Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения



 

В честь французского инженера Жоржа Дарье, вертикальные ветровые турбины называют турбинами Дарье. В 1931 году он получил патент на разработку турбины с вертикальной осью вращения, которые имеют лопасти в форме «С» с количеством двух-трех лопастей.

У ветровых установок с вертикально расположенной осью вращения ведущий вал ротора располагается вертикально. У таких установок лопасти бывают дугообразными и длинными, и устанавливаются к башне с нижней и с верхней части. Вертикально расположенный вал ротора позволяет такому виду турбины по сравнению с ветровыми установками с горизонтально расположенной осью вращения, охватывать ветровой поток с любого направления, и для этого нет необходимости ориентироваться на ветер, поворачивать лопасти по направлению ветрового потока. Хоть ветровые установки с вертикальной осью вращения и с горизонтальной осью вращения внешне различаются, их системы имеют схожества. От взаимодействия лопастей с ветровым потоком, получается кинетическая энергия, которая через трансмиссию передается на генератор ветровой установки. При различных скоростях ветра генератор может работать эффективно благодаря системе трансмиссии. Зависимо от взаимодействия с ветровым потоком ветровые установки бывают с жестко закрепленными лопастями и с регулируемыми лопастями с изменяющимся углом. Эти две конструкции имеют преимущества и недостатки. Ветровые установки с регулируемыми лопастями, используют ветер эффективно, и могут вырабатывать больше электроэнергии. И для регулирования изменения углов лопастей, применяется подшипник, который со временем износится, что приводит к поломке ветрового агрегата. Ветровые турбины с жестко закрепленными лопастями обслуживаются легче, но используют ветровой поток менее эффективно.

Ветровые установки с вертикальным ротором имеют существенные преимущества перед ветровыми установками с горизонтальным расположением ротора. Для таких ветровых установок необязательно устанавливать систему ориентации на ветер, конструкция более упрощенная и имеют меньше гироскопических нагрузок на лопасти, систему передач и на другие важные установки.

К таким установкам можно отнести устройства Савониуса с S-образной формой лопасти, чашеобразной лопастью или с установки с пластиной. Роторы Савониуса имеют большой начальный момент, но быстроходность у них не так велика и мощность у них бывает поменьше.

Во Франции в 1920 году инженер Жорж Дарье предложил новый тип ветровой установки, а его разработкой начали интенсивно заниматься лишь с 1970 года. В сегодняшние дни ротор Дарье можно рассматривать как основного конкурента ветровых генераторов крыльчатого типа.



Лопасть ротора Дарье имеет в поперечном сечении профиль крыла, и благодаря этому ротор Дарье использует подъемную силу, появляющуюся на выгнутых лопастях. Ротор Дарье имеет небольшую начальный момент и обладает очень большую быстроходность, и благодаря этому имеет больше удельной мощности, относительно массы установки и его цене. Эти роторы имеют разные формы лопастей, в форме ромба, треугольника, в форме буквы «Ф», и бывают с одной, двумя, и с большим количеством лопастей.

Для того, чтобы лопасти пропеллера были легкими, их изготавливают из стали, дерева, из фибергласа.

На сегодняшний день, в таких странах как Дания, Великобритания, Канада, выпускаются ветровые установки мощностью 1 МВт. Самые большие ветровые установки выпускаются мощность до 3 МВт, а иногда и выше. Диаметр ветроколеса достигает до 120 метров.

Ветровую энергетику нужно развивать не по пути больших габаритов. Лучшим направлением будет производство средних турбин с большей мощностью и с удобным обслуживанием, эксплуатацией и производством. Даже если нынешние ветровые установки мощны и велики, они не могут полностью покрыть потребности в электроэнергии крупных городов. Небольшие ветроэлектростанции во работают благополучно на пользу народу. В США множество ферм, маленьких городков расположены в дали от крупных городов и магистральных сетей, поэтому ветровые электростанции в 1,5 - 2 киловатта пользуются популярностью. В Германии на Северо-Фризских островах находится установка для опреснения морской воды, работающая от энергии полученной ветровой установкой. На острове Пельворм есть полигон, на котором проводят испытание разных моделей ветровых турбин. В фермерских хозяйствах успешно применяют малые ветрогенераторы для получения электричества для механизмов качки воды. На практике доказано, что использование ветрогенераторов малой мощности обходится в 10 раз дешевле подвоза воды цистернами и в 4 раза дешевле использования дизельных установок.



Достоинства ветроустановок в том, что они работают во благо нашим потребностям. В многих регионов земного шара сильные ветра дуют в период осени в начале зимы. Это время, когда человек использует больше всего энергии для получения тепла и света. А летом наступают времена затишья сильных ветров, и в это время человек потребляет меньше энергии. Но основной недостаток перекрывает пользу от всего этого. Чтобы увеличить вырабатываемую мощность ветровой установки, нужно увеличить размер лопастей, от этого конструкция станет тяжелее. И для работы ветровой установки потребуется большая скорость ветра, которая есть не во всех регионах, и районы использования такой установки сократятся.

Проведенные опыты показывают, что ветровые установки, имеющие вертикальную ось, превосходят ветровые установки в горизонтальной осью по показателям эффективности. К преимуществам вертикально-осевых установок над горизонтально-осевыми установками относится случаи, когда ветровая установка работает в районе переменных воздушных потоков, и нужно менять направление турбины. А это повышает нагрузку на башню, на подшипники, которые направляют ветровое колесо, и надо учитывать, что на все это расходуется энергия. На вертикально-осевые ветровые установки ветровой поток распространяется равномерно. Благодаря этому есть возможность изготавливать легкую, большую установку. Генератор можно устанавливать на земле, что невозможно сделать в вертикально-осевых турбинах. Чтобы установить ротор напротив направлению ветра нет необходимости устанавливать дополнительны механизмы.

Чтобы увеличить эффективность ветровой установки, нужно корректировать технологию использования ветра при помощи применения вертикально-осевых установок на чувствительность к направлению ветрового потока, которые будут использовать технологию «крыло и парус».

Ветровая установка, разработанная при Алматинском Институте Энергетики и Связи профессором Альбертом Васильевичем Болотовым, относится к такому виду ветровой установки. Этот тип ветрового агрегата относится к совершенно новому виду – это состоящая из нескольких модулей энергетическая ветровая установка с вертикально-осевой турбиной. Новизной этой турбины является роторная турбина с противоположным вращением и моновращением роторов, электрический генератор с противоположным вращением и моновращением статора и ротора, использование солнечных панелей. На распределительном щите находятся инвертора, обеспечивающие питание электроприемников и делящие их на категории потребителей.

Конструкция ВРТБ проста, она состоит из статора с пластинами вогнутыми во внутрь и расположенным в нем вращающегося ротора с профильными лопатками. Конструктивное исполнение показано на рисунке 2.

 

 

Рисунок 2 – Конструктивная схема ветродвигателя: 1-ротор,

2-направляющий аппарат

 

Направляющие крылья берут из воздушного потока воздух и направляют его на лопатки ветрового ротора, и с обратной стороны выводит воздух. Модули ротора располагаются по обе стороны генератора и вращают его независимо от разности скорости ветра. Роторы находятся на разной высоте над поверхностью земли и вращаются с разными скоростями. Все это дает возможность создать ветровой генератор с меньшим размером и весом при одинаковой вырабатываемой мощностью, где в генераторе вращается только ротор, статор остается неподвижным.

В комплект ветровой турбины Болотова входит разработанный в АИЭС электрический генератор с электромагнитным возбуждением, имеющую структуру обмотки статора, которая обеспечивает возрастание вольт-оборотной характеристики.

Роторная турбина Болотова имеет высокие динамические показатели, преобразует в электроэнергию энергию пульсации и порывов ветра, которые обычно происходят при изменении направления ветра, которая показано на рисунке 3, и развиваемая ею мощность соответствует зависимости (кривая 1).

 

 

Рисунок 3 – Развиваемая генератором ВРТБ мощность кривая 1 в реальном времени, соответствует изменению скорости и энергии ветра – кривая 2

 

Роторная турбина ВРТБ обладает следующими достоинствами:

- отсутствует потребность ориентирования ветровой установки на направление ветрового потока, что обеспечивает повышенную выработку электроэнергии;

- скорость вращения роторов турбины не ограничивается и это позволяет работать со всеми ветрами, включая штормовые, что повышает коэффициент использования установленной мощности электрогенератора;

- высокая стартовая мощность способствует работе при низких скоростях ветрового потока, использовать энергию кратковременных порывов и шквалов;

- раздельное встречное вращение роторов модулей турбины с противоположным вращением позволяет удвоить результирующую (для генератора) скорость ветра и высокий коэффициент использования его энергии, особенно в диапазоне малых скоростей;

- вращение в разные стороны статора и ротора генератора позволяет удвоить скорость взаимного перемещения его магнитных систем и, как следствие, выходной мощности;

- отсутствуют внешние вращающиеся части, что обеспечивает безопасность, низкий уровень шума и отсутствие радиопомех;

- конструкция очень простота, отсутствуют вспомогательные механизмы и;

- возможность производства, транспортировки и установки общепромышленными средствами;

- возможность параллельной работы в многоагрегатных энергосистемах.

 

Ветровые роторные установки являются универсальными, что означает возможность получать ветер с любого направления. Коэффициент получения пользы от энергии ветра в 1,5-3 раз выше, чем у пропеллерных установок такой же мощности.

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!