного за ней троса. Поверхность, поддерживаемая в кормовой части тросом, может бь(ть использована в качестве щитка для получения эффекта изменения кривизны треугольной поверхности, равносильного изменению интенсивности вихря.
В дополнение к этому поверхность щитка может быть использована в качестве элемента, с помощью которого можно управлять изменением угла атаки всей несущей поверхности. На рис. 4.22 представлены результаты серии испытаний ротора с постоянной хордой 0,275 м (крыловой профиль ХАСА63618). Был применен серийно выпускаемый велосипедный генератор, который использовался в сочетании с магазином сопротивлений и осциллографом.
Система с ВИК не только вырабатывает при скорости ветра 6 м/с вдвое или вчетверо большую мощность, чем система без ВИК, но она начинает вращаться и продолжает рабо- 3 зг чг чв зу и ~„,м/ч йвг Рис. 4.22. Зависимость развиваемой моппрости от тз свободного потока длн четырех ветроэиергетических систем по измерениям в незамкнутой аэродинамической трубе: г — удобообтекаемый треугояьннк; г — уснлнтель, использующий дннамнческое даааенне; 3 — уснлктель са щитком; 4 — модель. без ВИК.
/г п,в 4 4. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР Электрогидравлический динамический (ЭГД)-генератор представляет собой устройство для прямого преобразования энергии движущейся укидкости в электрическую энергию, Схема простого ветрового ЭГД-генератора показана на рис. 4.23. Он состоит из механизма для получения зарядов коллоидных частиц, входного электрода, который служит также притягивающим, собирающего электрода, источника питания высокого напряжения и системы управления. К преимуществам ветровых ЭГД-генераторов можно отнест следующее: 1. Мощность развивается при всех скоростях ветра, на которы рассчитана конструкция генератора, и она увеличивается с росто скорости ветра вплоть до максимальных ее значений.
152 и цвг пуг п,гз пгч взп Ч- РП'Рьзрзэ тать под нагрузкой при скоростях ветра гораздо меньших, чем сн, стема без ВИК. В этом проявляется эффект концентрации энергии, и создаются дополнительные условия для использования систем преобразования энергии ветра. Выполнение этой фазы программы показало, что генератор вихрей с плохо обтекаемым телом, который увеличивает мощность' до 1,5 раза, уступает генератору с топким телом, лучшие образцы которого могут обеспечить увеличение развиваемой мощности я 4 раза и больше. Поэтому программой предусматривается дальнейшее исследование ВИК этого типа.
С учетом этих исключительных особенностей вихревых генераторов с тонким телом в аэродинамических трубах были проведены обширные исследования геометрии и характеристик вихрей таких систем. 2, Отсутствуют движущиеся части, за исключением возможных устройств ориентации по направлению ветра, необходимых для равномерной работы в условиях резких порывов ветра и для устранения динамических нагрузок. В связи с этим сводится к минимуму проблема усталостной прочности и по сравнению с обычнымп ветродвигателями упрощается техническое обслуживание и повышается его периодичность, что крайне важно при использовании в 43тдаленных зонах. 3.
Благодаря нулевым силам инерции может быть использована энергия порывов ветра, 4. Вырабатываемая энергия постоянного тока высокого напряжения идеальна для передачи к уда- ~ о р б . р преобразования кинетической энер- "Р У У Р необходимость в подборе генератора. Рис. 4.23. Схема ветрового ЗГД-генератора." Р— снстема зарядки калландных частнд; г— и ,входной прнтягнвающнй электрод; 3 — собирающнй электрод; 4 — нсточняк пнтання высокого напряжсняя;  — система регулнровання с обратной связью; б — нагрузка.
5. Возможны различные формы поперечного сечения, целесообразно использовать установки больших размеров. 6. Полностью электронная система регулирования с обратной связью обеспечивает быструю стабилизацию системы при изменении скорости ветра и условий нагружения. 7.
Возможно сооружение стационарной установки, вырабатывающей полную мощность при различных направлениях ветра; ее целесообразно использовать в прибрежных водах. 8, Может быть использован двумерный диффузор со некруглой формой поперечного сечения. 9, Проектная стоимость конструкции мала, что имеет важнейвцее значение для централизованной выработки энергии. В то же время ветровые ЭГД-генераторы имеют определенные взедостатки, к которым, в частности, относятся: 1.
Необходимость иметь источник коллоидных частиц (например, водяных капелек), причем при их использовании может выТзабатыватьсн озон, окись азота (ГчОл) или азотнаЯ кислота. 2. Возникновение коррозии (эрозии) в результате действия коллоидных частиц; ее можно свести к минимуму при использовании 'коллоидных частиц малых размеров. 3. Трудность обеспечения безопасности из-за наличия высокого напряжения постоянного тока и отсутствие в установках движущихся частей, по которым можно заметить возникновение опащностн. Для широкого применения прп централизованной выработк энергии явно необходимо радикальное упрощение конструкци ветродвигателей.
Ветровой ЭГД-генератор является, вероятно простейшей ВЭУ, которая может быть использована для получения электрической энергин. Хотя в настоящее время и невозможно детально оценить стоимость ветровых ЭГД-генераторов, но по грубым оценкам предполагается, что приемлемой стоимостью будет 75 долл/м' (в ценах 1976 г.). Увеличение размеров ветродвигателей обычного типа ограни чено в настоящее время двумя проблемами: трудностями создани больших лопастей и тем, что частота вращения ветроколеса должна снижаться с увеличением его диаметра, с тем чтобы уменьшить окружную скорость конца лопасти до значений, соответствующих максимуму эффектявности, а это создает трудности в разработке привода быстроходного электрического генератора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
