Содержание
Для проведения экспериментальных исследований ветротурбины с вертикальной осью вращения были использованы специальные приборы и приспособления.
Измерения проводились над оборудованием с учетом следующих характеристик и факторов:
- Тип лопастей турбины «Колокол».
- Высота ветровой турбины 2 метра.
- Диаметр ветровой турбины 1 метр.
- Лопасти изготовлены из стеклопластика.
- Измерения производились на открытом воздухе.
Определение средней скорости воздушного потока
Генерация электроэнергии с помощью ветра, является актуальным альтернативным источником энергии.
Вертикальные ветровые турбины являются оптимальным решение для установки электрогенераторов на крышах зданий.
На рисунке 1 представлена, экспериментальная установка:
Для определения средней скорости воздушного потока в регистрируемый период времени были использованы:
- Секундомер для фиксации времени.
- Два чашечных анемометра марки МС-13 ГОСТ 6376-74.
Принципы, применяемые для измерения средней скорости:
- Анемометры располагались по краям установки на половине высоты ветротурбины.
- При возникновении ветра одновременно включались оба анемометра и секундомер.
- В результате измерений получали среднюю скорость воздушного потока в исследуемый промежуток времени, который был разным в зависимости от длительности действия воздушного потока.
Для определения мощности ветротурбины необходимо знать вращающий момент и угловую скорость вращения.
В целях определения угловой скорости вращения ветротурбины использовались:
- Геркон.
- Четыре магнитика, которые закрепляются на валу турбины.
Геркон, это электромеханическое устройство, представляющее собой пару ферромагнитных контактов, запаянных в стеклянную колбу.
Собранная измерительная схема работает следующим образом:
- При поднесении к геркону постоянного магнита контакты замыкались.
- Каждое замыкание контактов фиксировалось калькулятором.
- Число, полученное калькулятором, поделенное на 4 соответствовало количеству оборотов вала ветротурбины.
Это позволило определять количество оборотов ветротурбины с точностью до 1/4 оборота вала.
На рисунке 2 приведена реализация данной измерительной схемы:
где
- 1 – геркон.
- 2 – магнитик.
- 3 — вал ветротурбины, на котором закреплены четыре магнитика.
Определение вращающего момента вала ветротурбины
Для определения вращающего момента вала ветротурбины использовались:
- Динамометр марки ДОСМ.
- Тормозные колодки с прижимным винтом.
- Рычаг, шарнирно закрепленный на валу ветротурбины при помощи подшипника.
В конструкции измерителя предусмотрены следующие моменты:
- Расстояние от оси вала ветротурбины до точки приложения усилия к динамометру (величина рычага) составляло 0,204 м.
- Прижимным винтом регулировалось давление тормозных колодок на вал ветротурбины.
При использовании силы трения скольжения, которая пропорциональна силе давления тормозных колодок на вал, создавались условия изменения усилия на динамометр, и частоты вращения вала ветротурбины.
Вращение ветротурбины изменялось в пределах от свободного вращения ветротурбины до полной ее остановки.
Система для измерения состоит из:
- Динамометра.
- Рычаг, который давит на динамометр, шарнирно закрепленный на валу ветротурбины при помощи подшипника, без тормозных колодок.
Данная система показана на рисунке З:
где
- 1 — вал ветротурбины
- 2 — рычаг.
- 3 – подшипник.
- 4 – динамометр.
Изменение силы трения между тормозными колодками н валом ветротурбины регулировалось затяжным винтом, рисунок 4:
где
- 1 — вал ветротурбины.
- 2 – рычаг.
- 3 — тормозные колодки.
- 4 – динамометр.
Таким образом, полученные экспериментальным путем значения вращающего момента и угловой скорости вращения вала экспериментальной ветротурбины, позволят вычислить ее мощность.
Следовательно мощность ветрогенератора определяем по формуле:
(1)
где
- N — мощность установки (Вт).
- Мвω — вращающий момент на валу ветротурбины (кНм).
- ω0 — оптимальная угловая скорость вращения вала ветротурбины (1/с).
Список литературы
- Патент №2074980 Российская Федерация, МПК F03D3/04, Ветродвигатель с лопастями «Колокол» или «Аякс» / Хозяинов Б.П., Хозяинов Д.Б., № 98113538, заявлен 07.07.1998 года, опубликован 27.08.1999 года, Бюллетень № 24.
- Хозяинов Б.П., Березин М.А., Методика проведения испытаний моделей ветроэнергетической установки в аэродинамической трубе 3-АТ-17, 5/3 фирмы УНИКОН // Вестник КузГТУ, 2000 год, №4, страницы 38-42.
- Хозяинов Б.П., Березин М.А., Ветроэнергетика. Аэродинамика установки с вертикальной осью ветротурбины. — Кемерово КузГТУ, 2009 год, страница 284.
- Использование микро гидро и ветроэлектростанций при строительстве в неосвоенных районах.
Источник: Приборы и приспособления, используемые при экспериментальных исследованиях ветротурбины с вертикальной осью вращения / Б.П. Хозяинов // Вестник КузГТУ, 2012 год, №5, страницы 179-181.
