Egy kicsit a szélturbina működésének elméletéről
A patak ereje, vagy ahogyan azt a második energia is nevezi, arányos a szélsebesség kockájával. Mit jelent - ha a szélsebesség nő, mondjuk kétszer, akkor a levegő áramlási energiája 2 3-szor növekszik, nevezetesen 2 3 = 2x2x2 = 8-szor.
A szélmalom által kifejlesztett teljesítmény a szélkerék átmérőjének négyzetével arányosan változik. Mit jelent, amikor kétszer növeli a szélkerék átmérőjét? Négyszer nagyobb a szélerősség növekedése.
Azonban a szélkeréken áthaladó energia nem minden hasznos munka lehet. Néhány energiát elvesztett a szélkerék ellenállásának a levegőáramlásra, valamint más veszteségekre való leküzdésére. Továbbá a levegő energia nagy részét a szél kerékén már áthaladt patakban is megtalálja. A lapátos szélturbinák elméletében bizonyított:
- A szélkerék mértéke a szélkerék mögött nem nulla;
- A szélturbina legjobb működési módja az, amelynél a szélkerék mögötti áramlási sebesség a kezdő keringetési sebesség 2/3-át teszi ki, amely a szélkeréken fog működni.
Energiafelhasználási együttható
Ez egy szám, amely megmutatja, hogy a légáramlás erejének mennyire hasznos lesz a szélkerék használata. Ezt az együtthatót általában a görög χ (ksi) betű jelöli. Ennek értéke számos tényezőtől függ, például a szélmalom típusától, a termelés minőségétől, a pengék alakjától és egyéb tényezőktől. A nagy sebességű szélturbinák esetében, amelyek aerodinamikus alakúak a szárnyaknál, a χ együttható megközelítőleg 0,42-0,46. Ez azt jelenti, hogy az ilyen típusú gépek hasznos mechanikai munkává alakíthatók, amely a berendezésen áthaladó széláram 42% -46% -a. A kis sebességű gépek esetében ez az együttható kb. 0,27-0,33. Az ideális lapátos szélturbinák esetében az χ elméleti maximális értéke körülbelül 0,593. A szárnyrendszerek meglehetősen elterjedtek, és tömegesen gyártottak az iparban. Két csoportra oszthatók:
- Flotta - a kések száma 4-re;
Alacsony sebesség - 4-től 24-es pengékig;
Nagysebességű és alacsony sebességű szélturbinák
A gyorsaság az egyik előnye, mivel megkönnyíti a szélenergia átadását ilyen nagy sebességű készülékekhez, mint egy elektromos generátor. Ráadásul könnyebbek és nagyobb szélsebesség-kihasználtsági fokkal rendelkeznek, mint a lassan mozgóak, mint fent említettük.
Ettől eltekintve azonban az érdemi, akkor is van egy komoly hátránya, mint a többször kisebb nyomatékot fix légcsavar és azonos átmérőjű a kerék és a szél sebessége, mint az alacsony sebességű beállításokat. Az alábbiakban két aerodinamikai jellemző található:
Ahol a szaggatott vonal egy 18-láncú szélkerékt és egy folyamatos, egy-három lándzsa. A szélkerék Z-moduljainak számát vagy annak sebességét a vízszintes tengely mentén ábrázolja. Ezt az értéket a penge végének ωxR sebességének a szélsebességhez viszonyított aránya határozza meg.
A szélmalom jellemzői alapján arra lehet következtetni, hogy minden szélsebességnek csak egyetlen fordulatszámát lehet elérni, amelynél a maximális χ értéket lehet elérni. Ráadásul ha a szélsebesség ugyanaz, akkor a lassan mozgó készüléknek többnyire nagyobb forgatónyomatéka lesz a nagysebességűnek, és ennek megfelelően a gyorsabbnál alacsonyabb szélsebességgel fog működni. Ez egy meglehetősen jelentős tényező, mivel növeli a szélerőmű óraszámát.
Vane szélturbinák
Munkájuk alapja aerodinamikai erők, amelyek akkor jelentkeznek a lapátok a hajócsavar, amikor nabezhit légáramlást. Annak érdekében, hogy növeljék a kapacitását a szárnyak tulajdonítanak a karcsú, áramvonalas profil és szögek ékelt hogy változó mentén a pengét (minél közelebb a tengely - minél nagyobb a szög, és a végén a kisebb). A rendszer az alábbiakban látható:
Ennek a mechanizmusnak három fő része van: a penge, amely lengő, amellyel a kerék az agyhoz csatlakozik. Az elakadás szöge φ - a kerék forgási síkának szöge a pengével. A támadás szöge α - a szél szöge a penge elemein.
A fékezett szélkerékkel az áramlás iránya, amely a pengén futott, és a szél iránya azonos volt (az V. nyíl irányában). De mivel a keréknek van valamilyen forgási sebessége, mindegyik pengék elemnek meghatározott sebességű ωxR lesz, amely a kerék tengelyétől való távolsággal megnövekszik. Ezért a kés nagyobb sebességgel történő átszívása az ωxR és V sebességekből áll. Ezt a sebességet relatív áramlási sebességnek nevezzük, és a W jelöléssel van ellátva.
Mivel csak bizonyos támadási szögeknél van a szélturbina legjobb működési módja, akkor a csillapítás szögét változtatni kell a penge teljes hosszában. A szélmotor teljesítményét, mint bármely más típust, az ω szögsebesség termékének meghatározása pillanatában M: P = Mxω. Megállapítható, hogy a pengék számának csökkenésével az M-pillanat is csökken, de az ω fordulatszám növekedni fog. Ezért a P = Mxω teljesítmény szinte állandó marad, és gyengén függ a szélmalom kések számától.
Egyéb típusú szélturbinák
Mint ismeretes a szárnyas kivételével, vannak dob, forgó és rotor szélturbinák is. Forgó és forgó típusokban a forgástengely függőleges és a dob típusú vízszintes. Talán a legfontosabb különbség a szélturbina lapát és forgódobos, hogy minden munka a lapát penge egy időben, míg a forgódob és fut csak az a része a penge, a mozgás, amely egybeesik a szél irányát mozgás.
A szélnek megfelelő lapátok ellenállásának csökkentése érdekében vagy ívelt vagy egy képernyővel van ellátva. Az ilyen típusú motorok forgatónyomatéka a kések különböző nyomásának köszönhető.
Mivel a forgó, forgódobos és a szélerőművek meglehetősen alacsony hatékonyság (x adattípusok nem haladja meg a 0,18), és elég terjedelmes, és az alacsony sebességű, a gyakorlatban nem voltak tömeges alkalmazása.