ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ И ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
Классификация ветродвигателей
Существующие системы ветродвигателей по схеме устройства ветроколеса и его положению в потоке ветра разделяются на три класса. На рис. 5.4 представлены принципиальные конструкции основных типов роторов и ветротурбин.
Первый класс включает ветродвигатели, у которых ветровое колесо располагается в вертикальной плоскости; при этом плоскость вращения перпендикулярна направлению ветра, и, следовательно, ось ветроколеса параллельна потоку. Такие ветродвигатели называются крыльчатыми.
Отношение окружной скорости конца лопасти к скорости ветра: называется быстроходностью
Крыльчатые ветродвигатели, согласно ГОСТ 2656-44, в зависимости от типа ветроколеса и быстроходности, разделяются на три группы:
· ветродвигатели многолопастные, тихоходные, с быстроходностью Zn ≤ 2.
· ветродвигатели малолопастные, тихоходные, в том числе ветряные мельницы, с быстроходностью Zn > 2.
· ветродвигатели малолопастные, быстроходные, Zn ≥ 3.
Ко второму классу относятся системы ветродвигателей с вертикальной осью вращения ветрового колеса. По конструктивной схеме они разбиваются на группы:
· карусельные, у которых нерабочие лопасти либо прикрываются ширмой, либо располагаются ребром против ветра;
· роторные ветродвигатели системы Савониуса.
1-однолопастный ротор; 2- двухлопастный ротор; 3-трехлопастный ротор; 4-многолопастный ротор; 5 - ротор типа «велосипедное колесо»; 6- ротор Дарье; 7- турбины с горизонтальной осью вращения; 8-турбина с пневмопередачей мощности; 9- турбина парусного типа; 10 -турбина с диффузором; 11- турбина с концентратором; 12- турбина многороторная; 13- турбина двухроторная; 14 - турбины вихревые.
Рисунок 5.4 - Принципиальные конструкции основных типов роторов и ветровых турбин
К третьему классу относятся ветродвигатели, работающие по принципу водяного мельничного колеса и называемые барабанными. У этих ветродвигателей ось вращения горизонтальна и перпендикулярна направлению ветра.
Основные недостатки карусельных и барабанных ветродвигателей вытекают из самого принципа расположения рабочих поверхностей ветроколеса в потоке ветра, а именно:
1. Так как рабочие лопасти колеса перемещаются в направлении воздушного потока, ветровая нагрузка действует не одновременно на все лопасти, а поочерёдно. В результате каждая лопасть испытывает прерывную нагрузку, коэффициент использования энергии ветра получается весьма низким и не превышает 10%, что установлено экспериментальными исследованиями.
2. Движение поверхностей ветроколеса в направлении ветра не позволяет развить большие обороты, так как поверхности не могут двигаться быстрее ветра.
3. Размеры используемой части воздушного потока (ометаемая поверхность) малы по сравнению с размерами самого колеса, что значительно увеличивает его вес, отнесённый к единице установленной мощности ветродвигателя.
Крыльчатые ветродвигатели свободны от перечисленных выше недостатков карусельных и барабанных ветродвигателей. Хорошие аэродинамические качества крыльчатых ветродвигателей, конструктивная возможность изготовлять их на большую мощность, относительно лёгкий вес на единицу мощности - основные преимущества ветродвигателей этого класса.