Расчет основных параметров ветротепловой установки (Глава 2 магистерской работы)

2.Расчет основных параметров ветротепловой установки (ВТУ).

2.1  Принципиальные схемы ветротепловых установок.

Рассмотрим несколько вариантов схем ветротепловой установки

Комбинации тихоходного  и быстроходного колеса. При местной скорости V=6 м/с целесообразно использовать схему с быстроходным колесом, при этом  колесо уменьшится в диаметре по сравнению с тихоходным колесом. Также отпадет потребность в сложных и громоздких мультипликаторных механизмах. Уменьшаются также в целом и габариты всей ветротепловой установки. На территориях, где скорость ветра менее 5м/с используют тихоходные ветроколеса.

 Вместе с этим существуют варианты использования различных  типов насосов, а также использование воды и различных масел в качестве рабочей жидкости. Сравним преимущества и недостатки использования на ветротепловой установке центробежного и аксиально-поршневого насоса. При использовании центробежного насоса (Рис. 2.1) необходимо помнить, что данный тип насосов неприхотлив в эксплуатации, имеет простую конструкцию, легок в изготовлении, не предъявляет особых требований к рабочей жидкости.

Рис. 2.1 График характеристик гидравлической сети и напорной характеристики центробежного насоса.

 Вместе с этим, недостатком данной схемы является использование нескольких ступеней в центробежном насосе для достижения необходимого давления (давление прямо пропорционально связано с количеством ступеней насоса), а также рабочая частота вращения вала центробежного насоса           n =3000 об/мин., что обуславливает использование ряда сложных механизмов мультипликации. Вследствие чего увеличивается масса и общие габариты установки. Также центробежный  насос обладает очень низким - порядка 0,7 КПД. По-другому обстоит дело с использованием аксиально-поршневого насоса (Рис. 2.2).

Рис. 2.2. График характеристик гидравлической сети и напорной характеристики аксиально-поршневого насоса.

Этот аппарат: компактен, отлично работает даже при n =900 об/мин – отпадает надобность использования сложных систем редукторов, отсюда и  уменьшение всех  габаритов установки. Для достижения необходимого давления вполне хватает одного насоса. Аксиально-поршневой насос обладает высоким КПД в пределах 0,9 ÷ 0,8. Однако данный насос более требователен к рабочей жидкости (отпадает возможность использовать рабочей  жидкостью - воду). По отношению к центробежному насосу дороже в производстве и эксплуатации. Однако, сравнив все параметры данных схем использования двух насосов в ветротепловых установок, приходим к выводу, что при данных условиях, рентабельнее использовать ВТУ с аксиально-поршневым насосом.

С выбором использования аксиально-поршневого насоса на ветротепловой установке, невольно приходится использовать в качестве рабочей жидкости - масло, а именно остановим свой выбор на  минеральном масле марки     АМГ-10   ГОСТ  6794 – 75. Выбор объясняется тем, что  масло термоустойчиво т. е. сохраняет свои основные рабочие параметры при повышении температуры  Данное масло имеет точку кипения не ниже  200 С⁰,  плотность      ρ =850кг/м³, не теряет своих свойств в результате частых нагревов и остываний. Кинематическая вязкость при  + 50 С⁰ равна 10*10^-6 м² /с. Термоокислительная стабильность и коррозионно активное при 100 С⁰ в течении 186 ч.

Аккумулирующие системы тепловой энергии.

 Существует большое количество схем по аккумулированию тепловой энергии. В 30-х годах А. Г. Уфимцев предложил аккумулиро­вать энергию ветра в нагретой воде и использовать ее для бытовых и других нужд. Так как тепловая энергия является энергией относительно низкого качества и пере­вод ее в другой вид энергии связан с большими потеря­ми, то целесообразно превращать в тепло главным обра­зом так называемую «бросовую» часть энергии ветро-установок — энергию слабых ветров.

Простейший аккумулятор — это обычная «мешалка», помещенная в сосуд с водой и приводимая во вращение ветродвигателем. При хорошей теплоизоляции сосуда воду можно довести до кипения.

Для этих же целей Б. А. Протопоповым предложен электровихревой котел. Он представляет собой бак с внешней тепловой изоляцией. Внутри бака расположен генератор электрического тока, который вращается от ветродвигателя посредством вала, пропущенного сквозь бак. Генератор имеет обмотку возбуждения, которая пи­тается от постороннего источника, например аккумуля­торной батареи, а также короткозамкнутую рабочую обмотку. Обмотка возбуждения расположена на роторе, а рабочая обмотка на статоре. Генератор—основная часть котла — преобразует механическую энергию дви­гателя в электрическую и далее в тепловую энергию. В отличие от обычных генераторов он сделан так, что потери в обмотках, железе статора и ротора максималь­ные, а его КПД в том понятии, как это принято в элек­тротехнике, близок к нулю.

Таким образом, вся энергия ветродвигателя превращается в тепло нагретого статора и окружающей его воды с КПД более 95%.