Házi szélerőművi szélturbina kiszámítása
A szélerőműpark fő része a szélkerék. Ezzel a szél kinetikus energiája átalakul mechanikai energiává.
A szél kerekek két csoportra oszthatók:
1 - vízszintes forgástengely;
2 - függőleges forgási tengellyel.
Most egy szélkerék vízszintes forgástengelyével foglalkozunk. Lehet, hogy egy vagy több pengével rendelkezik, amelyek bizonyos szögben vannak felszerelve a szélkerék forgási síkjához képest. A szélkerék gyors vagy lassú lehet. A kések átmérőjétől és számától függően a szélsebesség ugyanolyan szélsebességgel változik. Ezt a jelzőt a szélkerék sebességének nevezik, és azt a szélsebesség szélességének perifériás sebességének aránya határozza meg.
ahol:
W - a szélkerék forgási frekvenciája (ford / perc)
V - szélsebesség (m / s)
L a kerülete (m)
Z - a szélkerék nagysebességű kialakítása.
De mivel kezdetben nem ismerjük a szélkerék forradalmainak gyakoriságát, amely a teljesítményétől függ. Amikor a levegő áthalad a késeken, továbbra is felháborodott nyomot hagy, ami gátolja a szélkerék forgását. Ezért minél több lapát van, annál gyorsabb lesz a sebesség. Ezért a szélkerék sebességének nagyjából kiszámításához a kiindulási sebességet (Z) alapul véve, amelyet a gyakorlatban a különböző számú pengével rendelkező szélmalmok esetében állapítottak meg
1 lapátos szélkerék Z = 9,0
2 lapátos szélkerék Z = 7,0
3 lapátos szélkerék Z = 5,0
6 lengő szélkerék Z = 3,0
12 lengő szélkerék Z = 1,2
Az alábbi képlet szerint számolja ki a szélkerék sebességét.
Az egész szerkezet teljesítménye és a létesítmény biztonságos működése a szélkerék teljesítményétől függ.
A szélkerék forgása a szélsebesség, az átmérő és a nagy sebesség (rpm) sebességétől függően
Amint az az asztaltól látható, a többtengelyű szerkezetek, a kis fordulatszámú és így a centrifugális és giroszkopikus erők sokkal kisebbek, mint a nagysebességűek. Tekintettel arra, hogy a szélmalmok amatőr körülmények között történő gyártásának technológiája sok kívánnivalót hagy maga után, és nem azért, mert a kézművesek képtelenek remekművet készíteni, hanem azért, mert minden szempontot otthon tartanak, ezek a minták aranyat alkotnak. Fogom megszabadulni, hogy több lengő szélkerékeket ajánlanak több, legalább 5 pengével. Ezek a tervek nem annyira kritikusak a kiegyensúlyozás hibáihoz. Nem igényelnek a penge profiljának aerodinamikai végrehajtását, és sikeresen alkalmazhatók homorú pengék.
De hogyan kell telepíteni ezeket a scapulákat? Tekintsük ezt a kérdést.
Ha például egy egyszerű rétegelt lemez a bejövő légárammal szögben van elhelyezve, akkor a legnagyobb emelkedés ugyanazon légsebességnél 45 fokos szögben lesz. Ahogy a szögbeállítás csökkent vagy megemelkedik, az emelőerő csökken, és az áramlás ellenállása csökken, vagy emelkedni fog. Ezért vegyük a kiindulási pontot - 45 fokos szög. Azonban a forgástengelytől távolabb helyezkedik el a pengeelem, annál kevésbé kell beállítani a telepítés szögét. Ez látható az ábrán. A hossza korlátozott légmennyiségnek a szélkerék területén kell haladnia.
A szögsebességnek köszönhetően, a különböző lapátszélességű keresztmetszeteknek köszönhetően, amelyek ugyanolyan hatékonysággal mennek végbe, a légmennyiségben, és nem okoznak fékezést, másfajta szerelési szöggel kell rendelkezniük. És minél messzebb van a forgás tengelyétől, a szög kisebb lesz.
Kattints a képre a nagyításhoz.
A penge kiszámításának egyik mutatója a csavar magassága. Az ábra mutatja a vágólap egyik keresztmetszetének lépését, a csavar tengelyétől távolabb az R. távolságig.
Más szóval azt mondhatjuk, hogy a pályán a keresztmetszet az a távolság, amely a légtömeg egy teljes körülfordulása alatt, ha azt képzelni a levegő tömegének formájában egy anya, amelynek átmérője 2R, és a menetemelkedés szöge egyenlő közötti szög az akkord és figyelembe metszősík a csavar forgási. A csavar magasságát a következő képlet határozza meg:
ahol:
H = a kiválasztott szakasz (m) lépése;
R = metszet sugara (m);
a = szögbeállítás szöge (fok)
A szélkerék kések szelvényének beépítési szögét az átalakított képlet határozza meg:
a (beállításszög) = Arctg (H / 2PR)
Példa a lapátcsavar kiszámítására:
lapátszög = 1 méter,
a szélkerék átmérője = 3,1 méter
A penge csavarodásának kiszámítása
Ezekben a létesítményekben, ideális esetben kizárják propeller ellenállását szélsebesség 3 m / s szél kerék kell tennie a három fordulat másodpercenként, és 3 * 60 = 180 fordulat / perc.
De ez ideális. Tény, hogy a propeller forgási sebességét befolyásolja a turbulencia az előző pengék, súrlódás okozta a lapátok, a válasz generátor függően az alkalmazott elektromos terhelés. Valójában a szélturbina fordulata a kiszámított paraméterekhez igazodik, de valójában sokkal kisebb lesz.
A szélkerék kiszámításakor a következő alak a széláramlás ereje, amely áthalad a szétszóródó söpörési területen. Számítsd ki meglehetősen pontosan az általánosan elfogadott módszertan szerint:
P = 0,5 * Q * S * V 3
P - teljesítmény (W);
Q a levegő sűrűsége (1,23 kg / m3);
S - rotor söpörte terület (m 2);
V - szélsebesség (m / s);
De mivel egy energiatípus száz százalékos átalakítása egy másikba nem lehetséges, akkor elkezdjük csökkenteni a veszteségeket. A szélkeréknek van egy bizonyos együtthatója (átalakítása) a szélenergia számára. A nagy szélsebességű szárnyas szélvédők esetében a szélenergia elméleti felhasználásának maximális értéke 0,593. A nagy sebességű, aerodinamikus profilú szélturbinák esetében ez a szám 0,42-0,46. A több lengő lassan mozgó horgászbotokhoz ez a mutató a tervezési minta minőségétől függően 0,27 és 0,35 közé esik, és a számítások a Cp szimbólummal jelennek meg. A lassú szélsebességű kerék és a generátor sebességének megegyezéséhez fokozatos redukálóberendezést kell alkalmazni, és annak hatékonysága az átviteli tényezőtől és a teljesítménytől függően 0,7 és 0,9 között változik.
A mechanikai energiát elektromos energia átalakításaként veszteségeket is vállalunk. Ezért tükrözik őket Ng a generátor hatékonyságát 0,6 (autóipari generátorok gerjesztő tekercs) 0,8 (a generátorok állandó mágnessel gerjesztés).
P = 0,5 * Q * S * V 3 * Cp * Ng * Nb;
P - teljesítmény (W);
Q a levegő sűrűsége (1,23 kg / m3);
S - rotor söpörte terület (m 2);
V - szélsebesség, (m / s);
CP - szélenergia felhasználási együttható (0,35 jó konstrukció);
Ng - generátor hatékonysága (autóipari 0,6, állandó mágnes 0,8);
Nb - a fokozatos reduktor hatékonysága (0,7 - 0,9).
Helyettesítő adatokat egy 6 lapátos propeller-es 3, és tudja, hogy mennyi erő áll rendelkezésre a szélturbina generátor állandó mágnes fogaskerék és amelynek hatásfoka 0,9 átlagsebességgel 5 m / sec.:
P = 0,5 * 1,23 * (3,14 * (1,5 * 1,5)) * (5 * 5 * 5) * 0,35 * 0,8 * 0,9 = 136W.
Így a szélkerék fordulatai:
W = V / L * Z * 60 = 5 / 9,42 * 3 * 60 = 95,5 fordulat / perc.
Továbbra is a sebességváltó áttételi arányának kiválasztása, a generátor sebességétől függően.
Töltse le a szélkerék kiszámítását itt: Szélterhelés kiszámítása. Xls
A sárga színmezőkben helyettesíti az Ön feltételeinek megfelelő változókat. És az első közelítésben látható egy lehetséges eredmény. A végső számítás a szélkerék reaktanciájának figyelembe vételével történik.