Лекция №10. Определение нагрузки на ветроколесо (ВК)

Определение нагрузки на ветроколесо (ВК)

(лобовое давление)

U₀ U₂

P₀ A₁

P₂

z

ΔP

F_Л

Р₀

Р₂

(1)

(2)

Нагрузка, испытываемая ВК (то есть сила, действующая на ВК со стороны воздушного потока) определяется разностью давления в набегающем воздушном потоке до и после ВК.

U₀ и U₂ – скорость воздушного потока до и после ВК.

Р₀ и Р₂ – давление ветрового потока до и после ВК.

Воздушный поток можно рассматривать, как течение идеальной несжимаемой жидкости, описываемым уравнением Бернулли (1).

z – высота потока относительно уровня земли.

ρ – плотность.

Этот воздушный поток можно рассмотреть как течение несжимаемой жидкости, описываемой уравнением Бернулли. Воспользуемся им для определения нагрузки.

Изменение z и ρ в данном уравнении не значительны, по сравнении с другими параметрами, поэтому ими можно пренебречь.

Максимальный перепад давления будет при условии, что U₂ = 0.

(3)

Максимальная нагрузка действующая на ВК:

(4) – лобовое давление

В горизонтально-осевых ВЭУ – эта сила действующая по оси ветрового колеса, называется лобовым давлением.

Сила, действующая на ВК, записывается через изменение импульса в единицу времени:

(5)

Из (5) выразим:

;

;

(6)

Приближение используемой модели равен силе, действующей, находящейся в потоке:

(7)

- коэффициент лобового давления

при а = ½ (при U₂ = 0).

Согласно критерию Бетца достигается при А = 1/3 → С_F = 8/9.

Согласно резко возрастает с увеличением скорости ветра, поэтому ВК выдерживает только, если U₀ ≤ 25 м/с.

Для предупреждения разрушения ВК используют следующие меры:

1) поворот ВК или его лопастей в нерабочее положение;

2) уменьшение снимаемой мощности и соответственно лобового давления;

3) применение в ВК неподвижных лопастей такого профиля, который обеспечивает его самоторможение при больших скоростях ветра;

4) принудительная остановка ВК.

Дата добавления: 2014-01-05