Systemy nowoczesnych turbin wiatrowych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii

 Komentarze do artykułu

Obecnie istnieje wiele systemów turbin wiatrowych, zarówno o poziomej, jak i pionowej osi obrotu. Różnią się one od siebie nie tylko wyglądem i urządzeniem, ale także możliwościami technicznymi, w zależności od celu, w jakim są wykorzystywane. Ze względu na konstrukcję odbiornika energii wiatru i jego usytuowanie w strumieniu powietrza wyróżnia się kilka układów turbin wiatrowych.

Mówiliśmy już o turbinach wiatrowych typu karuzelowego i bębnowego. Znana jest również tzw. obrotowa turbina wiatrowa (ryc. 23). Jego łopaty obracają się jak karuzela turbiny wiatrowej w płaszczyźnie poziomej i wprawiają w ruch pionowy wał.

Rys.23. Obrotowa turbina wiatrowa

Wiatraki łopatkowe są obecnie szeroko stosowane, z których najstarszym typem są zwykłe wiatraki. Główną częścią każdej łopatkowej turbiny wiatrowej jest koło wiatrowe. Składa się z kilku ostrzy i obraca się pod wpływem wiatru. Za pomocą pary kół zębatych stożkowych zamontowanych na głowicy turbiny wiatrowej (rys. 24) obrót koła jest przekształcany w szybszy ruch pionowego wału lub w ruch posuwisto-zwrotny drążka napędowego.

Rys.24. Schemat łopatkowej turbiny wiatrowej

Aby obrócić głowę i koło wiatrowe w kierunku wiatru, wiatraki mają nośnik, a nowoczesne małe turbiny wiatrowe mają ogon z pionowym upierzeniem na końcu. W dużych turbinach wiatrowych z łopatkami istnieją inne, bardziej złożone mechanizmy automatycznego ustawiania koła wiatrowego pod wiatr. Aby prędkość obrotowa koła wiatrowego nie przekroczyła limitu, istnieje specjalne urządzenie do automatycznej regulacji liczby obrotów.

Zwykle w pobliżu powierzchni ziemi przepływ powietrza z powodu różnych przeszkód jest nierównomierny, osłabiony, dlatego koło wiatrowe jest instalowane na wysokim maszcie lub wieży, nad przeszkodami.

Ze względu na układ kół wiatrowych, nowoczesne turbiny wiatrowe łopatkowe dzielą się na szybkoobrotowe i wolnoobrotowe.

W wolnoobrotowej turbinie wiatrowej koło wiatrowe składa się z dużej liczby łopat (ryc. 25). Porusza się łatwo. Dzięki temu wolnoobrotowa turbina wiatrowa jest wygodna do pracy z pompą tłokową i innymi maszynami, które wymagają dużej siły początkowej podczas rozruchu.

Ryc.25. Nowoczesna wielołopatowa turbina wiatrowa TB-5 o mocy do 2,5 KM

Wolnoobrotowe turbiny wiatrowe są stosowane głównie na obszarach, gdzie średnia prędkość wiatru nie przekracza 4,5 metra na sekundę. Wszystkie mechanizmy wielowarstwowych turbin wiatrowych są z reguły nieco prostsze niż mechanizmy szybkich. Jednak koła wiatrowe wolnoobrotowych turbin wiatrowych są raczej nieporęcznymi konstrukcjami. Przy dużych rozmiarach takich kół trudno jest stworzyć niezbędną stabilność, zwłaszcza przy dużych prędkościach wiatru. Dlatego obecnie wielołopatowe turbiny wiatrowe budowane są ze średnicą koła wiatrowego nie większą niż 8 metrów. Moc takiej turbiny wiatrowej sięga 6 koni mechanicznych. Ta moc wystarcza do dostarczenia wody na powierzchnię ze studni o głębokości do 200 metrów.

Szybkie turbiny wiatrowe mają nie więcej niż cztery skrzydła z opływowym profilem w kole wiatrowym (patrz np. Ryc. 27).

Rys.27. Turbina wiatrowa 1-D-18 o mocy do 30 kilowatów

Dzięki temu dobrze znoszą bardzo silne wiatry. Nawet przy silnym i porywistym wietrze dobrze zaprojektowane mechanizmy kontrolne zapewniają równomierny obrót kół wiatrowych szybkich turbin wiatrowych.

Te pozytywne cechy szybkich turbin wiatrowych pozwalają im pracować przy zmiennym wietrze o dowolnej sile.

Dlatego szybkobieżne turbiny wiatrowe mogą być budowane z bardzo dużymi średnicami kół wiatrowych, sięgającymi pięćdziesięciu lub więcej metrów i rozwijającymi moc kilkuset koni mechanicznych.

Ze względu na wysoką i stabilną jednorodność kół wiatrowych, szybkie turbiny wiatrowe są wykorzystywane do napędzania szerokiej gamy maszyn i generatorów elektrycznych. Nowoczesne szybkie turbiny wiatrowe to maszyny uniwersalne.

Wygodnie jest porównywać turbiny wiatrowe różnych systemów, wprowadzając pojęcie prędkości normalnej. Prędkość ta jest określona przez stosunek prędkości obwodowej na zewnętrznym końcu obracającej się łopaty przy prędkości wiatru 8 metrów na sekundę do prędkości przepływu powietrza.

Łopaty wiatraków karuzelowych, obrotowych i bębnowych podczas pracy poruszają się wzdłuż strumienia powietrza, a prędkość żadnego z ich punktów nigdy nie może być większa od prędkości wiatru. Dlatego normalna prędkość turbin wiatrowych tego typu będzie zawsze mniejsza niż jeden (ponieważ licznik będzie mniejszy niż mianownik).

Koła wiatrowe turbin wiatrowych obracają się w kierunku przeciwnym do kierunku wiatru, w związku z czym prędkość ruchu końcowych części ich skrzydeł osiąga duże wartości. Może to być kilkukrotność prędkości przepływu powietrza. Im mniejsze łopaty i im lepszy profil, tym mniejszy opór stawia koło wiatrowe. Więc im szybciej się kręci. Najlepsze próbki nowoczesnych wiatraków łopatkowych mają normalną prędkość, sięgającą dziewięciu jednostek. Większość fabrycznych turbin wiatrowych ma prędkość równą 5-7 jednostkom. Dla porównania zauważmy, że nawet najlepsze młyny chłopskie miały prędkość równą zaledwie 2-3 jednostkom (i w tym sensie są bardziej zaawansowane niż wiatraki obrotowe, obrotowe i bębnowe).

Wraz ze wzrostem liczby łopat na kole wiatrowym wzrasta jego zdolność do startu przy niskich prędkościach wiatru. Dlatego turbiny wiatrowe z wirnikiem wielołopatowym, w których łączna powierzchnia łopat wynosi 60-70 procent powierzchni omiatanej (patrz rys. 20) koła wiatrowego, uruchamiane są przy prędkościach wiatru 3- 3,5 metra na sekundę.

Rys.20. Młyn bramowy

Szybkie turbiny wiatrowe z niewielką liczbą łopat zaczynają się poruszać z prędkością wiatru od 4,5 do 6 metrów na sekundę. Dlatego należy je uruchomić bez obciążenia lub za pomocą specjalnych urządzeń.

Dobry rozruch i prostota konstrukcji turbin wiatrowych karuzelowych, obrotowych i bębnowych przekupują wielu wynalazców i projektantów, którzy uważają je za idealne turbiny wiatrowe. W rzeczywistości jednak maszyny te mają szereg istotnych wad. Te wady sprawiają, że są trudne w użyciu nawet z powszechnymi i prostymi maszynami, takimi jak pompy tłokowe i młynki żarnowe.

Turbiny wiatrowe z obrotowymi odbiornikami energii wiatrowej bardzo słabo wykorzystują energię przepływu powietrza, ich współczynnik wykorzystania energii wiatru jest 2-2,5 razy mniejszy niż wiatraków łopatkowych. Dlatego przy równych powierzchniach omiatanych przez łopaty turbiny wiatrowe łopatkowe mogą rozwijać moc 2-2,5 razy większą niż elektrownie karuzelowe, obrotowe i bębnowe.

Obrotowe turbiny wiatrowe stosowane są obecnie jedynie w postaci małych instalacji rzemieślniczych o mocy do 0,5 KM. Na przykład służą do napędzania różnych urządzeń wentylacyjnych w budynkach inwentarskich, kuźniach i innych obiektach przemysłowych w rolnictwie.

Od czego zależy moc turbiny wiatrowej?

Wiemy, że energia przepływu powietrza nie jest stała, więc każda turbina wiatrowa ma zmienną moc. Moc każdej turbiny wiatrowej zależy od prędkości wiatru. Ustalono, że gdy prędkość wiatru podwaja się, moc na skrzydłach turbiny wiatrowej wzrasta 8-krotnie, a gdy prędkość przepływu powietrza wzrasta 3-krotnie, moc turbiny wiatrowej wzrasta 27-krotnie.

Moc turbiny wiatrowej zależy również od wielkości odbiornika energii wiatru. W tym przypadku jest ona proporcjonalna do powierzchni zajmowanej przez łopaty koła wiatrowego lub wirnika. Na przykład w turbinach wiatrowych łopatkowych powierzchnia omiatana przez łopaty będzie obszarem koła opisującym koniec łopaty w jednym pełnym obrocie. W turbinach wiatrowych bębnowych, karuzelowych i obrotowych powierzchnia omiatana przez łopaty to pole prostokąta o wysokości równej długości łopaty i szerokości równej odległości między zewnętrznymi krawędziami przeciwległych łopat.

Jednak każde koło wiatrowe lub wirnik przetwarza tylko część energii przepływu powietrza przechodzącego przez powierzchnię omiataną przez łopaty w użyteczną pracę mechaniczną. Ta część energii jest określana przez współczynnik wykorzystania energii wiatru. Wartość współczynnika wykorzystania energii wiatru jest zawsze mniejsza od jedności. Dla najlepszych nowoczesnych szybkich turbin wiatrowych współczynnik ten sięga 0,42. W przypadku seryjnych fabrycznych turbin wiatrowych o dużej i małej prędkości współczynnik wykorzystania energii wiatru wynosi zwykle 0,30-0,35; oznacza to, że tylko około jedna trzecia energii przepływu powietrza przechodzącego przez koła wiatrowe turbin wiatrowych jest przekształcana w użyteczną pracę. Pozostałe dwie trzecie energii pozostaje niewykorzystane.

Radziecki naukowiec G. Kh Sabinin na podstawie obliczeń stwierdził, że nawet idealny wiatrak ma współczynnik wykorzystania energii wiatru tylko 0,687.

Dlaczego ten współczynnik nie może być równy lub nawet bliski jedności?

Wyjaśnia to fakt, że część energii wiatru jest zużywana na tworzenie wirów w pobliżu łopat, a prędkość wiatru za kołem wiatrowym spada.

Zatem rzeczywista wartość mocy turbiny wiatrowej zależy od współczynnika wykorzystania energii wiatru. Moc turbiny wiatrowej jest proporcjonalna do jej wartości. Oznacza to, że wraz ze wzrostem współczynnika wykorzystania energii wiatru rośnie moc turbiny wiatrowej i odwrotnie.

Bębnowe, karuzelowe i obrotowe turbiny wiatrowe z najprostszymi łopatami mają bardzo niskie wskaźniki wykorzystania energii wiatru. Ich wartości wahają się znacznie od 0,06 do 0,18. Dla silników łopatkowych współczynnik ten mieści się w przedziale od 0,30 do 0,42.

Ponadto użyteczna moc każdej turbiny wiatrowej jest również proporcjonalna do sprawności mechanizmu transmisyjnego, a także do gęstości powietrza. Zazwyczaj sprawność mechanizmów nowoczesnych turbin wiatrowych wynosi od 0,8 do 0,9.

Z tego co zostało powiedziane o mocy wiatraka wynika, że ​​przy danym wietrze, ten wiatrak będzie miał większą moc, przy której najwięcej powietrza przepływa przez powierzchnię omiataną przez skrzydła, a łopaty koło wiatrowe ma dobrze opływowy profil.

Autor: Karmishin A.V.

Zobacz inne artykuły Sekcja Alternatywne źródła energii.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Merkury na tle Słońca 07.11.2003 2003 maja XNUMX r. miało miejsce dość rzadkie wydarzenie astronomiczne - przejście Merkurego przez dysk słoneczny. Proces trwał około pięciu godzin, podczas których uwaga astronomów z całego świata skupiona była na małym czarnym okręgu na Słońcu. Zjawisko to powtarza się w ciągu stulecia 13 lub 14 razy. Astronomowie po raz pierwszy zaobserwowali to w 1631 roku. Ostatni raz, kiedy Merkury był widziany na tle tarczy słonecznej, miał miejsce w 1993 roku, kolejne takie zdarzenie spodziewane jest w 2016 roku.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Korzystanie ze smartfona poprawia pamięć

▪ Dźwięki przekazują emocje lepiej niż słowa.

▪ Kompleks masowego startu dronów Kamikaze

▪ Wydajny kryształ LED na podczerwień firmy Osram

▪ sztuczna fotosynteza

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Przedwzmacniacze. Wybór artykułu

▪ artykuł Po prostu pracuję jako magik. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Kto i kiedy strzelił trzy samobójcze gole w jednym meczu? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Bell Roszpunka. Legendy, uprawa, metody aplikacji

▪ artykuł Diodowy odbiornik radiowy na 65 ... 130 MHz. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Wygląd chusteczek z powietrza. Sekret ostrości

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024