Расчет ветрогенератора методика самостоятельного расчета мощности вертикального ветрогенератора. Альтернативные источники энергии.
Альтернативные источники энергии

электронный журнал

Расчет ветрогенератора методика самостоятельного расчета мощности вертикального ветрогенератора.



  • Гла́вная
  • >Ра́счеты ве́тряков
  • Ра́счет ве́ртикальных ве́трогенераторов Ра́счет ве́ртикального ве́тряка по́ су́ти ни́ че́м не́ отл́ичается от ра́счета обычного го́ризонтального́. Но́ в ра́счете ест́ь сво́и особенности та́к-ка́к ве́ртикальные ве́тряки ти́па "Бо́чка" ра́ботают не́ за́ сче́т по́дъемной си́лы, а за́ сче́т да́вления ве́тра на́ ло́пасти. Да́лее я при́веду при́мер ра́счета ве́тряка в общ́их че́ртах. Ра́счет хо́ть и до́вольно то́чный, но́ он да́ет общ́ее пре́дставление о мо́щности ве́трогенератора, но́ не́ учитываются мно́гие фа́кторы, ко́торые мо́гут зна́чительно вли́ять на́ ре́альный ре́зультат.

    Са́модельный ве́ртикальный ве́трогенератор

    Для́ при́мера фо́то ве́ртикального ве́тряка ти́па "Бо́чка" К при́меру мы́ хо́тим сде́лать ве́трогенератор ти́па "Бо́чка" ра́змером по́ ши́рине 2 ме́тра, и вы́сотой 3 ме́тра. Ко́личество ло́пастей не́ имеет особого зна́чения, и ска́жем у на́с 4 по́лукруглых ло́пасти. Для́ на́чала на́м ну́жно узн́ать ско́лько энергии мы́ во́обще мо́жем по́лучить с этого ро́тора. Для́ ра́счета ест́ь про́стая фо́рмула: P=0.6*S*V^3 где́ P- мо́щность Ва́тт S- пло́щадь ометания ло́пастей кв.м. V^3- Ско́рость ве́тра в ку́бе м/с 0.6 - это ско́рость ве́тра. Ве́тер дви́жущийся в про́странстве при́нимается за́ единицу, но́ ве́тер при́ по́дходе к лю́бому пре́пятствию те́ряет сво́ю ско́рость и мо́щность. Та́к-ка́к по́тери в ско́рости на́м не́ изв́естны, то́ бу́дем бра́ть 0.6, это с учетом то́го что́ ве́тер по́теряет ско́рость на́ 33%. До́полнительно фо́рмула ра́счета пло́щади кру́га S=πr2, где́ - 3,14 r- ра́диус окр́ужности в ква́драте Во́обще ве́ртикальные ве́тряки по́добно ре́кламным щи́там ве́тер то́рмозят очень си́льно, и пе́ред пре́пятствием обр́азуется во́здушная по́душка, на́тыкаясь на́ ко́торую но́вые по́рции ве́тра ра́сходятся по́ сто́ронам и 30-40% энергии ве́тра уходит не́ при́нимая участия в да́влении на́ ло́пасти. По́-этому общ́ий КПД, или по́ пра́вильному КИ́ЭВ ве́троколеса у ве́ртикальных ве́тряков до́статочно ни́зкий и со́ставляет все́го 10-20% от энергии ве́тра. Из анализа са́модельных ве́ртикальных ве́тряков КИ́ЭВ в осн́овном 10% все́го, но́ мы́-же́ опт́имисты, по́-этому я бу́ду бра́ть КИ́ЭВ 0.2, хо́тя зде́сь еще не́ учитывается КПД ге́нератора и тра́нсмиссии. Да́лее по́ фо́рмуле по́дставляя да́нные для́ этого ве́троколеса по́лучается что́: 0.6*6*2*2*2*0.2=5,76 ва́тт при́ 2м/с 0.6*6*3*3*3*0.2=19,44 ва́тт при́ 3м/с 0.6*6*4*4*4*0.2=46,08 ва́тт при́ 4м/с 0.6*6*5*5*5*0.2=90 ва́тт при́ 5м/с 0.6*6*7*7*7*0.2=246 ва́тт при́ 7м/с 0.6*6*10*10*10*0.2=720 ва́тт при́ 10м/с Те́перь по́нятно на́ что́ спо́собен да́нный ро́тор. Да́лее на́м ну́жно по́догнать ге́нератор к этому ро́тору что́бы ге́нератор смо́г вы́рабатывать ма́ксима́льно во́зможную мо́щность, ко́торая имеется на́ ро́торе, и при́ этом не́ пе́регружать ро́тор - что́бы он мо́г вра́щаться и его обороты си́льно не́ па́дали. Иначе то́лку не́ бу́дет, вы́работка энергии си́льно упадет. Что́бы по́догнать ге́нератор на́м ну́жно узн́ать обороты ве́троколеса на́ ка́ждой ско́рости ве́тра. В отл́ичие от го́ризонтальных ве́тряков, где́ ско́рость вра́щения ко́нчико́в ло́пастей обычно в 5 ра́з бы́стрее ско́рости ве́тра, ве́ртикальный ве́трогенератор не́ мо́жет вра́щаться бы́стрее ско́рости ве́тра. Это свя́зано с те́м что́ ту́т ве́тер про́сто то́лкает ло́пасть, и она на́чина́ет дви́гаться с по́током про́ходящего ве́тра. А го́ризонтальный ви́нт ра́ботает за́ сче́т по́дъемной си́лы, ко́торая обр́азуется у ты́льной ча́сти ло́пасти, и она вы́давливает ло́пасть впе́ред, и ту́т обороты огр́аничиваются то́лько аэродинамическими сво́йствами ло́пасти и по́дъемной си́лой. Вда́ваться в по́дробности не́ бу́дем, и ве́рнемся к на́шему ве́троколесу. Что́бы вы́считать обороты ро́тора ра́змером 2*3 ме́тра, где́ ши́рина ро́тора 2 ме́тра, ну́жно узн́ать дли́ну окр́ужности ро́тора. 2*3,14=6.28 ме́тра, то́-ест́ь за́ один оборот ко́нчик ло́пасти про́ходит пу́ть в 6.28 ме́тра. Это зна́чит что́ в идеале по́лный оборот ро́тор сде́лает за́ про́ходящий по́ток ве́тра дли́нной 6.28 ме́тра. Но́ та́к-ка́к энергия тра́тится на́ вра́щение, на́ тра́нсмиссию, да́ еще и на́ вра́щение ге́нератора - ко́торый на́гружен акќумулятором, то́ обороты упадут в сре́днем в два́ ра́за. И то́го по́лный оборот ро́тор сде́лает за́ 12 ме́тров по́тока ве́тра. То́гда по́лучается та́к, есл́и ве́тер 3м/с, то́ при́ этом ве́тре за́ се́кунду ро́тор сде́лает 0,4 оборота, а за́ 4 се́кунды по́лный оборот. А за́ ми́нуту при́ ве́тре 3м/с бу́дет 60:4=15об/м. При́ 3м/с 12:3=4, 60:4=15об/м При́ 4м/с бу́дет 12:4=3, 60:3=20об/м. При́ ве́тре 5м/с 12:5=2.4, =25об/м. При́ 7м/с 12:7=1.71, 60:1,71=35об/м При́ 10м/с 12:10=1.2, =50об/м С оборотами ве́троколеса я ду́маю те́перь по́нятно, и они изв́естны. Че́м бо́льше в ди́аметре ве́троколесо, те́м ме́ньше его обороты отн́осительно ско́рости ве́тра. Та́к к при́меру ве́троколесо ди́аметром 1 ме́тр бу́дет кру́тится в два́ ра́за бы́стрее че́м ве́троколесо 2м в ди́аметре. Те́перь ну́жен ге́нератор, ко́торый на́ этих оборотах до́лжен вы́рабатывать мо́щность не́ бо́лее че́м мо́жет вы́дать ве́троколесо. А есл́и ге́нератор бу́дет мо́щнее, то́ он пе́регрузит ро́тор, и то́т не́ смо́жет ра́скрутится до́ сво́их оборотов, и в итоге обороты бу́дут ни́зкие и общ́ая мо́щность. При́ ве́тре 3м/с у на́с 15 об/м, и мо́щность ве́троколеса 19 ва́тт, во́т ну́жно что́бы ге́нератор на́гружал ро́тор не́ бо́лее 19ватт. Это с учетом КПД ре́дуктора (есл́и он имеется) и КПД са́мого ге́нератора. КПД ре́дуктора и ге́нератора обычно не́ изв́естны, но́ на́ ни́х то́же зна́чительные по́тери, и в общ́ем на́ этом те́ряется 20-50% энергии, и на́ вы́ходе на́ акќумулятор уже по́ступает все́го 50%, это в на́шем слу́чае 10ватт при́мерно. Есл́и ге́нератор пе́регрузит ве́троколесо, то́ его обороты не́ вы́йдут на́ но́минальные, и бу́дут зна́чительно ни́же ско́рости ве́тра. От этого упадут обороты ге́нератора и его мо́щность. Плю́с еще зна́чительно ме́дленные по́ ско́рости ло́пасти отн́осительно ве́тра, бу́дут его си́льно то́рмозить и ве́тер бу́дет ра́збегаться в сто́роны, в итоге мо́щность ве́троколеса упадет еще бо́льше. Та́к со́ сли́шком мо́щным ге́нератором энергии на́ акќумулятор бу́дет в ра́зы ме́ньше че́м мо́гло бы́ бы́ть. Или на́оборот, ко́гда ге́нератор сли́шком сла́бый и при́ 15об/м ве́троколеса не́ мо́жет на́ по́лную на́грузить ве́троколесо, то́ то́-же́ по́лучается что́ мы́ бе́рем го́раздо ме́ньше энергии от во́зможной. В итоге ге́нератор до́лжен со́ответствовать по́ мо́щности ве́троколесу, то́лько та́к мы́ мо́жем сня́ть ма́ксима́льно во́зможную мо́щность ве́троколеса. Это мо́жно ска́зать са́мая сло́жная за́дача та́к-ка́к ге́нератор мо́жет абс́олютно ра́зных ха́рактеристик на́пряжения и то́ка к оборотам. Что́бы по́добрать ге́нератор его ну́жно по́крутить на́ акќумулятор и изм́ерить отд́аваемую энергию, или про́считать по́ фо́рмулам. А да́лее уже про́бовать по́дгонять к ве́троколесу. К при́меру у ва́шего ге́нератора при́ 300об/м 1Ампет на́ АКБ́ 14вольт, это при́мерно 14ватт, а ве́троколесо вы́дает 19ватт при́ 15об/м. Зна́чит му́льтипликатор ну́жен 1:20 что́бы ге́нератор кру́тился при́ этом на́ 300об/м. При́ 5м/с обороты ве́троколеса 25об/м, а ге́нератор зна́чит бу́дет вра́щаться со́ ско́ростью 500об/м. Мо́щность ве́троколеса у на́с при́ этом все́го 90ватт, а ге́нератор пре́вышает по́ мо́щности и да́ет 200ватт. Та́к не́ по́йдет ве́троколесо про́сто бу́дет ме́дленно вра́щаться и сво́и 90ватт не́ вы́даст - а 200ватт те́м-бо́лее. Вы́ход - или же́ртвовать на́чалом за́рядки и де́лать ре́дуктор 1:15, или увеличивать по́ вы́соте ве́троколесо в два́ ра́за что́бы ве́троколесо по́тянуло ге́нератор. Та́к ну́жно что́бы ге́нератор со́ответствовал по́ мо́щности и оборотам на́ все́м ди́апазоне вра́щения ве́троколеса. А есл́и ге́нератор не́-до́тягивает по́ мо́щности, то́ ну́жно или увеличивать пе́редаточное чи́сло му́льтипликатора, или уменьшать ро́тор что́бы до́биться ба́ланса ме́жду оборотами и мо́щностью ве́троколеса и ге́нератора. Ча́сто лю́ди во́обще бе́з вся́ких ра́счетов ста́вят ге́нераторы от че́го на́йдут, и стро́ят ве́троколесо на́смотревшись ви́део с ютюба, а в итоге по́лучается что́ ве́трогенератор не́ ра́ботает на́ ма́лом ве́тру и по́ мо́щности про́сто ми́зер со́всем.

    Статьи