|
МАЛОМОЩНАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С
ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ И НА ОСНОВЕ МАГНИТНОЙ
ЛЕВИТАЦИИ.
доц. М.Х.Муродов, студент Ж.Х. Мамадалиев(НамИСИ)
Среди различных видов возобновляемых ресурсов ветряные турбины
способны производить большую мощность в меньшем месте, когда ветряные
турбины запускаются с номинальной скоростью [1]. Несмотря на то, что
ветротурбины с горизонтальной осью (ВТГО) используются в коммерческих
целях для более высокой мощности, интерес к разработке новых технологий
для ВТВО малого и среднего размера растет. Мелкомасштабные ВТВО
нуждаются в большей разработке для эффективного использования на
бытовом уровне [2]. Использование зубчатых механизмов является основным
недостатком ветротурбин, что приводит к потерям, а также увеличивает
стоимость ветротурбины [3].
Доступная энергия ветра - это энергия, содержащаяся в движущихся
частицах воздуха, таких как кислород, азот и водород. Эта энергия более
известна как кинетическая энергия. Кинетическая энергия в движущейся
системе может быть рассчитана по следующей формуле;
(1)
где E – кинетическая энергия (Дж), m – масса системы (кг), а v –
скорость движущейся системы (м/с). Мощность – это мера энергии,
произведенной или использованной в течение определенного периода
времени.
Расстояние,
достигаемое
частицами
воздуха,
является
произведением их скорости и времени, которое им требуется для достижения
этого конкретного расстояния. Уравнение (1) может быть дополнительно
развито, чтобы получить выражение мощности (P) для расчета
ветротурбины;
(2)
– d массовая плотность воздуха на поверхности моря (кг/м
3
), которая
составляет 1,225 кг/м
3
, A – площадь, ометаемая ветроколесом (м
2
), V -
скорость движущейся системы (м/с) и C
P
– коэффициент мощности.
69
Величина мощности сильно зависит от скорости ветра. Небольшая ветряная
турбина нуждается в сильном ветре, чтобы произвести большое количество
энергии. Коэффициент мощности (C
P
) используется для расчета количества
энергии, потребляемой турбиной, которая была доступна на ветру, как в (3)
(3)
Длина лопастей ротора и радиус ротора прямо пропорциональны
выходной мощности турбины. Размер ветровой турбины также известен как
площадь развертки этой частичной турбины. Площадь развертки турбины
различается в зависимости от формы конфигурации ротора. Поскольку в
ВТГО вал вращается вокруг горизонтальной оси, таким образом, площадь
захвата рассчитывается по другой формуле относительно ВТВО [5]. Площадь
развертки этой турбины рассчитывается по следующей формуле;
(4)
где, A – площадь турбины (ветроколеса) (м
2
), R – радиус турбины (м), а
H – высота лопасти (м).
Лопасти (лезвии) турбины используют подъемную силу от ветра для
вращения лопаток. Лезвии имеют форму аэродинамического профиля [6].
Конструкция лезвий турбины была выбрана с учетом наличия данных по
конкретному профилю.
На плавность работы ротора напрямую влияет увеличение и
уменьшение количества лопастей ВТВО [7]. Самостоятельный запуск
турбины может быть осуществлен этим параметром, который без единицы
измерения. Прочность (σ) для прямой лезвий ВТВО может быть рассчитана
как:
(5)
где N – количество лезвий, с – длина хорды (м) и R – радиус ротора (м).
Коэффициент мощности (C
P
) также зависит от количества лопастей,
которое значительно уменьшается при уменьшении количества лопастей.
В процессе преобразования энергии, таком как превращение
механической энергии в электрическую энергию, преобразуется частичная
энергия ветра. Соотношение между мощностью, генерируемой ветровой
турбиной, и мощностью, доступной на ветру, называется общей
эффективностью ветряной турбины, которая указана в (6).
(6)
В ветротурбине имеется два типа эффективности: первая – КПД ротора
(С
Р
), также известный как коэффициент мощности, а второй – КПД
генератора (η). Эффективность ротора ветротурбины зависит от
механической конструкции лопастей ротора. С другой стороны,
эффективность генератора зависит в основном от электрической конструкции
генератора. Выходная мощность генератора задается как:
(7)
70
Измерения скорости лопасти ротора проводились для проверки
работоспособности магнитной левитации. Эти измерения были выполнены
при трех различных скоростях ветра. Реакция скорости вращения ротора с
магнитной левитацией и без нее показана на Рис. 1.
Можно показать, что скорость увеличивается с увеличением скорости
ветра, однако при использовании магнитной левитации ротор обеспечивает
лучшую производительность.
Рисунок 1. Увеличение оборотов ротора.
Эффективность лопастей ротора при каждой конкретной скорости
ветра может быть рассчитана следующим образом:
(11)
При усреднении КПД ротора увеличивается на 23,6%.
Do'stlaringiz bilan baham: |
