Изчисляване на аеродинамичните характеристики i на вятърната турбина - и моментите, действащи върху лопатките

Аеродинамичната характеристика на вятърна турбина е зависимостта на абстрактния момент на вятърното колело Mv и коефициента на използване на вятърната енергия

От броя на модулите Z. Броят на модулите характеризира скоростта на вятърната турбина. Определя се от отношението на периферната скорост на въртене на вятърното колело с радиус R към скоростта на вятъра, т.е. коеф.

Използването на вятърна енергия от moyset може да се намери от аеродинамичните характеристики на моментите:

Ориз. 1-9. Промяна в коефициента на идеално използване на вятърната енергия в зависимост от e.

При изчисляване и изследване на работата на вятърна турбина с електрически генератори трябва да се работи със следните величини, определени от аеродинамичната характеристика (фиг. 1-10) и характеризиращи нейните аеродинамични свойства.

__ 1. Началният момент или моментът на стартиране на Mtr се определя от точката на пресичане на характеристиките на моментите с оста y

2. Максималният момент, който една вятърна турбина може да развие, Limax. _

3. Нормален (номинален) момент Mn, развиван от вятърна турбина с нормален брой модули ZH.

4. Нормален брой модули ZH. Това е броят на модулите, при които коефициентът на използване на вятърната енергия има максимална стойност £ = £ s.

Ориз. 1-Ю. Аеродинамични характеристики на вятърната турбина.

5. Номинална. скоростта на въртене на вятърната турбина % се определя от израза Zh = ; където vu е

Растеж на вятъра, съответстващ на началото на регулацията.

6. Синхронният брой модули Z0 се определя от точката на пресичане на характеристиките на моментите с оста abs ciss. По номинални стойности ZH, sh, ii, MiВятърната турбина е проектирана за продължителна работа.

Помислете за един от най-разпространените методи за изчисляване на аеродинамичните характеристики на високоскоростни вятърни турбини, базиран на теорията на Г. Х. Сабинин [L. 2].

Нека нарежем зоната, пометена от вятърното колело, чрез цилиндрични повърхности, концентрични с оста на вятърното колело, на поредица от пръстеновидни струи, които ще изрежат елементарни сегменти от лопатките. Така острието ще изглежда нарязано на отделни елементи с дължина dr. Всеки такъв елемент, разположен на разстояние r от оста на вятърното колело, е подложен на аеродинамични сили dQ и dPa (фиг. 1-7), които създават моменти, които се стремят да го завъртят около две оси: оста на вятърното колело и надлъжната ос на перката.

Аеродинамичните характеристики се изчисляват за всеки елемент на лопатката поотделно, като се използват следните съотношения [JT. 2]: първо

Y (1 + e) (1 - ef (ctgp + (i) V 1 + ctg "p' V '

Позволявайки, според избраните геометрични параметри на лопатката и зададените ъгли на нейното монтиране, да се намери коефициентът на забавяне на потока e при даден радиус r в зависимост от ъгъла на атака a, вторият

Определяне характера на изменението на абстрактния момент по радиуса; трети

Служи за определяне на броя на модулите Z по намерените стойности на e и p-

Изчислението обикновено се извършва в следния ред. Те се задават от различни стойности на ъгъла a. защото

P = 2 (това следва от самото извеждане на формулата). На фиг. 1-13 показва изчислената аеродинамична характеристика на вятърна турбина 1D-18 със и без крайни загуби. Както можете да видите, крайните загуби играят важна роля. Тяхната максимална стойност в някои случаи достига 15-20% от максималния въртящ момент. В допълнение към крайните загуби има профилни i-терми,загуби на

Усукване на изходящата струя и загуби, възникващи поради непълно използване на цялата изметена площ на вятърното колело. Въпреки това, когато се определят аеродинамичните характеристики на вятърни турбини със средна скорост (Z = 3–5), в първото приближение те могат да бъдат пренебрегнати, тъй като всички те взети заедно в абсолютна стойност са значително по-малки от крайните загуби.

По подобен начин могат да се изчислят характеристиките на аеродинамичните моменти, които въртят лопатките около техните надлъжни оси. Необходимостта от такива характеристики се появява, когато регулирането на вятърната турбина се извършва чрез завъртане на лопатките или техните краища. Те са необходими за изчисляване на контролера и изследване на работата на вятърната турбина в динамичен режим. В този случай както аеродинамичните характеристики, така и характеристиките на въртящите моменти на лопатките трябва да бъдат изчислени за различни ъгли на лопатките, вж.

Изчислените ъгли cp обикновено се избират така, че да е възможно да се изследва работата на вятърната турбина в Z режими, съответстващи на даден диапазон от промени в работните скорости на вятъра. Както показва опитът с изчисленията, за това се оказва достатъчно да се изчислят характеристиките за три ъгъла ep 'при v = vH, f = f c и v =

= "H+3MaKC (напр. 8, 12, 20 m/s).

Както е известно, изразът на аеродинамичния момент, който се стреми да завърти елемента на острието спрямо надлъжната му ос, има формата:

Където m е коефициентът на аеродинамичния момент на профила спрямо точка O (фиг. 1-7), равен на

mz - (xe cos a -f y0 sin ct.) -f -

(x0 sin a - y0 cos a).

В експерименталната аеродинамика коефициентът на аеродинамичния момент m на аеродинамичния профил се дава спрямо предния ръб на аеродинамичния профил като функция на коефициента c, т.е.д. mz = f(cy)._ Тъй като относителната скорост на потока върху елемента на лопатката е равна на:

\u003d Vt + K + uxJ \u003d v (1 -Ђ) V 1 + Ctg2j3, изразът (1-42) може да бъде записан в следната форма: dMa \u003d m ^-f (l

За да получим абстрактното значение на този момент, разделяме двете части на този израз на pR3-^-:

DK = m?0bl (1 - e? (1 + ctg2 P) др., (i.43)

Къде и. r#=——относителни хордови стойности

Ориз. 1-14. Характерът на промяната в DM в зависимост от Z.

И текущия радиус. 40

Израз (1-43) ви позволява да изчислите и изградите същите характеристики Ma

f(Z), както беше направено за въртящия момент на вятърната турбина Mv. Ако

Ако изберем еднакви напречни сечения на острието и приемем общите ъгли на атака в изчисленията, тогава и двете изчисления могат да бъдат комбинирани.

Характерът на изменението на елементарните моменти АМ като функция на r^ и Z е показан на фиг. 1-14 и 1-15.

0,02O? Q4 0,5 QS 1,0 g

Ориз. 1-15. Характерът на изменението на AM в зависимост от r.

0,12 Цю 0,08 0,06 0,0к

На фиг. 1-16 са дадени аеродинамичните характеристики и характеристиките на моментите, които завъртат лопатките около надлъжните им оси, за различни ъгли на монтиране на лопатките на вятърна турбина 1D-18. Могат да бъдат изчислени абсолютните стойности на аеродинамичните моменти, действащи върху вятърното колело Mv и лопатките Zha

За всеки режим на работа на вятърната турбина по формулите:

В допълнение към аеродинамичния момент, центробежните сили също действат върху въртящите се части на лопатките по време на въртенето на вятърното колело. За да определим големината на момента от центробежните сили, които въртят острието спрямо надлъжната му ос, ние разглеждаме силите, действащи върху елементарното сечение на въртящото се острие, разположено под ъгъл

Интегралът на този израз е центробежният инерционен момент на цялата лопатка / около оста oz. От тук следва, че за определяне на зависимостта L/c = /(

ВЯТЪРНИ ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ЦЕНТРАЛИ

ВЪПРОСИ НА ИКОНОМИЧЕСКОТО ПРИЛОЖЕНИЕ НА ВЕЦ

Изключително внимание се отделя на икономическите въпроси в чуждестранната литература за използването на вятъра. Една от тях е перспективата за използване на вятърни турбини в новите условия в развитието на ядрената енергетика. Смята се, че след 100 години ядрена ...

ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ ВЯТЪРНИ ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ЦЕНТРАЛИ

Ориз. 6-9. Вятърна турбина £>=53 m, 1000 ket, Smith-Yautnam (САЩ). ПРОИЗВОДЕН ЗА РАБОТА В ЕЛЕКТРИЧЕСКИ СИСТЕМИ, по-малко от три, при значително по-ниски разходи за производство на вятърна турбина. Ротационните ножове имаха профил с постоянен ...

КОНСТРУКЦИИ НА ВЯТЪРНИ ЕЛЕКТРИЧЕСКИ АГРЕГАТИ ЗА РАБОТА В ЕЛЕКТРИЧЕСКИ СИСТЕМИ

Работата по създаването на конструкции за мощни вятърни турбини е извършена в САЩ, Германия, Дания, Великобритания и Франция. В табл. 6-1 показва списъка и основните технически данни на вятърни турбини, построени в чужбина за работа в ...