ما هي الاختلافات بين المراوح متعددة الشفرات والمراوح ذات الشفرات الصغيرة؟ برنامج تصميم توربينات الرياح – تصميم والتحقق من الحسابات الديناميكية الهوائية لمولد الرياح – ملف التقرير الفني.doc

في كثير من الأحيان يخطئ الناس في أن المراوح متعددة الشفرات مخصصة للرياح الضعيفة، وأن ثلاث أو اثنتين من المراوح مخصصة للرياح القوية. ويعتقد الكثير من الناس أنه بالنسبة للرياح الضعيفة، تكون المروحة متعددة الشفرات أكثر فعالية، نظرًا لوجود العديد من الشفرات، يؤدي ذلك إلى قوة دفع أعلى، وتغطي الشفرات المزيد من الرياح، وعزم دوران أعلى، وبالتالي قوة، ولكن الأمر ليس كذلك. نظرًا للعدد الأكبر من الشفرات، يكون عزم الدوران أعلى، لذلك إذا كان المولد لديه التصاق مغناطيسي قوي، فيجب القيام بشيء ما لزيادة عزم الدوران، وعادةً ما يكون هذا إضافة شفرات.

لنتخيل أولاً شفرة واحدة والعوامل الفيزيائية التي تؤثر عليها. تحتوي الشفرة على زوايا ملتوية بالنسبة لتدفق الرياح، والرياح المتكئة عليها تجبر الشفرة على التحرك تحت الضغط (الضغط للأمام على طول محور الدوران). لكن الشفرة، التي تتحرك في مستواها، تتغلب على المقاومة الأمامية لتدفق الهواء الكثيف. يؤدي هذا التدفق إلى إبطاء الشفرة، مما يمنعها من اكتساب المزيد من السرعة، وكلما زادت السرعة، زاد السحب الديناميكي الهوائي.

إذا كان هناك أكثر من ريشة واحدة، أو اثنتين، أو ثلاث، أو 12 ريشة، فإن السحب الديناميكي الهوائي لجميع الشفرات لا يظل مساويًا لواحدة، بل يتزايد، وتضاف الخسائر إلى الإجمالي وتنخفض سرعة المروحة. يتم إهدار الكثير من الطاقة في مجرد الدوران. بالإضافة إلى ذلك، فإن الشفرات المارة تعيق التدفق بشكل كبير عن طريق لفه، ومن ثم تتلقى الشفرات الموجودة خلفها سحبًا أكبر، ومرة ​​أخرى يتم إهدار الطاقة المأخوذة من الريح وتنخفض السرعة. يتم إنفاق الكثير من القوة المأخوذة من الريح على الثورات.

أيضًا، عندما تكون هناك غابة كاملة من الشفرات في الدائرة، يصبح من الصعب على الريح أن تسقط عبر المروحة. تعمل عجلة الرياح على تأخير تدفق الرياح، ويتشكل "غطاء" هوائي أمام المروحة، وتتناثر أجزاء جديدة من الرياح التي تواجه هذا "الغطاء" على الجانبين. أنت تعرف كيف تنحني الريح حول العوائق، لذا فإن المروحة تشبه درعًا صلبًا للريح.

>

لكن الكثير سيعتقد أنه كلما زاد عدد الشفرات، زادت الطاقة التي يمكن استخلاصها من الريح لكل وحدة زمنية، لكن هذا أيضًا غير صحيح، المهم هنا ليس عدد الشفرات، بل سرعة المروحة وسرعتها. على سبيل المثال، 6 شفرات، على سبيل المثال، عند 60 دورة في الدقيقة، ستقوم بدورة واحدة، حيث تمرر مكعبًا من الرياح وتأخذ جزءًا معينًا من الطاقة منه، وستقوم 3 شفرات بعمل دورتين في نفس الوقت، وتأخذ نفس الكمية من الطاقة. إذا قمت بزيادة السرعة أكثر، سيتم أخذ المزيد من الطاقة بعيدا. لا يهم عدد الشفرات الموجودة، واحدة أو عشرة، لأن الشفرة الواحدة التي تدور بشكل أسرع بعشر مرات ستستهلك نفس كمية الطاقة التي تستهلكها عشر شفرات تدور ببطء.

سرعة عجلة الرياح.

سرعة المروحة هي نسبة سرعة طرف الشفرة إلى سرعة الرياح بالأمتار في الثانية. لذا، بنفس السرعة، تختلف السرعة على طول الشفرة، وتختلف زوايا تثبيت الشفرة على طولها. يتحرك طرف الشفرة دائمًا أسرع بمرتين من منتصف الشفرة، لذا تكون الزاوية عند الطرف صفرًا تقريبًا لتقليل السحب وبالتالي تقطع الشفرة عبر الهواء بأقل قدر من السحب.

أيضًا، كلما تحركت الشفرة بشكل أسرع، كلما تغيرت زاوية هجوم الريح على الشفرة. لنتخيل أنك تجلس في سيارة والثلج يتساقط على نافذتك الجانبية، ولكن عندما تبدأ القيادة، سيضرب الثلج بالفعل الزجاج الأمامي، وعندما تزيد سرعتك، سيضرب الثلج الزجاج الأمامي مباشرة، على الرغم من أنه عند التوقف سوف يتساقط الثلج من الجانب مرة أخرى. وبالمثل، عندما تزداد سرعة الشفرة، ستضربها الريح بزاوية مختلفة. لذلك، فإن طرف الشفرة مصنوع من 2-5 درجات فقط، لأنه بمجرد تسارعه سيصل إلى الزاوية المثالية لهجوم الريح وسيأخذ أقصى قدر ممكن من الطاقة. في منتصف الشفرة، تكون السرعة أقل مرتين، وبالتالي فإن الزاوية أكبر مرتين، 8-12 درجة، وفي الجذر أكبر، لأن السرعة هناك أقل عدة مرات.

>

بالنسبة للمراوح ذات الشفرات الصغيرة عالية السرعة، يتم تقليل الزوايا. على سبيل المثال، بالنسبة للمراوح ثلاثية الشفرات، تبلغ السرعة المعتادة حوالي Z5، أي أن المروحة تتمتع بقدرة قصوى عند الدوران بسرعة أعلى بخمس مرات من سرعة الرياح. في هذه الحالة، يكون طرف الشفرة حوالي 4 درجات، والوسطى 12 درجة، والجذر حوالي 24 درجة، وإذا كان هناك ستة شفرات، فإن السرعة تكون أقل بمرتين، مما يعني أن الزوايا أكبر بمرتين. حسنًا، كلما كانت الشفرة أرق وصغرت مساحتها، كانت أسرع، وقل السحب الديناميكي الهوائي، وبالتالي، فإن ثلاث شفرات، إذا كانت عريضة، ستكون ذات سرعة منخفضة، وستة أو اثني عشر شفرات رفيعة وضيقة ستكون أعلى سرعة.

ونتيجة لذلك، على سبيل المثال، سيكون هناك مروحة ثلاثية الشفرات ومروحة ذات ستة شفرات قوة متساويةفي الرياح المنخفضة، لأن ثلاث شفرات بسرعة Z5 ستقوم بضعف عدد الدورات التي تقوم بها ست شفرات بسرعة Z2.5 في نفس الوقت، مما يعني أنها ستأخذ نفس كمية الطاقة من الريح. ولكن في حالة الرياح القوية، ستخسر المروحة ذات الشفرات الستة بشكل كبير مقابل المروحة ذات الشفرات الثلاثة، نظرًا لأن الشفرات الثلاث لديها مقاومة هوائية أقل وستكون قادرة على اكتساب سرعات أعلى، وبالتالي العمل مع المزيد من الرياح لكل وحدة زمنية، لأن كلما تحركت الشفرة بشكل أسرع، زادت الطاقة التي تستهلكها من الريح.

الميزة الوحيدة هي أنه كلما زاد عدد الشفرات، كان عزم الدوران أفضل، وإذا كان المولد مزودًا بالتصاق مغناطيسي، فستبدأ المروحة متعددة الشفرات في وقت مبكر، لكن عزم الدوران والقوة سيكونان أعلى بالنسبة للمراوح ذات الشفرات الصغيرة.

نعم، وعزم الدوران، فمع زيادة سرعة المروحة عالية السرعة، ستصبح زوايا الشفرة مثالية لتدفق الريح فعليًا على الشفرة، ونعلم أن الزاوية الحقيقية تتغير اعتمادًا على سرعة الشفرة نفسها وسرعة الحركة. سيكون عزم الدوران أعلى، نظرًا لفقدان الطاقة بشكل أقل عند سحب الشفرات.

كما أن المراوح متعددة الشفرات أثقل، مما يعني أنها تعمل مثل دولاب الموازنة. إذا اكتسبت العجلة زخمًا، فإن المروحة نفسها تخزن الطاقة ويصعب إيقافها بشكل حاد، ولكن حتى عندما تهب الرياح بقوة، يجب أن تظل دولاب الموازنة هذه تدور، لذا فإن المراوح متعددة الشفرات تتفاعل بشكل أقل مع التغيرات في قوة الرياح، وقد لا يتم حتى ملاحظة هبوب الرياح قصيرة المدى. ويمكن للمراوح الخفيفة توفير الطاقة حتى من خلال هبوب رياح قصيرة. يظهر هذا بوضوح على مقياس التيار الكهربائي عندما تلاحظ قوة التيار. تعمل الشفرة ذات الست شفرات بشكل أكثر هدوءًا، ولا توجد زيادات كبيرة في التيار. لكن الشفرة ثلاثية الشفرات تتعامل مع كل عاصفة وتتحرك الإبرة بسرعة ذهابًا وإيابًا، لكن هذه طاقة تتراكم في النهاية في البطارية، ويمكن أن يكون الفرق في الارتداد كبيرًا جدًا، خاصة في الرياح العاصفة وإذا تم تثبيت الصاري على مستوى منخفض حيث يكون تدفق الرياح مضطربا.

عامل آخر هو السرعة، المروحة متعددة الشفرات تعني مروحة منخفضة السرعة، مما يعني أن المولد هو نفسه، مما يعني أن هناك مولدات أكثر، ومغناطيسات أكثر، وأسلاك لف أكثر، ووزن حديد أكثر، ونتيجة لذلك السعر أعلى من ذلك بكثير. وعادة ما يكون المولد هو الجزء الأكثر تكلفة في مولد الرياح. وتلعب الثورات الدور الأكثر أهمية، لأنه كلما زادت سرعة المروحة بنفس سرعة الرياح، سينتج المولد طاقة أكبر، وبعد ذلك إذا لم تكن هناك دورات كافية، فإما أن يكون المولد أكبر وأقوى، أو يمكن للمضاعف يتم اختراعه.

ولكن في كل مكان توجد مراوح خاصة بها، ولكن بالطبع، أرخص مراوح أحادية الشفرة وأكثرها كفاءة، ولكن يجب أن تكون مصنوعة بدقة ومتوازنة للغاية، ويجب حساب كل شيء، ويجب أن تكون الديناميكيات الهوائية للشفرة مثالية، وإلا فإن الاهتزازات و يتم ضمان ضرب المروحة، ومن ثم طاحونة الهواء التي سوف تنهار. من حيث المبدأ، هذا هو السبب في أنه لا أحد تقريبًا ينتج طواحين هواء ذات شفرة واحدة مصنوعة في المصنع. تبين أن المراوح ثلاثية الشفرات هي الأفضل، فهي ليست عالية السرعة، لذا فإن بعض عدم توازن المروحة لا يمثل مشكلة، ولكن السرعات مرتفعة أيضًا، مما يعني أن المولد أرخص.

ولكن لا تزال الشفرات عالية السرعة تتطلب الديناميكا الهوائية الصحيحة، وإلا فإن كل الكفاءة يمكن أن تنخفض بشكل كبير. لذلك، في المنزل، غالبًا ما يكون من الأسهل، على الرغم من أنه أكثر تكلفة، صنع طاحونة هوائية خشنة وكبيرة وغير فعالة ولكن سهلة التصنيع، دون أي حسابات وأثناء التنقل، وتحسينها، وإعادة تصنيعها، وإعادتها مرة أخرى، و أخيرًا، إما أن تكتسب المعرفة وتضع كل شيء في ذهنك، أو تتخلى عنها وتقول إن كل هذا هراء، لقد اشتريته من الصينيين ولا تقلق، ما زلت غير قادر على جعله أفضل مما هو عليه في المصنع، فسوف فقط تضيع أموالك.

إن نمو إنتاج الطاقة من خلال استخدام الموارد الطبيعية غير المتجددة محدود بالعتبة التي يتم بعدها الإنتاج الكامل للمواد الخام. ومن شأن الطاقة البديلة، بما في ذلك توليد طاقة الرياح، أن تقلل من العبء على البيئة.

إن حركة أي كتلة، بما في ذلك الهواء، تولد الطاقة. توربينات الرياحيحول الطاقة الحركية لتدفق الهواء إلى طاقة ميكانيكية. هذا الجهاز هو أساس طاقة الرياح، وهو اتجاه بديل في استخدام الموارد الطبيعية.

كفاءة

من السهل جدًا تقييم كفاءة استخدام الطاقة لوحدة من نوع وتصميم معين ومقارنتها بأداء المحركات المماثلة. من الضروري تحديد عامل استخدام طاقة الرياح (WEF). يتم حسابها على أنها نسبة الطاقة المستلمة من عمود توربينات الرياح إلى قوة تدفق الرياح المؤثرة على سطح عجلة الرياح.

ويتراوح معدل استخدام طاقة الرياح للمنشآت المختلفة من 5 إلى 40%. لن يكون التقييم مكتملاً دون الأخذ في الاعتبار تكاليف تصميم وبناء المنشأة وكمية وتكلفة الكهرباء المولدة. في الطاقة البديلة، تعد فترة استرداد تكاليف توربينات الرياح عاملاً مهمًا، ولكن من الضروري أيضًا مراعاة التأثير البيئي الناتج.

تصنيف

تنقسم توربينات الرياح إلى فئتين بناءً على مبادئ استخدام الطاقة المولدة:
خطي؛
دورية.

النوع الخطي

تقوم توربينات الرياح الخطية أو المتنقلة بتحويل طاقة تدفق الهواء إلى طاقة حركة ميكانيكية. يمكن أن يكون هذا شراعًا أو جناحًا. من وجهة نظر هندسية، هذه ليست توربينات الرياح، ولكن جهاز الدفع.

نوع دوري

في المحركات الدورية، يكون الغلاف نفسه ثابتًا. يدور تدفق الهواء، مما يجعل الحركات الدورية لأجزاء العمل الخاصة به. الطاقة الدورانية الميكانيكية هي الأكثر ملاءمة لتوليد الكهرباء، وهو شكل عالمي من أشكال الطاقة. تشمل محركات الرياح الدورية عجلات الرياح. تختلف عجلات الرياح، من طواحين الهواء القديمة إلى محطات طاقة الرياح الحديثة، في حلول التصميم وفي الاستخدام الكامل لطاقة تدفق الهواء. وتنقسم الأجهزة إلى عالية السرعة ومنخفضة السرعة، وكذلك وفقا للاتجاه الأفقي أو الرأسي لمحور الدوران الدوار.

أفقي

تسمى توربينات الرياح ذات المحور الأفقي للدوران بمحركات الريشة.يتم ربط عدة شفرات (أجنحة) ودولاب الموازنة بعمود الدوار. يقع العمود نفسه أفقيا. العناصر الأساسيةالأجهزة: عجلة الرياح والرأس والذيل والبرج. يتم تثبيت عجلة الرياح في رأس يدور حول محور عمودي، حيث يتم تركيب عمود المحرك وتقع آليات نقل الحركة. يلعب الذيل دور ريشة الطقس، حيث يدير الرأس بعجلة الرياح عكس اتجاه تدفق الرياح.

عند السرعات العالية لتدفق الهواء (15 م/ث وما فوق)، من المنطقي استخدام توربينات الرياح الأفقية عالية السرعة. توفر وحدتان وثلاث وحدات شفرات من الشركات المصنعة الرائدة KIEV بنسبة 30%. تتمتع توربينات الرياح ذاتية الصنع بمعدل استخدام لتدفق الهواء يصل إلى 20٪. تعتمد كفاءة الجهاز على الحساب الدقيق وجودة تصنيع الشفرات.

توفر توربينات الرياح وتوربينات الرياح سرعة دوران عالية للعمود، مما يسمح بنقل الطاقة مباشرة إلى عمود المولد. العيب الكبير هو أن توربينات الرياح هذه لن تعمل على الإطلاق في حالة الرياح الضعيفة. هناك مشاكل في البداية عند الانتقال من الهدوء إلى الرياح المتزايدة.

تحتوي المحركات الأفقية منخفضة السرعة على عدد أكبر من الشفرات. مساحة التفاعل الكبيرة مع تدفق الهواء تجعلها أكثر فعالية في الرياح الضعيفة. لكن المنشآت تعاني من انحراف كبير في الهواء، مما يتطلب اتخاذ تدابير لحمايتها من هبوب الرياح. أفضل مؤشر كييف هو 15٪. في النطاق الصناعيلا يتم استخدام مثل هذه الإعدادات.

نوع دائري عمودي

في مثل هذه الأجهزة يتم تثبيت الشفرات على المحور الرأسي للعجلة (الدوار) لاستقبال تدفق الهواء. يضمن الهيكل ونظام المخمد وصول تدفق الرياح إلى نصف عجلة الرياح، وتضمن لحظة تطبيق القوى الناتجة دوران الدوار.

بالمقارنة مع وحدات الريشة، تولد توربينات الرياح الدوارة عزم دوران أكبر. ومع زيادة سرعة تدفق الهواء، فإنه يصل إلى وضع التشغيل بشكل أسرع (من حيث قوة الجر) ويستقر من حيث سرعة الدوران. لكن مثل هذه الوحدات تتحرك ببطء. لتحويل دوران رمح إلى الطاقة الكهربائيةمطلوب مولد خاص (متعدد الأقطاب) قادر على العمل بسرعات منخفضة. مولدات نوع مماثلليست شائعة جدًا. استخدام أنظمة علبة التروس محدود بسبب الكفاءة المنخفضة.

توربينات الرياح الدائرية أسهل في التشغيل. يوفر التصميم نفسه التحكم التلقائي في سرعة الدوار ويسمح لك بمراقبة اتجاه الريح.

عمودي: متعامد

بالنسبة لإنتاج الطاقة على نطاق واسع، تعتبر توربينات الرياح المتعامدة وتوربينات الرياح هي الأكثر واعدة. ويتراوح نطاق استخدام هذه الوحدات من حيث سرعة الرياح من 5 إلى 16 م/ث. وتمت زيادة الطاقة التي تولدها إلى 50 ألف كيلوواط. يشبه المظهر الجانبي للشفرة المتعامدة شكل أجنحة الطائرة. لكي يبدأ الجناح في العمل، تحتاج إلى تطبيق تدفق الهواء عليه، كما هو الحال أثناء إقلاع الطائرة. تحتاج توربينات الرياح أيضًا إلى الدوران أولاً، مما يؤدي إلى استهلاك الطاقة. بعد استيفاء هذا الشرط، يتحول التثبيت إلى وضع المولد.

الاستنتاجات

طاقة الرياح هي واحدة من مصادر الطاقة المتجددة الواعدة. تظهر الخبرة المكتسبة من الاستخدام الصناعي لتوربينات الرياح وتوربينات الرياح أن الكفاءة تعتمد على وضع مولدات الرياح في الأماكن ذات التدفقات الهوائية الملائمة. إن استخدام المواد الحديثة في تصميم الوحدات واستخدام المخططات الجديدة لتوليد وتخزين الكهرباء سيزيد من تحسين موثوقية وكفاءة الطاقة في توربينات الرياح.

أجنحة عجلة الرياح هي الجزء الأكثر أهمية في توربينات الرياح. تعتمد قوة وسرعة مولد الرياح على شكل شفراتها.

في هذا الكتيب لن نتطرق إلى حساب الأجنحة الجديدة نظرا لتعقيد هذه المهمة، بل سنستخدم أجنحة جاهزة لها شكل معين وتتميز بكفاءة عالية في استغلال طاقة الرياح وسرعة عالية. كل ما علينا فعله هو حل مسألة كيفية تحديد أبعاد الأجنحة الجديدة للقوة المطلوبة، بناء على أبعاد الأجنحة المعروفة مع الحفاظ على خصائصها الأصلية.

بالنسبة لطواحين الهواء منخفضة الطاقة، سنقبل عجلة رياح عالية السرعة ذات شفرتين تتميز بالخصائص التالية المعروفة من الممارسة:

معامل استخدام طاقة الرياح .......................... 0.35

ينبغي فهم سرعة عجلة الرياح على أنها نسبة السرعة الطرفية لطرف الشفرة إلى سرعة الرياح

وبأخذ نفس السرعة تساوي 7 لعجلات الرياح ذات الأقطار المختلفة، سنحصل على سرعة مختلفة لعجلات الرياح عند نفس سرعة الرياح. سوف تتطور عجلة الرياح ذات القطر الأصغر إلى أعلى سرعة. بشكل عام، فإن دورات عجلات الرياح ذات السرعات المتساوية سوف ترتبط ببعضها البعض بشكل عكسي مع أقطارها، أي.

وهذا يعني أن عجلة الريح التي يبلغ قطرها D 1 ستحدث دورات في الدقيقة عدة مرات بقدر ما يكون قطر عجلة الريح D 1 أقل من قطر D 2 لعجلة ريح أخرى. على سبيل المثال، إذا كانت عجلة الريح التي يبلغ قطرها 1.5 متر تنتج 714 دورة في الدقيقة، فإن عجلة الريح التي يبلغ قطرها 3 أمتار ستصنع 357 دورة في الدقيقة، أي نصف العدد، على الرغم من أن سرعتها واحدة.

لسهولة حساب أحجام شفرات عجلات الرياح بأقطار مختلفة ولكن بنفس السرعة في الجدول. الشكل 4 يوضح أبعاد عجلة هوائية ذات شفرتين قطرها 1م، يوجد في أعلى الجدول رسم للشفرة مع تسميات الحروف لأبعادها، وتحت الصورة في الجدول القيم الرقمية ​يتم إعطاء هذه الأبعاد.

على اليسار، 4 أعمدة توضح أبعاد النصل على الشكل الأيسر؛ على اليمين، في 10 أعمدة، يتم إعطاء أبعاد خمسة ملفات تعريف لهذا النصل. كيفية تعيين أبعاد الملف الشخصي موضحة في شكل الجدول الموجود على اليمين.

لكي تتوافق مع الخصائص المقبولة لدولاب الريح مع تغير قطرها، من الضروري تغيير جميع أبعاد هذه الشفرات بنفس النسبة التي نغير بها قطر عجلة الريح. في هذه الحالة، سنحافظ على التشابه الهندسي، والذي بدونه سيكون من المستحيل استخدام طريقة إعادة الحساب هذه.

منذ عجلة الرياح بالأبعاد الواردة في الجدول. 4، يبلغ قطرها 1 متر، فإن نسبة قطر عجلة الرياح الأخرى إلى الوحدة ستكون مساوية لـ D، أي.

ولذلك، من أجل الحصول على أبعاد شفرة عجلة الرياح بقطر مختلف، فإن كل بُعد مذكور في الجدول ضروري. 4، اضرب بقيمة هذا القطر. يجب أن تظل الزوايا الإسفينية لكل قسم من أقسام الشفرة وعددها دون تغيير. على سبيل المثال، بالنسبة لعجلة الرياح التي يبلغ قطرها 1.2 متر، يلزم كل حجم من أحجام الطاولة. 4 مضروبة في 1.2 نحصل على:

لتكبير الجدول، انقر عليه بالماوس

للحصول على الشكل النهائي للشفرة، من الضروري الحجم، ص

محسوبة في الجدول. 5، ارسم نقاطًا لخمسة ملفات تعريف للشفرة على ورقة وتتبع الخطوط على طول النقاط باستخدام النمط، كما هو موضح في الشكل 5. 13. يتم رسم ملامح كل قسم بالحجم الكامل بحيث يمكن قطع القوالب منها عند تصنيع الشفرة.

للحصول على مولد بقوة 1 كيلوواط، تحتاج إلى عجلة رياح بقطر 3.5 متر للحصول على أبعاد شفرة عجلة الرياح هذه، تحتاج إلى تلك الواردة في الجدول. 4. اضرب أبعاد عجلة الرياح التي يبلغ قطرها 1 متر في 3.5 وقم بعمل جدول، ثم ارسم ملفات تعريف الشفرات التي ستكون مطلوبة أثناء التصنيع.

قوة وسرعة عجلات الرياح ذات الشفرتين مع الخصائص المذكورة أعلاه موضحة في الجدول. 6.

يجب استخدام هذا الجدول عند اختيار قطر عجلة الريح ذات قوة معينة وتحديد نسبة التروس إذا تبين أن سرعة المولد أكبر من سرعة عجلة الريح التي تتطور عند سرعة رياح 8 م/ث.

على سبيل المثال، عند استخدام مولد GBF من نوع السيارة بقدرة 60 واط عند 900 دورة في الدقيقة لوحدة طاقة الرياح الكهربائية، فإن عجلة الرياح ذات D == 1.2 متر وقوة 0.169 حصان تكون مناسبة. مع. عند 895 دورة في الدقيقة (انظر السطرين الأولين من الجدول 6).

في هذه الحالة، يمكن تركيب عجلة الرياح على عمود المولد. والنتيجة هي أبسط وحدة طاقة الرياح الكهربائية وأكثرها ملاءمة للتشغيل.

إذا كنا نخطط لبناء وحدة طاقة الرياح بقدرة 400 واط، فسيكون من الضروري أخذ قطر عجلة رياح يبلغ 3 أمتار، والتي عند سرعة رياح تبلغ 8 م / ثانية تنتج 1060 حصانًا. مع. أو 1.060 × 0.736 = 0.78 كيلو واط. وبأخذ كفاءة المولد تساوي 0.5 نحصل على:

تتطور عجلة الرياح 357 دورة في الدقيقة بسرعة رياح تبلغ 8 م / ثانية، ويتطلب المولد بقوة 390 واط 1000 دورة في الدقيقة. لذلك في هذه الحالة يلزم وجود علبة تروس تعمل على زيادة السرعة في ناقل الحركة من عجلة الرياح إلى المولد. يجب أن يزيد صندوق التروس من السرعة فيما يتعلق.

القيمة 2.8 تسمى نسبة التروس. باستخدام هذه النسبة، يتم تحديد عدد أسنان التروس لعلبة التروس. على سبيل المثال، إذا افترضنا أن الترس المثبت على عمود المولد يحتوي على 16 سنًا، فيجب أن يكون لترس القيادة الموجود على عمود عجلة الرياح

تعاني عجلات الرياح عالية السرعة من عيب كبير جدًا، وهو أنها لا تبدأ بشكل جيد، وبالتالي لا يمكنها البدء في العمل إلا بسرعات رياح عالية.

يعتقد العديد من مهندسي الرياح المبتدئين أنه كلما زاد عدد الشفرات الموجودة على عجلة الرياح، زادت الطاقة التي ستطورها. هذه الفكرة خاطئة. عجلتان هوائيتان، صغيرتا الشفرات ومتعددتا الشفرات، بشفرات جيدة البناء بشكل متساوٍ ونفس أقطار السطح المكتسح، سوف تطوران نفس القوة. يتم تفسير ذلك بحقيقة أنه نظرا لأنهم يتم تنفيذهم بشكل جيد على قدم المساواة، فإن معدلات استخدام طاقة الرياح الخاصة بهم ستكون متساوية، أي أنهم سينقلون نفس الكمية من الطاقة إلى آلة العمل. إن كميات طاقة الرياح الواردة إلى كلتا عجلتي الرياح متساوية، لأن سطحيهما متساويان. أما بالنسبة للدورات، فكلما قل عدد الشفرات، زادت السرعة، إذا كان لها نفس العرض على كلتا عجلتي الرياح؛ بمعنى آخر، كلما كان السطح الإجمالي للشفرات التي تشكل السطح المسحوب أصغر، زاد عدد الثورات.

كيفية تحديد أبعاد أجنحة طاحونة هوائية محلية الصنع (مولد الرياح) لقوة معينة

أجنحة عجلة الرياح هي الجزء الأكثر أهمية في توربينات الرياح. تعتمد قوة وسرعة مولد الرياح على شكل شفراتها. لن نتطرق في هذا الكتيب إلى حساب الأجنحة الجديدة نظرا لتعقيد هذه المهمة، بل سنستخدم أجنحة جاهزة لها شكل معين وتتميز بارتفاعها

حساب شفرات مولد الرياح

حول الزاوية المثلى لهجوم طاحونة الهواء المروحية

في طرق حساب توربينات الرياح، هناك توصية لتحديد زاوية الهجوم التي يتم من خلالها تحقيق أقصى جودة ديناميكية هوائية للشفرة. أولئك. يُقترح إنشاء مماس للقطب من أصل الإحداثيات، وأخذ إحداثيات نقطة المماس كإحداثيات أولية لحساب طاحونة الهواء. على الأرجح، المقصود هو القياس على الطيران، حيث أنه مع زيادة نسبة الرفع إلى السحب، تزداد مدة انزلاق الطائرة. أو يُقترح استخدام الشفرات ذات أقصى قدر من الرفع. تعمل توربينات الرياح وفقًا لقوانين مختلفة.

أرز. 1 القوى الديناميكية الهوائية في توربينات الرياح

يوضح الشكل 1 رسمًا تخطيطيًا لتأثير القوى الديناميكية الهوائية على الشفرة. تتباطأ سرعة الرياح عند الاقتراب من طاحونة الهواء بمقدار معين a، وهو حسب نظرية جوكوفسكي (بيتز) يساوي 2/3، وحسب نظرية سابينين هو 0.586. وتعطي الحركة المحيطية للشفرات عنصرًا إضافيًا للسرعة، وهو ما يمكن العثور عليه إذا اعتبرنا الشفرات ثابتة والهواء يتحرك في الاتجاه المعاكس للدوران. تتم إضافة هذين المكونين وفقًا لقاعدة المثلث ويعطيان المتجه الإجمالي للتدفق على مستوى عجلة الرياح. يتم تحديد زاوية السرعة ψ بنسبة a / Z ولا تعتمد على سرعة الرياح:

هنا وأدناه، يتم تنفيذ جميع الحسابات لطرف النصل. بالنسبة للأقسام الأخرى، من الضروري استبدال Z في كل مكان في الصيغ بالتعبير Zr / R، حيث Z هي السرعة المحددة كنسبة من سرعة الرياح إلى سرعة طرف الشفرة؛ R - نصف قطر طاحونة الهواء؛ ص - نصف قطر القسم المحدد.

زاوية السرعة ψ هي مجموع زاوية الهجوم α وزاوية تثبيت الشفرة β. يتم تحديد زاوية الهجوم من خلال خصائص الشفرة، لذلك، بالنظر إلى سرعة طاحونة الهواء، من الممكن جعل مهمة حساب الشفرات لا لبس فيها.

يتسبب التدفق المتدفق على الشفرة في قوتين: قوة السحب X، الموجهة نحو التدفق، وقوة الرفع Y، المتعامدة معه.

C X , C Y - معاملات السحب والرفع؛

ρ – كثافة الهواء

S - مساحة عنصر النصل؛

سد الخامس - حجم متجه التوغل والذي بدوره يساوي:

الحد الأخير بين قوسين صغير جدًا، وفي طواحين الهواء عالية السرعة تكون السرعة الواردة تساوي تقريبًا السرعة الطرفية للشفرة.

يتم الحصول على القوة المحيطية بالفرق بين إسقاط قوة الرفع وإسقاط السحب على مستوى الدوران.

يمكن أن يسمى التعبير الموجود بين القوسين الأخيرين بمعامل القوة المحيطية الهوائية، أو باختصار المعامل المحيطي

قوة طاحونة الهواء هي نتاج القوة المحيطية والسرعة المحيطية.

هذه الصيغة لا تعطي قوة طاحونة الهواء، بل قوة عنصر الشفرة الموجود عند طرفها. يتم حساب قوة طاحونة الهواء من خلال التكامل عبر نصف القطر، ولكن الغرض من المقالة مختلف.)

دعونا نفكر في قطبية النصل في الشكل 2.

أرز. 2 إيجاد معامل القوة المحيطية.

دعونا نرسم OA مماس للقطب. ولنرسم خط السرعة OZ، الذي تعطيه المعادلة

أولئك. يشكل الخط المستقيم للسرعة زاوية السرعة ψ مع محور Cy، الذي تمت مناقشته سابقًا.

OB يساوي حجم الرفع عند النقطة A. لذلك:

الزاوية ABD تساوي الزاوية ψ، والوتر AB هو معامل السحب عند النقطة A. وبالتالي فإن الساق BD تساوي:

الجزء DE هو الفرق بين جزأين

والنتيجة هي نفس التعبير كما في صيغة قوة طاحونة الهواء. يتم إعطاء جميع المكونات الأخرى في صيغة الطاقة، وبالتالي يتم تحديد الطاقة من خلال هذا المقطع أو بمعنى آخر المسافة من خط السرعة OZ إلى نقطة التشغيل. يتضح من الرسم البياني أن المعامل Ccr يصل إلى الحد الأقصى عند نقطة اتصال خط السرعة Z' بالقطب، وليس عند نقطة الجودة الديناميكية الهوائية القصوى. لذلك، بعد ضبط السرعة وبناء خط عالي السرعة، يمكنك تحليل تشغيل طاحونة الهواء بوضوح.

الملف الشخصي TsAGI R -ll-12

في الشكل. يوضح الشكل 3 ملف تعريف TsAGI P-ll-12، المتراكب للمقارنة على ملف تعريف CLARK – Y الشائع في توربينات الرياح. يظهر الشكل 3 قطبية ملف تعريف TsAGI P-ll-12 للامتداد 5. 4

أرز. 3 ملفات تعريف TsAGI R-ll-12 وCLARK – Y

يظهر القطب على اليسار بشكله المعتاد بمقاييس مختلفة على طول محاور الإحداثيات. على القطب الأيمن، المرسوم على نفس المقياس، يتم إجراء نفس الإنشاءات. يعطي الخط المستقيم عالي السرعة عند Z = 2 أقصى معامل محيطي عند زاوية هجوم قدرها 16 درجة. يتم الوصول إلى نقطة الحد الأقصى لنسبة الرفع إلى السحب بزاوية هجوم قدرها 2 درجة. عند هذه النقطة، يكون المعامل المحيطي أقل بثلاث مرات تقريبًا من النقطة المثلى. بالطبع، في طاحونة الهواء، يمكنك اختيار زاوية عمل للهجوم تبلغ درجتين. تعتمد قوة توربينات الرياح على طاقة الرياح. لذلك، فإن المعامل المحيطي، الذي انخفض ثلاث مرات، سوف يحتاج إلى تعويضه عن طريق زيادة وتر النصل ثلاث مرات. (يتم اعتبار الحالة المثالية) مربعًا، سيزيد حجم الشفرة بمقدار 9 مرات. كلما زادت المساحة، زادت خسائر الاحتكاك. كييف تتساقط. استطالة النصل تنخفض و مفاعلة حثي. عند نقطة الجودة الديناميكية الهوائية القصوى، تكون الطاحونة منسقة بشكل أفضل من حيث درجة فرملة الهواء في مستوى الطاحونة وحجم القوة المحيطية. يزيد التنسيق كييف. ولذلك، يجب أن يتم الحساب مع الأخذ في الاعتبار جميع العوامل. هنا يتم أخذ قيمة المعامل المحيطي وعرض النصل في الاعتبار فقط، والذي يعتمد عليه بشكل مباشر.

الشكل 4: القطبية الجانبية TsAGI R-ll-12

مع زيادة السرعة، تقترب النقطة المثالية (عند الحد الأدنى لعرض الشفرة) من نقطة الجودة الديناميكية الهوائية القصوى. مع سرعة 6 وزاوية هجوم 8 درجات، يكون الكسب في المعامل المحيطي، وبالتالي في عرض الشفرات مقارنة بـ 2 درجة، 1.5 مرة. ولكن من تحليل القطبين يترتب على ذلك متى قيم كبيرةالسرعة، فمن المنطقي اختيار نقطة تشغيل أقل في القطبي. إذا لم يكن هناك حمل كافٍ أو لم يكن هناك حمل في وضع الطوارئ، فإن الطاحونة الهوائية تزيد سرعتها وتنتقل إلى السرعة الزائدة. تتناقص زاوية السرعة، وبما أن زاوية التثبيت في توربينات الرياح غير المنظمة تظل ثابتة، فإن زاوية الهجوم تنخفض. تتحول نقطة التشغيل إلى الأسفل، ويقترب خط السرعة من القطبية. وبسرعة معينة، سيصبح المعامل المحيطي صفرًا. بداية هذه اللحظة (القيمة الحدية Z) أثناء الانفصال تعتمد على الموضع الأولي لنقطة التشغيل. كلما تم اختيار نقطة البداية المنخفضة، كلما انخفضت سرعة الانتشار التي تكتسبها الطاحونة. ولكن يجب اختبار هذا البيان في الممارسة العملية.

عند إنشاء خط مستقيم عالي السرعة Z = 6، من الواضح أن القطب في نطاق زوايا الهجوم من 3 إلى 12 درجة يمتد تقريبًا بالتوازي مع الخط المستقيم عالي السرعة. وهذا ما يفسر حقيقة أن استخدام النظريات والمفاهيم المختلفة لحساب توربينات الرياح ليس له أي تأثير تقريبًا على تشغيل توربينات الرياح عالية السرعة المصممة.

تتحرك أجزاء الشفرات القريبة من المحور بشكل أبطأ من الأجزاء الخارجية، لذا فإن سرعتها تكون بخطوط مستقيمة أقل. الأقسام الداخلية لها نقطة مثالية، أي. تقع القيمة القصوى للمعامل المحيطي في زوايا الهجوم العالية، وبالتالي يتم تقليل زاوية التثبيت وتطور الشفرات، وهي معقدة تقنيًا.

ونتيجة إنشاء خطوط السرعة يتم الحصول على مجموعة من النقاط المثالية للسرعات المختلفة. أي من هذه النقاط هي الأكثر الأمثل؟ ما هي السرعة التي تفضلها؟ في صيغة قوة طاحونة الهواء، يتم تضمين السرعة Z في القوة الثالثة، ويتم تضمين المعامل المحيطي في القوة الأولى. لذلك، من خلال ضرب المعاملات المحيطية بمكعبات السرعة المقابلة، نحصل على سلسلة من الحدود القصوى التي يمكن اختيار الحد الأقصى منها. الحد الأقصى يقع تقريبًا في منطقة نصف نسبة الرفع إلى السحب بسرعة عالية

هنا K هو الحد الأقصى لنسبة Cy/Cx. بالنسبة للملف قيد النظر، يحدث الحد الأقصى بزاوية هجوم قدرها 2 درجة ويساوي 24.

تتمتع هذه الشفرة بنسبة رفع إلى سحب تبلغ 24، وبالتالي، سيكون الحد الأقصى الأقصى حوالي Z = 10. وهذا التقدير تقريبي لفهم ترتيب الحجم.

من المستحيل إنشاء المعامل المحيطي باستخدام الرسم البياني الأيسر في الشكل 4. هناك مقاييس مختلفة على طول المحاور، والزوايا القائمة مشوهة والأطوال مشوهة. من الرسم البياني الصحيح يمكن تحديد ذلك

عند Z = 2 فإن المنتج Z3Cab يساوي:

أولئك. عند سرعة Z = 10، يتناقص عرض الشفرات عند الطرف بمقدار 2.3 مرة مقارنة بالمروحة عالية السرعة إلى حد ما Z = 6.

اسمحوا لي أن ألفت انتباهكم مرة أخرى إلى حقيقة أن النقطة القصوى القصوى تعطي الحد الأدنى لعرض الشفرات، وليس الحد الأقصى للطاقة. يتم تحديد القوة بواسطة الريح. والقوة تتحدد أيضًا بالخسائر أي. توربينات الرياح كييف، والتي لا تعتبر هنا.

البرنامج - تصميم والتحقق من الحسابات الديناميكية الهوائية لمولد الرياح - ملف التقرير الفني.doc

التقرير الفني.doc

حساب الخصائص الديناميكية الهوائية لشفرة مولد الرياح وتحديد معالمها الهندسية.

ب – عدد الشفرات

يعرض التقرير نتائج حسابات الخصائص الديناميكية الهوائية لشفرة عجلة الرياح وتوربينات الرياح ككل. يتم عرض الخصائص الهندسية للشفرة.

^ 1. البيانات الأولية للحساب.

سرعة الرياح المقدرة V=12 م/ث.

ومن تجربة إنشاء مولدات الرياح من هذه الفئة، فإن قيمة السرعة النسبية تقع ضمن 6...8. يتراوح عامل استخدام طاقة الرياح (أو عامل الطاقة Cp) لمولدات الرياح الحالية بين 0.43...0.47. تصل سرعة طرف الشفرة إلى 80…100 م/ث. يرجع هذا القيد إلى الضوضاء الديناميكية الهوائية وتآكل الشفرة. كملف ديناميكي هوائي لمقاطع شفرات مولد الرياح، يمكننا استخدام ملف تعريف سلسلة NACA 44100، والذي يتم استخدامه حاليًا على نطاق واسع. إن استخدام التشكيلات الصفائحية يجعل من الممكن الحصول على أداء أعلى، ولكن مع مراعاة دقة التصنيع العالية، وعدم تلوث سطح الشفرة، وغياب الاهتزازات الهيكلية واضطراب تدفق الرياح. يؤدي عدم الالتزام بالشروط المذكورة أعلاه إلى تقليل أداء مولدات الرياح ذات الشفرات الصفائحية بنسبة 25...30%.

السرعة النسبية = 7.

^ الجدول 1. إحداثيات الملف الشخصي NACA 44100.

حيث: - سمك المظهر الجانبي النسبي الجديد.

السرعة النسبية (السرعة) = 7.

الشكل 2. قوة عجلة الرياح ودوراتها حسب سرعة الرياح (=7).

كما يتبين من نتائج الحساب، فإن عجلة الرياح المصممة تلبي متطلبات البيانات الأولية وممارسة إنشاء توربينات الرياح من هذه الفئة.

يتم إنشاء هندسة الشفرة على النحو التالي. يكون اتجاه دوران الدوار عكس اتجاه عقارب الساعة عند النظر إليه في اتجاه الريح. تتم الإشارة إلى زوايا تركيب الأقسام من مستوى الدوران. القيمة الموجبة تكون عكس اتجاه الريح (الشكل 3).

يتم عرض بيانات هندسة الشفرة الناتجة في الجدول 2

في النموذج الإلكترونييتم عرض البيانات الخاصة بإنشاء هندسة الشفرة في الملفات:

VG100.scr – ملف البرنامج النصي (أو ملف البرنامج النصي) للبرنامج

VG100.dwg هو نموذج نصلي تم إنشاؤه في AutoCAD (الشكل 4) استنادًا إلى بيانات من ملف VG100.scr.

VG100.CATPart - نموذج الشفرة المدمج في CATIA (الشكل 5)

الشكل 4. نموذج الإطار السلكي للشفرة.

1. باتريك موريارتي، دليل نظرية AeroDyn , المختبر الوطني للطاقة المتجددة، ديسمبر 2005 NREL/EL-500-36881.

2. جون وايلي وأولاده، شرح طاقة الرياح – النظرية والتصميم والتطبيق،

3. إي إم فاتيف، محركات الرياح وتوربينات الرياح، OGIZ-SELKHOZGIZ، M.، 1948.

4. هـ. بيجوت، حساب شفرات توربينات الرياح، 2000.

5. جلاورت، أساسيات نظرية الأجنحة والمراوح، المعهد العلمي والتقني الحكومي، 1931.

6. إ. ماكاروف، الحسابات الهندسية في Mathcad 14، بيتر، 2007

التقرير الفني - البرنامج - تصميم والتحقق من الحسابات الديناميكية الهوائية لمولد الرياح - فني

العنوان: البرنامج - تصميم والتحقق من الحسابات الديناميكية الهوائية لمولد الرياح؛ ملف: التقرير الفني.doc; التاريخ: 16/03/2010 الساعة 15:48; الحجم: 467 كيلو بايت.

محرك الرياح
جهاز يحول طاقة الرياح إلى طاقة دورانية. جزء العمل الرئيسي لتوربينات الرياح هو وحدة دوارة - عجلة مدفوعة بالرياح ومتصلة بشكل صارم بعمود، حيث يقوم دورانها بتشغيل المعدات التي تؤدي عملاً مفيدًا. يمكن تثبيت العمود أفقيًا أو رأسيًا. تُستخدم توربينات الرياح عادةً لتوليد الطاقة المستهلكة بشكل دوري: عند ضخ المياه إلى الخزان، وطحن الحبوب، وفي شبكات إمدادات الطاقة المؤقتة والطارئة والمحلية.
معلومات تاريخية.على الرغم من أن الرياح السطحية لا تهب دائمًا، وتغير اتجاهها، وقوتها ليست ثابتة، إلا أن توربينات الرياح من أقدم آلات الحصول على الطاقة من المصادر الطبيعية. نظرًا للموثوقية المشكوك فيها للروايات المكتوبة القديمة عن توربينات الرياح، فليس من الواضح تمامًا متى وأين ظهرت هذه الآلات لأول مرة. ولكن، إذا حكمنا من خلال بعض السجلات، فقد كانت موجودة بالفعل قبل القرن السابع. إعلان ومن المعروف أنها استخدمت في بلاد فارس في القرن العاشر، وفي أوروبا الغربية ظهرت الأجهزة الأولى من هذا النوع في نهاية القرن الثاني عشر. خلال القرن السادس عشر. تم أخيرًا تشكيل نوع الخيام من طاحونة الهواء الهولندية. لم تتم ملاحظة أي تغييرات كبيرة في تصميمها حتى بداية القرن العشرين، عندما تم تحسين أشكال وطلاءات أجنحة الطاحونة بشكل ملحوظ نتيجة للبحث. نظرًا لأن الآلات منخفضة السرعة مرهقة في النصف الثاني من القرن العشرين. بدأت في بناء توربينات الرياح عالية السرعة، أي. أولئك الذين يمكن أن تصنع عجلاتهم الهوائية عدد كبيردورة في الدقيقة مع كفاءة طاقة الرياح العالية.
الأنواع الحديثة من توربينات الرياح.حاليًا، يتم استخدام ثلاثة أنواع رئيسية من توربينات الرياح - الأسطوانة والجناح (النوع اللولبي) والدوار (مع شكل مبيد الحشرات على شكل حرف S).
طبل وريشة.على الرغم من أن عجلة الرياح من النوع الأسطواني لديها أقل معدل لاستخدام طاقة الرياح مقارنة بأجهزة طرد الرياح الحديثة الأخرى، إلا أنها الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. في العديد من المزارع، يتم استخدامه لضخ المياه في حالة عدم وجود شبكة كهرباء لسبب ما.

يظهر الشكل النموذجي لهذه العجلة ذات الشفرات المعدنية في الشكل. 1. تدور عجلات الرياح من نوع الأسطوانة والريشة على عمود أفقي، لذلك يجب تحويلها إلى الريح للحصول على أفضل أداء. للقيام بذلك، يتم منحهم عجلة قيادة - شفرة تقع في مستوى عمودي، مما يضمن أن عجلة الرياح تتحول إلى ريح. يبلغ قطر عجلة أكبر توربينات الرياح من نوع ريشة الريشة في العالم 53 مترًا، ويبلغ أقصى عرض لشفرتها 4.9 مترًا، وتتصل عجلة الرياح مباشرة بمولد كهربائي بقدرة 1000 كيلووات، يتطور مع الريح السرعة لا تقل عن 48 كم/ساعة. يتم ضبط شفراتها بحيث تظل سرعة دوران عجلة الرياح ثابتة وتساوي 30 دورة في الدقيقة في نطاق سرعة الرياح من 24 إلى 112 كم/ساعة. ونظرًا لحقيقة أن الرياح تهب كثيرًا في المنطقة التي توجد بها توربينات الرياح، فإن توربينات الرياح تنتج عادةً 50٪ من الطاقة القصوى وتقوم بتشغيل الشبكة الكهربائية العامة. تُستخدم توربينات الرياح على نطاق واسع في المناطق الريفية النائية لتوفير الكهرباء للمزارع، بما في ذلك شحن بطاريات أنظمة الاتصالات اللاسلكية. كما أنها تستخدم في محطات توليد الطاقة على متن الطائرات والصواريخ الموجهة.الدوار على شكل S.

يعد الدوار على شكل حرف S المثبت على عمود رأسي (الشكل 2) أمرًا جيدًا لأن توربينات الرياح المزودة بمثل هذا المبيد الحشري لا تحتاج إلى جلبها إلى الريح. على الرغم من أن عزم الدوران على عموده يتراوح من الحد الأدنى إلى ثلث الحد الأقصى لكل نصف دورة، إلا أنه لا يعتمد على اتجاه الريح. عندما تدور أسطوانة دائرية ملساء تحت تأثير الرياح، تؤثر قوة متعامدة مع اتجاه الريح على جسم الأسطوانة. وتسمى هذه الظاهرة بتأثير ماغنوس نسبة إلى الفيزيائي الألماني الذي قام بدراستها (1852). في 1920-1930، استخدم A. Flettner أسطوانات دوارة (دوارات Flettner) ودوارات على شكل حرف S بدلاً من عجلات الرياح ذات الشفرات، وأيضًا كمحركات للسفينة التي قامت بالانتقال من أوروبا إلى أمريكا والعودة.عادة ما تكون الطاقة التي يتم الحصول عليها من الرياح صغيرة - أقل من 4 كيلووات يتم تطويرها بواسطة نوع قديم من طواحين الهواء الهولندية بسرعة رياح تبلغ 32 كم / ساعة. وتتكون قوة تدفق الرياح، التي يمكن استخدامها، من الطاقة الحركية للكتل الهوائية التي تجتاح كل وحدة زمنية بشكل عمودي على مساحة بحجم معين. في توربينات الرياح، يتم تحديد هذه المنطقة من خلال السطح المواجه للريح للمبيد. مع الأخذ في الاعتبار الارتفاع فوق مستوى سطح البحر، وضغط الهواء عليه ودرجة حرارته، يتم تحديد الطاقة المتاحة N (بالكيلوواط) لكل وحدة مساحة بالمعادلة N = 0.0000446 V3 (m/s). يتم تعريف معامل استخدام طاقة الرياح عادة على أنه نسبة الطاقة المولدة على عمود توربينات الرياح إلى الطاقة المتاحة لتدفق الرياح الذي يعمل على السطح المواجه للريح لعجلة الرياح. يصبح هذا المعامل الحد الأقصى عند نسبة معينة بين سرعة الحافة الخارجية لشفرة عجلة الرياح w وسرعة الرياح u؛ تعتمد قيمة نسبة w/u على نوع توربينات الرياح. يعتمد معامل استخدام طاقة الرياح على نوع عجلة الرياح ويتراوح من 5-10% (الطاحونة الهولندية ذات الأجنحة المسطحة، w/u = 2.5) إلى 35-40% (مبيد الجناح المشكل، 5 Ј w/u Ј 10) .
الأدب
طاقة الرياح. م.، 1982 ياراس ل. وآخرون. طاقة الرياح. م، 1982

موسوعة كولير. - المجتمع المفتوح. 2000 .

المرادفات:

تعرف على معنى "WIND MOTOR" في القواميس الأخرى:

توربينات الرياح... كتاب مرجعي القاموس الإملائي

المحرك، محرك الرياح الهوائي، طاحونة الهواء، Windrotor قاموس المرادفات الروسية. اسم توربينات الرياح ، عدد المرادفات: 4 توربينات الرياح (8) ... قاموس المرادفات

يستخدم طاقة الرياح لتوليد الطاقة الميكانيكية. توربينات الرياح هي الأكثر انتشارًا على نطاق واسع، حيث يتزامن محور دوران عجلة الرياح مع اتجاه تدفق الهواء... القاموس الموسوعي الكبير

توربينات الرياح- VD جهاز لتحويل طاقة الرياح إلى طاقة ميكانيكية لدوران عجلة الرياح. [GOST R 51237 98] موضوعات مرادفات طاقة الرياح VD EN محرك الرياح ... دليل المترجم الفني

توربينات الرياح- محرك الرياح... قاموس الاختصارات والمختصرات

محرك الرياح- (توربينة الرياح) محرك يستخدم الطاقة الحركية للرياح لتوليد الطاقة الميكانيكية. منظر بدائي لطاحونة الهواء. هناك: ريشة، دائري، أو دوار، وطبل... موسوعة البوليتكنيك الكبيرة

محرك يستخدم الطاقة الحركية للرياح لتوليد الطاقة الميكانيكية. كعضو عامل في الريح، والذي يدرك الطاقة (الضغط) لتدفق الرياح ويحولها إلى طاقة ميكانيكية لدوران العمود، يتم استخدامه... ... الموسوعة السوفيتية الكبرى

آلة تقوم بتحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة ميكانيكية. الجزء العامل من توربينات الرياح هو عجلة الرياح، التي تستقبل ضغط تدفق الهواء وتحوله إلى طاقة ميكانيكية لدوران العمود. يميز... ... موسوعة التكنولوجيا

أنا؛ م. محرك يعمل بقوة الرياح. * * * تستخدم توربينات الرياح طاقة الرياح لتوليد الطاقة الميكانيكية. توربينات الرياح ذات الريشة هي الأكثر انتشارًا على نطاق واسع، حيث يتزامن محور دوران عجلة الرياح مع... ... القاموس الموسوعي

محرك يستخدم الحركية طاقة الرياح للتوليد الميكانيكي. طاقة. هناك شكل V. (انظر الشكل)، عادة مع محور دوران أفقي، مع معامل. استخدام طاقة الرياح حتى 0.48 (الأكثر شيوعًا)؛ دائري،... ... قاموس البوليتكنيك الموسوعي الكبير

وتتناسب قوة التدفق، أو كما يطلق عليها أيضًا الطاقة الثانية، مع مكعب سرعة الرياح. ماذا يعني - إذا زادت سرعة الرياح، على سبيل المثال، مرتين، فإن طاقة تدفق الهواء ستزيد بمقدار 2 3 مرات، أي 2 3 = 2x2x2 = 8 مرات.

ستختلف الطاقة التي يطورها محرك الرياح بما يتناسب مع مربع قطر عجلة الرياح. ماذا يعني مضاعفة قطر عجلة الريح - نحصل على زيادة في الطاقة بمقدار أربعة أضعاف عند نفس سرعة الرياح.

ومع ذلك، لا يمكن تحويل كل الطاقة المتدفقة عبر عجلة الرياح إلى عمل مفيد. سيتم فقدان بعض الطاقة عند التغلب على مقاومة عجلة الرياح لتدفق الهواء، بالإضافة إلى خسائر أخرى. تماما أيضا معظمسيتم احتواء طاقة الهواء في التدفق الذي مر بالفعل عبر عجلة الرياح. تثبت نظرية توربينات الرياح الريشية:

• سرعة تدفق الريح خلف عجلة الريح ليست صفرًا؛
• أفضل طريقة لتشغيل توربينات الرياح هي تلك التي تكون فيها سرعة التدفق خلف عجلة الرياح مساوية لثلثي سرعة التدفق الأولية التي ستتدفق على عجلة الرياح.

عامل استغلال الطاقة

يوضح هذا الرقم مقدار طاقة تدفق الهواء التي ستستخدمها عجلة الرياح بشكل مفيد. يُشار إلى هذا المعامل عادةً بالحرف اليوناني χ (xi). وتعتمد قيمته على عدد من العوامل، مثل نوع محرك الرياح وجودة الصنعة وشكل شفراته وغيرها من العوامل. بالنسبة لتوربينات الرياح عالية السرعة التي تحتوي على أجنحة هوائية انسيابية، يبلغ المعامل χ حوالي 0.42 إلى 0.46. وهذا يعني أن الآلات من هذا النوع يمكنها تحويل حوالي 42%-46% من تدفق الرياح التي تمر عبر التثبيت إلى عمل ميكانيكي مفيد. بالنسبة للمركبات منخفضة السرعة، يبلغ هذا المعامل حوالي 0.27 - 0.33. تبلغ القيمة النظرية القصوى لـ χ لتوربينات الرياح المثالية حوالي 0.593. أصبحت تركيبات الريشة منتشرة على نطاق واسع، وبدأ إنتاجها بكميات كبيرة عن طريق الصناعة. وهي مقسمة إلى مجموعتين:

• سرعة عالية - عدد الشفرات يصل إلى 4؛

سرعة منخفضة - من 4 إلى 24 شفرة؛

توربينات الرياح عالية السرعة ومنخفضة السرعة

تعتبر السرعة إحدى المزايا، حيث أنها تسهل نقل طاقة الرياح إلى الأجهزة عالية السرعة مثل المولد الكهربائي. علاوة على ذلك، فهي أخف وزنا ولها عامل الاستفادة من سرعة الرياح أعلى من تلك ذات السرعة المنخفضة، كما ذكرنا أعلاه.

ومع ذلك، بالإضافة إلى مزاياها، فإن لديها أيضًا عيبًا خطيرًا، مثل عزم دوران أقل عدة مرات مع عجلة رياح ثابتة وبنفس أقطار العجلة وسرعة الرياح مقارنة بالمنشآت منخفضة السرعة. وفيما يلي اثنين من الخصائص الديناميكية الهوائية:

حيث يوضح الخط المنقط عجلة رياح ذات 18 شفرة، والخط الصلب يوضح عجلة رياح ذات 3 شفرات. يوضح المحور الأفقي عدد الوحدات Z لعجلة الرياح أو سرعتها. يتم تحديد هذه القيمة من خلال نسبة السرعة ωkhR لطرف الشفرة إلى سرعة الرياح V.

من خصائص توربينات الرياح يمكننا أن نستنتج أن كل سرعة رياح لا يمكن أن تكون إلا المفردالثورات التي يمكن من خلالها الحصول على الحد الأقصى χ . بالإضافة إلى ذلك، في ظل وجود نفس سرعة الرياح، سيكون للجهاز منخفض السرعة عزم دوران أكبر بعدة مرات من السرعة العالية، وبالتالي سيبدأ العمل بسرعة رياح أقل من السرعة العالية. وهذا عامل مهم إلى حد ما، لأنه يزيد من عدد ساعات تشغيل توربينات الرياح.

توربينات الرياح ريشة

يعتمد مبدأ عملها على القوى الديناميكية الهوائية التي تنشأ على شفرات عجلة الرياح عندما يضربها تدفق الهواء. من أجل زيادة القوة، يتم إعطاء الأجنحة ملامح ديناميكية هوائية مبسطة، ويتم تغيير زوايا الإسفين على طول الشفرة (كلما اقتربت من العمود، زادت الزوايا، وأصغر في النهاية). يظهر الرسم البياني أدناه:

هناك ثلاثة أجزاء رئيسية من هذه الآلية - النصل، والأرجوحة، والتي يتم من خلالها ربط العجلة بالمحور. زاوية الإسفين φ هي الزاوية بين مستوى دوران العجلة والشفرة. زاوية الهجوم α هي زاوية تأثير الرياح على عناصر الشفرة.

عندما تم فرملة عجلة الرياح، تزامنت اتجاهات التدفق المتدفق على الشفرة واتجاه الريح (على طول السهم V). ولكن بما أن العجلة لها سرعة دوران معينة، فإن كل عنصر من عناصر الشفرة سيكون له سرعة معينة ωxR، والتي ستزداد مع المسافة من محور العجلة. ولذلك، فإن التدفق الذي يهب فوق الشفرة بسرعة معينة سيتكون من السرعة ωxR وV. وتسمى هذه السرعة سرعة التدفق النسبية ويشار إليها بـ W.

نظرًا لأنه فقط في زوايا معينة من الهجوم يوجد أفضل وضع تشغيل لتوربينات الرياح ذات الريشة، يجب أن تكون زوايا الإسفين φ متغيرة على طول الشفرة بالكامل. يتم تحديد قوة محرك الرياح، مثل أي محرك آخر، من خلال المنتج السرعة الزاويةω في لحظتها M: P = Mxω. يمكننا أن نستنتج أنه مع انخفاض عدد الشفرات، فإن اللحظة M ستنخفض أيضًا، لكن عدد الثورات ω سيزداد. وهذا هو السبب في أن القدرة P = Mxω ستظل ثابتة تقريبًا وستعتمد بشكل ضعيف على عدد شفرات طاحونة الهواء.

أنواع أخرى من توربينات الرياح

كما تعلم ، بالإضافة إلى المحركات المجنحة ، هناك أيضًا محركات رياح طبلية ودوارة ودوارة. في الأنواع الدائرية والدوارة، يكون محور الدوران عموديًا، وفي أنواع الأسطوانات يكون أفقيًا. ولعل الفرق الرئيسي بين توربينات الرياح المجنحة وتوربينات الرياح الأسطوانة والدوارة هو أن جميع شفرات توربينات الرياح المجنحة تعمل في وقت واحد، في حين تعمل توربينات الرياح الأسطوانة والدوارة فقط على ذلك الجزء من الشفرات، الذي ستتزامن حركته مع اتجاه الريح.

لتقليل مقاومة الشفرات التي تتجه نحو الريح، فهي إما منحنية أو مغطاة بشاشة. يحدث عزم الدوران عند استخدام هذا النوع من المحركات بسبب الضغوط المختلفة في الشفرات.

نظرًا لأن أنواع محركات الرياح الدوارة والدوارة والطبلية تتمتع بكفاءة منخفضة إلى حد ما (لا تتجاوز χ لهذه الأنواع 0.18) ، كما أنها ضخمة جدًا ومنخفضة السرعة ، فإنها في الواقع لم تتلق استخدامًا واسع النطاق.