ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Ветротурбины, использующие подъемную силу

В таких машинах ветер, действующий на лопасти, создает силу,

перпендикулярную направлению своего движения. Хорошо всем знакомая про­пеллерная ветротурбина относится к типу ветротурбин, использующих аэро­динамическую подъемную силу. Принцип работы этих машин аналогичен принципу движения парусных судов против ветра за счет аэродинамической подъемной силы. В этом ветровом потоке сама лодка или в нашем случае лопасти ветроколеса могут двигаться даже со скоростью, превышающей ско­рость ветра. Такие машины представлены на рис. 13.4.

Заметим, что существуют два способа передачи механической энергии с ра­бочего вала пропеллерной машины на вал генератора. В первом случае, когда генератор расположен на башне на одной высоте с ветроколесом. момент с вала ветроколеса передается непосредственно на вал генератора через муфту. При необходимости повысить часоту врашения вала устанавливают мультипликатор. Во втором случае генератор может быть установлен на земле, и момент на него передается с помощью дополнительного длинного вертикального вала. Хотя в первом случае башня и несет на себе большую механическую нагрузку, этот вариант считается предпочтительным, поскольку характеризуется меньшими затратами и в нем отсутствует длинный вал, передающий большую механи­ческую мощность.

Существуют два способа установки лопастной системы ветроколеса. В пер­вом случае лопастная система ветроколеса находится перед гондолой и непо­средственно «встречает» поток набегающего воздуха. Во втором случае лопаст­ная система ветроколеса устанавливается за гондолой и ветровой поток сначала обтекает гондолу и только затем натекает на лопасти. Практика использования ветротурбин показала, что в первом случае шум, создаваемый машиной, оказы вается меньше, чем во втором.

Следует упомянуть, что известно также оригинальное техническое ре­шение, в котором генератор располагается на земле и отсутствует длинный вертикальный вал для передачи на него механической энергии с ротора ветроколеса. Ветроустановка имеет обыкновенные пропеллерные ветроко­леса, только последние выполнены полыми внутри и с отверстиями, со­единяющими полости с атмосферой на их периферии. При вращении под действием центробежной силы воздух вытекает из лопасти и в полости создается разрежение. Полости специальными трубками соединены с вы­ходом воздушной турбины, находящейся на земле. При вращении ветро­колеса внутри него получается разрежение, передаваемое на выход назем­
ной турбины, что приводит к ее вращению и выработке электроэнергии с помощью подключенного к ней и расположенного также на земле генера­тора. Ветротурбины такого типа малоэффективны и поэтому не нашли прак­тического применения.

Другим типом ветротурбин, которые не только позволяют размещать генератор на земле, но и не требуют ориентации на направление ветра, являются верти­кально-осевые ветротурбины. Одна из первых таких ветротурбин была сконстру­ирована фирмой Мак Доннел-Дуглас и называлась «Гиромилл» («Gyromill») — см. рис. 13.4 в центре. Её номинальная мощность 120 кВт.

Один из основных недостатков ветроколес типа «Гиромилл» заключается в том, что под действием центробежных сил лопасти деформируются и создают­ся большие внутренние напряжения. Элегантное решение проблемы внутренних напряжений, вызываемых центробежными силами, состоит в использовании ло­пастей специальной формы, которые работают только на растяжение. Автором известной разработки такого вертикально-осевого колеса является французский инженер Дарье. Он применил форму колеса, называемую тропоскейн, которую принимает вращающийся гибкий шнур, прикрепленный к оси вращения обои­ми концами. Ветротурбины с лопастями формы тропоскейн были в честь своего изобретателя названы роторами Дарье.