CC BY
13
УДК 4.074 Ю. А. КОВАЛЬ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ШИРИНЫ ЛОПАСТИ ВЕТРОКОЛЕСА
В статье показаны теоретические расчеты и исследования зависимости мощности ветродвигателя от ширины лопасти ветроколгса как источника энергии
Ветер является одним из самых доступных источников энергии. В отличие от солнца, он может «работать» днем и ночью, на севере и на юге, летом и зимой. При этом ветровая энергия доступна, имеется везде и практически неисчерпаема. Главные преимущества энергии ветра: энергонезависимость, отсутствие потребности в каком-либо топливе, экологическая чистота, экономическая выгода.
Ветроэлектрические установки (ВЭУ) используются для обеспечения автономным питанием - электроэнергией - различных бытовых и специальных промышленных потребителей.
Те, кто сегодня используют ВЭУ, делают это из-за отсутствия возможности подключения к центральному энергоснабжению или хотят быть энергонезависимыми.
Но есть и недостатки ВЭУ: дороговизна оборудования, шум от работы ветродвигателей, обледенение лопастей, образующее осколки и, главное, неравномерность поступления энергии [1]. Первые недостатки решаются совершенствованием конструкции ВЭУ, с обледенением лопастей борются специальными химическими составами.
Проблема неравномерного поступления энергии может быть решена путем экспериментальных исследований и испытаний моделей и опытных образцов ВЭУ с целью определения оптимальных параметров ветроколеса, таких как число, профиль лопастей, а также их ширина, позволяющих повысить действительный КПД ветродвигателя и стабильность вращения ветроколеса.
Для определения влияния ширины лопасти ветроколеса на параметры ветродвигателя, была испытана модель ВЭУ с шестью лопастями. Диаметр ветроколеса 620 мм. Испытывались лопасти трапецеидальной формы с шириной большего основания 44 мм, 68 мм, 92 мм, 114 мм. Для обеспечения возможности применения результатов исследований к
42
ветроколесам других диаметров, были определены значения относительной площади лопастей S
где Sл - площадь лопасти, мм2;
$ВК - ометаемая площадь ветроколеса, мм2 Стабильный воздушный поток со скоростью 6 м/с обеспечивался аэродинамической трубой в лабораторных условиях. Результаты испытаний приведены в таблице 1. На основании данных таблицы 1 построены графики зависимости: частоты вращения от относительной площади лопасти (рисунок 1), момента от относительной площади лопасти (рисунок 2), мощности от относительной площади лопасти (рисунок 3).
Таблица 1 - Результаты испытаний модели ВЭУ
Относительная площадь лопасти S Параметр Угол установки лопастей, град.
7 11 15 20 25 30
0,24 Момент М, Н^м 0,165 0,186 0,206 0,219 0,239 0,25
Частота вращения п, об/мин 720 595 510 460 350 295
Мощность К, Вт 11,9 11 10,5 10 8,4 7,4
0,30 Момент М, Н^м 0,239 0,25 0,263 0,28 0,305 0,342
Частота вращения п, об/мин 715 610 510 470 360 310
Мощность К, Вт 17 15,3 13,4 13,2 11 10,6
0,37 Момент М, Н^м 0,33 0,336 0,359 0,364 0,369 0,38
Частота вращения п, об/мин 690 625 505 465 375 315
Мощность К, Вт 23,8 22 19 17,7 14,5 12,5
0,43 Момент М, Н^м 0,33 0,34 0,4 0,52 0,567 0,602
Частота вращения п, об/мин 700 500 460 425 365 280
Мощность К, Вт 24,2 17,8 19,3 23,1 21,7 17,6
43
Рисунок 1 - График зависимости частоты вращения ветроколеса от относительной площади лопасти
Рисунок 2 - График зависимости мощности Рисунок 3 - График момента на валу от относительной площади зависимости развиваемой ВЭУ, от лопасти относительной площади лопасти
ветроколеса
44
На основании построенных графиков можно сделать следующие выводы:
1. Увеличение ширины лопасти незначительно влияет на частоту вращения ветроколеса;
2. Крутящий момент на валу ветроколеса значительно растет с увеличением ширины лопасти и угла установки;
3. С увеличением ширины лопасти и уменьшением угла установки значительно растет мощность, развиваемая ВЭУ.
Таким образом, для шестилопастных ветродвигателей рекомендуется применять лопасти с относительной площадью S3, установленные на угол 110, так как при этом обеспечивается оптимальное соотношение между крутящим моментом и частотой вращения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Кашкаров, А. П. Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции. - М. : ДМК Пресс, 2011. - 144 с.
2 Фатеев, Е. М. Ветродвигатели и ветроустановки. - Москва, 1948.
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар.
Материал поступил в редакцию 20.09.2012.
Ю. А. Коваль
Децгелек желдоцгалактыц KejBMi желкозгалгыштыц тэуелдШк сипаттамасына эксперимента аныктау
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетик университет^ Павлодар к.
Материал 20.09.12 баспаFа тусть
Yu. A. Koval
Experimental determination of a wind turbine characteristicsdependence on the rotor blade width
Pavlodar State University after S. Toraigyrov, Pavlodar.
Material received on 20.09.12.
Мацалада энергия квзг реттде децгелек желдоцгалацтыц квлем1 желцозгалгыштыц куш1не тэуелдшш зерттелт жене теориялыц есеп шыгарылды.
The article .shows the theoretical calculations and research of dependence of a wind turbine capacity on the width of the rotor blade as an energy source.
45
