Jaká je délka lopatky větrného mlýna?

VĚTRNÝ MOTOR
zařízení, které přeměňuje větrnou energii na rotační energii. Hlavní pracovní částí větrné turbíny je rotační jednotka – kolo poháněné větrem a pevně spojené s hřídelí, jejíž rotace pohání zařízení, které vykonává užitečnou práci. Hřídel lze instalovat vodorovně nebo svisle. Větrné turbíny se obvykle používají k výrobě energie spotřebovávané periodicky: při čerpání vody do nádrže, mletí obilí, v dočasných, nouzových a místních napájecích sítích.
Odkaz na historii. Přestože přízemní větry ne vždy vanou, mění svůj směr a jejich síla není konstantní, je větrná turbína jedním z nejstarších strojů na získávání energie z přírodních zdrojů. Vzhledem k pochybné spolehlivosti starověkých písemných zpráv o větrných turbínách není zcela jasné, kdy a kde se takové stroje poprvé objevily. Ale, soudě podle některých záznamů, existovaly již před 7. stoletím. INZERÁT Je známo, že se používaly v Persii v 10. století a v západní Evropě se první přístroje tohoto typu objevily na konci 12. století. V průběhu 16. stol. Konečně vznikl stanový typ holandského větrného mlýna. Žádné výrazné změny v jejich konstrukci nebyly pozorovány až do počátku 20. století, kdy se v důsledku výzkumu výrazně zlepšily tvary a povlaky mlýnských křídel. Jelikož jsou pomaloběžné stroje těžkopádné, v druhé polovině 20. stol. začaly stavět vysokorychlostní větrné turbíny, tzn. ty, jejichž větrná kola dokážou vykonat velký počet otáček za minutu s vysokou účinností využití větrné energie.
Moderní typy větrných turbín. V současné době se používají tři hlavní typy větrných turbín: bubnové, křídlové (šroubové) a rotorové (s profilem odpuzovače ve tvaru S).
Buben a lopatka. Přestože větrné kolo bubnového typu má ve srovnání s jinými moderními odpuzovači nejnižší míru využití větrné energie, je nejpoužívanější. Mnoho farem jej používá k čerpání vody, pokud z nějakého důvodu není k dispozici elektřina. Typický tvar takového kola s plechovými lopatkami je na Obr. 1. Větrná kola bubnového a lopatkového typu se otáčejí na vodorovné hřídeli, takže pro dosažení nejlepšího výkonu musí být otočena proti větru. K tomu dostávají kormidlo – list umístěný ve svislé rovině, který zajišťuje otáčení větrného kola do větru. Průměr kola největší větrné turbíny na světě lopatkového typu je 53 m, maximální šířka jeho lopatky je 4,9 m. Větrné kolo je přímo napojeno na elektrický generátor o výkonu 1000 kW, který se vyvíjí při větru rychlost minimálně 48 km/h. Jeho lopatky jsou nastaveny tak, že rychlost otáčení větrného kola zůstává konstantní a rovná se 30 ot./min v rozsahu rychlosti větru od 24 do 112 km/h. Vzhledem k tomu, že v oblasti, kde se takové větrné turbíny nacházejí, poměrně často fouká vítr, vyrábí větrná turbína obvykle 50 % maximálního výkonu a napájí veřejnou elektrickou síť. Lopatkové větrné turbíny jsou široce používány v odlehlých venkovských oblastech k poskytování elektřiny farmám, včetně nabíjení baterií radiokomunikačních systémů. Používají se také v palubních pohonných systémech letadel a řízených střelách.

Obr.1. Typ bubnu PŘEDNÍ KOLO.

Rotor ve tvaru S. Rotor ve tvaru S namontovaný na svislé hřídeli (obr. 2) je dobrý, protože větrnou turbínu s takovým odpuzovačem není třeba přivádět do větru. Přestože se točivý moment na jeho hřídeli mění od minima do jedné třetiny maximální hodnoty v polovině otáčky, nezávisí na směru větru. Při otáčení hladkého kruhového válce vlivem větru působí na tělo válce síla kolmá na směr větru. Tento jev se nazývá Magnusův jev podle německého fyzika, který jej studoval (1852). V letech 1920-1930 používal A. Flettner rotující válce (Flettnerovy rotory) a rotory ve tvaru S namísto lopatkových větrných kol a také jako pohony lodi, která uskutečnila přechod z Evropy do Ameriky a zpět.

Rýže. 2. ROTOR VE TVARU S (koeficient využití větru 30-35 %, w/u = 1,8).

Míra využití větrné energie. Výkon získaný z větru bývá malý – necelé 4 kW vyvíjí zastaralý typ holandského větrného mlýna při rychlosti větru 32 km/h. Síla proudění větru, kterou lze využít, je tvořena kinetickou energií vzdušných hmot, které se za jednotku času rozmetají kolmo na plochu dané velikosti. U větrné turbíny je tato oblast určena návětrnou plochou odpuzovače. Vezmeme-li v úvahu nadmořskou výšku, tlak vzduchu na něm a jeho teplotu, je dostupný výkon N (v kW) na jednotku plochy určen rovnicí N = 0,0000446 V3 (m/s). Koeficient využití větrné energie je obvykle definován jako poměr výkonu vyvinutého na hřídeli větrné turbíny k dostupnému výkonu proudění větru působícího na návětrný povrch větrného kola. Tento koeficient se stává maximálním při určitém poměru mezi rychlostí vnější hrany listu větrného kola w a rychlostí větru u; hodnota tohoto poměru w/u závisí na typu větrné turbíny. Koeficient využití větrné energie závisí na typu větrného kola a pohybuje se od 5-10 % (holandský mlýn s plochými křídly, w/u = 2,5) do 35-40 % (profilovaný křídlový odpuzovač, 5 Ј w/u Ј 10) .
REFERENCE
Větrná energie. M., 1982 Yaras L. a kol. M., 1982

Collierova encyklopedie. — Otevřená společnost. 2000.

Větrný generátor je technické zařízení sloužící k výrobě elektrické energie přeměnou kinetické energie větru přenosem otáčivého pohybu lopatek na hřídel generátoru.

Lopatky větrného generátoru jsou komplexním a základním prvkem zařízení, určujícím jeho technické parametry, možnost instalace v konkrétním místě a také jeho geometrické rozměry.

Klíčové vlastnosti

Výkon větrného generátoru závisí na počtu a velikosti na něm nainstalovaných lopatek, jak je jasně vidět ze vzorce:

N – výkon proudění vzduchu, který určuje výkon zařízení;

p – hustota vzduchu;

S – plocha zametaná větrným generátorem;

V – rychlost větru.

Hlavní charakteristiky tohoto prvku technických zařízení tohoto typu jsou:

• Geometrické rozměry.

Podle níže uvedeného schématu:

R je poloměr, který určuje oblast zametání zařízení;

b – šířka, určuje rychlost konkrétního modelu;

c – tloušťka, závisí na materiálu, ze kterého je vyrobena, a konstrukčních prvcích;

φ — úhel instalace určuje umístění roviny otáčení lopatky vzhledem k její ose;

r je poloměr řezu nebo vnitřní poloměr otáčení.

• Mechanická pevnost – určuje schopnost prvku odolávat zatížení, které na něj působí a závisí na materiálu použitém při výrobě a jeho konstrukci.
• Aerodynamická účinnost – určuje schopnost převádět translační pohyb větrné energie na rotační pohyb hřídele větrného generátoru.
• Aeroakustické parametry – charakterizují hladinu hluku produkovaného při provozu větrné turbíny.

Jak správně počítat

Účinnost větrného generátoru je významně ovlivněna aerodynamickými charakteristikami lopatek na něm nainstalovaných, proto se před jejich výrobou provádějí speciální výpočty. Na základě těchto výpočtů jsou produkty kontrolovány z hlediska souladu získaných výsledků s požadovanými parametry a dalšími požadavky, které jsou na ně kladeny.

Vítr působí na lopatky generátoru a tato síla, nebo jinými slovy tlak, působí ve směru proudění vzduchu. Zvedací síla zase působí kolmo na tlakovou sílu, což je to, co funguje u větrných generátorů s horizontální osou otáčení (zobrazeno na obrázku níže).

Při výpočtu geometrických rozměrů lopatky se v diagramu β určí šířka její tětivy a její montážní úhel po celé délce prvku zařízení.

Při provádění výpočtů se používá metoda konečných prvků, jejíž podstatou je, že lopatka je považována za soubor jednotlivých prvků, které tvoří její složení.

Síla tlaku proudění větru je namířena proti pohybu lopatky (v diagramu se nazývá „skutečný vítr“) a v diagramu je rozložena na vektory – „rychlost větru“ a „obvodová rychlost“. Obvodová rychlost zajišťuje pohyb lopatek v rovině otáčení, přičemž v tomto směru působí zvedací síla.

Tlaková síla a vztlaková síla určují výkon větrného generátoru (vzorec je uveden v části „Hlavní charakteristiky“) a závisí na koeficientu vztlaku a také na koeficientu odporu vzduchu. Kromě toho jsou tyto koeficienty přímo závislé na geometrickém profilu lopatky a úhlu mezi její čárou tětivy a směrem proudění vzduchu.

Tětivová čára je nejdelší čárou, pokud vezmeme v úvahu její průřez, od špičky čepele k její zadní hraně.

Úhel mezi tětivou a směrem proudění vzduchu (vstupující proudění) se nazývá úhel náběhu (úhel α).

Součinitele vztlaku a odporu jsou stanoveny experimentálně a zaznamenávány do speciálních časopisů (atlasů). Graf zdvihu versus úhel náběhu (tvar čepele) vypadá takto:

Nejlepšího aerodynamického výkonu dosahují podobné prvky s úhlem α (úhel náběhu) rovným – 5.

Dalším důležitým parametrem při uspořádání prvků je jejich instalační úhel (úhel β), který je určen vzorcem:

R – poloměr vnější kružnice otáčení;

r – poloměr otáčení, kromě pažby a tupé části;

Z je rychlost špičky tohoto prvku zařízení.

Šířka čepele (rozměr „b“) je také důležitým parametrem, který vyžaduje odpovídající výpočet. Nejdůležitější částí je vnější část, kvůli větrnému prstenci a oblasti pokrytí, se kterou tato část zařízení pracuje.

Výpočet se provádí pomocí vzorce:

R – vnější poloměr otáčení;

r – vnitřní poloměr otáčení, kromě tupé a tupé části;

Z – rychlost špičky.

i – počet lopatek.

Z tohoto vzorce je zřejmé, že:

• Šířka je nepřímo úměrná vnitřnímu poloměru jeho rotace, což zase naznačuje, že nejoptimálnějším tvarem je tvar trojúhelníku;
• Větrný generátor s malým počtem lopatek musí mít širší lopatky;
• Zvyšující se rychlost zmenšuje jejich šířku.

Rychlost s indikátorem „5“ je nejoptimálnější, což vám umožňuje snížit instalační ztráty s maximálním počtem lopatek. Níže uvedený obrázek ukazuje, jak počet podobných prvků nainstalovaných na větrném generátoru ovlivňuje jeho rychlost:

Vysoká rychlost umožňuje zvýšit účinnost větrných generátorů, zatímco negativní faktory při provozu takových zařízení budou:

• Zvýšená hladina hluku;
• Vibrace při použití jedné nebo dvou čepelí;
• Zvýšená eroze okraje;
• Obtížný start s nízkým prouděním větru.

Pro snížení hladiny hluku jsou špičky nožů vyrobeny zašpičatělé a pro snazší startování jsou základny o něco širší než u velikosti „b“.

Typy čepelí

V závislosti na typu větrného generátoru se může typ použitých lopatek v každém konkrétním případě lišit, ale základní provedení odpovídají následujícím typům.

1. Křídlový typ – používá se v instalacích s horizontální a vertikální osou otáčení a může být vyroben z tvrdých materiálů.

2. Plachetní typ, může být ve tvaru křídla a vyrobený z měkkých materiálů:

3. Ploché – ve formě frézovacích lopatek kombinují oba výše uvedené typy, a mohou být vyrobeny z lehkého a odolného materiálu (překližka, plast atd.).

Výběr materiálu

K výrobě čepelí se používají různé materiály, hlavní požadavky na ně jsou následující:

• Pevnost – schopnost odolávat stálému zatížení způsobenému větrnými proudy;
• Nízká hmotnost – zvyšuje životnost jednotek a mechanismů zařízení (ložiska, nástavce atd.);
• Odolnost vůči atmosférickým podmínkám (srážky, sluneční záření, okolní teplota).

Všechny výše uvedené požadavky splňují: sklolaminát, kompozitní materiály, plasty a lehké kovy (hliník, titan a další).

Výběr materiálu provádí výrobce v souladu s ekonomickou proveditelností, dostupností materiálu na relevantním trhu a také náročností jeho zpracování v průběhu pracovního procesu.

Jak si vyrobit vlastní ruce

Pokud umíte pracovat s různými ručními nástroji a rozhodnete se postavit větrný generátor svépomocí, můžete si lopatky takového zařízení vyrobit i sami. V tomto případě výběr materiálu použitého pro výrobu závisí na tom, co je k dispozici, a mohou to být následující možnosti:

plastová trubka

V tomto případě mají trubky používané pro kanalizační nebo vodovodní sítě velký průměr a mají vysokou pevnost, což je způsobeno jejich použitím v sítích s přetlakem.

Vypočítat tvar čepele vlastními silami je poměrně obtížné, takže nejlepší možností je najít šablonu požadované velikosti. K tomu můžete využít specializovanou literaturu, časopisy nebo internetové zdroje, které obsahují velké množství produktů různých konfigurací a geometrických rozměrů.

Podle šablony se na povrch trubky nanesou rozměry, po kterých se pomocí řezného nástroje vyříznou čepele, jako na obrázku níže.

Boční hrany jsou očištěny, jsou odstraněny otřepy a nerovnosti. Po vyrobení požadovaného množství jsou lopatky spojeny do jednoho celku a umístěny na hřídel větrného generátoru.

Vyrobeno ze sklolaminátu

Při použití sklolaminátu (sklolaminátu) je nejprve vyrobena šablona ze dřeva, ze které jsou následně vyrobeny prvky čepele. Zpravidla jsou v tomto případě duté, v případě potřeby je možné instalovat výztužné nosníky a vyplnit dutiny různými součástmi.

Při vytváření šablony je povrch čepele podmíněně rozdělen podél vodorovné osy, po které se získá šablona pro spodní a šablonu pro horní části. Na základě vyrobené základny (šablony), kterou lze nazvat matricí, jsou vyráběny jednotlivé prvky čepele. K tomu se na matrici nanese několik vrstev skelného vlákna za použití epoxidové pryskyřice a tvrdidla, které musí vytvrdnout. Po vytvrzení se na povrch vyrobeného produktu instalují nosníky a těsnění (v ocasní části). Tmel se pokládá v případě potřeby, což musí být potvrzeno příslušnými výpočty nebo zdůvodněním uvedeným v technické literatuře, kde byla šablona odebrána.

Vyrobené díly jsou navzájem spojeny pomocí lepidla v tupé části je namontována stopka, pomocí které je čepel připevněna k hřídeli větrného generátoru.

Při provádění práce budete potřebovat následující nástroj:

• Ocasky různých typů v závislosti na použitém materiálu;
• Nůžky na kov nebo ruční elektrické nářadí (skládačka, bruska atd.);
• Značky a rysky používané pro označování vyrobených dílů;
• Brusné materiály: brusný papír, brusné kotouče do úhlové brusky, pilníky – slouží k povrchové úpravě.

Kde koupit?

Větrný generátor a jeho komponenty jsou specializovaným produktem, který se neprodává v běžných obchodních řetězcích, takže neexistuje široká škála firem, které jej prodávají.

Pokud je potřeba zakoupit sadu lopatek nebo jejich jednotlivé prvky, je nejlepší kontaktovat společnost, která takové zařízení vyrábí. Pokud máte a provozujete generátor určité značky, měli byste se obrátit na jeho výrobce, čímž se vyhnete problémům s instalací a také zachováte technické vlastnosti zařízení a neporušíte jeho provozní podmínky.

Při vlastní výrobě větrného generátoru si můžete zakoupit čepele vyrobené v továrně, které prodávají specializované obchodní organizace a internetové obchody.

Průměrné ceny

Náklady na lopatky závisí na výkonu větrného generátoru, na kterém jsou instalovány, na materiálu, ze kterého jsou vyrobeny, na zemi a značce výrobce a také na místě nákupu.

Náklady na sadu lopatek pro větrné generátory značky „Exmork“ (Zonhan) vyráběné v Číně, v závislosti na výkonu zařízení, jsou tedy:

• Pro P=1,0 kW – od 13000,00 XNUMX rublů;
• Pro P=1,5 kW – od 22000,00 XNUMX rublů;
• Pro P=2,0 kW – od 23000,00 XNUMX rublů.
• Pro P=3,0 kW – od 34000,00 XNUMX rublů.

Lopatky pro větrný generátor značky SWG FD2.7-500 (Čína) se prodávají za cenu 7500,00 rublů.

Lopatky pro generátory typu „RV“ (Rusko), v závislosti na geometrických rozměrech, se prodávají za následující ceny:

• 1,2 metru – od 4500,00 rublů;
• 2,6 metru – od 12000,00 rublů;
• 3,0 metru – od 15000,00 rublů;
• 4,0 metru – od 29000,00 rublů;
• 6,0 metrů – od 75000,00 XNUMX rublů;
• 7,5 metru – 135000,00 XNUMX rublů.

Údržba a péče

Jednou z hlavních podmínek pro bezproblémový provoz větrného generátoru je spolehlivé upevnění lopatek. Načasování kontrolních součástí, síla jejich upevnění, jakož i spolehlivost ostatních prvků instalace jsou regulovány výrobcem a jsou uvedeny v jeho pasu a návodu k obsluze.

Pokud vezmeme v úvahu obecná pravidla pro údržbu a péči, pak se ve vztahu k lopatkám instalací provádějí v následujícím pořadí:

• Měsíčně – provádí se vnější kontrola a upevnění přípojných uzlů (dle potřeby).
• Čtvrtletně – dotažení závitových spojů, pokud existují, v daném prvku zařízení (podle potřeby).
• Jednou za půl roku se provádí kontrola nevyváženosti a v případě potřeby se provádí vyvážení.
• Jednou ročně – kontrola celkového stavu, provedení oprav a nátěru (dle potřeby).

Pravděpodobně se vám budou líbit i následující materiály: Ceny větrných generátorů

Děkuji, že jste dočetli až do konce! nezapomeň přihlásit se k odběru kanálu, Еpokud se vám článek líbil!

Sdílejte s přáteli, zanechte své komentáře

Přidejte se do naší skupiny na VK:

a navrhnout témata k diskusi, společně to bude zajímavější.