Ветрогенератор вертикально осевой: Вертикальный ветрогенератор — Энергия ветра alter220.ru

Опубликовано в Разное
/
24 Дек 2020

Содержание

преимущества, разработки и отличия от вертикальных ветряных генераторов

Ветроэнергетика за последнее время значительно усилила свои позиции среди прочих направлений отрасли. Ее доля в общем количестве выработанной энергии постоянно возрастает, уже есть целые государства, использующие ветроэнергетические установки как базовые устройства для производства электричества.

Нынешние ветроэнергетические станции пока не в состоянии тягаться с гидроэлектростанциями, но для большинства стран, активно развивающих ветроэнергетику, такой способ получения энергии является единственным. Поэтому перспективы у этого направления вполне обнадеживающие. Мало того, даже в энергоизбыточных странах, список которых возглавляет Россия, интерес к ветроэнергетике возрастает с каждым годом.

Исследования и разработки

Проблемы с энергообеспечением, особенно актуальные для стран с ровным рельефом и отсутствием возможности построить ГЭС, требуют иных способов решения.

Использование дизельных или бензиновых электростанций невыгодно из-за постоянного удорожания углеводородов и значительного ущерба, который наносится окружающей природе при использовании этого способа производства энергии.

При этом, ветроэнергетика использует абсолютно бесплатную и неиссякаемую энергию, не нанося вреда окружающей среде и не изменяя рельеф поверхности, как это приходится делать при создании ГЭС.

Перемещение воздушных потоков имеет высокий энергетический потенциал и должно использоваться для производства электротока. В регионах, не имеющих возможностей для применения других способов, производятся интенсивные исследования и разработки в этой области, уже имеющие свои результаты в виде крупных ветроэнергетических станций (ВЭС). Они состоят из отдельных ветрогенераторов, обладающих большой мощностью и объединенных в единую энергосистему.

Размеры каждого агрегата впечатляют — они имеют более 100 м высоты и размах лопастей от 120 м. Мощность достигает 9 МВт, с каждым годом создаются все более крупные модели. Для прибрежных стран такой вариант является выгодным, а нередко — единственным.

Кроме того, широко ведутся разработки небольших ветрогенераторов, дающих возможность обеспечивать электроэнергией частный дом, усадьбу или отдельную группу потребителей. Использование такого комплекта позволяет самостоятельно обеспечивать свои потребности, не зависеть от поставщиков энергии, а зачастую еще и немного заработать на этом, поставляя излишки энергии в сеть.

Виды ветрогенераторов

Из ныне существующих конструкций ветрогенераторов принято выделять две основные группы:

Соответственно, ось вращения установок первой группы расположена вертикально, а у второй группы она находится в горизонтальной плоскости. Этот принцип разделения отражает наиболее существенную разницу между типами ветряков, имеющими своеобразные признаки, особенности и условия эксплуатации.

По уровню эффективности однозначно лидируют горизонтальные устройства, так как они получают полную энергию потока, приходящуюся на площадь лопастей. Ограничение их количества — вынужденная мера, вызванная необходимостью снижать фронтальную нагрузку на мачту. При больших размерах ветряка давление на крыльчатку, оборудованную большим числом лопастей, превысит допустимые пределы и мачта попросту переломится. Поэтому на крупных промышленных турбинах устанавливают лишь по 3 лопасти.

Кроме того, для горизонтальных устройств является критичным параметром возможность наведения на ветер. Поскольку над земной поверхностью направление воздушных потоков отличается нестабильностью, то ось вращения должна иметь возможность постоянной быстрой корректировки. При этом, для больших устройств эта возможность сильно ограничена, так как они устанавливаются в местах с преобладанием одного направления ветра.

Вертикальные роторы не нуждаются в наведении, поскольку для них направление ветра не имеет значения. При этом, существуют конструкции, нуждающиеся в этой функции. У таких устройств имеется защитный кожух, отсекающий поток, воздействующий на обратные стороны лопастей и создающий противодействующее усилие. Наведение производится путем установки хвостового стабилизатора, представляющего собой вертикальную пластину, расположенную ребром к потоку. Изменение ветра тут же вызывает поворот хвоста, автоматически устанавливающий кожух в нужное положение.

Вертикальные конструкции обладают большим числом видов ротора. Они используются для относительно мелких ВЭУ, способных питать ограниченное количество потребителей.

Большинство самодельных ветрогенераторов имеют вертикальную конструкцию, так как они могут быть установлены на небольшом возвышении и допускают более удобное обслуживание и ремонт. Кроме того, расходы на создание таких устройств намного ниже.

Конструктивные схемы

Все конструкции ветряков созданы на основе нескольких базовых схем. Они основаны на специфике расположения оси вращения или на использовании дополнительных элементов, усиливающих эффективность приема ветровой энергии.

Примечательно, что различия существуют только в механической части комплекса, вся электроника совершенно одинакова и соответствует только мощности генератора независимо от типа конструкции турбины.

Для горизонтальных конструкций относительно небольших размеров характерно использование диффузоров — своеобразных воронок, конусообразных приспособлений, улавливающих поток, уплотняющих его и направляющих на лопасти. В результате достигается большая скорость вращения, возрастает выработка энергии при неизменных скоростях ветра. Эта схема используется при эксплуатации летающих ВЭУ (генератор-крыло). Они имеют обширный надувной диффузор, дающий большую площадь захвата потока, уплотняющегося в несколько раз.

Вертикальные конструкции имеют разные варианты конфигурации лопастей. Так, широко известны:

Сколько всего имеется разработок на сегодняшний день подсчитать сложно, так как разработкой занимаются как профессиональные, так и самодеятельные конструкторы. Причем, наиболее удачные результаты достигаются, как правило, именно независимыми изобретателями. Основной упор делается на достижение максимальной производительности и чувствительности ротора, стабильности вращения и устойчивости к перегрузкам.

Ветрогенераторы: вертикальные против горизонтальных

Споры о превосходстве горизонтальных конструкций над вертикальными (или наоборот) ведутся с первых дней использования ВЭУ для выработки электроэнергии. Аргументами сторон являются, в основном, вопросы эксплуатации, эффективности и мощности устройств. При этом, однозначного определения наилучшего варианта так и не найдено.

Каждое устройство имеет свои достоинства и недостатки, оценить которые можно только при достаточно плотном использовании. На практике каждый владелец ветряка имеет опыт работы с каким-либо одним типом, поэтому необходимой корректности мнений достичь не удается.

Горизонтальные конструкции обладают более высокой эффективностью. Это утверждение не совсем соответствует действительности, потому что оно имеет расчетное происхождение, где рассматривались старые модели роторов (конструкция Савониуса), тестировавшиеся в определенных условиях.

С развитием ветроэнергетики и появлением множества новых, более удачных конструкций, соотношение КПД горизонтальных и вертикальных устройств практически сравнялось. Кроме того, оба вида понемногу поделили между собой нишу — горизонтальные установки преимущественно используются для выработки энергии в промышленных объемах, тогда как вертикальные ВЭУ чаще всего работают на небольших участках и производят небольшое количество электротока.

На сегодняшний день создалась ситуация, при которой вертикальные устройства чаще используются для самостоятельного изготовления, обеспечивают энергией отдельные дома или участки.

Горизонтальные конструкции преимущественно служат для промышленного производства энергии в региональных масштабах.

Конструкции с вертикальной осью вращения

Вертикальные устройства имеют важное преимущество: они не нуждаются в установке на ветер. Это значительно упрощает конструкцию, снижает количество подвижных узлов, что повышает надежность ветряка и продлевает срок службы. Кроме того, для этих устройств не существенно, стабильно направление потока, или нет, поэтому они не нуждаются в установке на высокие опорные конструкции.

Единственная цель разработок, активно ведущихся в области усовершенствования вертикальных ветряков, состоит в увеличении чувствительности конструкции к слабым и неустойчивым ветрам.

Усилие, приложенное потоком ветра к лопастям вертикальных ветряков, имеет более удачный вектор приложения, но в значительной степени компенсируется противодействующим усилием, приложенным к обратным сторонам лопастей.

Установка отсекающих колпаков снижает противодействие, но значительно усиливает фронтальную ветровую нагрузку на конструкцию. Эти причины ограничивают размеры установок и, соответственно, мощность. При этом, для небольших потребителей в пределах частного дома или усадьбы, вертикальные устройства являются оптимальным выбором.

Ветряные генераторы с горизонтальной осью вращения

Горизонтальные ветряки имеют меньше вариантов конструкции, так как принято считать, что они устроены достаточно удачно. При этом, большинство из таких устройств нуждается в наличии двух точек вращения — крыльчатка и узел поворота для установки на ветер. Это усложняет конструкцию, выдвигает к ней повышенные требования по прочности, устойчивости к нагрузкам. Ветряки нуждаются в периодическом обслуживании, что непросто, учитывая высоту подъема над землей.

Конструкция

Промышленные образцы, вырабатывающие большие объемы энергии, в большинстве имеют одинаковую конструкцию, состоящую из высокой мачты, крыльчатки, оборудованной тремя продолговатыми лопастями и комплекта сопутствующей аппаратуры. Установки меньшей мощности устроены подобным образом, но, в дополнение к перечисленному, имеют узел поворота вокруг своей оси и хвостовой стабилизатор, позволяющий автоматически ориентировать крыльчатку по ветру.

Кроме перечисленных узлов горизонтальные ветряки часто оборудуются устройствами защиты от сильного ветра. Шквальные порывы создают скачки напряжения, выводят из строя крыльчатку. Для экстренного торможения используются устройства, отводящие ось крыльчатки от направления ветра при резком увеличении скорости ветра.

Крупные промышленные установки, работающие в составе ВЭС и снабжающие энергией большое количество потребителей, имеют весьма крупные размеры и массу. Это служит аргументом для противников ветроэнергетики, утверждающих, что ВЭУ создают сильную вибрацию, шумят, мерцающая тень приводит к различным психическим расстройствам. В целом, эти особенности имеются, но их наличие не способно вызвать сколько-нибудь серьезные последствия для людей или животных.

Особенности эксплуатации

Работа горизонтальных ветрогенераторов совершается только при наличии ветра, способного заставить лопасти крутиться с определенной скоростью. Когда параметры потока не достигают минимальных значений, устройство бездействует, а питание потребителей производится от аккумуляторных батарей, которые отдают накопленный заряд через инвертор.

Обслуживание и ремонт установок является необходимостью, периодически возникающей при появлении признаков затруднения вращения, падения производительности или иных видимых неполадок. Для обеспечения возможности качественного и быстрого производства работ надо заранее продумать технику демонтажа мачты и опускания механизма вниз на удобную ремонтную площадку.

В обязательном порядке надо оборудовать устройство молниеотводом и создать качественный заземляющий контур. Эти позиции необходимо учитывать в первую очередь тем, кто самостоятельно изготавливает свои ветрогенераторы, чтобы защитить конструкцию и потребители от поражения молнией.

Рекомендуемые товары

Электро-ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

Некоторые страны, серьезно задумывающиеся о дополнительных источниках получения электроэнергии, используют на электростанциях ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения. Однако последние исследования в области техники позволяют предположить, что в будущем ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, станут основным источником получения энергии с помощью ветра.

Все известные на сегодняшний день генераторы можно разделить на два типа. Тип генератора зависит от вида оси, которая приводит в действие механизм. Ось может быть как горизонтального, так и вертикального типа.

Ветровые генераторы с вертикальной осью – преимущества и недостатки:

Ученые, наблюдая ветрогенератор с вертикальной осью, смогли установить, что в следующих областях данный вид генератора намного превосходит его горизонтальный аналог:

  1. Нет необходимости в дорогостоящем дополнительном устройстве, которое определяет направление ветра и направляет генератор навстречу воздушному потоку;
  2. Меньшее количество деталей которые двигаются, следовательно стоимость ремонта и затраты на производство менее значительные;
  3. Конструкция вертикального ветрогенератора ниже, поэтому при обслуживании механизма нет нужды в дополнительных приспособлениях для подъёма обслуживающего персонала на высоту;
  4. На эффективность генератора не влияет скорость и угол направления ветра.


Вышеперечисленные преимущества являются достаточно весомой причиной для продолжения исследований проводимых в данной области. Однако наряду с плюсами, вертикальные ветряные электростанции имеют ряд значительных недостатков:

  1. Огромный объем лопастей. Пожалуй, самый существенный недостаток данной разновидности ветрогенераторов. У горизонтальной турбины при общем объеме лопастей 90 метров получаемая энергия может достигать 1-3 КВт, для достижения аналогичных результатов лопасти вертикальной турбины должны иметь общую площадь 270 метров.
  2. Второй аспект плавно вытекает из первого. Ветрогенератор с вертикальной осью вращения имеет КПД почти в 3 раза ниже, чем с горизонтальной осью.

Монтаж ветрогенератора:

Единственным необходимым условием для работы ветрогенератора является наличие постоянного ветра, достаточной силы. Поэтому перед установкой вертикального ветряка стоит найти место, в котором ветер может дуть, не встречая препятствий. Обычно идеальным местом для установки ветряка будет вершина скалы или высокого холма, либо крыша дома, при условии, что она отвечает для этого техническим требованиям. Особое внимание следует уделить креплению всей конструкции ветрового генерирующего устройства, так как постоянная вибрация и давление ветра легко может завалить её.

Определить место расположения, в котором установка ветряка будет наиболее эффективной, можно при помощи интернета. Достаточно ввести в поисковик запрос о движении ветра в той области, где вы живете. Кстати, при помощи такой информации можно определить будет ли экономически выгодно устанавливать ветрогенератор вертикальный и как скоро он окупит вложенные в него средства.

Принцип работы:

Ветровые генераторы во время вращения турбин создают сразу три действующих силы: импульсную, подъемную и противодействующую им силу торможения. Импульсная и подъемная сила заставляют лопасти генератора крутится. В результате ротор генератора создает магнитное поле на статоре. Благодаря магнитному полю вырабатывается электричество.

Оправдают ли себя затраты:

Перед тем как купить вертикальный ветрогенератор, необходимо взвесить все за и против. К примеру, если воздушные потоки обходят стороной вашу местность, то эффективность использования мощного устройства вряд ли окупится. Для такой местности может подойти использование генератора маленькой мощности.

Иногда бывают места, в которых направление воздушных потоков может меняться по несколько раз в сутки, в таком случае, конечно, стоит задуматься вообще о том, является ли целесообразно использование ветряков, если да, то в таком случае единственно возможным остается использование ветрогенератора с вертикальной осью вращения.

Цена за генераторы варьируется в зависимости от мощности электростанции. Так станцию с мощностью 2 КВт можно приобрести за 6200$, а если мощность достигает 10 КВт – то на такой вертикальный ветрогенератор цена может достичь 40000$. Для получения электричества способного подзарядить аккумуляторы в автомобиле или мобильнике можно купить станцию мощностью 0,6 КВт, ее стоимость не будет превышать 3000$.
Генераторы могут существенно различаться в цене в зависимости от производителя и их вида. Цена на ветряк отечественного производителя обычно на треть дешевле импортного, а качество станции практически одинаковое.

Приобретение генератора работающего от ветра возможно при условии, что есть возможность вложить крупную сумму денег в долгосрочную инвестицию и при наличии благоприятных погодных условий.

Расчет вертикального ветряка для начинающих

Расчет вертикального ветряка по сути ни чем не отличается от расчета обычного горизонтального. Но в расчете есть свои особенности так-как вертикальные ветряки типа «Бочка» работают не за счет подъемной силы, а за счет давления ветра на лопасти. Далее я приведу пример расчета ветряка в общих чертах. 3— Скорость ветра в кубе м/с

0.6 — это скорость ветра. Ветер движущийся в пространстве принимается за единицу, но ветер при подходе к любому препятствию теряет свою скорость и мощность. Так-как потери в скорости нам не известны, то будем брать 0.6, это с учетом того что ветер потеряет скорость на 33%.

Дополнительно формула расчета площади круга S=πr2, где

π— 3,14

r— радиус окружности в квадрате

Вообще вертикальные ветряки подобно рекламным щитам ветер тормозят очень сильно, и перед препятствием образуется воздушная подушка, натыкаясь на которую новые порции ветра расходятся по сторонам и 30-40% энергии ветра уходит не принимая участия в давлении на лопасти. По-этому общий КПД, или по правильному КИЭВ ветроколеса у вертикальных ветряков достаточно низкий и составляет всего 10-20% от энергии ветра.

Из анализа самодельных вертикальных ветряков КИЭВ в основном 10% всего, но мы-же оптимисты, по-этому я буду брать КИЭВ 0. 2, хотя здесь еще не учитывается КПД генератора и трансмиссии.

Далее по формуле подставляя данные для этого ветроколеса получается что:

0.6*6*2*2*2*0.2=5,76 ватт при 2м/с

0.6*6*3*3*3*0.2=19,44 ватт при 3м/с

0.6*6*4*4*4*0.2=46,08 ватт при 4м/с

0.6*6*5*5*5*0.2=90 ватт при 5м/с

0.6*6*7*7*7*0.2=246 ватт при 7м/с

0.6*6*10*10*10*0.2=720 ватт при 10м/с

Теперь понятно на что способен данный ротор. Далее нам нужно подогнать генератор к этому ротору чтобы генератор смог вырабатывать максимально возможную мощность, которая имеется на роторе, и при этом не перегружать ротор — чтобы он мог вращаться и его обороты сильно не падали. Иначе толку не будет, выработка энергии сильно упадет. Чтобы подогнать генератор нам нужно узнать обороты ветроколеса на каждой скорости ветра.

В отличие от горизонтальных ветряков, где скорость вращения кончиков лопастей обычно в 5 раз быстрее скорости ветра, вертикальный ветрогенератор не может вращаться быстрее скорости ветра. Это связано с тем что тут ветер просто толкает лопасть, и она начинает двигаться с потоком проходящего ветра. А горизонтальный винт работает за счет подъемной силы, которая образуется у тыльной части лопасти, и она выдавливает лопасть вперед, и тут обороты ограничиваются только аэродинамическими свойствами лопасти и подъемной силой.

Вдаваться в подробности не будем, и вернемся к нашему ветроколесу. Чтобы высчитать обороты ротора размером 2*3 метра, где ширина ротора 2 метра, нужно узнать длину окружности ротора. 2*3,14=6.28 метра, то-есть за один оборот кончик лопасти проходит путь в 6.28 метра. Это значит что в идеале полный оборот ротор сделает за проходящий поток ветра длинной 6.28 метра. Но так-как энергия тратится на вращение, на трансмиссию, да еще и на вращение генератора — который нагружен аккумулятором, то обороты упадут в среднем в два раза. И того полный оборот ротор сделает за 12 метров потока ветра.

Тогда получается так, если ветер 3м/с, то при этом ветре за секунду ротор сделает 0,4 оборота, а за 4 секунды полный оборот. А за минуту при ветре 3м/с будет 60:4=15об/м.

При 3м/с 12:3=4, 60:4=15об/м

При 4м/с будет 12:4=3, 60:3=20об/м.

При ветре 5м/с 12:5=2.4, 60:2.4=25об/м.

При 7м/с 12:7=1.71, 60:1,71=35об/м

При 10м/с 12:10=1.2, 60:1.2=50об/м

С оборотами ветроколеса я думаю теперь понятно, и они известны. Чем больше в диаметре ветроколесо, тем меньше его обороты относительно скорости ветра. Так к примеру ветроколесо диаметром 1 метр будет крутится в два раза быстрее чем ветроколесо 2м в диаметре.

Теперь нужен генератор, который на этих оборотах должен вырабатывать мощность не более чем может выдать ветроколесо. А если генератор будет мощнее, то он перегрузит ротор, и тот не сможет раскрутится до своих оборотов, и в итоге обороты будут низкие и общая мощность. При ветре 3м/с у нас 15 об/м, и мощность ветроколеса 19 ватт, вот нужно чтобы генератор нагружал ротор не более 19ватт. Это с учетом КПД редуктора (если он имеется) и КПД самого генератора. КПД редуктора и генератора обычно не известны, но на них тоже значительные потери, и в общем на этом теряется 20-50% энергии, и на выходе на аккумулятор уже поступает всего 50%, это в нашем случае 10ватт примерно.

Если генератор перегрузит ветроколесо, то его обороты не выйдут на номинальные, и будут значительно ниже скорости ветра. От этого упадут обороты генератора и его мощность. Плюс еще значительно медленные по скорости лопасти относительно ветра, будут его сильно тормозить и ветер будет разбегаться в стороны, в итоге мощность ветроколеса упадет еще больше. Так со слишком мощным генератором энергии на аккумулятор будет в разы меньше чем могло бы быть. Или наоборот, когда генератор слишком слабый и при 15об/м ветроколеса не может на полную нагрузить ветроколесо, то то-же получается что мы берем гораздо меньше энергии от возможной.

В итоге генератор должен соответствовать по мощности ветроколесу, только так мы можем снять максимально возможную мощность ветроколеса. Это можно сказать самая сложная задача так-как генератор может абсолютно разных характеристик напряжения и тока к оборотам. Чтобы подобрать генератор его нужно покрутить на аккумулятор и измерить отдаваемую энергию, или просчитать по формулам. А далее уже пробовать подгонять к ветроколесу.

К примеру у вашего генератора при 300об/м 1Ампет на АКБ 14вольт, это примерно 14ватт, а ветроколесо выдает 19ватт при 15об/м. Значит мультипликатор нужен 1:20 чтобы генератор крутился при этом на 300об/м. При 5м/с обороты ветроколеса 25об/м, а генератор значит будет вращаться со скоростью 500об/м. Мощность ветроколеса у нас при этом всего 90ватт, а генератор превышает по мощности и дает 200ватт. Так не пойдет ветроколесо просто будет медленно вращаться и свои 90ватт не выдаст — а 200ватт тем-более. Выход — или жертвовать началом зарядки и делать редуктор 1:15, или увеличивать по высоте ветроколесо в два раза чтобы ветроколесо потянуло генератор.

Так нужно чтобы генератор соответствовал по мощности и оборотам на всем диапазоне вращения ветроколеса. А если генератор не-дотягивает по мощности, то нужно или увеличивать передаточное число мультипликатора, или уменьшать ротор чтобы добиться баланса между оборотами и мощностью ветроколеса и генератора. Часто люди вообще без всяких расчетов ставят генераторы от чего найдут, и строят ветроколесо насмотревшись видео с ютюба, а в итоге получается что ветрогенератор не работает на малом ветру и по мощности просто мизер совсем.

Ветрогенератор с вертикальным ротором | Синтезгаз

Самодельный ветрогенератор в сборе

Группой умельцев была разработана конструкция ветрогенераторной установки с вертикально расположенной осью вращения. Ниже, представлено подробное руководство по изготовлению этой установки. Внимательно прочитав это руководство, вы сможете сделать подобный вертикальный ветрогенератор своими руками.

Конструкция ветрогенератора получилась достаточно надежной, с низкой стоимостью обслуживания, простой в изготовлении и не дорогой по комплектующим. Представленный ниже список деталей носит ознакомительный и ориентировочный характер. Соблюдать его не обязательно, можно внести какие-то свои коррективы, что-то улучшить, что-то использовать свое, т.к. не везде можно найти именно то, что в списке. Для изготовления этого ветрогенератора использовались недорогие и качественные детали.

Схема вертикального ветрогенератора

НаименованиеКол-воПримечание
Список используемых деталей и материалов для ротора:
Предварительно вырезанный лист металла1Вырезан из стали толщиной 1/4″ при помощи гидроабразивной, лазерной и др. резке
Ступица от авто (Хаб)1Должна содержать 4 отверстия, диаметр около 4 дюймов
2″ x 1″ x 1/2″ неодимовый магнит26Очень хрупкие, лучше заказать дополнительно
1/2″-13tpi x 3“ шпилька1TPI – кол-во витков резьбы на дюйм
1/2″ гайка16 
1/2″ шайба16 
1/2″ гровер16 
1/2″.-13tpi колпачковая гайка16 
1″ шайба4Для того, чтобы выдержать зазор между роторами
   
Список используемых деталей и материалов для турбины:
3″ x 60″ Оцинкованная труба6 
ABS пластик 3/8″ (1.2×1.2м)1 
Магниты для балансировкиЕсли нужныЕсли лопасти не сбалансированы, то магниты прикрепляются для балансировки
1/4″ винт48 
1/4″ шайба48 
1/4″ гровер48 
1/4″ гайка48 
2″ x 5/8″ уголки24 
1″ уголки12 (опционально)В случае, если лопасти не держат форму, то можно добавить доп. уголки
винты, гайки, шайбы и гроверы для 1″ уголка12 (опционально) 
   
Список используемых деталей и материалов для статора:
Эпоксидка с затвердителем2 л 
1/4″ винт нерж.3 
1/4″ шайба нерж.3 
1/4″ гайка нерж.3 
1/4″ кольцевой наконечник3Для эл. соединения
1/2″-13tpi x 3“ шпилька нерж.1Нерж. сталь не является ферромагнетиком, поэтому не будет «тормозить» ротор
1/2″ гайка6 
СтеклотканьЕсли нужна 
0.51мм эмал. провод 24AWG
   
Список используемых деталей и материалов для монтажа:
1/4″ x 3/4″ болт6 
1-1/4″ фланец трубы1 
1-1/4″ оцинк. труба L-18″1 
   
Инструменты и оборудование:
1/2″-13tpi x 36“ шпилька2Используется для поддомкрачивания
1/2″ болт8 
АнемометрЕсли нужен 
1″ лист алюминия1Для изготовления проставок, если понадобятся
Зеленая краска1Для покраски держателей пластика. Цвет не принципиален
Голубая краска бал.1Для покраски ротора и др. частей. Цвет не принципиален
Мультиметр1 
Паяльник и припой1 
Дрель1 
Ножовка1 
Керн1 
Маска1 
Защитные очки1 
Перчатки1 

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения не настолько эффективны, как их горизонтальные собратья, однако вертикальные ветрогенераторы менее требовательны к месту их установки.

Описание изготовления турбины ветрогенератора

Турбина ветрогенератора

  1. Соединяющий элемент – предназначен для соединения ротора к лопастям ветрогенератора.
  2. Схема расположения лопастей – два встречных равносторонних треугольника. По данному чертежу потом легче будет расположить уголки крепления лопастей.

Преимущества и недостатки вертикального ветрогенератора

Вертикальные ветряные турбины называют турбинами Дарье. Это название дано в честь французского инженера Жоржа Дарье, который получил патент на изобретение в 1931 году. Турбина Дарье имеет С-образные лопасти. Обычно две-три лопасти.

У ветряных установок с вертикальной осью вращения лопасти имеют форму в виде винтов. Согласно теории ветряная энергия может полностью удовлетворить общие потребности человечестав на энергию. Данная область энергетики стремительно развивается. Большая часть ветряных генераторов, которые производятся во всем мире, имеют горизонтальную ось вращения. Лопасти роторов ветрогенераторов, имеющих горизонтальную ось вращения, поворачиваются к ветру при помощи хвоста, а в самых крупных ветровых станциях – с помощью двигателей.

Конфигурация лопастей, вращающихся при помощи подъемной силы, обычно имеет аэродинамическую форму, и походит на крылья самолета. Вертикальные ветряки применяют в работе подъемную силу, их лопасти походят по форме на венчик для взбивания яиц. У ветряных установок с вертикальной осью вращения окружная скорость превышает скорость ветряных потоков, благодаря этому сила ветра приводит ветрогенератор в движение.

Опыты показали, что ветряная установка, имеющая вертикальную ось вращения, по показателям эффективности превосходит ветрогенераторы с горизонтальными осями вращения, так как в них используется винт, у которого площадь поверхности больше площади ветровых установок, имеющих горизонтальную ось вращения.

Преимущества вертикальных ветрогенераторов винтообразной формы

В процессе проектирования ветровых генераторов, у которых ось вращения вертикальная, нужно учитывать такой малоизвестный, но важнейший факт: нарастание силы сопротивления относительно подъемной силы может превышать ее в 1000 раз.

У ветрогенератора с вертикальными осями вращения есть существенные преимущества перед ветрогенераторами с горизонтальной осью, тем более в случаях, когда установка работает в области переменных ветров и необходимо менять направление турбины, что повышает нагрузку само по себе, как на вышку, так и на подшипники, при этом важно то, что расходуется энергия. На вертикальные ветряки нагрузка распределяется равномернее, благодаря чему есть возможность выполнять более легкую и большую по размеру конструкцию. Генератор можно установить на земле, вышка не обязательна. Для установки ротора против ветра не требуются дополнительные механизмы.

Ветряной генератор с вертикальной осью вращения может быть оборудован тремя крыльями, закрученными в виде спирали. Сила ветра оказывает влияние на спиральные лопасти и на входе в турбину, и на выходе из нее, что обеспечивает условия для наиболее эффективной ее работы.

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения являются достойной заменой ветрякам с горизонтальной осью. В качестве главного достоинства вертикального ветряка можно назвать то, что в этих установках нет необходимости направлять ось на поток ветра, такой ветряк использует ветер, который дует со всех направлений.

Если порывы ветра сильные, то ветрогенераторы с вертикальными осями быстрее наращивают силу тяги, а потом стабилизируют скорость вращения. Большой популярностью вертикальные ветряки пользуются особенно в регионах, где преобладающие ветра переменные.

Такие ветровые генераторы могут работать бесперебойно даже при сильном штормовом ветре, в то время, когда в подобных условиях горизонтальные ветровые установки автоматически выключаются.

Важен и тот факт, что лопасти ветрогенераторов с вертикальной осью вращения меньше шумят, они намного легче в изготовлении и способны выдерживать большие нагрузки, по сравнению с ветрогенераторами с горизонтальными осями вращения.

Для наращивания номинальной выходной мощности ветрогенератора достаточно в процессе эксплуатации добавить модули.

Вертикальный ветрогенератор не имеет каких-либо ограничений по защите расстоянием, если он устанавливается рядом с жильем, т.к. шумовая нагрузка остается в пределах до 20 ДБ, он не имеет магнитного излучения.

Ветрогенератор не требует для запуска дополнительных устройств.

Вертикальный ветряк безвреден для пчел, птиц и окружающей среды, он может устанавливаться рядом с жильем.

Ветрогенератор достигает номинальной мощности на малых оборотах. Современные ветрогенераторы устойчиво работают в агрессивных средах (резкие перепады температуры, морской воздух), благодаря непроницаемому саркофагу генератора из алюминия.

Вертикальный ветрогенератор требует минимум места для установки. Он защищен от воздействия молний путем применения алюминиевой конструкции.

Возможность установки без вреда для ландшафтного вида.

Недостатки ветрогенераторов с вертикальной осью вращения

У вертикальных ветряков есть также свои недостатки. Например, при вращении против ветряных потоков такой ветрогенератор несет потери, которые могут привести к тому, что эффективность применения ветряков с вертикальными осями вращения сокращается в два раза по сравнению с ветряными установками, которые оборудованы горизонтальными осями вращения.

Если ветрогенератор установлен рядом с землей, то внизу очень низкая скорость ветра, хотя можно сделать башню, но скорость ветра все равно будет низкой в нижней части ротора. Турбина сама не запускается, ей нужен толчок для начала работы;

Так как есть механизмы ветрогенераторов с вертикальной осью вращения, которые находятся внизу, то для того чтобы их заменить приходится производить демонтаж всей установки. Несмотря на все очевидные достоинства вертикальных ветряных генераторов, у них есть свои недостатки, которые нельзя не заметить. Кроме шума, который воспринимает ухо человека, от некоторых из них может исходить вредный инфразвук, приводящий к вибрациям, что вызывает дребезжание стекол в окнах и посуды. Зимой на лопастях ветрогенераторов могут появляться ледяные сосульки.

Ветрогенератор бесшумный вертикальный

Ветрогенераторы вертикального типа предназначены для тех мест, где бесшумность работы и надёжность конструкции являются главными требованиями к электроустановкам. Сочетают в себе комфорт солнечных батарей и эффективность горизонтальных ветрогенераторов.

к содержанию ↑

Введение

Каждый, кто путешествовал на автомобиле по Европе наверняка хорошо запомнил поля ветряков вдоль дорог. Такие ветрогенераторы называются горизонтальным, основная их масса нацелена на промышленное применение в составе целых сетей. Однако использование подобных ветряных электроустановок (ВЭУ) в быту не так распространено даже в развитых странах. Появление новых ветрогенераторов вертикального типа позволяет надеяться на повышение популярности и массовости этого экологического способа получения электроэнергии. Вертикальный ветрогенератор отличается надёжностью, работой даже при слабом ветре, безопасностью и, самое главное, бесшумностью.

к содержанию ↑

Принцип работы


Для работы ротора вертикального ветряка используется эффект магнитной левитации, что позволяет ему фактически парить в воздухе. Применение магнитов из редкоземельных металлов позволяет компенсировать силу тяжести, а специальные автоматизированные системы удерживают механизм в нужной точке. Такой подход делает возможным начало раскручивания ротора при совсем малых порывах ветра на уровне лёгкого бриза (от 0.17 м/c). Уменьшение количества механических частей существенно повышает надёжность и долговечность всей конструкции, а также положительно сказывается на акустическом комфорте (уровень шума до 20 дб).

к содержанию ↑

Особенности

Многих потенциальных покупателей ветрогенераторов часто останавливает требовательность этих устройств к постоянному наличию ветра достаточной силы. Горизонтальный ветрогенератор стартует в среднем при ветре 7-8 м/c. Вертикальный генератор начинает работу уже при ветре 0.17 м/c, а на номинальную мощность выходит при 3 м/c.

Особенности ротора и лопастей, созданных с использованием принципов паруса, Савониса и Жуковского, позволяют осуществлять выработку электроэнергии при любом направлении и силе ветра.

Ветряки вертикального типа практически не требуют технического обслуживания. В работе используется тихоходный генератор на неодимовых магнитах без щёток. Классические горизонтальный генератор потребует технического обслуживания каждые полгода.

В требованиях к установке вертикального ветряка отсутствуют пункты о шумоизоляции или минимальном расстоянии до жилых объектов. Бесшумный режим работы достигается за счёт применения эффекта магнитной левитации, который позволяет свести на нет практически все вибрации и добиться шумовой нагрузки меньше 20 дб. Мачту ветряка можно установить даже на крышу дома, так как генератор практически бесшумный.

Многие вертикальные ветрогенераторы имеют модульную конструкцию. Это позволяет наращивать мощность уже существующих ветряков без полной перестройки проекта.

Для многих пользователей ветроустановки важно, чтобы генератор был устойчивым к агрессивной окружающей среде. Вся рабочая конструкция заключена в герметичный алюминиевый блок и не подвержена воздействию влаги. Кроме того, сама конструкция вертикального ветряка даёт возможность переносить даже ураганные порывы ветра.

к содержанию ↑

Минусы

Вертикальный ветрогенератор обладает рядом достоинств, но идеальных устройств пока сделать не удалось никому. Технологии позволяют улучшить отдельные моменты, но зачастую чем-то приходится жертвовать. Вертикальные ветрогенераторы не исключение, поэтому важно понимать какие минусы есть у данного класса устройств.

Одним из главных недостатков вертикального ветряка является низкий КПД в сравнении с горизонтальным ветрогенератором. Диапазон в 15-25% достаточно солидный в сравнении с солнечными батареями, но уступает горизонтально осевым ВЭУ, которые показывают КПД 35-45%. Цена одного ватта вырабатываемой энергии также уступает зачастую в несколько раз.

Вертикальный ветрогенератор достаточно сложная конструкция, что негативно сказывается на весе, а это, в свою очередь, затрудняет подъём устройства на большую высоту. Из-за этого появляются проблемы при «ловле» ветра, так как сильные порывы наблюдаются чаще всего на хорошей высоте. Выиграв в нижней границе старта ротора, можно проиграть из-за более низкой скорости ветра на высоте мачты вертикального ветряка.

Основные плюсы вертикальной схемы в принципе достижимы и в горизонтальных вариантах. Небольшое увеличение бюджета поспособствует установке дополнительной шумоизоляции и систем подстройки под направление ветра, исследованию розы ветров региона и выбору оптимальной высоты мачты.

к содержанию ↑

Области применения

Однозначно советовать именно вертикальные ветрогенераторы нельзя, всё зависит от того где планируется применять ВЭУ. Если позволяет пространство, на местности наблюдается стабильный хороший ветер и есть варианты для шумоизоляции, то горизонтальный ветрогенератор небольшой мощности с одной лопастью станет отличным выбором.

Использовать вертикальный ветрогенератор следует тогда, когда его главные преимущества действительно являются краеугольными в проекте. Самый яркий пример — вертикальный генератор на яхте. Отсутствие вибраций, низкий шум и возможность установки на любую поверхность сделают вертикальный ВЭУ незаменимым для любого транспортного средства, которое используется для длительных путешествий. Таким образом, основными критериями выбор в пользу вертикальной схемы можно назвать — близкое расположение ВЭУ к жилому объекту, стеснённость в пространстве установки, слабый ветер в области установки. В этом случае тихоходные бесшумные ветряки станут отличным выбором.

Полезная статья по теме: Преимущества и недостатки вертикальных ветроустановок в сравнении с «пропеллерами»

Оцените статью:

Загрузка…

Поделитесь с друзьями:

Ветровые турбины с вертикальной осью Преимущества и недостатки

Когда люди думают о ветряных турбинах, они часто представляют себе огромные роторы системы с горизонтальной осью. Ветряная турбина с вертикальной осью (VAWT) имеет лопасти, установленные на верхней части конструкции главного вала, а не спереди, как у ротора самолета. Генератор обычно размещается у основания башни.

Применяемые реже, чем их горизонтальные аналоги, VAWT более практичны в жилых районах. Две распространенные конструкции включают турбину, которая напоминает две половинки барабана емкостью 55 галлонов, каждая из которых установлена ​​на вращающемся элементе (ротор Савониуса), и меньшую модель, которая чем-то похожа на взбиватель для яиц (модель Дарье).Чаще используются модели Савониуса, которые пропускают воздух через ступицу, чтобы включить генератор; турбина вращается за счет момента вращения, когда воздух проходит через лопасти.

Устройство имеет два или три ножа и может быть короче и ближе к земле, чем горизонтальная система. Giromill также имеет конструкцию взбивания яиц, но имеет два или три прямых лезвия на вертикальной оси. Спиральные лопасти представляют собой еще один дизайн, напоминающий структуру, подобную ДНК. В общем, ветряные турбины с вертикальной осью имеют свои преимущества и недостатки по сравнению с альтернативными конфигурациями.

Преимущества VAWT

Эти турбины имеют меньше деталей, чем те, которые ориентируют поворотный механизм и лопасти горизонтально. Это означает, что меньше компонентов изнашиваются и ломаются. Кроме того, опорная сила башни не должна быть такой большой, потому что редуктор и генератор находятся у земли. Детали для управления тангажом и рысканием также не нужны.

Турбина также не должна быть направлена ​​против ветра. В вертикальной системе воздух, текущий с любого направления или скорости, может вращать лопасти.Таким образом, систему можно использовать для выработки электроэнергии при порывистых ветрах и когда они дуют постоянно.

К другим преимуществам относятся:

  • Безопасность рабочих: обслуживающему персоналу не нужно подниматься так высоко, чтобы дотянуться до частей башни. Не только VAWT короче. У них также есть основные компоненты, расположенные ближе к земле. Обслуживание генераторов, редукторов и большинства механических и электрических частей конструкции не требует масштабирования башни, поскольку они не установлены сверху.Подъемное оборудование и альпинистское снаряжение тоже не нужны.

  • Масштабируемость: конструкция может быть уменьшена до небольших размеров, даже таких, как та, которая уместится на городской крыше. В городах может не хватить места для всех технологий возобновляемых источников энергии, но вертикальные турбины представляют собой жизнеспособную альтернативу углеводородным источникам энергии.

Кроме того, VAWT:

  • Дешевле в производстве, чем турбины с горизонтальной осью.

  • Более простой в установке по сравнению с другими типами ветряных турбин.

  • Можно переносить из одного места в другое.

  • Оснащен низкоскоростными ножами, снижающими риск для людей и птиц.

  • Работает в экстремальных погодных условиях, при переменном ветре и даже в горных условиях.

  • Допустимо там, где запрещены более высокие конструкции.

  • Работают тише, поэтому они не беспокоят людей в жилых районах.

По данным Института инженеров-механиков, ветряные турбины с вертикальной осью больше подходят для установки в более плотных массивах.Они в 10 раз короче горизонтальных моделей, их можно группировать в массивы, которые даже создают турбулентность от одной турбины к другой, что помогает увеличить поток вокруг них. Следовательно, ветер ускоряется вокруг каждого из них, увеличивая выработку энергии. Низкий центр тяжести также делает эти модели более устойчивыми для плавания в морских установках.

Основные преимущества перед горизонтальными турбинами

Вертикальная конструкция позволяет инженерам размещать турбины ближе друг к другу.Их группы не должны находиться далеко друг от друга, поэтому ветряная электростанция не должна занимать столько земли. Близость горизонтальных ветряных турбин друг к другу может создавать турбулентность и снижение скорости ветра, что влияет на мощность соседних агрегатов.

В отчете за 2017 год в журнале Journal of Renewable and Sustainable Energy , цитируемом Phys.org, отмечалось, что, хотя ветряные турбины с вертикальной осью производят меньше энергии на одну башню, они могут генерировать в 10 раз больше энергии по сравнению с сравнительная площадь земли при размещении массивами.

Недостатки VAWT

Не все лопасти создают крутящий момент одновременно, что ограничивает эффективность вертикальных систем по выработке энергии. Остальные лезвия просто проталкиваются. Кроме того, при вращении лезвия испытывают большее сопротивление. Хотя турбина может работать при порывах ветра, это не всегда так; низкий пусковой момент и проблемы с динамической стабильностью могут ограничивать функциональность в условиях, для которых турбина не была специально разработана.

Поскольку ветровые турбины расположены ниже земли, они не используют более высокие скорости ветра, которые часто встречаются на более высоких уровнях. Если установщики предпочитают возводить конструкцию на башне, их сложнее установить таким способом. Однако более практично установить вертикальную систему на ровном основании, например на земле или на крыше здания.

Вибрация временами может быть проблемой и даже увеличивать шум, производимый турбиной. Воздушный поток на уровне земли может увеличить турбулентность, тем самым увеличивая вибрацию.Это может привести к износу подшипника. Иногда это может привести к большему объему обслуживания и, следовательно, к большим затратам, связанным с ним. В более ранних моделях лопасти были склонны изгибаться и растрескиваться, что приводило к выходу из строя турбины. Небольшие блоки на зданиях или других сооружениях могут подвергаться толкающим силам, которые добавляют поперечное напряжение, что требует постоянного обслуживания и использования более прочных и прочных материалов.

Вертикально или нет

Хотя они производят меньше энергии, чем горизонтальные турбины, ветровые турбины с вертикальной осью по-прежнему вырабатывают энергию и могут быть лучшим вариантом в зависимости от применения.Они больше подходят для мест с ограниченным пространством и требуют меньшего количества проблем и рисков в обслуживании. Эта конструкция оставалась популярной, поскольку инженеры решили проблемы и нашли применение в небольших установках, особенно в городских районах. Со временем у инженерных инноваций есть потенциал для повышения эффективности производства энергии VAWT и увеличения преимуществ, которые они могут предложить в различных приложениях.

Присоединяйтесь к революции чистой энергии! Узнайте, как ваш дом может получить выгоду от энергии ветра.

Ветровые турбины с вертикальной осью | Факультет инженерии и естественных наук

СЛУШАТЬ

Ветряные турбины с вертикальной осью

В условиях когда-либо видимых последствий глобального изменения климата, небольшие ветряные турбины считаются жизнеспособными возобновляемыми системами. Ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) популярны для производства электроэнергии, подключенной к сети. Тем не менее, существует растущий спрос на маломасштабную портативную генерацию электроэнергии, обычно вдали от сети и обеспечиваемую дизельным генератором и небольшими фотоэлектрическими панелями.Небольшие ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT) могут использоваться в качестве источников питания для телекоммуникационных вышек, развлекательных и военных лагерей вдали от населения. Кроме того, бесшумные и эстетичные прототипы VAWT привлекательны и для городского использования. В отличие от HAWT, VAWT являются всенаправленными и могут иметь более высокие коэффициенты мощности в наземных установках, где направление ветра более неустойчиво, чем на больших высотах.

Существует два типа конструкций VAWT: перетаскивание и подъем.В конструкции Савониуса, основанной на лобовом сопротивлении, сила сопротивления лопастям асимметрична, и везде, где дует ветер, дисбаланс сил создает чистый крутящий момент на роторе. Тормозные турбины обычно имеют очень низкий аэродинамический КПД. Лифтовые VAWT типа Дарье могут иметь более высокий КПД вплоть до предела Беца при высоких угловых скоростях ротора, который бывает разных форм.

Конструкция VAWT, над которой мы работаем, имеет следующие особенности: эффективный профиль лопасти и длину хорды, полученную в результате моделирования CFD, в сочетании с динамикой ротора; лезвия из дешевых, легких и прочных композитных материалов; и модельный контроллер для максимальной выработки энергии для заданных ветровых условий.Общие модели турбулентности, такие как k-epsilon и k-omega, используются в зависимых от времени двумерных моделях CFD в сочетании с динамикой и управлением ротором для получения оптимальной конструкции. Профили, удовлетворяющие требованиям аэродинамической эффективности, изготавливаются из композиционных материалов типа оболочка-лонжерон-вспененный материал. Статический и динамический структурный анализ лопастей и других компонентов ротора, таких как вал и рычаги, проводится для получения соответствующих профилей балок, используемых в конструкции.

Технология ветряных турбин с вертикальной осью продолжает совершенствоваться

John Yan , Китай, sawt.com

Большинство ветряных турбин делятся на две основные категории: горизонтальная ось и вертикальная ось. Каждую из них можно разделить на маленькие и большие ветряные турбины.

Ветряные турбины можно разделить на шкалы коммунальных и малых масштабов, а затем на горизонтальную ось (HAWT) и версии с вертикальной осью (VAWT).

Технология для традиционных ветряных турбин с горизонтальной осью (HAWT) разрабатывалась более ста лет. Эта технология включает в себя лопасти и их производство, коробки передач и технологию их изготовления, устройства угла наклона и их технологию и так далее. Технологии очень зрелые. Закон Беца, который определяет максимальное количество энергии, которое HAWT может извлечь из ветра, основан на одном диске (роторе), движущемся в двухмерном пространстве.

Несколько компонентов в обычной ветряной турбине.

  1. Малые ветряные турбины с вертикальной осью

Маленькие ветряные турбины с вертикальной осью сильно отличаются от средней до большой вертикальной оси ?? ветряные турбины, потому что движущая сила и направление лопастей при вращении различаются. В некотором положении сила лезвия большая, а направление положительное. В некоторых положениях движущая сила будет меньше и также положительна. Но в других положениях движущая сила и направление отрицательные, большие и маленькие.Кроме того, чем больше диаметр ротора, тем больше отрицательные силы. Таким образом, если диаметр ротора увеличивается, угол (шаг) лопасти необходимо регулировать в реальном времени. Это называется технологией «регулирования угла атаки в реальном времени».

1.1 Большинство современных ветряных турбин с вертикальной осью имеют три основные проблемы:

  1. Производительность малой мощности
  2. Они работают в узком диапазоне скоростей ветра и часто тормозят, что снижает их выходную мощность.

Плохая устойчивость при вращении сокращает срок службы турбины.

В галерее представлен широкий спектр конструкций с вертикальными осями.

1.2 Решение трех проблем

SAWT, конструкция с вертикальной осью, решает три технические проблемы, возникающие при производстве ветряных турбин с вертикальной осью. Один из проектировщиков произвел небольшую вертикальную ветряную турбину, продано более 4000 единиц примерно в 60 странах с 2007 года, и использовал патенты для создания технических барьеров.

1.3 Как разработать хорошую небольшую ветряную турбину с вертикальной осью

1.3.1 Несмотря на отличие от HAWT, основной технологией VAWT остается конструкция ветряной мельницы с лопастями. После выбора профиля необходимо рассчитать ориентацию вогнутости, угол, ширину и количество, поскольку каждый из этих факторов определяет характеристики VAWT.
Итак, первый шаг — выбрать низкоскоростной профиль. На втором этапе вогнутая ориентация устанавливается наружу, на третьем этапе выбирается небольшой угол лезвия (хорошо подходит 8 °) и подходящая ширина лезвия. Лучшее количество лезвий — пять.И тут важен способ подключения лезвия. Лучше всего использовать структуру гнезда для облегчения установки и уменьшения силы сопротивления. Эти факторы определяют производительность VAWT по выработке электроэнергии.
1.3.2 Турбина HAWT должна отклоняться от курса — перенаправляться по ветру — но VAWT не требуется. Таким образом, VAWT использует «регулировку положительного угла атаки по высоте». Эта функция использует центробежную силу для управления углом лезвия, когда скорость вращения превышает номинальную.

1.3.3 Хорошая ветряная мельница с вертикальной осью должна оставаться стабильной во время вращения.В противном случае турбина будет «качать головой» при вращении ротора. Это сократит срок службы турбины и вызовет другие проблемы, такие как шум и механический износ. Поэтому лучшим решением будет использование коаксиальной конструкции для ветряной мельницы и генератора. Коаксиальное расположение ветряной мельницы и генератора обеспечивает надежное уплотнение, безопасность и стабильность, отсутствие механического шума, приемлемый подшипник для ветряной мельницы и длительный срок службы.
1.3.4 Ветровые турбины могут быть повреждены, если скорость ветра превышает 25 м / с.Поэтому ветряной турбине с вертикальной осью нужна автоматическая тормозная система. Когда ветряная турбина начинает тормозить, она должна преодолеть инерцию вращения и движущую силу ветра. Таким образом, при хорошей конструкции крутящий момент в роторе рассчитывается при скорости выживания ветра и выбирается подходящий дисковый тормоз для такого количества энергии.

2. Средние и крупные технологии VAWT

Хотя многие другие производители турбин разрабатывают средние и большие VAWT, они переняли конструктивный подход от малых VAWT, просто пропорционально увеличив маленькую турбину, чтобы она стала «средней или большой VAWT».Они не совсем понимают характеристики VAWT.

Хорошо известно, что VAWT работает тихо, безопасно и не требует высокой башни. Однако, несмотря на усилия бесчисленных инженеров, практически не было запущено ни одного коммерческого VAWT. Причины очевидны: остаются нерешенными проблемы аэродинамической эффективности, самозапуска, устойчивости конструкции и безопасного торможения. Проблемы должны решаться для любого типа ветряной турбины.

Эти три проблемы решаются с помощью технологий «активного регулирования угла атаки по тангажу в реальном времени» и «вала ферменной конструкции».

2.1 Технология «активного регулирования угла атаки по тангажу в реальном времени»

Ядром этой технологии является регулировка угла наклона лопастей вращающейся турбины. Устройство было испытано на VAWT высотой 1 м и шириной 1,36 м в аэродинамической трубе при скорости ветра 2 м / с. Измеренный крутящий момент составлял от 0,9 до 1 Нм при 44 об / мин. Коэффициент преобразования энергии ветра в механическую достигает 68%, что превышает предел в 59,3% по закону Беца. Это не значит, что закон Беца неверен. Согласно этой теории, HAWT использует один диск, вращающийся в двумерном пространстве, а VAWT — это вращение нескольких дисков в трехмерном пространстве.Это делает VAWT эквивалентом двух HAWT.

Испытания в аэродинамической трубе показали полезный крутящий момент при ветре 2 м / с.

2.2 Конструкция фермы для главного вала большого VAWT

Изгибающий момент ветряной мельницы может быть очень большим, если диаметр ротора достаточно большой. Это означает, что главный вал должен иметь большой и прочный диаметр, что затрудняет коммерциализацию. В нашем решении полая ферма используется в качестве главного вала внутри, поскольку конструкция фермы прочная и относительно легкая, отвечающая требованиям к главному валу на средних и больших VAWT, а также спросу на коммерческое использование.

Потенциал ветра: принцип Бернулли применяется к парусным лодкам

Vestas Sailrocket 2 установил мировой рекорд для парусных лодок в Уолфиш-Бей в Намибии в 2012 году. Судно достигло 64,78 узлов (119,95 км / ч) при ветре всего 25 узлов (46,3 км / ч). Его средняя скорость плавания достигла 59,23 узла (109,65 км / ч) по прямому каналу длиной 500 м. Эта парусная лодка приводилась в движение подъемной силой, вытекающей из принципа Бернулли.

3.1 Проблемы с традиционным дизайном

Некоторые будут утверждать, что болевые точки традиционной отрасли ветряных турбин включают:

  • Часто более высокая стоимость производства электроэнергии, чем традиционная энергия
  • Производство комплексное
  • Большие детали трудно транспортировать
  • Фундамент, требующий большого объема
    бетона и арматуры.
  • Для установки требуются сложные и дорогостоящие краны
  • Шумовое загрязнение
  • Ущерб экосистеме
  • Возможно химическое загрязнение
  • Высокое напряжение генерирует электромагнитное излучение и помехи


Решение: Супер Турбина и принцип ее работы

Более десяти лет исследований и разработок в отрасли VAWT привели к созданию Super Turbine, типа большой ветряной турбины.Super Turbine, разработанная к 2014 году, отличается низкими затратами на производство электроэнергии, а также простотой установки и обслуживания. В его основе лежит расширение технологии «активного регулирования угла атаки по тангажу в реальном времени», которая была проверена экспериментально. Мы думаем, что это может привести к революции в современной крупной отрасли ветроэнергетики.

На верхнем изображении показан общий вид супертурбины. На нижних изображениях представлены подробности.

  • Для выработки энергии сотни лопастей перемещаются по рельсовому пути под действием подъемной силы и передаются по цепи для приведения в действие сотен генераторов, закрепленных на кольцевом рельсе.
  • Активная технология регулировки угла наклона в реальном времени отслеживает направление ветра, скорость и положение каждой лопасти на гусенице. Затем он регулирует углы лопастей, чтобы получить максимальную подъемную силу. Таким образом, Super Turbine может повысить коэффициент преобразования энергии ветра и обеспечить выработку высокой мощности.
  • Одна супер турбина может быть спроектирована в соответствии с условиями ветряной электростанции и требованиями заказчика. Мощность турбины может составлять от 7 до 50 МВт.

3.3 Технологии, проверенные испытаниями в аэродинамической трубе

Конструкция является расширением и дальнейшим применением технологии «активного регулирования угла атаки в реальном времени». На круговой орбите, движимой ветром, лопасти в разных местах будут создавать движущую силу с разной величиной и направлением.
У модифицированной гусеницы есть дополнительные преимущества. Например, там, где движущая сила наибольшая, разрежьте круговую дорожку в этом месте и продолжите ее до прямой линии, которая является прототипом супертурбины.Как и парусная лодка, она самая быстрая по прямой.

Супертурбина может иметь круглую, длинную или даже треугольную форму, но радиус поворота будет одинаковым в зависимости от условий суши и ветра.

Несколько дополнительных деталей по дизайну.

3.4 Характеристики супер турбины

В конструкции всех деталей используются современные зрелые технологии. Основные компоненты включают:

3,6 Снижение затрат на оборудование

  • Super Turbine использует современные и отработанные технологии, такие как управление движением, гидравликой, гусеницами и движущей силой.Так производителю будет легко.
  • Общая стоимость супертурбины мощностью 40 МВт для пользователя составляет 15 миллионов долларов, или 0,38 доллара за ватт.

подпись

Благодаря этим преимуществам, конструкция изменит облик современной индустрии крупных ветряных турбин. Конструкция упрощает производство больших ветряных турбин, поскольку не требует больших лопастей, больших коробок передач, больших генераторов или огромных башен.

ветряные турбины с вертикальной осью | Symscape

Хотя группы ветряных турбин с горизонтальной осью являются нашим основным оружием в войне за сокращение выбросов парниковых газов и спасение планеты от последствий глобального потепления, существуют и другие интересные конструкции ветряных турбин.Ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT) бывают разных форм и размеров для тех, кто стремится выбрать менее продвинутый путь.

Ветряная турбина Дарье с вертикальной осью Изображение предоставлено FloWind

CFD для вашей ветряной турбины

Готовы ли вы к 30-дневной бесплатной пробной версии Caedium Professional?

Основным преимуществом ветряной турбины с вертикальной осью перед ветровой турбиной с горизонтальной осью является ее нечувствительность к направлению ветра и турбулентности. Таким образом, ветряк с вертикальной осью можно установить ближе к земле, что сделает его более безопасным и дешевым в строительстве и обслуживании.Тем не менее, ему все еще нужен доступ к хорошему ветру. Основным недостатком ветряной турбины с вертикальной осью является неэффективность оттягивания каждой лопасти назад через ветер при каждом полувращении. Удачно расположенная ветряная турбина с горизонтальной осью непрерывно приводится в движение ветром после выравнивания и может быть в два раза эффективнее, чем идеально расположенная ветряная турбина с вертикальной осью. Тем не менее, простота и разнообразие ветряных турбин с вертикальной осью представляет интерес для чтения, как показано ниже.

Дарье

Жорж Дарье был французским изобретателем ветряной турбины Дарье с вертикальной осью или «ветряной мельницы для взбивания яиц» в 1931 году, изготовленной FloWind (больше не продаваемой) для североамериканских клиентов.Darrieus — это высокоскоростная машина с низким крутящим моментом, подходящая для выработки электроэнергии переменного тока. Устройство развивает подъемную силу от двух или трех лопастей в форме буквы «С». Дарье не может запускаться самостоятельно, что требует либо ручного толчка, либо более сложного механизма запуска.

Giromill

Giromill (также известный как «мельница для взбивания яиц») использует тот же принцип, что и Darrieus, для улавливания энергии ветра, но использует 2 или 3 прямых лезвия, прикрепленных к вертикальной оси по отдельности.

Giromill Vertical-Axis Wind Turbine Лицензия: GNU Free Documentation License, Stahlkocher

Винтовые лезвия

Заменяя лопасти Giromill спиральными лопастями, намотанными вокруг вертикальной оси (в ДНК-подобной структуре), можно свести к минимуму пульсирующий крутящий момент, который может привести к выходу из строя основных подшипников в конструкциях, разработанных Дарье.

Ветряная турбина со спиральными лопастями и вертикальной осью Quietrevolution Design

Первоначальная идея этой ветряной турбины была вдохновлена ​​спиральной водяной турбиной Горлова, которая, в свою очередь, изначально была вдохновлена ​​конструкцией ветряной турбины Дарье.

Циклотурбина

Еще одна вариация Darrieus — Cycloturbine, которая по сути представляет собой Giromill с лезвиями с изменяемым углом атаки. Изменяя угол наклона лопасти по мере ее вращения против ветра, сопротивление лопасти сводится к минимуму. Эта модификация улучшает общую эффективность устройства, но также увеличивает его сложность. Кроме того, изменение угла лопасти во время запуска снижает требуемый пусковой крутящий момент и устраняет необходимость в стартере.

Савониус

Вертикально-осевая ветряная турбина Savonius — это медленно вращающаяся машина с высоким крутящим моментом, которая идеально подходит для привода насосов.В то время как большинство ветряных турбин используют подъемную силу, создаваемую лопастями в форме аэродинамического профиля для приведения в движение ротора, Savonius использует сопротивление и поэтому не может вращаться быстрее, чем скорость приближающегося ветра.

Savonius Vertical-Axis Wind Turbine Лицензия: CC BY 2.0, OiMax

Для питания электросети необходимо настроить относительно низкую скорость Savonius для выработки частот переменного тока, что увеличивает стоимость и снижает общую эффективность.

Несколько ветряных турбин с вертикальной осью, если таковые имеются, можно купить в готовом виде для личного использования.Тем не менее, это не препятствие для тех, кто готов создать собственную ветряную турбину с вертикальной осью — попробуйте.

Ветряная турбина

с вертикальной осью (VAWT): работа, типы, преимущества и недостатки , в котором используются большие чашки с черпаком.

Вертикально-осевые ветряные турбины были испытаны и более широко использовались в 1980-х и 1990-х годах, потому что они были более тихими и могли работать, не требуя контроля рыскания, независимо от направления ветра.

В этом разделе объясняется работа ветряных турбин с вертикальной осью и обсуждаются их преимущества и недостатки.

Принцип работы ветряной турбины с вертикальной осью

Ветровая турбина с вертикальной осью (VAWT) — это ветряная турбина, основная ось вращения которой ориентирована в вертикальном направлении.

VAWT

были инновационными конструкциями, которые в целом не оказались столь же эффективными, как HAWT , но у них есть несколько хороших характеристик, включая бесшумную работу.

Поскольку они не так эффективны, как HAWT, они редко используются в крупных установках. Большинство VAWT — это небольшие установки, которые можно размещать в жилых и коммерческих помещениях, поскольку они намного тише, чем турбины с горизонтальной осью.

Типы ветряных турбин с вертикальной осью

Два типа ветряных турбин с вертикальной осью: ветряная турбина Дарье , которая вращает вал за счет подъемной силы, и ветряная турбина Савониуса , чашки которой толкаются прямые ветровые силы.

Вертикально-осевые ветряные турбины могут вырабатывать электроэнергию на более низких скоростях и с множеством изменяющихся скоростей.

Поскольку они сильно различаются по скорости, генераторы переменного тока, которые они используют, не обеспечивают постоянной выходной мощности. Обычно выходной сигнал поступает на инвертор, который преобразует его в стандартный переменный ток (однофазный или трехфазный). Другой вариант — использовать DC в качестве выхода.

Рис. 1: Небольшие ветряные турбины с вертикальной осью хорошо работают в городских условиях, где они обеспечивают тихую работу без вибрации.

В городских районах скорость и направление ветра часто меняются, а скорость ветра, как правило, ниже из-за зданий и других объектов, которые создают тени от ветра.

Ветровые турбины с вертикальной осью могут генерировать напряжение при низких скоростях ветра, и им не нужно менять направление, чтобы поймать полезный ветер.

Ветряк Дарье с вертикальной осью

На рисунке 2 показан типичный ветряк Дарье с вертикальной осью. Внешний вид ветряной турбины Дарье выглядит как большая взбивалка для яиц.

Рисунок 2 Ветряная турбина Дарье

Лопасть установлена ​​на большом монополе, а генератор расположен в нижней части лопасти. На вершине шеста есть несколько оттяжек, которые удерживают шест на месте, когда сила ветра заставляет лезвие вращаться.

На рисунке 3 показаны внутренние части ветряной турбины Дарье.

% PDF-1.7 % 72 0 объект > endobj xref 72 78 0000000016 00000 н. 0000002658 00000 н. 0000002848 00000 н. 0000002904 00000 н. 0000003379 00000 п. 0000003520 00000 н. 0000003656 00000 н. 0000004085 00000 н. 0000004585 00000 н. 0000004621 00000 н. 0000004647 00000 н. 0000004760 00000 н. 0000005396 00000 н. 0000005746 00000 н. 0000006220 00000 н. 0000006727 00000 н. 0000006999 00000 н. 0000007509 00000 н. 0000007881 00000 н. 0000008256 00000 н. 0000008661 00000 п. 0000009048 00000 н. 0000009489 00000 н. 0000009754 00000 п. 0000010120 00000 п. 0000010570 00000 п. 0000011032 00000 п. 0000026576 00000 п. 0000026913 00000 п. 0000037407 00000 п. 0000037687 00000 п. 0000038215 00000 п. 0000040676 00000 п. 0000047303 00000 п. 0000048887 00000 п. 0000049220 00000 н. 0000049632 00000 п. 0000050035 00000 п. 0000051949 00000 п. 0000052286 00000 п. 0000052556 00000 п. 0000052817 00000 п. 0000053097 00000 п. 0000053480 00000 п. 0000053863 00000 п. 0000058816 00000 п. 0000059080 00000 п. 0000059514 00000 п. 0000060032 00000 п. 00000 00000 п. 00000 00000 п. 0000125841 00000 н. 0000125880 00000 н. 0000156960 00000 н. 0000156999 00000 н. 0000188084 00000 н. 0000190734 00000 н. 0000221824 00000 н. 0000221863 00000 н. 0000222094 00000 н. 0000222482 00000 н. 0000222604 00000 н. 0000222749 00000 н. 0000222788 00000 н. 0000222885 00000 н.

Оставить комментарий