Расчет параметров ротора ВЭУ

Ротор (или ветроколесо) ветроэнергетической установки состоит из ступицы (гондолы) и лопастей. В горизонтально-осевых конструкциях, как правило, устанавливается мультипликатор. Однако в проекте он во внимание не принимается.

1. Вычислим аэродинамическую мощность с помощью электрической мощности.

Электрическая мощность ВЭУ P_Э вычисляем через аэродинамическую мощность P_А через коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) ξ:

                                     P_Э = ξ ·P_А , [Вт]                                     (3.1)

Реальный ξ горизонтально-осевых установок изменяется в пределах 0, 25…0, 47. Реальный ξ вертикально-осевых установок изменяется в пределах 0, 09…0, 48.

Теоретический максимальный КИЭВ является идеальным и на практике недостижимым в связи с неизбежным наличием потерь:

ξ _ж = 0, 593 по Жуковскому-Бетцу (наиболее употребим в вычислениях);

ξ _С = 0, 687 по Сабинину.

Из формулы 3.1 находим идеальную аэродинамическую мощность P_А при идеальном КИЭВ по Жуковскому:

P_А = P_Э /ξ = 5000 / 0, 45 = 11111 Вт (реальный вариант)

2. Определим ометаемую площадь ротора S при постоянной скорости ветра v в ламинарном потоке.

Аэродинамическая мощность является энергией набегающего потока ветра, передаваемой ротору (ветроколесу) ВЭУ за 1 секунду:

 

         P_А =  =  =  =  [Вт] (3.2)

Где P_А – Аэродинамическая мощность, Вт;

ρ – плотность воздуха, проходящего через ротор (принимается  1, 2041 кг⁄ м³ в сухом воздухе при температуре 20 °C и давлении 101, 325 КПа), кг⁄ м³;

v – скорость ветрового потока до встречи с ротором, м/с;

m – масса воздуха, проходящего через ротор за 1 секунду, кг;

V – объем воздуха, проходящий через ротор за 1 секунду, м³;

S – ометаемая площадь ротора ( у горизонтально-осевых установок это площадь проекции ротора на плоскость, перпендикулярную оси вращения, у вертикально-осевых установок это площадь проекции ротора на плоскость, параллельную оси вращения), м².

Таким образом, ометаемая площадь ротора S определяется однозначно из (3.2).

S = 2·P_А / ρ ·v³ = 2·11111 / 1, 2041·11³ = 13, 86 м²

На практике необходимо увеличить ометаемую площадь на 33-35% с учетом поправки на реальный КИЭВ, составляющий 65-67% от идеального:

S_реал = S·1, 33 = 18, 4 м²

3. Определяем диаметр ротора для горизонтально-осевых установок (диаметр и высоту ротора для вертикально-осевых установок).

Для горизонтально-осевых роторов:

                                               S = [м²]                           (3.3)

Где π – безразмерная константа, равная 3, 14;

D – диаметр ротора.

Для вертикально-осевых роторов:

                                               S = D·H [м²]                           (3.4)

Где D – диаметр ротора;

H – высота ротора.

На основе выражений (3.3) и (3.4) можно найти диаметр ВЭУ. Необходимо отметить, что параметры ротора вертикально-осевой ветроэнергоустановки определяются неоднозначно, поэтому для определения соотношения диаметра D и высоты H необходимы дальнейшие вычисления.

Из формулы 3.3 находим диаметр ротора D:

D = 4, 2 м

4. Делаем вывод о технической и экономической целесообразности изготовления ротора и его применимости в конкретных условиях на основе габаритных размеров: изготовление ВЭУ реально, его применение экономически целесообразно.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: