Расчет основных параметров ветротурбины

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический

университет»

Факультет лесохозяйственный

Расчет основных параметров ветротурбины

                                                                                                            Руководители:

        __________________С. Ю. Гуськов

                                           (подпись)

                                                                         __________________

                                                                                (оценка, дата)

                                                                                                       Разработала

                                                           Студентка группы 34-5

                                                                        ___________________А. А. Жукова

                                                                                (подпись)

Определение основных параметров ветротурбины

Цель занятия: Научиться определять основные параметры ветроэнергетических установок.

Лопасти ротора ветротурбины отбирают часть кинетической энергии воздушного потока и передают ее на вал генератора для преобразования в электрическую энергию.

В данной задаче необходимо определить основные параметры ветротурбины: геометрические параметры лопасти, количество лопастей, диаметр ветроколеса, а так же силы, возникающие при работе ветротурбины.

При расчете лопасти необходимо определить ширину хорды и угол установки лопасти β в нескольких сечениях по длине лопасти.

В каждом сечении необходимо определить правильную форму лопасти, чтобы получить максимальное усилие (подъемную силу) при взаимодействии с потоком воздуха.

Процесс вычисления наилучшей нагрузки и соответствующей ей наилучшего профиля, известный как метод элементов рассматривает лопасть, как совокупность отдельных элементов.

Элемент лопасти находящийся на расстоянии r от центра (рисунок 2.1) работает в узком кольце из всей ометаемой области и производит работу по замедлению своей порции воздуха с максимумом эффективности в соответствии с критерием Бетца.

Исходные данные: мощность ВУ 400 Вт, быстроходность ветроколеса 5, средняя скорость ветра в регионе установки (Краснодар) ВУ 4,3 м/с.

Определим радиус R ветроколеса в соответствии с требуемой мощностью ВЭУ. Мощность ветроэнергетической установки в соответствии с вариантом задания 400Вт, следовательно R=1 м.

Рисунок 2.1 – Схема к определению основных параметров ветроколеса:

R – радиус ветроколеса; a – ширина хорды лопасти; β – угол установки лопасти; ω – угловая скорость вращения ветроколеса

Определяем радиус r (рисунок 2.1):

                                                    (2.1)

                                      

Быстроходность ветроколеса Z = 5.

Определим угловую скорость вращения ветроколеса по формуле:

,мин^-1                                                          (2.2)

                                                                                                

где V – средняя скорость ветра в регионе установки ВЭУ (принимаем в соответствии с вариантом задания = 4,3 м/с).

 мин^-1

Определим количество лопастей ветряка:

                                                     (2.3)         

                                                шт.

Определим ширину хорды на конце лопасти (рисунок 2.1):

                                                 (2.4)

                                                  м

Концевая часть является самой важной, но внутренняя часть должна быть сделана шире, чтобы создавать большой стартовый вращающий момент.

Определим оптимальный угол установки лопастей, используя график, представленный на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Зависимость угла установки лопастей в сечении r от быстроходности ветроколеса

В соответствии с графиком β = 5º.

 Определим подъемную силу Y и силу напора X:

,                                           (2.5)                                                    

,                                             (2.6)                                                              

где ρ - плотность воздуха 1,29кг/м³ (при 0^oC на уровне моря);

S - площадь лопасти м²;

 - коэффициент подъемной силы;

 - коэффициент лобового сопротивления.

Площадь лопасти определяется из геометрических соотношений и примерно равна:

                                                    (2.7)                                                         

                                                    м²

                                                   

                                                 

Определим окружную скорость воздушного потока по формуле:

                                               (2.8)                                                       

                                                 м/с

Определим полную аэродинамическую силу P с помощью графических построений, выполненных в масштабе (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – Схема для определения полной аэродинамической силы