ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЕТРОТУРБИНЫ
Рассмотрим вертикально-осевую ветротурбину с характеристиками, описанными ниже.
Будем считать, что приведенные в табл. 13.1 характеристики ветроколеса соответствуют рабочим числам Рейнольдса, а момент на роторе ветроколеса подчиняется соотношению
YL = 2000о). (68)
Момент зависит от угловой скорости ветроколеса, поэтому значение угловой скорости мы можем варьировать. Скорость ветра также является изменяющимся параметром. Примем скорость натекающего потока V= 10 м/с.
|
13.13. Расчет эффективности ветротурбины Таблица 13.1. Характеристики ветротурбины
|
Рассмотрим следующие вопросы:
1. Какова рабочая частота вращения ветроколеса?
2. Какая мощность передается на ротор?
3. В каком диапазоне чисел Рейнольдса работает ветроколесо?
4. Какова эффективность ветротурбины?
Построим график зависимости эффективности ветроколеса от отношения U/V (рис. 13.25). При построении этого графика использовались данные из табл. 13.2.
|
Рис. 13.25. График зависимости эффективности ветроколеса от отношения U/V |
Теперь можно построить зависимость крутящего момента от угловой скорости
U UV U го = - = (69)
г V г V
Рассмотрим это на наглядном примере, когда отношение V/r= 1. Определим следующие величины
(72)
|
(73) |
Y = — = 122 ООО —. со V/V
Заметим, что Y — это полный момент на роторе ветроколеса, а не, как в предыдущей главе, момент силы, действующей на участок лопасти.
|
Таблица 13.2. Зависимость эффективности ветроколеса от отношения U/V
|
Используя представленные в табл. 15.2 данные, легко рассчитать і] для любого отношения U/V (или для любой частоты со). Графическая зависимость Y от со показана на рис. 13.26. На том же графике показана зависимость нагрузки на ротор YL от его частоты вращения. Эти графики имеют пересечение в точках А и В. Точка А является неустойчивой, поскольку при небольшом увеличении скорости момент на роторе будет превышать момент от нагрузки и ветроколесо начнет разгоняться. В то же время при небольшом уменьшении скорости момент нагрузки будет больше крутящего момента и ветроколесо будет тормозиться. Точка В соответствует устойчивой работе ветроколеса: при увеличении скорости вет роколесо будет затормаживаться, а при её уменьшении, наоборот, разгоняться за счет разности моментов.
|
(74) |
В устойчивой точке В угловая скорость равна 5,4 рад/с, что эквивалентно 0,56 об/с или 52 об/мин. Генерируемая мощность
Р = Г(й = 2000го = 58300 Вт.
Эффективность ветроколеса при угловой скорости со = 5,4 рад/с равна 0.46. Компактность
(75)
Число Рейнольдса
|
Рис. 13.26. Зависимость Y от угловой скорости ветроколеса со |
