다중 블레이드 프로펠러와 소형 블레이드 프로펠러의 차이점은 무엇입니까? 풍력 터빈 설계 프로그램 – 풍력 발전기의 설계 및 검증 공기역학적 계산 – 기술 보고서 ​​파일.doc

사람들은 다중 블레이드 프로펠러가 약한 바람에 적합하고 3~2개의 블레이드가 강한 바람에 적합하다고 오해하는 경우가 많습니다. 그리고 많은 사람들은 약한 바람의 경우 다중 블레이드 프로펠러가 더 효과적이라고 믿습니다. 블레이드가 많기 때문에 추력이 높아지고 블레이드가 더 많은 바람을 덮고 토크가 높아져 출력이 높아지지만 그렇지 않습니다. 블레이드 수가 많기 때문에 시동 토크가 더 높으므로 발전기에 강한 자기 고착이 있는 경우 시동 토크를 높이기 위해 조치를 취해야 하며 일반적으로 블레이드를 추가합니다.

먼저 하나의 블레이드와 이에 작용하는 물리적 요인을 상상해 봅시다. 블레이드에는 비틀림이 있고 바람의 흐름에 상대적인 각도가 있으며 블레이드에 기대어 있는 바람으로 인해 블레이드가 압력을 받아 움직이게 됩니다(회전축을 따라 앞으로 밀립니다). 그러나 평면에서 움직이는 블레이드는 밀도가 높은 공기 흐름의 정면 저항을 극복합니다. 이 흐름은 블레이드의 속도를 늦추어 블레이드가 더 많은 속도를 얻는 것을 방지하고, 속도가 높을수록 공기역학적 항력이 높아집니다.

블레이드가 1개, 2개, 3개 또는 12개 이상인 경우 모든 블레이드의 공기역학적 항력은 1로 유지되지 않고 합산되며 손실이 전체에 합산되고 프로펠러 속도가 떨어집니다. 회전하는 것만으로도 많은 에너지가 낭비됩니다. 게다가 지나가는 블레이드는 흐름을 비틀어 흐름을 크게 방해합니다. 이로 인해 뒤의 블레이드는 훨씬 더 큰 항력을 받게 되고 다시 바람에서 빼앗은 힘이 낭비되고 속도가 떨어집니다. 바람에서 얻은 많은 힘이 회전에 소비됩니다.

또한, 원형의 블레이드 숲 전체가 있으면 프로펠러를 통해 바람이 떨어지는 것이 더 어려워집니다. 풍차는 바람의 흐름을 지연시키고, 프로펠러 앞쪽에 에어 캡(air cap)이 형성되며, 이 “캡”과 만나는 바람의 새로운 부분이 측면으로 흩어집니다. 바람이 장애물 주위로 어떻게 휘어지는지 알고 있으므로 프로펠러는 바람을 막는 견고한 방패와 같습니다.

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그러나 많은 사람들은 블레이드가 많을수록 단위 시간당 바람에서 더 많은 에너지를 얻을 수 있다고 생각하지만 이는 사실이 아닙니다. 여기서 중요한 것은 블레이드 수가 아니라 프로펠러의 속도와 속도입니다. 예를 들어, 60rpm에서 6개의 블레이드가 1회전하여 바람 큐브를 전달하고 그로부터 일정 부분의 에너지를 빼앗고, 3개의 블레이드가 동시에 두 번 회전하여 동일한 양을 가져옵니다. 에너지의. 속도를 더 높이면 더 많은 에너지가 소모됩니다. 10배 빠르게 회전하는 블레이드 하나는 천천히 회전하는 블레이드 10개와 동일한 양의 에너지를 소비하므로 블레이드가 1개 또는 10개 있는지는 중요하지 않습니다.

풍차의 속도.

프로펠러의 속도는 블레이드 끝의 속도와 풍속의 비율(초당 미터)입니다. 따라서 동일한 속도에서 블레이드 길이에 따른 속도가 다르며 길이에 따른 블레이드 설치 각도도 다릅니다. 블레이드 끝부분은 항상 블레이드 중앙보다 두 배 빠르게 움직이므로 끝부분의 각도는 항력을 줄이기 위해 거의 0이 되어 블레이드가 최소한의 항력으로 공기를 가르게 됩니다.

또한 블레이드가 빠르게 움직일수록 블레이드에 대한 바람의 공격 각도가 더 많이 변경됩니다. 당신이 차에 앉아 있는데 옆 창문에 눈이 내리고 있는데, 운전을 시작하면 눈이 이미 앞유리에 닿고, 속도를 높이면 눈이 이미 앞유리에 직접 닿고 있다고 상상해 보세요. 하지만 멈추면 눈이 다시 옆에서 떨어질 것입니다. 마찬가지로 블레이드가 속도를 높이면 바람이 다른 각도로 블레이드를 때립니다. 따라서 블레이드의 끝 부분은 2-5도만 만들어집니다. 일단 가속되면 바람의 최적 공격 각도에 도달하고 가능한 최대 에너지를 빼앗기 때문입니다. 블레이드 중앙에서는 속도가 2배 더 낮으므로 각도는 8-12도로 두 배 더 크고, 뿌리에서는 속도가 몇 배 더 낮기 때문에 훨씬 더 큽니다.

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고속 소형 블레이드 프로펠러의 경우 각도가 더 작아집니다. 예를 들어, 3엽 프로펠러의 경우 일반적인 속도는 약 Z5입니다. 즉, 프로펠러는 풍속보다 5배 빠른 속도로 회전할 때 최대 출력을 갖습니다. 이 경우 칼날의 끝 부분은 약 4도, 중간 부분은 12도, 뿌리 부분은 약 24도의 칼날이 있으면 속도가 2배 느려지므로 각도가 2배 커집니다. 블레이드가 얇을수록 면적이 작을수록 속도는 빨라지고 공기 역학적 항력은 낮아집니다. 따라서 블레이드 3개가 넓으면 속도가 느리고 얇고 좁은 블레이드 6~12개는 더 높은 속도를 갖습니다. 속도.

결과적으로 예를 들어 3개의 블레이드와 6개의 블레이드 프로펠러는 다음과 같습니다. 동등한 힘낮은 바람에서는 속도 Z5의 블레이드 3개가 동시에 속도 Z2.5의 블레이드 6개보다 두 배 더 많은 회전을 하기 때문에 바람에서 동일한 양의 에너지를 사용하게 됩니다. 그러나 바람이 강할 경우 6개의 블레이드 프로펠러는 3개의 블레이드 프로펠러에 비해 크게 손실됩니다. 3개의 블레이드는 공기 역학적 항력이 더 적고 더 높은 속도를 얻을 수 있으므로 단위 시간당 더 많은 바람을 사용하여 작업할 수 있기 때문입니다. 블레이드가 더 빨리 움직일수록 바람으로부터 더 많은 전력을 소비하게 됩니다.

유일한 장점은 블레이드가 많을수록 시동 토크가 좋아지고 발전기에 자기 고착이 있는 경우 다중 블레이드 프로펠러가 더 일찍 시작되지만 작은 블레이드 프로펠러의 경우 토크와 출력이 더 높아진다는 것입니다.

네, 그리고 토크는 고속 프로펠러가 속도를 높이면서 블레이드의 각도가 실제로 블레이드에 흐르는 바람에 최적이 되며, 실제 각도는 블레이드 자체의 속도와 회전 속도에 따라 변한다는 것을 알고 있습니다. 블레이드의 항력으로 인한 에너지 손실이 적기 때문에 토크는 더 높아집니다.

또한 다중 블레이드 프로펠러는 더 무겁기 때문에 플라이휠처럼 작동합니다. 바퀴가 추진력을 얻으면 프로펠러 자체가 에너지를 저장하고 급정지하기가 더 어렵지만, 바람이 더 강하게 불어도 이 플라이휠은 계속 회전해야 하므로 다중 블레이드 프로펠러는 바람 세기 변화에 덜 잘 반응합니다. 단기간의 돌풍은 눈치 채지 못할 수도 있습니다. 그리고 가벼운 프로펠러는 짧은 돌풍에도 에너지를 공급할 수 있습니다. 이는 전류 강도를 관찰할 때 전류계에서 명확하게 볼 수 있습니다. 6개의 블레이드가 더 부드럽게 작동하고 큰 전류 서지가 없습니다. 그러나 3개의 블레이드는 모든 돌풍을 처리하고 바늘이 빠르게 앞뒤로 움직이지만 이는 궁극적으로 배터리에 축적되는 에너지이며 특히 돌풍이 불고 마스트가 낮게 설치된 경우 반동의 차이가 매우 클 수 있습니다. 바람의 흐름이 격렬해지는 곳.

또 다른 요소는 속도입니다. 다중 블레이드 프로펠러는 저속 프로펠러를 의미합니다. 이는 발전기가 동일하다는 것을 의미합니다. 이는 더 많은 발전기, 더 많은 자석, 더 많은 권선, 더 많은 철 무게 및 결과적으로 가격이 있음을 의미합니다. 훨씬 더 높습니다. 그리고 발전기는 일반적으로 풍력 발전기에서 가장 비싼 부분입니다. 그리고 회전이 가장 중요한 역할을 합니다. 동일한 풍속에서 프로펠러 속도가 높을수록 발전기는 더 많은 전력을 생산하고, 회전 수가 충분하지 않으면 발전기가 더 크고 강력해지거나 승수가 더 커질 수 있기 때문입니다. 발명되다.

그러나 어디에서나 자체적으로 가장 저렴하고 효율적인 단일 블레이드 프로펠러가 있지만 매우 정확하고 균형을 이루어야 하며 모든 것을 계산해야 하며 블레이드의 공기 역학이 이상적이어야 합니다. 그렇지 않으면 진동과 프로펠러가 두들겨맞으면 풍차가 무너질 것이 보장됩니다. 원칙적으로 이것이 공장에서 만든 단일 블레이드 풍차를 생산하는 사람조차 거의 없는 이유입니다. 3엽 프로펠러가 더 최적인 것으로 나타났습니다. 속도가 너무 빠르지 않기 때문에 프로펠러의 불균형은 문제가 되지 않지만 속도도 높기 때문에 발전기가 더 저렴합니다.

그러나 여전히 고속 블레이드에는 올바른 공기 역학이 필요합니다. 그렇지 않으면 모든 효율성이 크게 떨어질 수 있습니다. 따라서 집에서는 조잡하고 크고 비효율적이지만 제조하기 쉬운 풍차를 만들고 계산없이 개선하고 다시 실행하고 다시 실행하고 마지막으로 지식을 얻는 것이 더 비싸기는하지만 더 쉽습니다. 모든 것을 결실로 가져오거나 포기하고 이 모든 것이 헛소리라고 말하면 중국인에게서 구입했는데 걱정하지 마십시오. 여전히 공장에서보다 더 좋게 만들 수는 없습니다. 돈만 낭비하게 될 것입니다. .

재생 불가능한 천연 자원의 사용을 통한 에너지 생산의 증가는 원자재의 완전한 생산이 가능한 한계점에 의해 제한됩니다. 풍력 발전을 포함한 대체 에너지는 환경에 대한 부하를 줄일 것입니다.

공기를 포함한 모든 질량의 움직임은 에너지를 생성합니다. 풍력 터빈공기 흐름의 운동 에너지를 기계적 에너지로 변환합니다. 이 장치는 천연 자원 사용의 대안인 풍력 에너지의 기초입니다.

능률

특정 유형 및 설계 장치의 에너지 효율을 평가하고 이를 유사한 엔진의 성능과 비교하는 것은 매우 간단합니다. 풍력 에너지 이용률(WEF)을 결정하는 것이 필요합니다. 이는 풍력 터빈 샤프트에서 받은 동력과 풍차 표면에 작용하는 바람 흐름의 동력의 비율로 계산됩니다.

다양한 설비의 풍력 에너지 활용률은 5~40%입니다. 시설의 설계 및 건설 비용, 생성된 전력의 양과 비용을 고려하지 않으면 평가가 불완전합니다. 대체 에너지에서는 풍력 터빈 비용의 회수 기간이 중요한 요소이지만 그에 따른 환경 영향도 고려할 필요가 있습니다.

분류

풍력 터빈은 생성된 에너지를 사용하는 원리에 따라 두 가지 클래스로 구분됩니다.
선의;
주기적.

선형 유형

선형 또는 이동식 풍력 터빈은 공기 흐름 에너지를 기계적 운동 에너지로 변환합니다. 이것은 돛일 수도 있고 날개일 수도 있습니다. 엔지니어링 관점에서 이것은 풍력 터빈이 아니라 추진 장치입니다.

순환형

순환 엔진에서는 하우징 자체가 고정되어 있습니다. 공기 흐름이 회전하여 작동 부분인 주기적 움직임을 만듭니다. 기계적 회전에너지는 보편적인 형태의 에너지인 전기를 생성하는데 가장 적합하다. 순환 풍력 엔진에는 바람 휠이 포함됩니다. 고대 풍차부터 현대 풍력 발전소에 이르기까지 풍차는 설계 솔루션과 공기 흐름의 완전한 사용이 다릅니다. 장치는 로터 회전축의 수평 또는 수직 방향에 따라 고속과 저속으로 구분됩니다.

수평의

수평 회전축을 가진 풍력 터빈을 베인 엔진이라고 합니다.로터 샤프트에는 여러 개의 블레이드(날개)와 플라이휠이 부착되어 있습니다. 샤프트 자체는 수평으로 위치합니다. 기본 요소장치: 바람개비, 머리, 꼬리 및 타워. 윈드 휠은 수직 축을 중심으로 회전하는 헤드에 장착되며, 여기에 엔진 샤프트가 장착되고 변속기 메커니즘이 위치합니다. 꼬리는 풍향계 역할을 하며, 풍차로 머리를 바람의 흐름 반대 방향으로 돌립니다.

높은 공기 흐름 속도(15m/s 이상)에서는 고속 수평 풍력 터빈을 사용하는 것이 합리적입니다. 주요 제조업체의 2개 및 3개 블레이드 장치는 30%의 KIEV를 제공합니다. 자체 제작 풍력 터빈의 공기 흐름 이용률은 최대 20%입니다. 장치의 효율성은 신중한 계산과 블레이드 제조 품질에 따라 달라집니다.

베인 풍력 터빈과 풍력 터빈은 높은 샤프트 회전 속도를 제공하므로 동력이 발전기 샤프트에 직접 전달될 수 있습니다. 중요한 단점은 약한 바람에서는 그러한 풍력 터빈이 전혀 작동하지 않는다는 것입니다. 잔잔한 바람에서 강한 바람으로 이동할 때 시작 문제가 있습니다.

저속 수평 엔진에는 블레이드 수가 더 많습니다. 공기 흐름과 상호 작용하는 중요한 영역은 약한 바람에서 더욱 효과적입니다. 그러나 설비에는 상당한 바람이 가해지기 때문에 돌풍으로부터 보호하기 위한 조치를 취해야 합니다. 최고의 KIEV 지표는 15%입니다. 안에 산업 규모그러한 설정은 사용되지 않습니다.

수직 회전식 회전식

이러한 장치에서는 공기 흐름을 받기 위해 휠(로터)의 수직 축에 블레이드가 설치됩니다. 하우징과 댐퍼 시스템은 바람의 흐름이 윈드 휠의 절반에 닿도록 하고 결과적으로 힘이 가해지는 순간이 로터의 회전을 보장합니다.

베인 장치에 비해 회전식 풍력 터빈은 더 많은 토크를 생성합니다. 공기 흐름 속도가 증가하면 작동 모드에 더 빨리 도달하고(견인력 측면에서) 회전 속도 측면에서 안정화됩니다. 그러나 그러한 유닛은 느리게 움직입니다. 샤프트 회전을 다음으로 변환하려면 전력저속에서 작동할 수 있는 특수 발전기(다극)가 필요합니다. 발전기 유사한 유형별로 흔하지 않습니다. 기어박스 시스템의 사용은 낮은 효율로 인해 제한됩니다.

회전식 풍력 터빈은 작동하기가 더 쉽습니다. 설계 자체는 로터 속도의 자동 제어를 제공하고 바람의 방향을 모니터링할 수 있습니다.

수직: 직교

대규모 에너지 생산을 위해서는 직교 풍력 터빈과 풍력 터빈이 가장 유망합니다. 풍속 측면에서 이러한 장치의 사용 범위는 5~16m/s입니다. 생성되는 전력이 50,000kW로 증가했습니다. 직교 블레이드의 프로파일은 비행기 날개의 프로파일과 유사합니다. 날개가 작동하기 시작하려면 비행기가 이륙할 때처럼 날개에 공기 흐름을 적용해야 합니다. 풍력 터빈도 먼저 회전시켜 에너지를 소비해야 합니다. 이 조건이 충족되면 설치가 발전기 모드로 전환됩니다.

결론

풍력에너지는 가장 유망한 재생에너지원 중 하나이다. 풍력 터빈과 풍력 터빈의 산업적 사용 경험에 따르면 효율성은 공기 흐름이 좋은 장소에 풍력 발전기를 배치하는 것에 따라 달라집니다. 장치 설계에 현대 재료를 사용하고 전기를 생성 및 저장하는 새로운 방식을 사용하면 풍력 터빈의 신뢰성과 에너지 효율성이 더욱 향상됩니다.



풍차 날개는 풍력 터빈의 가장 중요한 부분입니다. 풍력 발전기의 출력과 속도는 블레이드의 모양에 따라 달라집니다.

이 브로셔에서는 이 작업의 복잡성으로 인해 새로운 날개의 계산에 대해 자세히 설명하지 않지만 특정 모양을 갖고 높은 풍력 에너지 활용 효율성과 빠른 속도를 특징으로 하는 기성 날개를 사용합니다. 원래 특성을 유지하면서 알려진 날개의 크기를 기반으로 원하는 출력을 위한 새 날개의 크기를 결정하는 방법에 대한 문제만 해결하면 됩니다.

저전력 풍차의 경우 실제로 알려진 다음과 같은 특성을 지닌 고속 2날 바람개비를 허용합니다.

풍력 에너지 이용 계수 ..........................................0.35

풍차의 속도는 풍속에 대한 블레이드 끝의 주변 속도의 비율로 이해되어야 합니다.

직경이 다른 풍차에 대해 동일한 속도를 7로 가정하면 동일한 풍속에서 풍차의 다른 속도를 얻을 수 있습니다. 직경이 가장 작은 풍차가 가장 높은 속도를 발휘합니다. 일반적으로 동일한 속도의 풍차 회전은 직경에 반비례하여 서로 관련됩니다.

이는 직경 D 1의 풍차가 이 풍차의 직경 D 1이 다른 풍차의 직경 D 2보다 작은 만큼 분당 회전을 한다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 직경 1.5m의 풍차가 714rpm을 생성하면 직경 3m의 풍차는 속도는 동일하더라도 357rpm, 즉 절반의 속도를 생성합니다.

직경은 다르지만 속도는 동일한 풍차 블레이드의 크기를 계산하는 편의를 위해 표에 나와 있습니다. 그림 4는 직경이 1m인 2개의 블레이드 바람개비의 치수를 보여줍니다. 테이블 상단에는 치수에 대한 문자 지정이 있는 블레이드 그림이 있고, 표의 그림 아래에는 디지털 값이 나와 있습니다. 이러한 차원 중 하나가 제공됩니다.

왼쪽의 4개 열은 왼쪽 그림의 블레이드 치수를 나타냅니다. 오른쪽에는 10개 열에 이 블레이드의 5개 프로파일 치수가 나와 있습니다. 프로파일 치수를 설정하는 방법은 오른쪽 표 그림에 나와 있습니다.

직경이 변경된 윈드 휠의 허용되는 특성을 준수하려면 윈드 휠의 직경을 변경하는 것과 동일한 비율로 이러한 블레이드의 모든 치수를 변경해야 합니다. 이 경우 기하학적 유사성을 유지하므로 이 재계산 방법을 사용할 수 없습니다.

표에 주어진 치수의 바람 휠 이후. 4의 직경이 1m이면 다른 바람개비의 직경과 1의 비율은 D와 같습니다.

따라서 직경이 다른 풍차 블레이드의 치수를 얻으려면 표에 주어진 각 치수가 필요합니다. 4, 이 직경의 값을 곱합니다. 각 블레이드 섹션의 쐐기 각도와 그 수만 변경되지 않고 유지되어야 합니다. 예를 들어, 직경이 1.2m인 풍차의 경우 테이블의 각 크기가 필요합니다. 4에 1.2를 곱하면 다음과 같습니다.

표를 확대하려면 마우스로 클릭하세요.

블레이드의 완성 된 모양을 얻으려면 크기가 필요합니다.

표로 계산됩니다. 그림 5에서와 같이 종이에 5개의 블레이드 프로파일에 대한 점을 그리고 패턴을 사용하여 점을 따라 윤곽선을 추적합니다. 13. 각 단면의 프로파일은 블레이드 제작 시 템플릿을 잘라낼 수 있도록 전체 크기로 그려집니다.

1kW 출력의 발전기의 경우 직경 3.5m의 풍차가 필요합니다. 이 풍차의 블레이드 치수를 얻으려면 표에 나와 있는 것이 필요합니다. 4 직경 1m의 풍차의 치수에 3.5를 곱하여 테이블을 만든 후 제작 시 필요한 블레이드 프로파일을 그립니다.

위에 주어진 특성을 지닌 2개의 블레이드 바람개비의 출력과 속도가 표에 나와 있습니다. 6.

이 표는 주어진 출력의 풍차의 직경을 선택하고 발전기 속도가 풍속 8m/초에서 발생하는 풍차 속도보다 큰 경우 기어비를 결정할 때 사용해야 합니다.

예를 들어, 풍력 발전 장치에 60W, 900rpm의 출력을 갖는 자동차형 GBF 발전기를 사용하는 경우 D==1.2m, 출력 0.169hp의 풍차가 적합합니다. 와 함께. 895rpm에서(표 6의 처음 두 줄 참조)

이 경우 윈드 휠을 발전기 샤프트에 장착할 수 있습니다. 그 결과 작동이 가장 간단하고 편리한 풍력 발전 장치가 탄생했습니다.

출력이 400W인 풍력 발전 장치를 만들 계획이라면 풍속 8m/초에서 1,060마력을 발생시키는 3m의 풍차 직경을 사용해야 합니다. 와 함께. 또는 1.060 X 0.736 = 0.78kW. 발전기 효율을 0.5로 하면 다음을 얻습니다.

풍차는 8m/초의 풍속에서 357rpm을 발생시키며, 390와트의 출력을 가진 발전기에는 1,000rpm이 필요합니다. 따라서 이 경우 풍차에서 발전기로의 변속기 속도를 높이는 기어박스가 필요합니다. 기어박스는 그에 맞춰 속도를 높여야 합니다.

값 2.8을 기어비라고 합니다. 이 비율을 사용하여 기어박스의 기어 톱니 수가 결정됩니다. 예를 들어, 발전기 샤프트에 장착된 기어의 톱니가 16개라고 가정하면 풍차 샤프트에 있는 구동 기어는 다음과 같아야 합니다.

고속 풍차는 시동이 잘 되지 않아 높은 풍속에서만 작동을 시작할 수 있다는 매우 심각한 단점을 안고 있습니다.

많은 초보 풍력 엔지니어들은 풍차의 블레이드 수가 많을수록 더 많은 전력이 발생한다고 생각합니다. 이 생각은 잘못되었습니다. 동일하게 잘 만들어진 블레이드와 동일한 직경의 스윕 표면을 갖춘 소형 블레이드와 다중 블레이드의 두 개의 바람 휠은 동일한 힘을 발휘합니다. 이는 동일하게 잘 실행되기 때문에 풍력 에너지 활용률이 동일하다는 사실, 즉 동일한 양의 에너지를 작업 기계에 전달한다는 사실로 설명됩니다. 스윕 표면이 동일하기 때문에 두 풍차에 유입되는 풍력 에너지의 양은 동일합니다. 회전의 경우 블레이드 수가 적을수록 두 바람 휠의 너비가 동일하면 속도가 빨라집니다. 즉, 스윕 표면을 형성하는 블레이드의 전체 표면이 작을수록 회전 수가 커집니다.

주어진 전력에 대해 수제 풍차 (풍력 발전기)의 날개 크기를 결정하는 방법


풍차 날개는 풍력 터빈의 가장 중요한 부분입니다. 풍력 발전기의 출력과 속도는 블레이드의 모양에 따라 달라집니다. 우리는 이 작업의 복잡성으로 인해 새로운 날개 계산에 대해 이 브로셔에서 다루지 않을 것이지만, 특정 모양을 갖고 높은 특징으로 구별되는 기성 날개를 사용할 것입니다.

풍력 발전기 블레이드 계산

프로펠러 풍차의 최적 받음각에 대하여

풍력 터빈을 계산하는 방법에는 블레이드의 최대 공기역학적 품질이 달성되는 받음각을 설정하는 것이 좋습니다. 저것들. 좌표 원점으로부터 극점에 대한 접선을 구성하고, 접선점의 좌표를 풍차 계산을 위한 초기 좌표로 사용하는 것이 제안되었습니다. 아마도 이것이 의미하는 바는 양력 대 항력의 비율이 증가함에 따라 항공기의 활공 지속 시간이 증가한다는 항공과의 비유일 것입니다. 또는 리프트가 최대인 블레이드를 사용하는 것이 좋습니다. 풍력 터빈은 다양한 법칙에 따라 작동합니다.

쌀. 1 풍력 터빈의 공기역학적 힘

그림 1은 블레이드에 대한 공기역학적 힘의 영향을 보여주는 다이어그램입니다. 풍차에 접근할 때의 풍속은 일정량 a만큼 느려집니다. 이는 Zhukovsky(Betz) 이론에 따르면 2/3이고 Sabinin의 이론에 따르면 0.586입니다. 블레이드의 원주 방향 움직임은 속도의 추가 구성요소를 제공하며, 이는 블레이드가 정지되어 있고 공기가 회전 반대 방향으로 이동한다고 생각하면 찾을 수 있습니다. 이 두 구성 요소는 삼각형 규칙에 따라 추가되며 풍차 평면에 흐름의 전체 벡터를 제공합니다. 속도 각도 ψ는 a / Z 비율에 의해 결정되며 풍속에 의존하지 않습니다.

여기와 아래에서는 블레이드 끝 부분에 대한 모든 계산이 수행됩니다. 다른 섹션의 경우 공식의 모든 곳에서 Z를 Zr / R이라는 표현으로 대체해야 합니다. 여기서 Z는 풍속과 블레이드 팁의 속도의 비율로 결정되는 속도입니다. R – 풍차의 반경; r - 선택한 섹션의 반경.

속도각 ψ는 받음각 α와 블레이드 설치 각도 β의 합입니다. 공격 각도는 블레이드의 특성에 따라 결정되므로 풍차의 속도를 고려하면 블레이드 계산 작업을 명확하게 만들 수 있습니다.

블레이드 위로 흐르는 흐름은 두 가지 힘, 즉 흐름을 향하는 항력 X와 흐름에 수직인 양력 Y를 발생시킵니다.

C X , CY – 항력 및 양력 계수;

ρ – 공기 밀도;

S – 블레이드 요소의 면적;

V 제방 – 침입 벡터의 크기는 다음과 같습니다.

괄호 안의 마지막 항은 매우 작으며 고속 풍차에서는 들어오는 속도가 블레이드의 주변 속도와 거의 같습니다.

원주방향 힘은 양력의 투영과 회전 평면에 대한 항력의 투영 사이의 차이로 얻어집니다.

마지막 괄호 안의 표현은 공기역학적 원주력 계수 또는 간단히 원주계수라고 할 수 있습니다.

풍차의 동력은 주변력과 주변 속도의 곱입니다.

이 공식은 풍차의 힘을 제공하는 것이 아니라 끝에 위치한 블레이드 요소의 힘을 제공합니다. 풍차의 힘은 반경에 걸쳐 적분하여 계산하지만 기사의 목적은 다릅니다.)

그림 2에서 블레이드의 극성을 고려해 봅시다.

쌀. 2 원주력 계수를 구합니다.

극좌표에 접선 OA를 그려 보겠습니다. 그리고 다음 방정식으로 주어지는 속도선 OZ를 만들어 봅시다.

저것들. 속도 직선은 앞에서 설명한 Cy 축과 속도 각도 ψ를 형성합니다.

OB는 A점에서의 양력의 크기와 같습니다. 따라서:

각도 ABD는 각도 ψ와 같고 빗변 AB는 점 A의 항력 계수입니다. 따라서 레그 BD는 다음과 같습니다.

세그먼트 DE는 두 세그먼트의 차이입니다.

결과는 풍차전력 공식과 같은 식이다. 전력 공식의 다른 모든 구성 요소가 제공되므로 전력은 이 세그먼트, 즉 OZ 속도 선에서 작동 지점까지의 거리에 의해 결정됩니다. 그래프에서 계수 Ccr은 최대 공기역학적 품질 지점이 아니라 속도선 Z'와 극지방의 접촉 지점에서 최대라는 것이 분명합니다. 따라서 속도를 설정하고 고속선을 구축하면 풍차의 동작을 명확하게 분석할 수 있습니다.

TsAGI 프로필 R -ll-12

그림에서. 그림 3은 풍력 터빈에서 널리 사용되는 CLARK – Y 프로파일과 비교하기 위해 겹쳐진 TsAGI P-ll-12 프로파일을 보여줍니다. 확장 5에 대한 TsAGI P-ll-12 프로파일의 극성이 그림 1에 나와 있습니다. 4

쌀. 3개의 TsAGI 프로필 R-ll-12 및 CLARK – Y

왼쪽의 극좌표는 좌표축을 따라 다른 스케일을 사용하여 일반적인 형태로 표시됩니다. 동일한 축척으로 그려진 오른쪽 극에는 동일한 구조가 만들어집니다. Z = 2의 고속 직선은 받음각 16°에서 최대 원주 계수를 제공합니다. 최대 양력 대 항력 비율의 지점은 받음각 2도에서 도달됩니다. 이 시점에서 원주 계수는 최적 지점보다 약 3배 정도 작습니다. 물론 풍차에서는 2도의 작업 공격 각도를 선택할 수 있습니다. 풍력 터빈의 동력은 풍력 에너지에 달려 있습니다. 따라서 3배로 감소한 원주계수는 블레이드의 현을 3배 증가시켜 보상해야 한다. (이상적인 경우를 고려) 제곱하면 칼날의 부피가 9배로 늘어납니다. 면적이 증가하면 마찰 손실도 증가합니다. 키예프가 무너지고 있다. 블레이드 신장률이 감소하고 유도성 리액턴스. 공기 역학적 품질이 최대인 지점에서 풍차는 풍차 평면의 공기 제동 정도와 원주력의 크기 측면에서 더 잘 조정됩니다. 코디네이션은 KIEV를 증가시킵니다. 따라서 모든 요소를 ​​고려하여 계산을 수행해야 합니다. 여기서는 이에 직접적으로 의존하는 원주 계수 값과 블레이드 폭만 고려됩니다.

그림 4 TsAGI 프로필 극성 R-ll-12

속도가 증가함에 따라 최적 지점(최소 블레이드 폭)은 최대 공기역학적 품질 지점에 접근합니다. 속도가 6이고 받음각이 8°인 경우 원주 계수의 이득, 즉 2°에 비해 블레이드 폭의 이득은 1.5배입니다. 그러나 극성 분석을 통해 다음과 같은 결과가 나옵니다. 큰 값속도가 빠르면 극에서 더 낮은 작동점을 선택하는 것이 합리적입니다. 부하가 부족하거나 비상 모드에서 부하가 없으면 풍차는 속도를 높여 오버드라이브에 들어갑니다. 속도각은 감소하고, 조절되지 않은 풍력 터빈의 설치 각도는 일정하게 유지되므로 받음각이 감소합니다. 동작점이 아래로 이동하고 속도선이 극성에 가까워집니다. 어떤 속도에서는 원주 계수가 0이 됩니다. 분리 중 이 순간(한계값 Z)의 시작은 작동점의 초기 위치에 따라 달라집니다. 시작점을 낮게 선택할수록 풍차가 얻는 확산 속도는 낮아집니다. 그러나 이 진술은 실제로 테스트되어야 합니다.

고속 직선 Z=6을 구성할 때, 3도에서 12도까지의 받음각 범위의 극선이 고속 직선과 거의 평행하게 움직이는 것을 분명히 볼 수 있습니다. 이는 풍력 터빈을 계산하기 위한 다양한 이론과 개념의 사용이 설계된 고속 풍력 터빈의 작동에 사실상 영향을 미치지 않는다는 사실을 설명합니다.

축에 더 가까운 블레이드 부분은 외부 부분보다 더 느리게 이동하므로 속도 직선이 더 낮습니다. 내부 섹션에는 최적의 지점이 있습니다. 원주 계수의 최대값은 높은 받음각에 있으므로 기술적으로 복잡한 블레이드의 설치 각도와 비틀림이 줄어듭니다.

속도선을 구성한 결과 다양한 속도에 대한 최적의 지점 집합이 얻어집니다. 다음 중 가장 최적의 점은 무엇입니까? 어떤 속도를 선호해야 합니까? 풍차 동력 공식에서 속도 Z는 세 번째 거듭제곱에 포함되고, 원주 계수는 첫 번째 거듭제곱에 포함됩니다. 따라서 원주 계수에 해당 속도 큐브를 곱하여 최대값을 선택할 수 있는 일련의 최대값을 얻습니다. 최대-최대값은 고속에서 대략 리프트-드래그 비율의 절반 영역에 있습니다.

여기서 K는 최대 Cy/Cx 비율입니다. 고려 중인 프로필의 경우 최대값은 공격 각도 2도에서 발생하며 24와 같습니다.

이 블레이드의 리프트-드래그 비율은 24이므로 최대값은 약 Z = 10입니다. 이 추정치는 크기 순서를 이해하기 위한 대략적인 것입니다.

그림 4의 왼쪽 그래프를 이용하여 원주계수를 구성하는 것은 불가능하다. 축을 따라 서로 다른 눈금이 있고 직각이 왜곡되고 길이가 왜곡됩니다. 오른쪽 그래프를 보면 다음과 같은 사실을 알 수 있습니다.

Z = 2에서 곱 Z3Cab은 다음과 같습니다.

저것들. Z = 10의 속도에서 팁의 블레이드 폭은 상당히 빠른 프로펠러 Z = 6에 비해 2.3배 감소합니다.

최대-최대 지점이 최대 출력이 아닌 블레이드의 최소 너비를 제공한다는 사실에 다시 한 번 주목하겠습니다. 힘은 바람에 의해 결정됩니다. 그리고 전력은 손실에 의해서도 결정됩니다. 여기서는 고려되지 않은 KIEV 풍력 터빈.

프로그램 – 풍력 발전기의 공기역학적 계산 설계 및 검증 – TECHNICAL REPORT.doc 파일

기술 보고서.doc

풍력 발전기 블레이드의 공기역학적 특성을 계산하고 기하학적 매개변수를 결정합니다.

B – 블레이드 수

이 보고서는 풍차 블레이드와 풍력 터빈 전체의 공기역학적 특성을 계산한 결과를 제시합니다. 블레이드의 기하학적 특성이 제시됩니다.

^ 1. 계산을 위한 초기 데이터.

예상 풍속 V=12m/s.

이 등급의 풍력 발전기를 제작한 경험에 따르면 상대 속도 값은 6...8 이내입니다. 기존 풍력 발전기의 풍력 에너지 활용 계수(또는 역률 Cp)는 0.43~0.47 범위에 있습니다. 블레이드 팁의 속도는 최대 80~100m/s 범위입니다. 이러한 제한은 공기역학적 소음과 블레이드의 부식성 마모로 인해 발생합니다. 풍력발전기 블레이드 단면의 공기역학적 프로파일로는 현재 널리 사용되고 있는 NACA 44100 시리즈 프로파일을 사용할 수 있다. 층류 프로파일을 사용하면 더 높은 성능을 얻을 수 있지만 제조 정밀도가 높고 블레이드 표면이 오염되지 않으며 구조적 진동이 없고 바람 흐름의 난류가 없어야 합니다. 위의 조건을 준수하지 않으면 층류 블레이드 프로파일을 갖춘 풍력 발전기의 성능이 25~30% 감소합니다.

상대 속도 = 7.

^ 표 1. NACA 44100 프로필의 좌표.

여기서: – 새로운 상대 프로파일 두께.

상대속도(속도) =7.

그림 2. 풍속에 따른 풍차 동력 및 회전수(=7).

계산 결과에서 볼 수 있듯이 설계된 풍차는 초기 데이터의 요구 사항과 이 클래스의 풍력 터빈 제작 실습을 충족합니다.

블레이드 형상은 다음과 같이 구성됩니다. 로터의 회전 방향은 바람이 부는 방향에서 볼 때 시계 반대 방향입니다. 섹션의 설치 각도는 회전 평면을 기준으로 표시됩니다. 양수 값은 풍향 반대입니다(그림 3).

결과적인 블레이드 형상 데이터는 표 2에 나와 있습니다.

안에 전자 양식블레이드 형상을 구성하기 위한 데이터는 다음 파일에 제공됩니다.

VG100.scr – 프로그램용 스크립트 파일(또는 스크립트 파일)

VG100.dwg는 VG100.scr 파일의 데이터를 기반으로 AutoCAD(그림 4)에서 구축된 블레이드 모델입니다.

VG100.CATPart – CATIA에 내장된 블레이드 모델(그림 5)

그림 4. 블레이드의 프레임 모델.

1. Patrick J. Moriarty, AeroDyn 이론 매뉴얼 , 국립 재생 에너지 연구소, 2005년 12월 NREL/EL-500-36881.

2. John Wiley & Sons, 풍력 에너지 설명 – 이론, 설계 및 응용,

3. E. M. Fateev, 풍력 엔진 및 풍력 터빈, OGIZ-SELKHOZGIZ, M., 1948.

4. H. Pigot, 풍력 터빈 블레이드 계산, 2000.

5. G. Glauert, 날개와 프로펠러 이론의 기초, 주립 과학 기술 연구소, 1931.

6. E. Makarov, Mathcad 14의 엔지니어링 계산, PETER, 2007

기술 보고서 ​​- 프로그램 - 풍력 발전기의 공기역학적 계산 설계 및 검증 - 기술


제목: 프로그램 – 풍력 발전기의 공기역학적 계산 설계 및 검증; 파일: 기술 보고서.doc; 날짜: 2010년 3월 16일 15:48; 크기: 467kb.

풍력 엔진
바람에너지를 회전에너지로 변환하는 장치. 풍력 터빈의 주요 작동 부분은 회전 장치입니다. 이는 바람에 의해 구동되고 샤프트에 단단히 연결된 휠이며, 회전하면 유용한 작업을 수행하는 장비가 구동됩니다. 샤프트는 수평 또는 수직으로 설치할 수 있습니다. 풍력 터빈은 일반적으로 주기적으로 소비되는 에너지를 생성하는 데 사용됩니다. 물을 탱크로 펌핑하고 곡물을 갈 때, 임시, 비상 및 지역 전원 공급 네트워크에서.
역사적 정보.지상풍이 항상 불지는 않고 방향이 바뀌며 강도가 일정하지 않지만 풍력 터빈은 자연 자원에서 에너지를 얻는 가장 오래된 기계 중 하나입니다. 풍력 터빈에 대한 고대 기록의 신뢰성이 의심스럽기 때문에 그러한 기계가 언제 어디서 처음 등장했는지는 완전히 명확하지 않습니다. 그러나 일부 기록에 따르면 7세기 이전에도 이미 존재한 것으로 보인다. 광고 이 장치는 10세기 페르시아에서 사용되었으며, 서유럽에서는 12세기 말에 이러한 유형의 장치가 처음으로 등장한 것으로 알려져 있습니다. 16세기 동안. 텐트 형태의 네덜란드 풍차가 마침내 형성되었습니다. 연구 결과 밀 날개의 모양과 코팅이 크게 개선된 20세기 초까지는 디자인에 큰 변화가 관찰되지 않았습니다. 저속 기계는 번거롭기 때문에 20세기 후반. 고속 풍력 터빈을 만들기 시작했습니다. 바람개비를 만들 수 있는 사람들 큰 수풍력 에너지 효율이 높은 rpm.
현대적인 유형의 풍력 터빈.현재, 드럼, 날개(나사형) 및 로터(S자형 리펠러 프로파일 포함)의 세 가지 주요 유형의 풍력 터빈이 사용됩니다.
드럼과 베인.드럼식 바람개비는 다른 현대식 바람개비에 비해 풍력에너지 이용률이 가장 낮지만 가장 널리 사용되고 있습니다. 많은 농장에서는 어떤 이유로든 주전원이 공급되지 않는 경우 물을 펌핑하는 데 이 펌프를 사용합니다.

판금 블레이드가 있는 휠의 일반적인 모양이 그림 1에 나와 있습니다. 1. 드럼 앤 베인형 윈드휠은 수평 축을 중심으로 회전하므로 최고의 성능을 얻으려면 바람 방향으로 회전해야 합니다. 이를 위해 방향타가 제공됩니다. 이는 수직면에 위치한 블레이드로 바람 휠이 바람으로 변합니다. 세계 최대의 베인형 풍력 터빈의 휠 직경은 53m, 블레이드의 최대 폭은 4.9m입니다. 윈드 휠은 바람에 의해 발전하는 1000kW 전력 발전기에 직접 연결됩니다. 최소 48km/h의 속도. 블레이드는 풍차의 회전 속도가 24~112km/h의 풍속 범위에서 30rpm과 일정하게 유지되도록 조정됩니다. 이러한 풍력 터빈이 위치한 지역에서는 바람이 자주 불기 때문에 풍력 터빈은 일반적으로 최대 전력의 50%를 생산하고 공공 전력망에 전력을 공급합니다. 베인 풍력 터빈은 무선 통신 시스템의 배터리 충전을 포함하여 농장에 전기를 공급하기 위해 원격 농촌 지역에서 널리 사용됩니다. 또한 항공기 및 유도 미사일의 탑재 발전소에도 사용됩니다. S자형 로터.



수직 축에 장착된 S자형 로터(그림 2)는 이러한 리펠러가 있는 풍력 터빈을 바람 속으로 가져올 필요가 없기 때문에 좋습니다. 샤프트의 토크는 반 회전당 최소에서 최대의 1/3까지 다양하지만 바람의 방향에 의존하지 않습니다. 매끄러운 원형 원통이 바람의 영향을 받아 회전할 때 바람의 방향에 수직인 힘이 원통 몸체에 작용합니다. 이 현상은 이를 연구한 독일 물리학자(1852)의 이름을 따서 마그누스 효과라고 불립니다. 1920~1930년에 A. Flettner는 블레이드 풍차 대신 회전 실린더(Flettner 로터)와 S자형 로터를 사용했으며 유럽에서 미국으로 왕복하는 선박의 추진기로도 사용했습니다.바람에서 얻는 전력은 일반적으로 작습니다. 4kW 미만은 풍속 32km/h의 구식 네덜란드 풍차에서 개발됩니다. 사용될 수 있는 바람의 흐름의 힘은 주어진 크기의 영역에 수직으로 단위 시간당 휩쓰는 기단의 운동 에너지로부터 형성됩니다. 풍력 터빈에서 이 영역은 리펠러의 바람이 불어오는 쪽 표면에 의해 결정됩니다. 해발 고도, 기압 및 온도를 고려하여 단위 면적당 가용 전력 N(kW)은 N = 0.0000446 V3(m/s) 방정식으로 결정됩니다. 풍력 에너지 이용 계수는 일반적으로 풍력 터빈 샤프트에서 발생하는 전력과 풍차의 바람이 불어오는 쪽 표면에 작용하는 바람 흐름의 가용 전력의 비율로 정의됩니다. 이 계수는 풍차 블레이드의 외부 가장자리 속도 w와 풍속 u 사이의 특정 비율에서 최대가 됩니다. 이 w/u 비율의 값은 풍력 터빈의 유형에 따라 다릅니다. 풍력 에너지 활용 계수는 풍차 유형에 따라 다르며 범위는 5-10%(평평한 날개가 있는 더치 밀, w/u = 2.5)에서 35-40%(프로파일 날개 리펠러, 5 Ј w/u Ј 10)입니다. .
문학
풍력. M., 1982 Yaras L. et al. 엠., 1982

콜리어의 백과사전. - 열린사회. 2000 .

동의어:

다른 사전에 "WIND MOTOR"가 무엇인지 확인하십시오.

    풍력 터빈... 철자사전 참고서

    엔진, 공압 풍력 엔진, 풍차, 윈드로터 러시아어 동의어 사전. 풍력 터빈 명사, 동의어 수: 4 풍력 터빈 (8) ... 동의어 사전

    풍력 에너지를 사용하여 기계적 에너지를 생성합니다. 바람개비의 회전축이 공기 흐름의 방향과 일치하는 베인 풍력 터빈이 주로 널리 퍼져 있습니다. 큰 백과사전

    풍력 터빈- VD 바람 에너지를 풍차 회전의 기계적 에너지로 변환하는 장치. [GOST R 51237 98] 주제 풍력 동의어 VD EN 풍력 모터 ... 기술 번역가 가이드

    풍력 터빈- 풍력 엔진... 약어 및 약어 사전

    풍력 엔진- (풍력 터빈) 바람의 운동 에너지를 사용하여 기계적 에너지를 생성하는 모터. V. 풍차의 기본 보기입니다. 베인, 캐러셀, 로터리, 드럼 등이 있습니다. 빅 폴리테크닉 백과사전

    바람의 운동에너지를 이용해 기계적 에너지를 발생시키는 엔진. 바람의 흐름에 의한 에너지(압력)를 감지하여 축의 회전에 따른 기계적 에너지로 변환하는 바람의 작동기관으로 사용됩니다.... 위대한 소련 백과사전

    바람의 운동에너지를 기계에너지로 변환하는 기계. 풍력 터빈의 작동 부분은 공기 흐름의 압력을 받아 샤프트 회전의 기계적 에너지로 변환하는 풍차입니다. 구별하다... ... 기술백과사전

    나; m. 풍력으로 구동되는 엔진. * * * 풍력 터빈은 풍력 에너지를 사용하여 기계적 에너지를 생성합니다. 주로 널리 보급된 것은 바람개비의 회전축이 다음과 일치하는 베인 풍력 터빈입니다... ... 백과사전

    키네틱을 이용한 엔진 기계 발전을 위한 풍력 에너지. 에너지. 날개 모양의 V가 있습니다. (그림 참조), 일반적으로 수평 회전축과 계수가 있습니다. 최대 0.48까지 풍력 에너지 사용(가장 일반적) 회전목마,... ... 큰 백과사전 폴리테크닉 사전

흐름의 힘, 또는 2차 에너지라고도 불리는 이 힘은 풍속의 세제곱에 비례합니다. 그것은 무엇을 의미합니까? 풍속이 두 배로 증가하면 공기 흐름의 에너지는 2 3 배, 즉 2 3 = 2x2x2 = 8 배 증가합니다.

풍력 엔진에 의해 발생되는 동력은 풍차 직경의 제곱에 비례하여 달라집니다. 풍차의 직경이 두 배가 된다는 것은 무엇을 의미합니까? 동일한 풍속에서 출력이 4배 증가합니다.

그러나 풍차를 통해 흐르는 모든 에너지가 유용한 일로 전환될 수 있는 것은 아닙니다. 공기 흐름에 대한 풍차의 저항과 기타 손실을 극복하면 에너지 중 일부가 손실됩니다. 또한 꽤 최대공기 에너지는 이미 풍차를 통과한 흐름에 포함됩니다. 베인 풍력 터빈의 이론은 다음을 증명합니다.

  • 바람개비 뒤의 바람 흐름 속도는 0이 아닙니다.
  • 풍력 터빈의 가장 좋은 작동 모드는 풍차 뒤의 유속이 풍차 위로 흐르는 초기 유속의 2/3과 동일한 모드입니다.

에너지 이용률

이는 풍차가 얼마나 많은 공기 흐름 동력을 유용하게 사용할 것인지를 나타내는 숫자입니다. 이 계수는 일반적으로 그리스 문자 χ(xi)로 표시됩니다. 그 가치는 풍력 모터의 유형, 제작 품질, 블레이드 모양 및 기타 요소와 같은 여러 요소에 따라 달라집니다. 유선형 공기 역학적 날개를 갖춘 고속 풍력 터빈의 경우 계수 χ는 약 0.42 ~ 0.46입니다. 이는 이 유형의 기계가 설비를 통과하는 바람의 흐름의 약 42%-46%를 유용한 기계 작업으로 변환할 수 있음을 의미합니다. 저속 차량의 경우 이 계수는 약 0.27 - 0.33입니다. 이상적인 베인 풍력 터빈에 대한 χ의 이론적 최대값은 약 0.593입니다. 베인 설치는 상당히 널리 보급되었으며 업계에서 대량으로 생산되기 시작했습니다. 그들은 두 그룹으로 나뉩니다:

  • 고속 – 블레이드 수 최대 4개;

저속 - 4~24개 블레이드;

고속 및 저속 풍력 터빈

속도는 풍력 에너지를 발전기와 같은 고속 장치로 쉽게 전달할 수 있다는 장점 중 하나입니다. 또한 위에서 언급한 것처럼 저속보다 가볍고 풍속 활용 계수가 더 높습니다.

그러나 장점 외에도 고정식 윈드 휠을 사용하고 저속 설치보다 휠 직경과 풍속이 동일한 경우 토크가 몇 배 더 적다는 등 심각한 단점도 있습니다. 다음은 두 가지 공기역학적 특성입니다.

점선은 18개의 블레이드가 있는 윈드 휠을 나타내고 실선은 3개의 블레이드가 있는 윈드 휠을 나타냅니다. 가로축은 윈드 휠의 모듈 Z 수 또는 속도를 나타냅니다. 이 값은 블레이드 팁의 속도 ΩR과 풍속 V의 비율에 의해 결정됩니다.

풍력 터빈의 특성으로 볼 때 각 풍속은 다음과 같다는 결론을 내릴 수 있습니다. 단수형최대 χ를 얻을 수 있는 회전수. 또한 풍속이 동일한 경우 저속 장치는 고속 장치보다 몇 배 더 큰 토크를 가지므로 고속 장치보다 낮은 풍속에서 작동하기 시작합니다. 이는 풍력 터빈의 작동 시간을 늘리기 때문에 상당히 중요한 요소입니다.

베인 풍력 터빈

작동 원리는 공기 흐름이 풍차에 닿을 때 풍차의 블레이드에서 발생하는 공기 역학적 힘을 기반으로 합니다. 출력을 높이기 위해 날개에는 유선형의 공기 역학적 프로파일이 부여되고 웨지 각도는 블레이드를 따라 가변적으로 만들어집니다(샤프트에 가까울수록 각도가 커지고 끝에서 작아집니다). 다이어그램은 다음과 같습니다.

이 메커니즘에는 휠이 허브에 부착되는 블레이드, 스윙의 세 가지 주요 부분이 있습니다. 웨지 각도 Φ는 휠의 회전 평면과 블레이드 사이의 각도입니다. 받음각 α는 블레이드 요소에 대한 바람의 영향 각도입니다.

윈드 휠이 제동되었을 때 블레이드에 흐르는 흐름의 방향과 바람의 방향이 일치했습니다(화살표 V를 따라). 그러나 휠에는 특정 회전 속도가 있으므로 블레이드의 각 요소는 휠 축에서 멀어짐에 따라 증가하는 특정 속도 ΩxR을 갖게 됩니다. 따라서 특정 속도로 블레이드 위로 불어오는 흐름은 속도 ΩxR과 V로 구성됩니다. 이 속도를 상대 흐름 속도라고 하며 W로 지정합니다.

베인 풍력 터빈의 작동 모드는 특정 받음각에서만 가장 좋으므로 블레이드의 전체 길이에 따라 웨지 각도 Φ를 가변적으로 만들어야 합니다. 풍력 엔진의 출력은 다른 엔진과 마찬가지로 제품에 따라 결정됩니다. 각속도 M 순간의 Ω: P = MxΩ. 블레이드 수가 감소하면 모멘트 M도 감소하지만 회전수 Ω는 증가한다는 결론을 내릴 수 있습니다. 이것이 전력 P = MxΩ가 거의 일정하게 유지되고 풍차 블레이드 수에 약하게 의존하는 이유입니다.

다른 유형의 풍력 터빈

아시다시피 날개 달린 엔진 외에도 드럼, 회전 목마 및 회전식 풍력 엔진도 있습니다. 캐러셀 및 회전형에서는 회전축이 수직이고, 드럼형에서는 회전축이 수평입니다. 아마도 날개 달린 풍력 터빈과 드럼 및 회전식 풍력 터빈의 주요 차이점은 날개 달린 풍력 터빈의 모든 블레이드가 동시에 작동하는 반면, 드럼 및 회전식 풍력 터빈은 블레이드의 해당 부분만 작동한다는 점일 것입니다. 바람의 방향.

바람을 향해 날아가는 블레이드의 저항을 줄이기 위해 블레이드를 곡선으로 만들거나 스크린으로 덮습니다. 이 유형의 엔진을 사용할 때 토크는 블레이드의 압력이 다르기 때문에 발생합니다.

회전형, 캐러셀형, 드럼형 풍력 엔진은 효율이 다소 낮고(이러한 유형의 χ는 0.18을 초과하지 않음) 부피가 크고 속도도 느리기 때문에 실제로 널리 사용되지는 않았습니다.



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