Устройство и принцип действия

Nbsp;   КГЭУ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВПО «КГЭУ»)   Кафедра ТОТ     Реферат по дисциплине Гидрогазодинамика   На тему:

Ротор Дарье и Савониуса

 

 

Выполнил студент

группы ПБТ-1-14

Тушибаева А.А.

 

Проверила

Соловьева

Ольга Викторовна

 

Содержание

Введение                                                                                             3

1. Ротор Савониуса                                                                           4

2. Ротор Дарье                                                                                   7

Заключение                                                                                        10

Список используемой литературы                                                             11


Введение

Ветроэнергетическая установка — устройство для преобразования кинетической энергии ветрав другие виды энергии. Так, частным случаем будет являтсяветрогенератор, который преобразует кинетическую энергию ветра в электричество.

 

Первыми ветряными установкамистали конечно же паруса, использовавшие энергию ветра для движения. Затем, в моду входили всевозможные мельницы, использовавшиеся не только в мукомольном производстве, а например, в лесообработке и для водяных насосов. Считается, что первый ветрогенератор был установлен в Дании  в 1890 году.

На данный момент передовиком по количеству используемыхветрогенераторовявляется Китай.

 

Ветрогенераторы делятся на:

· с вертикальной осью вращения

· с горизонтальной осью вращения

·

Всем известны ветрогенераторы с горизонтальной осью лопастного типа, которые имеют наиболее широкое распространение. Положительными свойствами лопастных ветрогенераторовявляется наиболее больший коэффициент использования ветрачем у других ветрогенераторов. Имеют большую скорость вращения, что позволяет подключать винт напрямую к генератору без использования мультеплексоров (Устройств, повышающих частоту вращения).

 

Недостатками является то, что необходима система для снятия напряжения, т.к положение генератора зависит от направления ветра. Сложнаясистема поддержания частоты вращения. Низкий момент вращения. Увеличение числа лопастей для увеличения момента ведет к уменьшению скорости вращения, поэтому ветряки с количеством лопастей больше 3 применяются очень редко. Ветряки с большим числом лопастей актуальны в местах со скоростью ветра 3-5 метра в секунду.

К ветрогенераторам с вертикальной осьюотносятсявсевозможные ортогональные, карусельные, или роторные.

Роторных ветроустановокимеется несколько видов, названных по именам их изобретателей.


Ротор Савониуса

 

Это разновидность вертикальных ветровых турбин,два смещенных относительно друг друга полуцилиндра с небольшим (10-15% от диаметра лопасти) перекрытием.

Обтекание ротора Савониусаветровым потоком создает различные сопротивления на выпуклой и вогнутой частях устройства. За счет этого и возникает вращающий момент. Коэффициент использования ветра до 0,15.

Состоит он из мачты и двух или нескольких лопастей в форме полых полуцилиндров смещенных относительно друг друга. Изобретен ротор финским инженером Сигурдом Савониусом в 1929 году. Работа ротора построена на разности сопротивлений, которая создается при обтекании воздушным потоком крыльев ротора. Движение лопастей вокруг центральной оси достигается за счет выпукло- вогнутой формы лопастей. Конструкция ротора проста, поэтому отличается прочностью и долговечностью. При правильном изготовлении имеет относительно не большую скорость вращения. Конструкция выполнена так, что независимо от направления воздушного потока, ротор всегда ориентирован по ветру, также ему не страшна турбулентность.Преимуществом такихветрогенераторов является высокий момент вращения. Ветрогенератор не нуждается в системе отслеживающей направление ветра. Отсутствует система по снятию напряжения, т.к. генератор не вращается.

 

Различают несколько видов конструкций роторов Савониуса:

 

 


1. Конструкция состоит из вала и симметрично закрепленных на нем двух лопастей в форме полуцилиндра. Конструкция отличается прочностью и надежностью из-за наличия центрального вала, но она в сравнении со следующими двумя конструкциями менее эффективна. Ротор возможно установить и закрепить только с одного торца.

2. Тоже простая конструкция. Состоит из лопастей в форме полуцилиндров, которые в центральной части смещены таким образом, что заходят друг на друга. Этот прием значительно увеличивает эффективность конструкции, за счет того что часть воздушного потока воздействует на вторую лопасть во время выхода из первой.

 

3. Самая эффективная и распространенная конструкция из трех представленных. Представляет собой две лопасти в форме полуцилиндров, одна сторона которого, не дугообразна, а прямая. Это решение позволило оснастить конструкцию аэродинамическим профилем и, следовательно, значительно улучшить аэродинамические показатели. К тому же лопасти в центральной части смещаются навстречу друг другу относительно центра. Попадая на лопасти воздушный поток, порождает подъемную силу, а с этим возрастает эффективность ротора. Но эта конструкция трудоемка в изготовлении, лопасти изготавливаются из металлопроката.

В настоящее время ветрогенераторы с ротором Савониуса выпускают мощностью до 5кВт.

 

Ротор Савониуса к сожалению малоэффективен, он выдает всего лишь 15% энергии. Но учитывая, то, что у него большой начальный крутящий момент, его часто используют в паре с ротором Дарье, чтобы обеспечить второму высокий пусковой момент.

Но, несмотря на этот недостаток, ротор имеет преимущества в простой и очень надежной конструкции. Лопасти достаточно простой формы и не требуют особых технологий при изготовлении. Ротор обладает большим пусковым крутящим моментом, поэтому не требует начального принудительного раскручивания. Также работает на не очень больших скоростях, что сказывается безопасности во время его обслуживания. И главное полностью не зависит от направления воздушного потока.


Ротор Дарье

 

Тип турбинынизкого давления, ось вращениякоторой перпендикулярна потоку жидкой или газовой среды. Предложена в 1931 годуфранцузским авиаконструктором Жоржем Дарье

Устройство и принцип действия

 

 


Ротор Дарье представляет собой конструкцию, состоящую из одного, двух и более аэродинамических крыльев, закреплённых на радиальных балках. Хотя общий принцип работы ротора Дарье в целом известен, но полного описания физических процессов и адекватной математической моделидо сих пор нет. Это обусловлено сложным, сильно нестационарном характером обтекания лопастей (число Струхаля) и большим числом Рейнольдса. Главным отличием ротора Дарье от ротора Савониусаявляется его быстроходность. Так, если скорость лопастей ротора Савониуса близка к скорости набегающего потока, то у ротора Дарье она в 3-4 раза выше. В работе показано, что характеристика ветрогенератора Дарье не является автомодельнойпо критерию Рейнольдса, а также существует режим начальной авторотации, в которой ротор Дарье работает в режиме ротора Савониуса.

На практике для ротора Дарье используют три лопасти, так как при их меньшем количестве нет самозапуска и возникают проблемы балансировки. При увеличении числа лопастей быстроходность ротора Дарье падает, как и в случае горизонтально-осевых ветрогенераторов.

Ротор Дарье представляет собой симметричную конструкцию, состоящую из двух и более аэродинамических крыльев, закреплённых на радиальных балках. На каждое из крыльев, движущихся относительно потока действует подъёмная сила, величина которой зависит от угла между вектором скорости потока и мгновенной скорости крыла. Максимального значения подъёмная сила достигает при ортогональности данных векторов. Ввиду того, что вектор мгновенной скорости крыла циклически изменяется в процессе вращения ротора, момент силы, развиваемый ротором также является переменным. Поскольку для возникновения подъёмной силы необходимо движение крыльев, ротор Дарье характеризуется плохимсамозапуском. Самозапуск улучшается в случае применения трёх и более лопастей.

Ветрогенераторы хорошо использовать там, где их результат можно накапливать. Например, такие системы часто используют для опреснения морской воды. А так, проблему нестабильности электропитания, всвязи с непостоянством потока воздуха,не могут решить даже на промышленных электростанциях .

Преимущества

· Работа ротора Дарье, как и прочих роторов, не зависит от направления потока, следовательно турбина на его основе не требует устройства ориентации;

· Ротор Дарье характеризуется высоким коэффициентом быстроходности при малых скоростях потока, поскольку не требует ориентации на ветер;

· Высокий коэффициент использования энергии ветра. Роторы Дарье не уступают, и в отдельных случаях даже превосходят горизонтально-осевые конструкции ветрогенераторов;

· Пониженный шум, создаваемый при работе, в отличие от горизонтально-осевыхветрогенераторов. Это связано с практически равномерным, в силу быстроходности ротора Дарье, обтеканием лопастей;

· Относительная простота изготовления (пропеллерный профиль по длине постоянно меняется) — для профилей крыльев с прямой кромкой;

· Ось вращения ветрогенератора совпадает с осью опорной мачты.

Недостатки

· Значительные нагрузки на мачту, связанные с эффектом Магнуса;

· Большая часть массы вращающегося механизма на периферии в отличие от горизонтально-осевыхветрогенераторов.

· Отсутствие адекватной математической модели, что затрудняет конструирование ротора Дарье;

· Большой срок окупаемости ветрогенераторов, что не позволяет производителям перейти на использование ротора Дарье с горизонтально-осевыхветрогенераторов.


 

Заключение

 

Нам обычно говорят, что такие установки экологически безвредны. На самом деле, это совсем не так. Даже если не брать в расчет материалы, из которых такие системы изготавливаются. Их обслуживание и утилизацию. Они оказывают воздействие на природу непосредственно.

В Британии не зря их устанавливают в безлюдных прибрежных зонах. Делается это для того, чтобы оградить человека от их воздействия. Это и шум, у современных установок низкочастотный, и вибрация. Мощные генераторы имеют высокое напряжение.

Ну и, если устанавливать ветрогенератор на участке, нужно учитывать, что под нее требуются площади отчуждения. А так же достаточно высокая конструкция, которая должна кроме всего прочего обеспечивать безопасность людей.

Так же сомнительно стоит вопрос и о бесплатной электроэнергии для частного использования, учитывая огромную стоимость ветроустановок , непостоянство работы. Окупится такая радость лет через 20-30. Скорее всего, что всю установку придется менять через это время или проводить дорогостоящий капитальный ремонт.


 

Список используемой литературы

1. Горелов Д. Н. Аэродинамика ветроколес с вертикальной осью вращения //Горелов Д.Н.–Омск. – 2012.

2. Редчиц Д.А. Аэродинамика вращающейся лопасти ротора Дарье. / Д.А. Редчиц // Серия МЕХАНИКА. –2007.–Т.2– № 11.

3. Гринченко В. Т. Оптимизация характеристик ветроротора Дарье с прямыми управляемыми лопастями / В.Т. Гринченко, В.П. Каян– 2015. – №. 6. – С. 37–45.

4. Абрамовский Е. Р. Сравнительный анализ аэродинамических и энергетических характеристик ветродвигателей разного типа/ Е.Р. Абрамовский, С.В. Тарасов, И. Ю. Костюков, Н. Н. Лычагин //– 2013. – №. – С. 16–26.

5. https://studfiles.net/preview/4258067/page:6/

 

 


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 211; Мы поможем в написании вашей работы!




Мы поможем в написании ваших работ!