Разработка эффективной системы энергоснабжения на основе ВИЭ
Крутящие моменты ветроколес зависят от профиля лопасти, который выбирается исходя из назначения и мощности ветроустановки. Для В-установок малой и средней мощности, приводящих во вращение электрогенераторы, приемлем профиль "Эсперо", и имеются справочные данные об относительных моментах ветроколес с таким профилем лопастей /43/. Под относительным моментом подразумевается отношение момента ветроколеса с конкретным количеством лопастей к моменту условного ветроколеса с бесконечным количеством лопастей, при котором крутящий момент принят равным единице /43/. С учетом этого, функция оптимизации будет иметь вид:
(3.2.2.)
где: Мг,Мв - относительные моменты, о.е.
Так как момент зависит от скорости вращения ветроколеса, которая в свою очередь зависит от скорости ветра, то вводится понятие "модуль ветроколеса" /18,43/, который равен:
(3.2.3.)
где: Z - модуль ветроколеса,о.е.;
w - угловая скорость вращения ветроколеса, с-1;
R- радиус ветроколеса, м;
Vв - скорость ветра, м/с.
В таблице 3.2.2. приведены относительные моменты на валу генераторов от ветроколес, работающих в номинальных режимах.
Таблица 3.2.1.
Относительные моменты и модули ветроколес с лопастями "Эсперо".
|
Параметры |
Значение параметров при м | |||
|
2 |
3 |
4 |
6 | |
|
Vв, м/с |
6,5 |
6,5 |
6,5 |
6,5 |
|
Мопт, о.е. |
0,09 |
0,12 |
0,14 |
0,19 |
|
Zном, о.е. |
5,0 |
4,0 |
3,5 |
2,5 |
|
nВН, об/мин |
310 |
250 |
220 |
155 |
|
Ммах, о.е. |
0,100 |
0,135 |
0,150 |
0,195 |
|
Zмах, о.е. |
4,40 |
3,30 |
3,00 |
2,30 |
|
nВ МАХ,об/мин |
275 |
200 |
185 |
140 |
|
|
1,11 |
1,13 |
1,07 |
1,03 |
|
|
1,14 |
1,21 |
1,16 |
1,09 |
, о.е. 
, о.е. Таблица 3.2.2.
Моменты на валу генераторов от ветроколес
|
Число лопастей |
Момент на валу генератора(о.е.*10-2) при n0, об/мин | ||||||||
|
3000 |
1500 |
1000 |
750 |
600 |
500 |
375 |
300 |
250 | |
|
2 |
0,75 |
1,5 |
2,3 |
3,0 |
3,8 |
4,5 |
6,0 |
7,5 |
9,0 |
|
3 |
0,80 |
1,6 |
2,4 |
3,2 |
4,0 |
4,8 |
6,4 |
8,0 |
9,6 |
|
4 |
0,82 |
1,6 |
2,4 |
3,2 |
4,1 |
4,9 |
6,5 |
8,2 |
9,8 |
|
6 |
0,79 |
1,6 |
2,4 |
3,2 |
4,0 |
4,8 |
6,3 |
7,9 |
9,5 |
Как видно из таблицы 3.2.2., наиболее предпочтительными для всех генераторов являются ветроколеса с числом лопастей от 3 до 6. Но так как ветроколесо с тремя лопастями обладает (см. табл. 3.2.1.) наибольшей перегрузочной способностью (Ммах/Мопт) и наибольшим диапазоном рабочих скоростей (Zном/Zмах), то окончательно принимается ветроколесо с тремя лопастями. Так как номинальные обороты ветроколеса небольшие, то целесообразно применять генераторы с большим числом пар полюсов р > 3.
Диаметр ветроколеса связан с мощностью ветроэнергетической установки следующей формулой /18,43,45/:
, (3.2.4.)
где: hв, hп - к.п.д. ветроколеса и передачи;
V/ - математическое ожидание скорости ветра в рабочем диапазоне, м/сек.
r - плотность воздуха кг/м3, r = 1,36 кг/м3 / 21 /.
Для трехлопастного ветроколеса hв = 0,45 /43/. К.П.Д. передачи принимаем ηп = 0,98 /21/. Расчет ведем для генератора с nг = 500 об/мин. Рабочий диапазон скоростей ветра 4 .16 м/с /38/.
Для этого диапазона Vв = 6,5 м/с, iп = 1,5.
(м)
