Как произвести расчет ветрогенератора: формулы + практический пример расчета

Технологические особенности сборки ВЭУ

Из чего сделать лопасти для ветряка? Для изготовления лопастей проще всего использовать пластиковые трубы. Они достаточно просты в обработке и способны выдерживать немалые динамические нагрузки. Но для того, чтобы ветряк в процессе эксплуатации не разлетелся на куски, желательно учесть несколько важных нюансов:

  • Толщину трубы. В процессе вращения несущие детали устройства испытывают большую нагрузку из-за влияния центробежной силы. Чтобы ее уменьшить желательно взять в качестве материала канализационную или газопроводную трубу с большей толщиной стенки – не менее 4 мм;
  • Длину лопастей. Чем длиннее лопасть, тем большую нагрузку она испытывает. Чтобы продлить срок службы конструкции, не делайте крылья слишком длинными. Наиболее приемлемым вариантом станет крыло с длиной от 30 до 50 см;
  • Количество лопастей. От количества крыльев напрямую зависит сопротивляемость ветряка воздушным массам. Чтобы увеличить его КПД, число крыльев стоит увеличить. Оптимальным вариантом станет ВЭУ с 5 или 6 крыльями.

В качестве примера рассмотрим процесс маркировки крыльев для ВЭУ из трубы с диаметром в 10 см и толщиной стенки – 5 мм.

Как разметить заготовку?

1. Чтобы правильно разметить цилиндрическую поверхность, оберните трубу листом бумаги; 2. Кромка листа станет ориентиром для формирования оси на трубе; 3. Ширина листа укажет на длину окружности; 4. Теперь сложите листок пополам, чтобы отметить половину от окружности заготовки; 5. Сложите листок четыре раза, чтобы отметить на цилиндре 4 линии для предполагаемых разрезов.

Порезка ПВХ трубы

Как разрезать ПВХ трубу? Для того, чтобы порезать заготовку лучше всего использовать электролобзик с пилкой по металлу. Порезка трубы на составные части делается следующим образом: 1. Сначала размеченную заготовку разрезают на две равные части; 2. Теперь половинки трубы также нужно разрезать пополам; 3. У основания каждой из лопастей делают прямоугольные надрезы длиной не более 5-6 см; 4. Чтобы не разрушить структурную целостность материала, в углах крыльев нужно просверлить небольшие отверстия; 5. После этого заготовленные части следует разрезать по диагонали; 6. Таким образом, у вас получатся лопасти конусного типа.

Как это сделать?

  • Необходимо изготовить соединительный узел. Деталь представляет собой стальной диск с шестью металлическими лентами;
  • Форма узла определяется конфигурацией самого генератора, выполняющий роль преобразователя кинетической энергии ветра в электрическую;
  • Чтобы лопасти ветрогенератора не сломались и не деформировались под давлением воздушных масс, толщина стальных лент и диска должна варьироваться в пределах от 2 до 6 мм.

https://youtube.com/watch?v=I9MLnopzJQM

Балансировка колеса

После сборки ветряка необходимо осуществить балансировку ветряного колеса. Чтобы результаты были максимально достоверными, юстировать устройство стоит в закрытом помещении.

Как совершают балансировку?

1. Ветряное колесо подвешивается таким образом, чтобы его вращению ничего не препятствовало; 2. В процессе балансировки нужно следить за тем, чтобы плоскость соединительного диска была вертикальна по отношению к подвесу; 3. Теперь следует повернуть колесо на угол, который равен 360/N, где N – количество лопастей в конструкции; 4. Процедуру повторяем до полного поворота диска вокруг собственной оси; 5. Если после остановки диск приходит в движение, значит, лопасти, стремящиеся вниз, тяжелее остальных.

Расчет параметров ветроколеса

Расчет ветроколеса имеет важное значение при создании ветрогенератора. Именно крыльчатка принимает на себя поток ветра, передает его энергию в виде вращательного движения на ротор генератора

Для расчета потребуется, прежде всего, знание параметров генератора — мощность, номинальная скорость вращения ротора и т.д

Для расчета потребуется, прежде всего, знание параметров генератора — мощность, номинальная скорость вращения ротора и т.д.

Следует учитывать, что увеличение количества лопастей снижает скорость вращения, но увеличивает мощность вращательного движения. Соответственно, малое число лопастей надо применять на быстроходных генераторах, а большое количество —торах, нуждающихся в большом усилии вращения.

Формула быстроходности ветроколеса выглядит следующим образом:

Z = L × W / 60 / V,

Где Z — искомая величина (быстроходность),

L — длина окружности, описываемой лопастями.

W — частота (скорость) вращения крыльчатки.

V — скорость ветра.

Специалисты рекомендуют для самостоятельного изготовления выбирать многолопастные образцы с количеством лопастей от 5 штук. Они не требовательны к балансировке, имеют более стабильную аэродинамику и более активно принимают на себя энергию воздушного потока.

Сколько экономии энергии дает ветряк?

Величина экономии, полученной от использования ветрогенератора, рассчитывается по собственным данным. Она складывается, с одной стороны из расходов на приобретение и сборку ветряка или его деталей, расходов на обслуживание комплекта. С другой стороны, учитывается стоимость сетевой электроэнергии в данном регионе, либо цена подключения и прочие расходы, связанные с этим.

Разница полученных величин и будет являться величиной экономии. Необходимо учесть также отсутствие возможности для подключения в некоторых районах, когда ветрогенератор становится единственным доступным вариантом. В таких случаях разговор об экономии становится неуместным.

Сколько же выдает мой ветряк при ветре 3 — 4 метра в секунду , и немного о будущей мачте

Сколько электроэнергии вырабатывает?

Количество вырабатываемой энергии зависит от параметров крыльчатки и собственно генератора. Максимально возможным количеством следует считать номинальные данные генератора, уменьшенные на величину КИЭВ крыльчатки. На практике показатели намного ниже, так как в получении результата большое значение имеет скорость ветра, которую невозможно заранее предсказать.

Кроме того, имеются различные тонкие эффекты, в сумме оказывающие заметное влияние на конечную производительность ветряка. Принципиально важными значениями являются диаметр крыльчатки и скорость ветра, от них напрямую зависит количество полученной энергии.

Минимальная скорость ветра для ветряка

Минимальная скорость ветра — в данном случае это величина, при которой лопасти ветряка начинают вращаться. Это значение показывает степень чувствительности крыльчатки, но на конечный результат влияет слабо. Генератор имеет собственные потребности, для него само по себе вращение еще не решает все вопросы.

Требуется определенная скорость и стабильность движения, отсутствие резких рывков. Рассматривать минимальную скорость вращения следует только с позиций общей эффективности рабочего колеса, позволяющей оценивать его способность обеспечить выработку энергии на слабых потоках.

Ветровая нагрузка

Методика расчета

Описание конструкции

Геометрические характеристики элементов

Определение ветровой нагрузки

Ветер под углом 90 о к щиту

Ветер под углом 45 о к щиту 5 Расчет стойки

Часть 2. Расчет на устойчивость

Методика расчета

Настоящий проект  является типовым для ветровых районов с 3-го по 5-ый При разработке принято:
1. Ветровой район — III, IV, V
2. Тип местности при определении ветровой нагрузки — А
3. Уровень ответственности — 3, для которого понижающий нагрузку коэффици­ент γп принимается равным 0.8-0 95 (в настоящем проекте γп=09)
4. Срок службы конструкции — 10 лет
5 Расчетная температура наружного воздуха t ≥ -w°c, как средняя температура наиболее холодной пятидневки по СНиП 23-01-99 «Строительная климатоло­гия», что соответствует климатическому району строительства II4, II5
6. Зона влажности — «влажная» СНиП 23-01-99 (рис.2)
7. Степень агрессивного воздействия среды на металлические конструкции -среднеагрессивная, по СНиП 2.0311-85 «Защита строительных конструкций от коррозий», табл. 24, для группы газов «B» во влажной среде

Описание рекламной конструкции

На рис.1 приведена схема разборной двухсторонней рекламной с высотой стойки до низа панели от 2-х до 5м Размеры рекламной панели составляют 6180х3350х 410мм Размер рекламного поля 6010х3010мм Панель опирается на стойку изготовленную из трубы ф325 Крепление панели может быть выполнено как с центральным расположением ее относительно оси стойки, так и со смещением на 3/4 (показано на рис 1). Стойка закреплена 8-ю фундаментными анкерами на заглубленном фундаменте Все изменяемые параметры в зависимости от ветрового района установки и высоты стойки приведены в табл 1

Чертеж рекламной конструкции. Рис. 1

Основные геометрические размеры и крепежные элементы рекламной конструкции в зависимости от ветрового района. Таблица 1

Высота стойки, м Элементы конструкции Ветровой район
III IV V
2 Стойка Ф325х8 (С245) Ф325х8 (С245) Ф325х8 (С245)
Фундамент 2.5×1.9×0.5 м 2.8×2.1×0.5м 3.2×2.1×0.5м
Анкера М 30 М 30 М 30
Поперечные балки Гншв.236×70 Гншв.236×70 Гншв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С245) 160х160х8(С245)
2,5 Стойка Ф325х8 (С245) Ф325х8 (С245) Ф325х8 (С245)
Фундамент 2.7×1.9×0.5м 3×2.1×0.5м 3.6×2.1×0.5м
Анкера М 30 М 30 М 30
Поперечные балки Гншв.236×70 Гншв.236×70 2 гншв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С245) 160х160х8(С345)
3 Стойка Ф325х8 (С245) Ф325х8 (С245) Ф325х10 (С245)
Фундамент 3×1.9×0.5 м 3.6×2.1×0.5м 4×2.1×0.5м
Анкера М 30 М 30 М36
Поперечные балки Гншв.236×70 Гншв.236×70 2 гн.шв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С245) 160х160х8(С345)
3,5 Стойка Ф325х8 (С245) Ф325х8 (С245) Ф325х10 (С245)
Фундамент 3,4×1.9×0.5м 3.8×2.1×0.5м 4.2×2.1×0.5м
Анкера М 30 М 30 М36
Поперечные балки Гншв.236×70 Гн.шв.236×70 2 гншв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С245) 160х160х8(С345)
4 Стойка Ф325х8 (С245) Ф325х10 (С245) Ф325х10 (С345)
Фундамент 3.6×1.9×05м 4×2.1×0.5м 4.4×2.1×0.5м
Анкера М 30 М36 М36
Поперечные балки Гншв.236×70 Гн.шв.236×70 2 гншв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С245) 160х160х8(С345)
4,5 Стойка Ф325х8 (С245) Ф325х10 (С345) Ф325х10 (С345)
Фундамент 3.8×1.9×0.5м 4.2×2.1×0.5м 4.6×2.1×0.5м
Анкера М 30 М36 М36
Поперечные балки Гншв.236×70 2 гншв.236×70 2 гншв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С245) 160х160х8(С345)
5 Стойка Ф325х10 (С245) Ф325х10 (С345)
Фундамент 4×1.9×0.5 м 4.4x21x0.5м
Анкера М36 М36
Поперечные балки Гншв.236×70 2 гншв.236×70
Оголовок 160х160х8(С245) 160х160х8(С345)

 наверх

2 Выбор метода

Перед началом проведения расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно определиться с рекомендуемыми температурными режимами для жилого строения. Для этого придется обратиться к нормам СанПиН 2.1.2.2645−10. Исходя из данных, указанных в этом нормативном документе, необходимо обеспечить оптимальные температурные режимы работы системы обогрева для каждого помещения.

Если же при проектировании системы отопления оптимизация расходов на энергоноситель не является приоритетной задачей, допускается использование менее точных методик.

Как рассчитать правильно

На КПД ветрового генератора оказывает значительное влияние аэродинамические характеристики устанавливаемых на него лопастей, поэтому перед их изготовлением, производятся специальные расчеты. В результате проведения таких расчетов, изделия проверяются на соответствие полученных результатов требуемым параметрам и прочим требованиям, предъявляемым к ним.

Ветер оказывает воздействие на лопасти генератора и эта сила, или иными словами – напор, действует по направлению воздушного потока. В свою очередь, перпендикулярно к силе напора действует подъемная сила, именно которая и работает в ветровых генераторах с горизонтальной осью вращения (показано на ниже приведенной схеме).

При расчете геометрических размеров лопасти определяется ширина ее хорды и угол ее установки, на схеме β, на всей протяженности элемента устройства.

При проведении расчетов используется метод конечных элементов, суть которого заключается в том, что лопасть рассматривается как совокупность отдельных элементов, входящих в ее состав.

Сила напора ветровых потоков направлена против движения лопасти (на схеме названа «истинным ветром») и на диаграмме разложена на вектора — «скорость ветра» и «окружная скорость». Окружная скорость обеспечивает движение лопастей в плоскости вращения, при этом подъемная сила оказывает воздействие именно в этом направлении.

Сила напора и подъемная сила, определяют производительность ветрового генератора (формула приведена в разделе «Основные характеристики») и зависят от коэффициента подъемной силы, а также коэффициента лобового сопротивления. Кроме этого, данные коэффициенты, находятся в прямой зависимости от геометрического профиля лопасти и угла между линией ее хорды и направлением воздушного потока.

Линия хорды– самая длинная линия при рассмотрении ее сечения, от носка лопасти до ее задней кромки.

Угол между линией хорды и направлением воздушного потока (набегающий поток) называется углом атаки (угол α).

Коэффициенты подъемной силы и лобового сопротивления определены экспериментальным путем и занесены в специальные журналы (атласы). График зависимости подъемной силы от угла атаки (формы лопасти), выглядит следующим образом:

Наилучшие аэродинамические показатели имеют подобные элементы, обладающие углом α (углом атаки) равным значению – 5.

Еще одним важным параметром, при расположении элементов, является угол их установки (угол β), который определяется по формуле:

где:

R – радиус наружного круга вращения;

r – радиус вращения, без учета комля и и прикомлевой части;

Z – быстроходность кончика данного элемента устройства.

Ширина лопасти (размер «b») это также важный параметр, требующий соответствующего расчета

Наиболее важной частью является наружная, что обусловлено кольцом ветра и площадью охвата, с которым эта часть устройства работает

Расчет выполняется по формуле:

где:

R – наружный радиус вращения;

r – внутренний радиус вращения, без учета комля и и прикомлевой части;

Z – быстроходность кончика.

i – количество лопастей.

Из данной формулы видно, что:

  • Ширина обратно пропорциональна внутреннему радиусу ее вращения, и что, в свою очередь говорит о том, что наиболее оптимальной формой, является форма треугольника;
  • Ветровой генератор с малым количеством лопастей должен иметь более широкие лопасти;
  • Увеличение быстроходности снижает их ширину.

Быстроходность с показателем «5», является наиболее оптимальной, что позволяет снизить потери установки при максимальном количестве лопастей. На приведенном ниже рисунке, указано, как количество однотипных элементов, установленных на ветровом генераторе, влияет на его быстроходность:

Высокая быстроходность позволяет увеличить КПД ветровых генераторов, при этом негативными факторами, при эксплуатации подобных устройств, будут:

  • Повышенный уровень производимого шума;
  • Вибрация, при использовании одной или двух лопастей;
  • Повышенная эрозия кромок;
  • Трудности старта при малых потоках ветра.

Для снижения уровня шума кончики лопастей делают заостренной формы, а для облегчения старта, основания изготавливаются несколько шире, чем размер «b».

Расчет ветровой нагрузки рекламных конструкций

Одним из основных воздействий на рекламные уличные конструкции является ветровая нагрузка. Порядок её расчета прописан в СНиП 2.01.07-85 » Нагрузки и воздействия» . В этой статье мы постараемся систематизировать методику определения ветровой нагрузки применительно к рекламным вывескам.

Для расчета ветровой нагрузки нам понадобятся:

1. Исходные данные:

  • месторасположение рекламной установки на территории РФ.
  • тип местности, на которой установлена реклама
  • габаритные размеры вывески
  • высота расположения вывески над поверхностью земли.
  • монтажная схема вывески ( отдельностоящая, на фасаде здания и т.д.)

2. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздествия» ( буду ссылаться как на )

3. Калькулятор

1. Согласно п. 6.2 – ветровую нагрузку следует определять как сумму среденей и пульсационной составляющих:

W = Wm + Wp,

где :Wm- нормативное значение среденей составляющей,Wp- нормативное значение пульсационной составляющей,

2. Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле:

Wm = w0 · k ·c,

где w0- нормативное значение ветрового давления ( см. п. 6.4 ),k- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте ( см. п. 6.5 )c – аэродинамический коэффициент ( см. п. 6.6 ). В конце статьи в Таблице 1 приведены аэродинамические коээфициенты наиболее часто встречающихся расчетных схем.Нормативное значение ветрового давления w0 следует принимать в зависимости от ветрового района РФ по данным табл.5 . К примеру, Москва — Ι ветровой район, w0= 0,23 кПаКоэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по табл.6 в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:

А- открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;В- городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м.С- городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

Как правило, к рекламщикам относятся типы местности В и С. Нужно определить к какому типу местности относится наша вывеска. Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h ( h — высота сооружения )

3. Нормативное значение пульсационной составляющей ветровой нагрузки на высоте z следует определять:а) для сооружений ( и их конструктивных элементов), у которых первая частота собственных колебаний f1, Гц, больше предельного значения собственной частоты fl=2,9, по формуле :

Wp= Wm·ζ ·ν,

гдеWm- определяется в соответствии с пунктом 2 данной статьи.ζ- коэффициент пульсаций давления ветра на уровне z, принимаемый по табл.7 ν- коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра ( см. п 6.9 )б) для сооружений ( и их конструктивных элементов), которые можно рассматривать как систему с одной степенью свободы ( например, водонапорная башня) , при f1< 2,9

Wp=Wm·ξ·ζ ·ν,

где ξ- коэфиициент динамичности , определяемый по черт.2 в зависимости от параметраи логарифмического декремента колебаний б=0,15 ( см. 6.8 )γf- коэффициент надежности по нагрузке = 1,4w0- нормативное значение ветрового давления, Па , см табл.5 . ( к примеру, для Москвы =23000 Па)

4. После того, как определены нормативные составляющие ( средняя и пульсационная), определяем расчетную величину ветровой нагрузки.

Wрасч = (Wm + Wр ) ·γf ,

гдеγf — коэффициент надежности по нагрузке = 1,4

Таблица 1

Выбор вида

Для горизонтальных ветрогенераторов могут быть применены лопасти разных видов, по той причине, что конструкция этого устройства не позволяет использовать лопасти сложных форм. При этом все стремятся к идеалу, улучшая уже существующие виды. В настоящее время достойны внимания следующие виды лопастей:

  • парусные;
  • твердопластинчатые.

Они отличаются один от другого по форме и конструкции и производятся из разных материалов. В основе лежит рамка, на которую натягивается крепкое, устойчивое к воздействию факторов окружающей среды полотно. Установка производится так, чтоб одна из сторон рамки не была закрыта полотном. В результате выходит лопасть трехугольной формы, одна из боков которой не прикреплена к основанию.

Приводит колесо во вращение она следующим образом: поток ветра наполняет материю и создает в парусе необходимое давление. Лопасть начинает вращение и воздействует соответствующим образом на шток, который и передает вращательное движение на колесо. Этот вариант является самым оптимальным для создания домашнего ветрогенератора по той причине, что не требует постоянного ухода и контроля за состоянием крыльчатки и в частности ткани.

Электростанция с трехлопастными ветрогенераторами Источник strana-rosatom.ru

От чего зависит КПД ветрогенератора?

Как уже говорилось, КПД ветрогенератора является производным от его технического состояния, вида турбины, конструктивных особенностей данной модели. Из школьного курса физики известно, что КПД — это отношение полезной работы к общей работе. Или отношение энергии, затраченной на выполнение работы, к энергии, полученной в результате.

В этом отношении возникает интересный момент — используемая энергия ветра получена совершенно бесплатно, никаких усилий со стороны пользователя приложено не было. Это делает КПД чисто теоретическим показателем, определяющим чисто конструктивные качества устройства, тогда как для владельцев в большей степени важны эксплуатационные характеристики

То есть, возникает ситуация, в которой КПД не столь важен, все внимание отводится чисто практическим задачам

Тем не менее, при изменениях рабочих параметров в ту или иную сторону, автоматически меняется и КПД, что свидетельствует о его взаимосвязанности с общим состоянием устройства.

Коэффициент использования энергии ветра

Следует отметить, что для ветрогенераторов существует свой, специфический показатель эффективности — КИЭВ (Коэффициент Использования Энергии Ветра). Он обозначает, какой процент воздушного потока, проходящего в рабочем сечении, непосредственно воздействует на лопасти ветряка. Или, если говорить более наукообразно, он демонстрирует отношение мощности, полученной на валу устройства, к мощности потока, воздействующего на ветровую поверхность рабочего колеса. Таким образом, КИЭВ является специфическим, применительным только для ветрогенераторов, аналогом КПД.

На сегодняшний день значения КИЭВ от изначального 10-15 % (показатели старинных ветряных мельниц) возросли до 356-40 %. Это связано с усовершенствованием конструкции ветряков и появлением новых, более эффективных материалов и технических деталей, узлов, способствующих уменьшению потерь на трение или прочие тонкие эффекты.

Теоретические исследования определили максимальный коэффициент использования энергии ветра равным 0,593.

Какие конструкции имеют наивысший КПД?

На сегодня наивысший КПД горизонтальных ветровых установок, обладающих большей эффективностью, чем вертикальные ветряки, равен 0,4. Для вертикальных устройств среднее значение считается равным 0,38, т.е. показатели близки и не находятся на большом удалении друг от друга. Периодически появляются сообщения о разработках устройств, КПД которых превышает существующие показатели в 2 или более раз, что весьма сомнительно и не подтверждается более ничем, кроме голословных утверждений журналистов, плохо представляющих себе предмет.

Тем не менее, устройства с заметно возросшей эффективностью существуют. Они созданы в разных конструкционных вариантах, есть горизонтальные или вертикальные установки с повышенной производительностью, мощностью, остальными параметрами. Большинство таких устройств являются маломощными комплексами, предназначенными для использования в отдаленных районах и обеспечивающие отдельные дома или участки.

Известны конструкции изобретателей Онипко, Третьякова и многих других конструкторов, имеющие оригинальные и элегантные варианты увеличения производительности и, соответственно, КПД. Большинство из них пока еще находятся в стадии разработки или подготовки к массовому производству, так как активная работа в этом направлении начата относительно недавно, еще не успела полностью реализоваться в виде промышленных изделий.

Как сделать расчет ветрогенератора самостоятельно

Для вычисления параметра мощности оборудования, которое будет использоваться на определенной местности, применяются формулы. В первую очередь производится расчет объема энергии, позволяющую выработать ветрогенератором на протяжении года.

Вычисление общей мощности оборудования

Для осуществления задачи выполняются такие действия:

  1. Сначала производятся вычисления. В соответствии с полученными результатами подбирается длина элементов вращения, а также высота башни.
  2. Выполняется анализ средней скорости воздушного потока, характерного для определенной местности. Для этого потребуется специальное оборудование. С его помощью необходимо следить за силой потока воздуха на протяжении нескольких месяцев. При отсутствии прибора можно запросить результаты у представителей местной метеостанции.

Расчет мощности ветрогенератора выполняется по формуле Р=krV 3S/2.

Обозначения символов:

  • r — параметр плотности воздушного потока, при обычных условиях это значение равно 1,225 кг/м3;
  • V — средняя величина скорости ветра, измеряется в метрах в секунду;
  • S — общая площадь воздушного потока, замеряется в метрах;
  • k — параметр эффективности турбины, которая устанавливается в оборудовании;

Используя эти расчеты, можно точно определить величину мощности, необходимой для генераторной установки в конкретной местности. Если покупается фирменное оборудование, то на его упаковке должно указываться, при какой силе воздушного потока работа устройства будет максимально эффективной. В среднем это значение составит в диапазоне от семи до одиннадцати метров в секунду.

Пользователь Одесский инженер подробно рассказал о процедуре сборки генераторного устройства, а также о выполнении расчетов.

Вычисление винтов для ветряной установки

Процедура расчета выполняется по формуле Z=LW/60/V, обозначение символов:

  • Z — величина тихоходности одного винта;
  • L — размер окружности, которую будут описывать элементы вращения;
  • W — скорость прокручивания одного винта;
  • V — скоростной параметр подачи воздушного потока.

С учетом этой формулы производится вычисление количества оборотов. Но для расчета надо учитывать и шаг одного винта оборудования. Он вычисляется по формуле H=2пR* tga.

Описание символов:

  • 2п — константное значение, составляющее 6,28;
  • R — значение радиуса, который будут описывать элементы вращения оборудования;
  • tg a — угол сечения.

Расчет инвертора для ветряного генератора

Перед выполнением этих вычислений надо учесть следующий момент. Если в домашней сети будет использоваться только одна батарея, рассчитанная на 12 вольт, то смысла ставить инвертор нет. Средняя величина мощности дачного участка или частного домовладения составляет около 4 кВт при условии максимальных нагрузок. Для подобной сети число батарей будет не менее десяти, каждая из них рассчитана на 24 вольта. С таким количеством аккумуляторов целесообразно применение инверторного устройства.

Но для данных условий, когда используется десять батарей на 24 вольта, понадобится ветрогенератор, рассчитанный на 3 кВт, не менее. Более слабое оборудование не сможет обеспечить энергией такое число аккумуляторов. Для бытовых приборов подобная мощность может быть слишком высокой.

Расчет мощностного параметра инверторного устройства осуществляется так:

  1. Сначала необходимо суммировать мощностные характеристики всех потребителей энергии.
  2. Затем определяется время потребления.
  3. Вычисляется параметр пиковой нагрузки.

Александр Капустин показал процедуру запуска ветрового генераторного устройства с инвертором.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Editor
Editor/ автор статьи

Давно интересуюсь темой. Мне нравится писать о том, в чём разбираюсь.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Наш Бастион
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

О расчете мощности ветрогенератора

От чего зависит КПД ветрогенератора?

Как уже говорилось, КПД ветрогенератора является производным от его технического состояния, вида турбины, конструктивных особенностей данной модели. Из школьного курса физики известно, что КПД — это отношение полезной работы к общей работе. Или отношение энергии, затраченной на выполнение работы, к энергии, полученной в результате.

В этом отношении возникает интересный момент — используемая энергия ветра получена совершенно бесплатно, никаких усилий со стороны пользователя приложено не было. Это делает КПД чисто теоретическим показателем, определяющим чисто конструктивные качества устройства, тогда как для владельцев в большей степени важны эксплуатационные характеристики

То есть, возникает ситуация, в которой КПД не столь важен, все внимание отводится чисто практическим задачам

Тем не менее, при изменениях рабочих параметров в ту или иную сторону, автоматически меняется и КПД, что свидетельствует о его взаимосвязанности с общим состоянием устройства.

Коэффициент использования энергии ветра

Следует отметить, что для ветрогенераторов существует свой, специфический показатель эффективности — КИЭВ (Коэффициент Использования Энергии Ветра). Он обозначает, какой процент воздушного потока, проходящего в рабочем сечении, непосредственно воздействует на лопасти ветряка. Или, если говорить более наукообразно, он демонстрирует отношение мощности, полученной на валу устройства, к мощности потока, воздействующего на ветровую поверхность рабочего колеса. Таким образом, КИЭВ является специфическим, применительным только для ветрогенераторов, аналогом КПД.

На сегодняшний день значения КИЭВ от изначального 10-15 % (показатели старинных ветряных мельниц) возросли до 356-40 %. Это связано с усовершенствованием конструкции ветряков и появлением новых, более эффективных материалов и технических деталей, узлов, способствующих уменьшению потерь на трение или прочие тонкие эффекты.

Теоретические исследования определили максимальный коэффициент использования энергии ветра равным 0,593.

Какие конструкции имеют наивысший КПД?

На сегодня наивысший КПД горизонтальных ветровых установок, обладающих большей эффективностью, чем вертикальные ветряки, равен 0,4. Для вертикальных устройств среднее значение считается равным 0,38, т.е. показатели близки и не находятся на большом удалении друг от друга. Периодически появляются сообщения о разработках устройств, КПД которых превышает существующие показатели в 2 или более раз, что весьма сомнительно и не подтверждается более ничем, кроме голословных утверждений журналистов, плохо представляющих себе предмет.

Тем не менее, устройства с заметно возросшей эффективностью существуют. Они созданы в разных конструкционных вариантах, есть горизонтальные или вертикальные установки с повышенной производительностью, мощностью, остальными параметрами. Большинство таких устройств являются маломощными комплексами, предназначенными для использования в отдаленных районах и обеспечивающие отдельные дома или участки.

Известны конструкции изобретателей Онипко, Третьякова и многих других конструкторов, имеющие оригинальные и элегантные варианты увеличения производительности и, соответственно, КПД. Большинство из них пока еще находятся в стадии разработки или подготовки к массовому производству, так как активная работа в этом направлении начата относительно недавно, еще не успела полностью реализоваться в виде промышленных изделий.

Какие конструкции имеют наивысший КПД?

На сегодня наивысший КПД горизонтальных ветровых установок, обладающих большей эффективностью, чем вертикальные ветряки, равен 0,4. Для вертикальных устройств среднее значение считается равным 0,38, т.е. показатели близки и не находятся на большом удалении друг от друга. Периодически появляются сообщения о разработках устройств, КПД которых превышает существующие показатели в 2 или более раз, что весьма сомнительно и не подтверждается более ничем, кроме голословных утверждений журналистов, плохо представляющих себе предмет.

Тем не менее, устройства с заметно возросшей эффективностью существуют. Они созданы в разных конструкционных вариантах, есть горизонтальные или вертикальные установки с повышенной производительностью, мощностью, остальными параметрами. Большинство таких устройств являются маломощными комплексами, предназначенными для использования в отдаленных районах и обеспечивающие отдельные дома или участки.

Известны конструкции изобретателей Онипко, Третьякова и многих других конструкторов, имеющие оригинальные и элегантные варианты увеличения производительности и, соответственно, КПД. Большинство из них пока еще находятся в стадии разработки или подготовки к массовому производству, так как активная работа в этом направлении начата относительно недавно, еще не успела полностью реализоваться в виде промышленных изделий.

Расчет ветровых нагрузок

Итак , вы долго согласовывали, делали и наконец смонтировали свою самую лучшую наружную рекламу.

Красота! Все довольны. Но чу… после первого сильного ветра вам звонит рассерженный клиент с шокирующим известием – реклама упала!

Кошмар рекламщика стал явью…Что же случилось ?

А случилось следующее – при проектировании наружной рекламы был проигнорирован или выполнен неверно расчет ветровой нагрузки на наружную рекламу : на материал и на крепежные элементы.

Как избежать этого, как обезопасить себя от такого плачевного итога своей работы?

Давайте запомним несложную формулу расчета ветровой нагрузки, которая измеряется в кг/кв.м.:

Pw = k * q

Расшифровываем хитрые буквицы

Pw — давление ветра, нормальное к воспринимающей поверхности. Это давление считается положительным.
k — аэродинамический коэффициент, зависящий от формы и положения подверженного ветру

объекта.
q — скоростной напор ветра (кг/кв.м), соответствующий наибольшей для данного места скорости ветра c учётом особых порывов.

Величина q в зависимости от скорости ветра определяется следующим образом:

q = 7 / g * кв.V / 2

7 — вес воздуха (1,23 кг/куб.м) при Pатм.= 760 мм рт.ст. и tатм.= 15 °С
g — ускорение силы тяжести (9,81 м/кв.сек)
V- наибольшая скорость ветра (м/сек) на данной высоте h, т.е.

Высота h над уровнем земли, м

Скорость ветра V, км/ч м/с

Скоростной напор q, кг/кв.м

Высота h над уровнем земли, м Скорость ветра V, км/ч м/с Скоростной напор q, кг/кв.м
0 — 8 103,7  28,8 51
8 — 20 128,9  35,8 80

q = кв.V / 16

Вертикально установленное полотно, закреплённое в раме или натянутое на троссах

Конструкция — b-ширина, d-высота Соотношение размеров Площадь, S Аэродинамический коэффициент, k
Вертикально установленное полотно, закреплённое в раме или натянутое на троссах d/b < 5 b * d 1,2
d/b >= 5 b * d 1,6

Вот так вот оказывается все совсем просто.

Хотите узнать о расчете ветровых нагрузок больше и получить  консультацию наших специалистов?

Посмотрите на красивые идеи , реализованные в Альпром

  • All
  • Баннеры
  • Буквы объемные
  • Высотные работы
  • Короба световые
  • Крышная реклама
  • Печать широкоформатная
  • Светодиодная реклама

Объемные буквы для Лексусadmin2017-02-26T06:44:37+00:00

http://alpromtlt.ru/objomnie-bukvi-dlya-lexus/

Gallery

Объемные буквы для Лексус

Буквы объемные, Светодиодная реклама

Световой короб длиной 11 метров из композита со светодиодами в Самаре от Альпромadmin2017-02-26T06:51:17+00:00

Световой короб длиной 11 метров из композита со светодиодами в Самаре от Альпром

Gallery

Световой короб длиной 11 метров из композита со светодиодами в Самаре от Альпром

Короба световые, Светодиодная реклама

Световые короба Триал Спорт в Тольяттиadmin2017-02-26T06:56:06+00:00

Световые короба Триал Спорт в Тольятти

Gallery

Световые короба Триал Спорт в Тольятти

Короба световые, Светодиодная реклама

Объемные световые буквы NOBEL AUTOMOTIVE в Тольяттиadmin2017-02-26T07:04:28+00:00

Объемные световые буквы NOBEL AUTOMOTIVE в Тольятти

Gallery

Объемные световые буквы NOBEL AUTOMOTIVE в Тольятти

Буквы объемные, Светодиодная реклама

Входная группа Inglot в Тольяттиadmin2017-02-26T07:19:43+00:00

Входная группа Inglot в Тольятти

Gallery

Входная группа Inglot в Тольятти

Короба световые, Светодиодная реклама

Объемные буквы ОКЕЙ в Тольяттиadmin2017-02-26T07:27:31+00:00

Объемные буквы ОКЕЙ в Тольятти

Gallery

Объемные буквы ОКЕЙ в Тольятти

Буквы объемные, Высотные работы, Светодиодная реклама

Объемные буквы из пенопласта Ботек Wellness в Тольяттиadmin2017-02-26T07:40:55+00:00

Объемные буквы из пенопласта Ботек Wellness в Тольятти

Gallery

Объемные буквы из пенопласта Ботек Wellness в Тольятти

Буквы объемные, Светодиодная реклама

Крышная рекламная конструкция Лада Арена в Тольяттиadmin2017-02-26T08:19:20+00:00

Крышная рекламная конструкция Лада Арена в Тольятти

Gallery

Крышная рекламная конструкция Лада Арена в Тольятти

Буквы объемные, Крышная реклама, Светодиодная реклама

Применение в быту


В быту ветрогенераторы применяются как в качестве основного электроснабжения объекта, так и в качестве резервного.В зависимости от мощности, оборудование, применяемое в быту, классифицируется на:

  • установки, мощностью меньше одного киловатта, относящиеся к категории «микро» и применяющиеся на яхтах, фермах, для подачи воды;
  • оборудование от одного до ста киловатт, относящееся к категории малой ветроэнергетики и применяемое для различных бытовых целей, способное работать в автономном режиме без подключения к электросети общего назначения.

В быту не рекомендуется применение малых автономных ветрогенераторов по причине дороговизны инвертора и аккумуляторных батарей, суммарная цена которых составляет большую часть от стоимости всей установки. В основном для домашних целей применима именно специализированная продукция мощностью от одного до ста киловатт.

Средняя составляющая ветровой нагрузки

Средняя составляющая \({w_m}\) — базовая компонента ветровой нагрузки, от которой зависит и пульсационная составляющая. Определяется она по формуле:

\({w_m} = {w_0} \cdot k \cdot c\), (2)

где

  • \({w_0}\) — нормативное значение ветрового давления, кПа;
  • \(k\) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;
  • \(c\) — аэродинамический коэффициент.

Нормативное значение ветрового давления \({w_0}\) определяется в зависимости от ветрового района. Так, для III района оно составляет \({w_0} = 0,30\) кПа.

Для определения коэффициента \(k\) существует два способа; оба из них указаны в стандарте . Например, этот коэффициент можно определить по формуле

\(k = {k_{10}}{\left( {\frac{`z_e`}`10`} \right)^{2\alpha }}\), (3)

где

  • параметры \({k_{10}}\) и \(\alpha \) принимаются в зависимости от типа местности (A, B или C);
  • \(`z_e`\) — эквивалентная высота, м.

Проектирование ЖБК в среде BIM Tekla Structures

Эквивалентная высота

Эквивалентная высота конструкции используется в нормах для определения различных коэффициентов.

Для башенных, мачтовых, трубных и других высотных сооружений, эквивалентная высота \({z_e}\) принимается равной действительной высоте \(z\), т. е. расстоянию от уровня земли до точки, в которой мы определяем ветровую нагрузку:

Рисунок 3. К определению эквивалентной высоты

На элементы конструкции, расположенные на разной высоте, аэродинамическая нагрузка оказывает, в общем случае, различное воздействие. Это обстоятельство порождает простой и логичный вопрос: в каких точках прикладывать ветровую нагрузку?

Единственно правильно ответа на этот вопрос, безусловно, не существует. Любая принятая расчетчиком схема дискретизации (разделения конструкции на отдельные участки, сегменты) приближает модель к работе реальной конструкции, в большей или меньшей степени. Очевидно, модель приложения ветровой нагрузки по всей высоте поверхности (рис. 3, а) может быть принята только в первом приближении, для относительно невысоких сооружений. Более точно определить ветровую нагрузку можно, разделяя конструкцию на отдельные участки по высоте и определяя равнодействующую \(w\) в пределах каждого участка (рис. 3, б).

В любом случае, равнодействующая должна быть приложена в центре тяжести распределенной ветровой нагрузки. Расстояние от уровня земли до этой равнодействующей и будет составлять эквивалентную высоту \({z_e}\).

Если принять схему молниеприемника по рис. 3 (а), то при общей высоте 17 м равнодействующая ветровой нагрузки будет приложена в точке \({z_e} = 0,5H = 8,5\) м. Если сооружение размещено в черте города с плотной застройкой (здания выше 25 м, тип местности C), то коэффициент \(k\) будет равен:

\(k = {k_{10}}{\left( {\frac{`z_e`}`10`} \right)^{2\alpha }} = 0,4{\left( {\frac{{8,5}}`10`} \right)^{2 \cdot 0,25}} = {\rm{0,369}}\). (4)

Аэродинамический коэффициент

Для определения аэродинамического коэффициента \(c\), входящего в (2), нередко прибегают к натурным испытаниям масштабных образцов в аэродинамической трубе. Это делается с целью получить более точную картину обтекания конструкции ветровым потоком, а также учесть шероховатость поверхности и другие аспекты конкретного сооружения.

В практических же расчетах можно руководствоваться справочной литературой. В частности, в приводится следующая информация об аэродинамических коэффициентах:

Рисунок 4. Фрагмент таблицы 3.1 для определения аэродинамических коэффициентов

Если направление ветрового потока совпадает с осью стенки двутаврового профиля, то аэродинамический коэффициент \(c = 0,9\). Если же поперечное сечение конструкции представляет собой многоугольник с \(n\) гранями, то можно воспользоваться следующими данными:

Рисунок 5. Фрагмент таблицы 3.4 для определения аэродинамических коэффициентов

Таким образом, средняя составляющая ветровой нагрузки на молниеприемник двутаврового сечения (2) составляет:

Виды ветряных электростанций

По типу потребителей различают автономные ветрогенераторы и установки сетевого назначения. Первые осуществляют энергоснабжение удалённых от центральных электрических сетей потребителей.

Вторые – могут насчитывать несколько десятков/сотен ветряков, которые образуют единую систему и отдают энергию в общую сеть.

Мощность автономных агрегатов редко превышает 75 кВт, в то время как мощность сетевых установок стартует с отметки 100 кВт.

В зависимости от типа конструкции различают ветряные генераторы:

  • с вертикальной осью вращения;
  • с горизонтальной осью вращения.

Эти устройства используются для разных условий эксплуатации, но чаще всего встречаются модели с горизонтальной осью. Они работают как обычные флюгеры и имеют схожее строение. Ось ротора вращается параллельно земной поверхности.

Такие агрегаты отличаются высокими показателями КПД (около 40%), простой регулировкой мощности и более доступной ценой, но также характеризуются высоким уровнем создаваемого шума и вибраций. Помимо этого, их необходимо ориентировать на направление ветра.

Для монтажа ветряка с горизонтальным расположением ротора нужно примерно 120 м свободного пространства и мачта высотой не меньше 8 м

Ветряные генераторы с вертикальной осью вращения имеют более компактную конструкцию, они менее восприимчивы к воздействию факторов окружающей среды.

В устройствах этого типа турбина расположена перпендикулярно по отношению к плоскости Земли. Подобные конструкции запускаются даже от слабого ветра и не зависят от направления движения воздушных потоков.

Низкий уровень создаваемого шума (до 30 дБ) даёт возможность устанавливать вертикальные ветротурбины на крышах зданий

Однако есть и существенный минус – КПД таких генераторов составляет всего 15%. Кроме того, они стоят дороже, чем модели с горизонтальной осью вращения.

Модели ветрогенераторов различаются между собой не только расположением вращательной оси, но и:

  • количеством лопастей – бывают ветряки с двумя и тремя лопастями, встречаются и многолопастные модификации;
  • материалами изготовления функциональных деталей – с парусными и жёсткими лопастями;
  • шагом винта – регулируемый или фиксированный.

Следует отметить, что вращение многолопастных стационарных ветряков начинается даже при слабом ветре, а вот для работы двух- и трёхлопастных устройств нужен более сильный ветер.

В то же время каждая дополнительная лопасть в конструкции создаёт большее сопротивление колеса, в результате чего становится сложнее достигнуть стандартных рабочих оборотов генератора.

В зависимости от материала изготовления лопастей для ветроустановки, могут возникнуть определённые сложности в работе. Парусные элементы проще в изготовлении, поэтому и стоят дешевле.

Но если необходимо обеспечить надёжное функционирование ветротурбины для автономного электроснабжения, стоит отдавать предпочтение конструкциям с жёсткими лопастями, изготовленными из металла или армированного стеклопластика.

Что касается шага винта, то здесь также не всё так просто. Изменяемый шаг позволяет заметно расширить диапазон эффективных скоростей для работы ветряной станции и это большой плюс.

Но в то же время такой механизм снижает общую надёжность стационарной установки и значительно утяжеляет ветроколесо, усложняя эксплуатацию агрегата.

Виды

На данный момент в серийном производстве существует 2 вида ветрогенераторов:

Карусельные — ось вращения располагается вертикально по отношении к направлению ветра. Имеют ряд преимуществ по сравнению с классическими — горизонтальными:
Вырабатывают электроэнергию при небольшой силе ветра;
Не нуждаются в сложных, активных системах направления на поток ветра, как следствие, идеально подходят для местности с турбулентными воздушными потоками;.

Некоторые промышленные модели не нуждаются в высокой мачте, сама ось для лопастей является мачтой. Поэтому удобны в обслуживании;
Низкий уровень шумового загрязнения, до 30 дБ;
Отличный внешний вид.

Но они имеют серьёзный недостаток — тихоходность. Для его преодоления применяют повышающие редукторы, что несколько снижает КПД.

Крыльчатые — горизонтальные ветряки. Этот вид ветрогенератора наиболее распространён при использовании в промышленной выработке электроэнергии.

Преимущества:

  • Большая скорость вращения, это позволяет соединяться с генератором, что увеличивает КПД;
  • Простота изготовления;
  • Большое разнообразие моделей.

Недостатки:

  • Высокий уровень шумового и ультразвукового загрязнения. Это может быть опасно для здоровья людей. Поэтому генерирующие промышленные мощности располагают в безлюдных местах;
  • Необходимость применять стабилизатор и устройства наведения на поток ветра;
  • Скорость вращения находится в обратной пропорции к количеству лопастей, поэтому в промышленных моделях редко используют более трёх лопастей.


Работы по преодолению последнего недостатка ведутся уже довольно давно. Было разработано и выпущено несколько небольших моделей ветрогенераторов. Их КПД довольно высокий для своего класса мощности, из-за оригинального строения лопасти.

Площадь сопротивления ветру в такой модели минимальна, она может работать при силе ветра и 2 м/с и выдавать при этом 30 Вт. Но учитывая, что на трение и иные потери, в моделях такого класса, уходит до 40% энергии, оставшихся 18 Вт не хватит даже на освещение одной лампочкой. Для использования на даче или в частном доме нужно, что-то серьёзнее.

Расчет ветрогенератора

Для того чтобы правильно рассчитать номинальную мощность ветряного генератора, необходимо соблюдать определенные правила.

Перед выбором ветрогенератора необходимо определить скорость и направление ветра, наиболее характерные в месте предполагаемого монтажа. Следует помнить, что вращение лопастей начинается при минимальной скорости ветра 2 м/с. Максимального КПД удается достичь, когда этот показатель достигает значения от 9 до 12 м/с. То есть, для того чтобы обеспечить электричеством небольшой загородный дом, потребуется генератор с минимальной мощностью 1 кВт/ч и ветер со скоростью не менее 8 м/с.

Скорость ветра и диаметр винта оказывают непосредственное влияние на мощность, вырабатываемую ветряной электроустановкой. Точно рассчитать эксплуатационные характеристики той или иной модели возможно с помощью следующих формул:

  1. Расчеты в соответствии с площадью вращения выполняются следующим образом: P = 0,6 х S х V3, где S – площадь, перпендикулярная направлению ветра (м2), V – скорость ветра (м/с), Р – мощность генераторной установки (кВт).
  2. Для расчетов электроустановки по диаметру винта применяется формула: Р = D2 х V3/7000, в которой D является диаметром винта (м), V – скорость ветра (м/с), Р – мощность генератора (кВт).
  3. При более сложных вычислениях учитывается плотность воздушного потока. Для этих целей существует формула: P = ξ х π х R2 х 0,5 х V3 х ρ х ηред х ηген, где ξ является коэффициентом использования ветровой энергии (безмерная величина), π = 3,14, R – радиус ротора (м), V – скорость воздушного потока (м/с), ρ – плотность воздуха (кг/м3), ηред – КПД редуктора (%), ηген – КПД генератора (%).

Таким образом, электроэнергия, производимая ветрогенератором, возрастает количественно в кубическом соотношении с повышающейся скоростью ветрового потока. Например, при повышении скорости ветра в 2 раза, выработка ротором кинетической энергии возрастет в 8 раз.

При выборе места установки ветрогенератора необходимо отдавать предпочтение участкам без больших построек и высоких деревьев, которые создают преграду для ветра. Минимальное расстояние от жилых домов составляет от 25 до 30 метров, в противном случае шум во время работы будет создавать неудобства и дискомфорт. Ротор ветряка должен быть расположен на высоте, превышающей ближайшие постройки не менее чем на 3-5 м.

Если подключение загородного дома к общей сети не планируется, в этом случае можно воспользоваться вариантами комбинированных систем. Работа ветряной установки будет значительно эффективнее при использовании ее совместно с дизель-генератором или солнечной батареей.

Как работает простой ветрогенератор

Ветрогенератор – прибор, позволяющий преобразовывать энергию ветра в электричество.

Принцип работы его заключается в том, что ветер вращает лопасти, приводит в движение вал, по которому вращение поступает на генератор через редуктор, увеличивающий скорость.

Подразделяют две основные разновидности ветряных генераторов:

  • ветрикальные;
  • горизонтальные.

Вертикально ориентированные модели построены так, чтобы ось пропеллера была расположена перпендикулярно земле. Таким образом, любое перемещение воздушных масс, независимо от направления, приводит конструкцию в движение.

Для контроля и улавливания изменений направления ветра устанавливают специальные приборы. КПД при таком расположении винта значительно выше, чем при вертикальной ориентации. В бытовом применении рациональней использовать ветрогенераторы этого типа.

Как вырезать лопасти

Далее по линии начиняя с корня лопасти отмечаете размеры радиуса лопасти — в столбце «Радиус лопасти» в зеленых колонках. По этим размерам на линии ставите точки в лево и в право от корня лопасти. Влево если смотреть от корня лопасти к кончику будут координаты лекала Тыл мм, а справа от линии координаты лекала Фронт мм. После соединяете точки и у вас образуется лопасть, которую обычно вырезают с помощью полотна от ножовки по металлу, или электролобзиком.

Отверстия для крепления лопасти на хаб делаются строго по центральной линии лопасти, которую чертили на трубе в самом начале, если сместить отверстия, то лопасть встанет под другим углом к ветру и потеряет все свои качества. Кромки лопасти нужно обязательно обработать, фронтальную часть лопасти закруглить, тыльную часть заострить’ и закруглить кончики лопастей чтобы ничего не свистело и не шумело. Таблица эксель уже учитывает при расчете обработку кромок таким образом как на картинке ниже.

Надеюсь вам стало понятнее как пользоваться табличкой и как подбирать винт под генератор. Для примера я конечно выбрал генератор с неподходящими параметрами так-как слишком рано начинается зарядка 12в АКБ, для 24в и 48 вольт результаты были бы другие и мощность еще выше, но все примеры не опишешь.

Самое главное понять принципы, например подбирая винт если он имеет хорошую мощность при одних оборотах, это не значит что он будет ее иметь на практике, если генератор слишком рано нагрузит винт, то он не выйдет на свои обороты и не разовьет ту мощность, которая должна быть при меньших оборотах, хоть и ветер будет расчетный или даже выше. Лопасти настроены на определенную быстроходность и будут брать максимум мощности от ветра при своей быстроходности.

Как производится расчет генератора?

Основная формула расчета ЭДС генератора выглядит следующим образом:

E = V × B × L, где

E — ЭДС.

V — Линейная скорость движения магнитов (М/с).

B — Магнитная индукция магнитов (Тл).

L — Активная длина проводника (м)

Используя формулу можно получить значение ЭДС генератора для определенной скорости движения (вращения) ротора. Некоторую сложность представляет собой определение величины магнитной индукции. Точного значения найти вряд ли удастся, поэтому обычно принимают значение, равное 0,8 Тл. Или, как вариант, измеряют величину зазора между магнитами и катушками статора. Считается, что зазор размером в толщину магнита обеспечивает магнитную индукцию в 1 Тл. Если зазор увеличивается, то величина индукции падает.

Активная длина проводника — это длина провода обмоток, накрытая магнитами. То есть, та часть обмоток, которая попадает в магнитное поле. Поэтому изготовление слишком больших катушек нецелесообразно, их размер должен максимально коррелировать с величинами магнитов. Для круглых магнитов на немагнитном основании активная длина принимается равной диаметру магнита, а при использовании железного статора активная длина принимается равной ширине статора, так как он весь становится сплошным магнитом.

Исходя из приведенной формулы можно сделать вывод — при прочих равных условиях можно увеличить ЭДС, изготавливая дисковые генераторы с большим диаметром диска. Линейная скорость магнитов увеличится, и устройство даже на низких скоростях будет вырабатывать неплохое напряжение. Однако, генератор с высоким напряжением — не самоцель, устройство должно вырабатывать именно то количество тока, какое подойдет для качественной зарядки аккумуляторов.

Нерационально создавать ветряк, если большая часть выработанного тока будет сбрасываться на балластную нагрузку. Кроме того, необходимо заранее выяснить преобладающую скорость ветра в регионе и вычислить оптимальную скорость вращения крыльчатки. В противном случае можно получить генератор, дающий слишком высокое напряжение, чреватое закипанием аккумуляторов.

Расчет параметров ветроколеса

Расчет ветроколеса имеет важное значение при создании ветрогенератора. Именно крыльчатка принимает на себя поток ветра, передает его энергию в виде вращательного движения на ротор генератора

Для расчета потребуется, прежде всего, знание параметров генератора — мощность, номинальная скорость вращения ротора и т.д

Для расчета потребуется, прежде всего, знание параметров генератора — мощность, номинальная скорость вращения ротора и т.д.

Следует учитывать, что увеличение количества лопастей снижает скорость вращения, но увеличивает мощность вращательного движения. Соответственно, малое число лопастей надо применять на быстроходных генераторах, а большое количество —торах, нуждающихся в большом усилии вращения.

Формула быстроходности ветроколеса выглядит следующим образом:

Z = L × W / 60 / V,

Где Z — искомая величина (быстроходность),

L — длина окружности, описываемой лопастями.

W — частота (скорость) вращения крыльчатки.

V — скорость ветра.

Специалисты рекомендуют для самостоятельного изготовления выбирать многолопастные образцы с количеством лопастей от 5 штук. Они не требовательны к балансировке, имеют более стабильную аэродинамику и более активно принимают на себя энергию воздушного потока.

Сколько экономии энергии дает ветряк?

Величина экономии, полученной от использования ветрогенератора, рассчитывается по собственным данным. Она складывается, с одной стороны из расходов на приобретение и сборку ветряка или его деталей, расходов на обслуживание комплекта. С другой стороны, учитывается стоимость сетевой электроэнергии в данном регионе, либо цена подключения и прочие расходы, связанные с этим.

Разница полученных величин и будет являться величиной экономии. Необходимо учесть также отсутствие возможности для подключения в некоторых районах, когда ветрогенератор становится единственным доступным вариантом. В таких случаях разговор об экономии становится неуместным.


Сколько же выдает мой ветряк при ветре 3 — 4 метра в секунду , и немного о будущей мачте

Сколько электроэнергии вырабатывает?

Количество вырабатываемой энергии зависит от параметров крыльчатки и собственно генератора. Максимально возможным количеством следует считать номинальные данные генератора, уменьшенные на величину КИЭВ крыльчатки. На практике показатели намного ниже, так как в получении результата большое значение имеет скорость ветра, которую невозможно заранее предсказать.

Кроме того, имеются различные тонкие эффекты, в сумме оказывающие заметное влияние на конечную производительность ветряка. Принципиально важными значениями являются диаметр крыльчатки и скорость ветра, от них напрямую зависит количество полученной энергии.

Минимальная скорость ветра для ветряка

Минимальная скорость ветра — в данном случае это величина, при которой лопасти ветряка начинают вращаться. Это значение показывает степень чувствительности крыльчатки, но на конечный результат влияет слабо. Генератор имеет собственные потребности, для него само по себе вращение еще не решает все вопросы.

Требуется определенная скорость и стабильность движения, отсутствие резких рывков. Рассматривать минимальную скорость вращения следует только с позиций общей эффективности рабочего колеса, позволяющей оценивать его способность обеспечить выработку энергии на слабых потоках.

Выбор материала

Для изготовления лопастей используются различные материалы, главными требованиями, предъявляемые к ним, являются следующие:

  • Прочность – способность выдерживать постоянные нагрузки, обусловленные воздействием ветровых потоков;
  • Малый вес – увеличивает срок службы узлов и механизмов аппарата (подшипники, растяжки и т.д.);
  • Стойкость по отношению к атмосферным явлениям (осадки, солнечный свет, температура окружающего воздуха).

Всем, выше перечисленными требованиям, соответствуют: стекловолокно, композитные материалы, пластик и легкие металлы (алюминий, титан и прочие).

Выбор материала осуществляет производитель, в соответствии с экономической целесообразностью, наличием материала на соответствующем рынке, а также трудоемкости его обработки в процессе выполнения работ.

Технологические особенности сборки ВЭУ

Из чего сделать лопасти для ветряка? Для изготовления лопастей проще всего использовать пластиковые трубы. Они достаточно просты в обработке и способны выдерживать немалые динамические нагрузки. Но для того, чтобы ветряк в процессе эксплуатации не разлетелся на куски, желательно учесть несколько важных нюансов:

  • Толщину трубы. В процессе вращения несущие детали устройства испытывают большую нагрузку из-за влияния центробежной силы. Чтобы ее уменьшить желательно взять в качестве материала канализационную или газопроводную трубу с большей толщиной стенки – не менее 4 мм;
  • Длину лопастей. Чем длиннее лопасть, тем большую нагрузку она испытывает. Чтобы продлить срок службы конструкции, не делайте крылья слишком длинными. Наиболее приемлемым вариантом станет крыло с длиной от 30 до 50 см;
  • Количество лопастей. От количества крыльев напрямую зависит сопротивляемость ветряка воздушным массам. Чтобы увеличить его КПД, число крыльев стоит увеличить. Оптимальным вариантом станет ВЭУ с 5 или 6 крыльями.

В качестве примера рассмотрим процесс маркировки крыльев для ВЭУ из трубы с диаметром в 10 см и толщиной стенки – 5 мм.

Как разметить заготовку?

1. Чтобы правильно разметить цилиндрическую поверхность, оберните трубу листом бумаги; 2. Кромка листа станет ориентиром для формирования оси на трубе; 3. Ширина листа укажет на длину окружности; 4. Теперь сложите листок пополам, чтобы отметить половину от окружности заготовки; 5. Сложите листок четыре раза, чтобы отметить на цилиндре 4 линии для предполагаемых разрезов.

Порезка ПВХ трубы

Как разрезать ПВХ трубу? Для того, чтобы порезать заготовку лучше всего использовать электролобзик с пилкой по металлу. Порезка трубы на составные части делается следующим образом: 1. Сначала размеченную заготовку разрезают на две равные части; 2. Теперь половинки трубы также нужно разрезать пополам; 3. У основания каждой из лопастей делают прямоугольные надрезы длиной не более 5-6 см; 4. Чтобы не разрушить структурную целостность материала, в углах крыльев нужно просверлить небольшие отверстия; 5. После этого заготовленные части следует разрезать по диагонали; 6. Таким образом, у вас получатся лопасти конусного типа.

Как это сделать?

  • Необходимо изготовить соединительный узел. Деталь представляет собой стальной диск с шестью металлическими лентами;
  • Форма узла определяется конфигурацией самого генератора, выполняющий роль преобразователя кинетической энергии ветра в электрическую;
  • Чтобы лопасти ветрогенератора не сломались и не деформировались под давлением воздушных масс, толщина стальных лент и диска должна варьироваться в пределах от 2 до 6 мм.

https://youtube.com/watch?v=I9MLnopzJQM

Балансировка колеса

После сборки ветряка необходимо осуществить балансировку ветряного колеса. Чтобы результаты были максимально достоверными, юстировать устройство стоит в закрытом помещении.

Как совершают балансировку?

1. Ветряное колесо подвешивается таким образом, чтобы его вращению ничего не препятствовало; 2. В процессе балансировки нужно следить за тем, чтобы плоскость соединительного диска была вертикальна по отношению к подвесу; 3. Теперь следует повернуть колесо на угол, который равен 360/N, где N – количество лопастей в конструкции; 4. Процедуру повторяем до полного поворота диска вокруг собственной оси; 5. Если после остановки диск приходит в движение, значит, лопасти, стремящиеся вниз, тяжелее остальных.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Editor
Editor/ автор статьи

Давно интересуюсь темой. Мне нравится писать о том, в чём разбираюсь.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Наш Бастион
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector