Historiallisesti ensimmäinen kiinteä tuulienergiaa käyttävä yksikkö oli tuulimylly, jota tuuli ohjasi manuaalisesti. Sen päätyörunko oli moniteräinen pyörä, jossa oli vaakasuora pyörimisakseli, asennettu tuulen suuntaan. Tällaisia tuuliturbiineja käytettiin laajasti keskiajalla ja myöhemmin viljan jauhamiseen, veden nostamiseen ja pumppaamiseen sekä joidenkin teollisuudenalojen ohjaamiseen. Suuret tehdasvalmisteiset tuulimyllyt suurilla tuulennopeuksilla voisivat kehittää jopa 60 kW tehoa. 1800-luvulla Venäjällä tuulimyllyjen määrä ylitti 200 tuhatta, niiden kokonaiskapasiteetti oli noin 1,3 miljoonaa kW, ja vuonna 1930 niitä oli Neuvostoliitossa yli 800 tuhatta.
Siipipyöräisten tuuliturbiinien tuulipyörät: 1 - monilapaiset, 2 - kolmilapaiset, 3 - kaksilapaiset, 4 - yksilapaiset vastapainolla
Tällä hetkellä tiedossa monia erilaisia tuulimyllyjä - tuulivoimaloita(). Tuulivoimaloita, joissa on siivekkäät tuulipyörät ja vaakasuuntainen pyörimisakseli, käytetään laajalti. Niistä kaksi- ja kolmilapaiset tuuliturbiinit ovat saaneet eniten kehitystä. Tuulipyörän vääntömomentti syntyy nostovoimasta, joka syntyy, kun ilmavirtaus virtaa siipien profiilin ympäri. Tämän seurauksena ilmavirran kineettinen energia siipien pyyhkäisemällä alueella muuttuu tuulipyörän mekaaniseksi pyörimisenergiaksi.
tuulimyllyt
tuulimyllyt
Tuulipyörän akselille kehittyvä teho on verrannollinen sen halkaisijan neliöön ja tuulen nopeuden kuutioon. N.E.:n klassisen teorian mukaan Zhukovsky ideaaliselle tuulipyörälle, tuulienergian käyttökerroin £ = 0,593. Toisin sanoen ihanteellinen (äärettömällä määrällä teriä) voi ottaa 59,3 % poikkileikkauksensa läpi kulkevasta energiasta. Käytännössä parhailla nopeilla pyörillä tuulienergian käyttökertoimen maksimiarvo on 0,45-0,48 ja hitailla pyörillä jopa 0,36-0,38.
Tuulipyörän tärkeä ominaisuus on sen nopeus Z, joka on siiven pään nopeuden suhde tuulen virtauksen nopeuteen. Lavan pää liikkuu yleensä tuulipyörän tasossa nopeudella, joka on useita kertoja tuulen nopeutta suurempi. Optimaaliset nopeusarvot kaksiteräiselle pyörälle ovat 5-7, kolmiteräiselle - 4-5, kuusiteräiselle - 2,5-3,5. tuulimyllyt
Suunnitteluominaisuuksista tuulipyörän tehoon vaikuttavat pääasiassa sen halkaisija sekä siipien muoto ja profiili. Teho riippuu vähän terien lukumäärästä. Tuulipyörän pyörimistaajuus on verrannollinen tuulen nopeuteen ja nopeuteen ja kääntäen verrannollinen halkaisijaan. Pyörän keskikohdan korkeus vaikuttaa myös tehoon, koska tuulen nopeus riippuu korkeudesta.
Teho, kuten todettiin, on verrannollinen tuulen nopeuteen kolmanteen tehoon. Suunniteltulla tuulennopeudella ja sitä suuremmalla tuuliturbiinin toiminta nimellisteholla varmistetaan. Tuulen nopeuksilla, jotka ovat pienempiä kuin tuuliturbiinin mitoituskapasiteetti, se voi olla 20–30 % nimellisarvosta tai vähemmän.
Tällaisissa käyttöolosuhteissa generaattoreissa tapahtuu suuria energiahäviöitä niiden alhaisen hyötysuhteen vuoksi. pienillä kuormilla ja asynkronisissa generaattoreissa esiintyy lisäksi suuria loisvirtoja, jotka on kompensoitava. Tämän puutteen poistamiseksi jotkut tuuliturbiinit käyttävät 2 generaattoria, joiden nimellisteho on 100 ja 20 - 30 % tuuliturbiinin nimellistehosta. Kevyellä tuulella ensimmäinen generaattori sammuu. Joissakin tuuliturbiineissa pieni generaattori mahdollistaa myös laitoksen käytön alhaisilla tuulennopeuksilla pienillä nopeuksilla korkealla tuulienergian käyttökertoimella. tuulimyllyt
Tuulipyörän asennus tuulessa, ts. kohtisuorassa tuulen suuntaan, tuotetaan erittäin pienitehoisina yksiköinä hännän (häntä) avulla, pieninä ja keskitehoisina yksiköinä - tuuliruusumekanismin avulla ja nykyaikaisissa suurissa asennuksissa - erityisellä suuntausjärjestelmä, joka vastaanottaa ohjausimpulssin tuulen suunta-anturilta (tuuliviiri), joka on asennettu tuuliturbiinin konepellin päälle. Tuuliruusumekanismi on yksi tai kaksi pientä tuulipyörää, joiden pyörimistaso on kohtisuorassa pääpyörän pyörimistasoon nähden ja jotka toimivat tuuliturbiinin pään alustaa kääntävän maton ohjaamiseksi, kunnes tuuliruusut ovat samansuuntaisessa tasossa. tuulen suuntaan.
Siivekäs vaakasuuntaisella pyörimisakselilla voidaan sijoittaa tornin eteen ja sen taakse. Jälkimmäisessä tapauksessa terä joutuu jatkuvasti toistuvaan vaihtelevien voimien vaikutukseen kulkiessaan tornin varjon läpi, mikä samalla lisää merkittävästi melutasoa. Tuulipyörän tehon säätämiseen ja pyörimisnopeuden rajoittamiseen käytetään useita menetelmiä, mukaan lukien siipien tai niiden osien pyöriminen pituusakselinsa ympäri, samoin kuin läpät, siipien venttiilit ja muut menetelmät. tuulimyllyt
Tuulipyörän vaakasuuntaisella pyörimisakselilla varustettujen tuuliturbiinien tärkeimmät edut ovat, että olosuhteet ilman virtaukselle siipien ympärillä ovat vakiot, eivät muutu tuulipyörän kääntyessä, vaan ne määräytyvät vain tuulen nopeuden mukaan. Tästä sekä tuulienergian käyttökertoimen melko korkeasta arvosta johtuen siipityyppiset tuuliturbiinit ovat tällä hetkellä yleisimmin käytettyjä.
Savonius-roottori: a) kaksilapainen, b) nelilapainenToinen tuuliturbiinityyppi on Savonius-roottori.
Vääntömomentti syntyy, kun Savonius-roottori virtaa roottorin ympäri kuperan ja koveran osan erilaisen vastuksen vuoksi. Savonius roottori. Pyörä on yksinkertainen, mutta sillä on erittäin alhainen tuulienergian käyttökerroin - vain 0,1 - 0,15. tuulimyllyt
Tuulivoimalat () pystysuoralla roottorilla: a - F-muotoinen, b - L-muotoinen, c - suoralla siivellä. 1 - torni (akseli), 2 - roottori, 3 - jatkeet, 4 - tuki, 5 - vääntömomentin siirto
Viime vuosina useissa ulkomailla, erityisesti Kanadassa, on alettu kehittää tuuliturbiinia, jossa on Darrieus-roottori, jota ehdotettiin Ranskassa vuonna 1920. Tällä Darrieus-roottorilla on pystysuora pyörimisakseli ja se koostuu kahdesta neljään kaarevasta lavasta. .
Lavat muodostavat avaruudellisen rakenteen, joka pyörii tuulenvirrasta siipiin kohdistuvien nostovoimien vaikutuksesta. Darrieus-roottorissa tuulienergian käyttökerroin saavuttaa arvot 0,30 - 0,35. Äskettäin on kehitetty pyörivä Darrieus-moottori, jossa on suorit siivet.
Pystysuuntaiset tuulimyllyt
Darrieus-tuuliturbiinien (roottoreiden) tärkein etu on, että ne eivät tarvitse tuulen suuntausmekanismia. Niissä on generaattori ja muut mekanismit, jotka on sijoitettu pienelle korkeudelle alustan lähelle. Kaikki tämä yksinkertaistaa suunnittelua huomattavasti. Näiden tuuliturbiinien vakava orgaaninen haitta on kuitenkin merkittävä muutos siiven ympärillä olevan virtauksen olosuhteissa Darrieus-roottorin yhden kierroksen aikana, mikä toistuu syklisesti käytön aikana.
Tämä voi aiheuttaa väsymisilmiöitä ja johtaa Darrieus-roottorin elementtien tuhoutumiseen ja vakaviin onnettomuuksiin, mikä tulee ottaa huomioon Darrieus-roottoria suunniteltaessa (erityisesti suuritehoisissa tuuliturbiineissa). Lisäksi, jotta pääset alkuun, ne on irrotettava.
Tuulienergian käyttökertoimen £ riippuvuudet nopeudesta Z eri tuulimyllyt näkyy kuvassa.
Tyypillisiä tuulienergian käyttökertoimen £ riippuvuuksia tuulipyörän Z nopeudesta: 1 - ihanteellinen siivekäs tuulipyörä; 2,3 ja 4 - kaksi-, kolmi- ja monisiipiiset siipipyöräiset tuuliturbiinit; 5 - Darier roottori; 6 - Savonius-roottori; 7 – tanskalaisen myllyn nelilapainen tuulipyörä
Voidaan nähdä, että kaksi- ja kolmilapaisilla pyörillä, joilla on vaakasuuntainen pyörimisakseli, on suurin arvo ξ. Heille korkea £ säilyy laajalla nopeusalueella Z. Jälkimmäinen on olennaista, koska tuuliturbiinien on toimittava tuulen nopeuksilla, jotka vaihtelevat laajoissa rajoissa. Tästä syystä tämäntyyppiset asennukset ovat saaneet eniten leviämistä viime vuosina.
Useimmat tuuliturbiinityypit ovat olleet tiedossa niin kauan, että historia on vaiti niiden keksijöiden nimistä.
Tuuliturbiinien tyypit:
Tuuliturbiinien päätyypit on esitetty kuvassa. Ne on jaettu kahteen ryhmään:
tuuliturbiinit, joissa on vaakasuuntainen pyörimisakseli (siipityyppi) (2...5);
tuuliturbiinit, joissa on pystysuuntainen pyörimisakseli (karuselli: siipiä (1) ja ortogonaalisia (6)).
Siipituuliturbiinien tyypit eroavat vain siipien lukumäärästä.
siivekäs
Siipituuliturbiineille, joiden suurin hyötysuhde saavutetaan, kun ilmavirtaus on kohtisuorassa siipien siipien pyörimistasoon nähden, tarvitaan laite pyörimisakselin automaattiseen pyörittämiseen.
Tätä tarkoitusta varten käytetään stabilointisiipeä.
Karusellituuliturbiinien etuna on, että ne voivat työskennellä mihin tahansa tuulen suuntaan muuttamatta sijaintiaan.
Siipituuliturbiinien tuulienergian käyttökerroin (ks. kuva) on paljon suurempi kuin karusellien.
Samaan aikaan karuselleilla on paljon enemmän vääntöä.
Se on suurin karusellilapayksiköille, kun suhteellinen tuulennopeus on nolla.
Siivekkäisten tuuliturbiinien leviäminen selittyy niiden pyörimisnopeuden suuruudella.
Ne voidaan kytkeä suoraan sähkövirtageneraattoriin ilman kerrointa.
Siipituuliturbiinien pyörimisnopeus on kääntäen verrannollinen siipien lukumäärään, joten yksiköitä, joissa on enemmän kuin kolme siipeä, ei käytännössä käytetä.
karuselli
Ero aerodynamiikassa antaa karuselleille etua perinteisiin tuulivoimaloihin verrattuna.
Tuulen nopeuden kasvaessa ne lisäävät nopeasti vetovoimaa, jonka jälkeen pyörimisnopeus vakiintuu.
Karusellituuliturbiinit ovat hitaita, mikä mahdollistaa yksinkertaisten sähköpiirien käytön, esimerkiksi asynkronisella generaattorilla, ilman onnettomuusriskiä vahingossa tapahtuvan tuulenpuuskan sattuessa.
Hitaus asettaa yhden rajoittavan vaatimuksen - pienillä nopeuksilla toimivan moninapaisen generaattorin käytön.
Tällaisia generaattoreita ei käytetä laajalti, ja kertoimien käyttö (kerroin [lat. Multiplicator - kertova] - step-up vaihteisto) ei ole tehokasta, koska jälkimmäinen on alhainen.
Vielä tärkeämpi etu karusellisuunnittelussa oli sen kyky ilman lisätemppuja seurata "mistä tuuli puhaltaa", mikä on erittäin tärkeää pintapuhdistusvirtojen kannalta.
Tämän tyyppisiä tuuliturbiineja rakennetaan Yhdysvalloissa, Japanissa, Englannissa, Saksassa ja Kanadassa.
Karusellilapainen tuuliturbiini on helpoin käyttää. Sen rakenne tarjoaa suurimman vääntömomentin tuuliturbiinia käynnistettäessä ja suurimman pyörimisnopeuden automaattisen itsesäätelyn käytön aikana.
Kuorman kasvaessa pyörimisnopeus laskee ja vääntömomentti kasvaa täydelliseen pysähtymiseen saakka.
Ortogonaalinen
Ortogonaaliset tuuliturbiinit, kuten asiantuntijat uskovat, ovat lupaavia laajamittaiseen energiaan.
Nykyään ortogonaalisten rakenteiden tuulettimet kohtaavat tiettyjä vaikeuksia. Niistä erityisesti laukaisuongelma.
Ortogonaalisissa asennuksissa käytetään samaa siipiprofiilia kuin aliäänilentokoneessa (katso kuva 6).
Ennen kuin lentokone "nojautuu" siiven nostovoimaan, sen on noustava. Sama pätee ortogonaalisen asennuksen tapauksessa.
Ensin sinun täytyy tuoda siihen energiaa - pyörittää sitä ja saattaa se tiettyihin aerodynaamisiin parametreihin, ja vasta sitten se itse vaihtaa moottoritilasta generaattoritilaan.
Voimanotto alkaa, kun tuulen nopeus on noin 5 m/s ja nimellisteho saavutetaan nopeudella 14...16 m/s.
Tuuliturbiinien alustavien laskelmien mukaan niiden käyttöteho on 50 - 20 000 kW.
Realistisessa asennuksessa, jonka teho on 2000 kW, renkaan halkaisija, jota pitkin siivet liikkuvat, on noin 80 metriä.
Voimakkaalla tuuliturbiinilla on suuret mitat. Pienillä kuitenkin pärjää - ota numero, älä kokoa.
Varustamalla jokaiselle sähkögeneraattorille erillinen muuntaja, voidaan laskea yhteen generaattoreiden tuottama lähtöteho.
Tällöin tuuliturbiinin luotettavuus ja kestävyys paranevat.
TUULIVOIMA
laite, joka muuttaa tuulienergian pyörimisenergiaksi. Tuuliturbiinin päätyörunko on pyörivä yksikkö - tuulen käyttämä ja akseliin jäykästi kytketty pyörä, jonka pyöriminen käyttää hyödyllistä työtä tekevää laitetta. Akseli asennetaan vaaka- tai pystysuoraan. Tuulivoimaloita käytetään yleensä jaksoittain kulutetun energian tuottamiseen: pumpattaessa vettä säiliöihin, jauhattaessa viljaa, tilapäisissä, hätä- ja paikallissähköverkoissa.
Historiallinen viittaus. Vaikka pintatuulet eivät aina puhaltele, vaihda suuntaaan ja niiden voimakkuus ei ole vakio, tuuliturbiini on yksi vanhimmista luonnonlähteistä energian saamiseen tarkoitetuista koneista. Muinaisten tuuliturbiinien kirjallisten raporttien epäilyttävän luotettavuuden vuoksi ei ole täysin selvää, milloin ja missä tällaiset koneet ilmestyivät ensimmäisen kerran. Mutta joidenkin tietueiden perusteella ne olivat olemassa jo ennen 700-lukua. ILMOITUS Tiedetään, että niitä käytettiin Persiassa 10-luvulla, ja Länsi-Euroopassa ensimmäiset tämän tyyppiset laitteet ilmestyivät 1100-luvun lopulla. 1500-luvun aikana hollantilaisen tuulimyllyn telttatyyppi lopulta muodostui. Niiden suunnittelussa ei havaittu erityisiä muutoksia ennen 1900-luvun alkua, jolloin myllyjen siipien muotoja ja pinnoitteita parannettiin merkittävästi tutkimuksen tuloksena. Koska hidaskäyntiset koneet ovat isoja, 1900-luvun jälkipuoliskolla. alkoi rakentaa nopeita tuulivoimaloita, ts. ne, joiden tuulipyörät voivat tehdä suuren määrän kierroksia minuutissa korkealla tuulienergian käyttökertoimella.
Nykyaikaiset tuuliturbiinityypit. Tällä hetkellä käytetään kolmea päätyyppiä tuulivoimaloita - rumpu, siipi (ruuvityyppi) ja pyörivä (S-muotoisella repellerprofiililla).
Rumpu ja siivekäs. Vaikka rumputyyppisellä tuulipyörällä on alhaisin tuulienergian käyttöaste verrattuna muihin nykyaikaisiin karkotteisiin, se on yleisimmin käytetty. Monilla tiloilla sitä käytetään pumppaamaan vettä, jos jostain syystä ei ole verkkovirtaa. Tyypillinen muoto tällaisesta metallilevyterillä varustetusta pyörästä on esitetty kuvassa 1. 1. Rummun ja siiven tuulipyörät pyörivät vaakasuoralla akselilla, joten ne on käännettävä tuuleen saadakseen parhaan suorituskyvyn. Tätä varten heille annetaan peräsin - pystytasossa oleva terä, joka varmistaa tuulipyörän kääntymisen tuuleen. Maailman suurimman siipityyppisen tuuliturbiinin pyörän halkaisija on 53 m, siiven maksimileveys 4,9 m. Tuulipyörä on kytketty suoraan 1000 kW:n sähkögeneraattoriin, joka kehittyy tuulen nopeudella vähintään 48 km/h. Sen siivet on säädetty siten, että tuulipyörän pyörimisnopeus pysyy vakiona ja on 30 rpm tuulen nopeusalueella 24-112 km/h. Koska tuulet puhaltavat melko usein alueella, jossa tällaiset tuuliturbiinit sijaitsevat, tuulivoimala tuottaa yleensä 50 % enimmäistehosta ja syöttää yleistä sähköverkkoa. Siipituuliturbiineja käytetään laajasti syrjäisillä maaseutualueilla sähkön tuottamiseen maatiloilla, mukaan lukien radioviestintäjärjestelmien akkujen lataaminen. Niitä käytetään myös lentokoneiden ja ohjattujen ohjusten voimalaitoksissa.
S-muotoinen roottori. Pystyakselille asennettu S-muotoinen roottori (kuva 2) on hyvä, koska tällaisella karkottimella varustettua tuuliturbiinia ei tarvitse tuoda tuuleen. Vaikka sen akselin vääntömomentti muuttuu minimistä kolmasosaan maksimiarvostaan puolessa kierrossa, se ei riipu tuulen suunnasta. Kun sileä pyöreä sylinteri pyörii tuulen vaikutuksesta, vaikuttaa sylinterin runkoon tuulen suuntaan nähden kohtisuora voima. Tätä ilmiötä kutsutaan Magnus-ilmiöksi sitä tutkineen saksalaisen fyysikon (1852) mukaan. Vuosina 1920-1930 A. Flettner käytti pyöriviä sylintereitä (Flettner-roottoreita) ja S-muotoisia roottoreita lapatuulipyörien sijasta ja myös potkureina laivassa, joka siirtyi Euroopasta Amerikkaan ja takaisin.
Tuulienergian käyttökerroin. Tuulesta saatava teho on yleensä pieni - alle 4 kW kehittää vanhentunut hollantilainen tuulimylly tuulennopeudella 32 km / h. Tuulen virtauksen käytettävissä oleva voima muodostuu aikayksikköä kohti kohtisuorassa tietyn kokoiseen pinta-alaan nähden liikkuvien ilmamassojen liike-energiasta. Tuuliturbiinissa tämä alue määräytyy karkottimen tuulen puoleisen pinnan mukaan. Kun otetaan huomioon korkeus merenpinnan yläpuolella, siihen kohdistuva ilmanpaine ja sen lämpötila, käytettävissä oleva teho N (kW) pinta-alayksikköä kohti määritetään yhtälöllä N = 0,0000446 V3 (m/s). Tuulienergian käyttökerroin määritellään yleensä tuuliturbiinin akselilla kehittyneen tehon ja tuulipyörän tuulen puoleiseen pintaan vaikuttavan tuulivirran käytettävissä olevan tehon suhteena. Tämä kerroin tulee maksimiksi tietyssä suhteessa tuulipyörän siiven ulkoreunan nopeuden w ja tuulen nopeuden u välillä; tämän w/u-suhteen arvo riippuu tuuliturbiinin tyypistä. Tuulienergian käyttökerroin riippuu tuulipyörän tyypistä ja vaihtelee välillä 5-10 % (hollantilainen mylly litteillä siipillä, w/u = 2,5) ja 35-40 % (profiloitu siipikarkotin, 5 Ј w/u Ј 10 ).
KIRJALLISUUS
Tuulivoima. M., 1982 Yaras L. et ai. Tuulienergia. M., 1982
Collier Encyclopedia. – Avoin yhteiskunta. 2000 .
Synonyymit:Katso, mitä "WIND MOTOR" on muissa sanakirjoissa:
Tuuliturbiini … Oikeinkirjoitussanakirja
Moottori, pneumowind-moottori, tuuliturbiini, tuulivoimala, venäjän synonyymien sanakirja. tuulivoimala n., synonyymien lukumäärä: 4 tuulimylly (8) ... Synonyymien sanakirja
Käyttää tuulienergiaa mekaanisen energian tuottamiseen. Enimmäkseen siipituuliturbiinit ovat yleisiä, joissa tuulipyörän pyörimisakseli on sama kuin ilmavirran suunta ... Suuri Ensyklopedinen sanakirja
tuuliturbiini- VD Laite tuulienergian muuttamiseksi tuuliturbiinin pyörimisen mekaaniseksi energiaksi. [GOST R 51237 98] Aiheet tuulivoima Synonyymit VD EN tuulimoottori ... Teknisen kääntäjän käsikirja
tuuliturbiini- tuuliturbiini... Lyhenteiden ja lyhenteiden sanakirja
TUULIVOIMA- (tuuliturbiini) moottori, joka käyttää tuulen kineettistä energiaa tuottamaan mekaanista energiaa. Alkukantainen näkymä V. tuulimyllylle. On olemassa tuuliturbiinit: siivekäs, karuselli tai pyörivä, ja rumpu ... Suuri ammattikorkeakoulun tietosanakirja
Moottori, joka käyttää tuulen kineettistä energiaa tuottamaan mekaanista energiaa. Tuulen työkappaleena, joka havaitsee tuulen virtauksen energian (paineen) ja muuntaa sen akselin pyörimisen mekaaniseksi energiaksi, he käyttävät ... ... Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja
Kone, joka muuttaa tuulen kineettisen energian mekaaniseksi energiaksi. Tuuliturbiinin työkappale on tuulipyörä, joka havaitsee ilmavirran paineen ja muuntaa sen akselin pyörimisen mekaaniseksi energiaksi. Erota…… Tekniikan tietosanakirja
I; m. Tuulen voiman käyttämä moottori. * * * Tuuliturbiini käyttää tuulienergiaa mekaanisen energian tuottamiseen. Enimmäkseen siipituuliturbiinit ovat yleisiä, joissa tuulipyörän pyörimisakseli on sama kuin ... ... tietosanakirja
Kineetikkaa käyttävä moottori tuulienergian tuottamiseksi mekaanisesti energiaa. Erottele V. vaned (katso kuva), pääsääntöisesti vaakasuuntaisella pyörimisakselilla, kertoimella. tuulienergian käyttö jopa 0,48 (yleisin); karuselli, ... ... Suuri tietosanakirja ammattikorkeakoulun sanakirja
Artikkelin sisältö
tuuliturbiini, laite, joka muuttaa tuulienergian pyörimisenergiaksi. Tuuliturbiinin päätyökappale on akseliin jäykästi kytketty tuulen ohjaama pyörivä yksikkö, jonka pyöriminen käyttää hyödyllistä työtä tekevää laitetta. Akseli asennetaan vaaka- tai pystysuoraan. Tuulivoimaloita käytetään yleensä jaksoittain kulutetun energian tuottamiseen: pumpattaessa vettä säiliöihin, jauhattaessa viljaa, tilapäisissä, hätä- ja paikallissähköverkoissa.
Historiallinen viittaus.
Vaikka pintatuulet eivät aina puhaltele, vaihda suuntaaan ja niiden voimakkuus ei ole vakio, tuuliturbiini on yksi vanhimmista luonnonlähteistä energian saamiseen tarkoitetuista koneista. Muinaisten tuuliturbiinien kirjallisten raporttien epäilyttävän luotettavuuden vuoksi ei ole täysin selvää, milloin ja missä tällaiset koneet ilmestyivät ensimmäisen kerran. Mutta joidenkin tietueiden perusteella ne olivat olemassa jo ennen 700-lukua. ILMOITUS Tiedetään, että niitä käytettiin Persiassa 10-luvulla, ja Länsi-Euroopassa ensimmäiset tämän tyyppiset laitteet ilmestyivät 1100-luvun lopulla. 1500-luvun aikana hollantilaisen tuulimyllyn telttatyyppi lopulta muodostui. Niiden suunnittelussa ei havaittu erityisiä muutoksia ennen 1900-luvun alkua, jolloin myllyjen siipien muotoja ja pinnoitteita parannettiin merkittävästi tutkimuksen tuloksena. Koska hidaskäyntiset koneet ovat isoja, 1900-luvun jälkipuoliskolla. alkoi rakentaa nopeita tuulivoimaloita, ts. ne, joiden tuulipyörät voivat tehdä suuren määrän kierroksia minuutissa korkealla tuulienergian käyttökertoimella.
Nykyaikaiset tuuliturbiinityypit.
Tällä hetkellä käytetään kolmea päätyyppiä tuuliturbiineja: rumpu, siipi (ruuvityyppi) ja pyörivä (S-muotoisella repellerprofiililla).
Rumpu ja siivekäs.
Vaikka rumputyyppisellä tuulipyörällä on alhaisin tuulienergian käyttöaste verrattuna muihin nykyaikaisiin karkotteisiin, se on yleisimmin käytetty. Monilla maatiloilla sen kanssa pumppaa vettä, jos jostain syystä ei ole verkkovirtaa. Tyypillinen muoto tällaisesta metallilevyterillä varustetusta pyörästä on esitetty kuvassa 1. 1. Rummun ja siiven tuulipyörät pyörivät vaakasuoralla akselilla, joten ne on käännettävä tuuleen saadakseen parhaan suorituskyvyn. Tätä varten heille annetaan peräsin - pystytasossa oleva terä, joka varmistaa tuulipyörän kääntymisen tuuleen. Maailman suurimman siipityyppisen tuuliturbiinin pyörän halkaisija on 53 m, siiven maksimileveys 4,9 m. Tuulipyörä on kytketty suoraan 1000 kW:n sähkögeneraattoriin, joka kehittyy tuulen nopeudella vähintään 48 km/h. Sen siivet on säädetty siten, että tuulipyörän pyörimisnopeus pysyy vakiona ja on 30 rpm tuulen nopeusalueella 24-112 km/h. Koska tuulet puhaltavat melko usein alueella, jossa tällaiset tuuliturbiinit sijaitsevat, tuulivoimala tuottaa yleensä ~ 50 % maksimitehosta ja syöttää yleistä sähköverkkoa. Siipituuliturbiineja käytetään laajasti syrjäisillä maaseutualueilla sähkön tuottamiseen maatiloilla, mukaan lukien radioviestintäjärjestelmien akkujen lataaminen. Niitä käytetään myös lentokoneiden ja ohjattujen ohjusten voimalaitoksissa.
S-muotoinen roottori.
Pystyakselille asennettu S-muotoinen roottori (kuva 2) on hyvä, koska tällaisella karkottimella varustettua tuuliturbiinia ei tarvitse tuoda tuuleen. Vaikka sen akselin vääntömomentti muuttuu minimistä kolmasosaan maksimiarvostaan puolessa kierrossa, se ei riipu tuulen suunnasta. Kun sileä pyöreä sylinteri pyörii tuulen vaikutuksesta, vaikuttaa sylinterin runkoon tuulen suuntaan nähden kohtisuora voima. Tätä ilmiötä kutsutaan Magnus-ilmiöksi sitä tutkineen saksalaisen fyysikon (1852) mukaan. Vuonna 19201930 A. Flettner käytti pyöriviä sylintereitä (Flettner-roottoreita) ja S-muotoisia roottoreita lapojen tuulipyörien sijasta ja myös potkureina laivassa, joka siirtyi Euroopasta Amerikkaan ja takaisin.
Tuulienergian käyttökerroin.
Tuulesta saatava teho on yleensä pieni - alle 4 kW kehittää vanhentunutta hollantilaista tuulimyllyä, jonka tuulennopeus on 32 km/h. Tuulen virtauksen käytettävissä oleva voima muodostuu aikayksikköä kohti kohtisuorassa tietyn kokoiseen pinta-alaan nähden liikkuvien ilmamassojen liike-energiasta. Tuuliturbiinissa tämä alue määräytyy karkottimen tuulen puoleisen pinnan mukaan. Kun otetaan huomioon korkeus merenpinnan yläpuolella, siihen kohdistuva ilmanpaine ja sen lämpötila, käytettävissä oleva teho N(kW) pinta-alayksikköä kohti saadaan yhtälöstä
N\u003d 0,0000446 V 3 (m/s).
Tuulienergian käyttökerroin määritellään yleensä tuuliturbiinin akselilla kehittyneen tehon ja tuulipyörän tuulen puoleiseen pintaan vaikuttavan tuulivirran käytettävissä olevan tehon suhteena. Tämä kerroin tulee maksimiksi tietyssä suhteessa tuuliturbiinin siiven ulkoreunan nopeuden välillä w ja tuulen nopeus u; tämän suhteen merkitys w/u riippuu tuuliturbiinin tyypistä. Tuulienergian käyttökerroin riippuu tuulipyörän tyypistä ja vaihtelee välillä 510 % (hollantilainen mylly litteillä siipillä, w/u= 2,5) jopa 3540 % (profiloitu siipikarkotin, 5 J w/u 10 puntaa).
laite, joka muuttaa tuulienergian pyörimisenergiaksi. Tuuliturbiinin päätyörunko on pyörivä yksikkö - tuulen käyttämä ja akseliin jäykästi kytketty pyörä, jonka pyöriminen käyttää hyödyllistä työtä tekevää laitetta. Akseli asennetaan vaaka- tai pystysuoraan. Tuulivoimaloita käytetään yleensä jaksoittain kulutetun energian tuottamiseen: pumpattaessa vettä säiliöihin, jauhattaessa viljaa, tilapäisissä, hätä- ja paikallissähköverkoissa.
Historiallinen viittaus. Vaikka pintatuulet eivät aina puhaltele, vaihda suuntaaan ja niiden voimakkuus ei ole vakio, tuuliturbiini on yksi vanhimmista luonnonlähteistä energian saamiseen tarkoitetuista koneista. Muinaisten tuuliturbiinien kirjallisten raporttien epäilyttävän luotettavuuden vuoksi ei ole täysin selvää, milloin ja missä tällaiset koneet ilmestyivät ensimmäisen kerran. Mutta joidenkin tietueiden perusteella ne olivat olemassa jo ennen 700-lukua. ILMOITUS Tiedetään, että niitä käytettiin Persiassa 10-luvulla, ja Länsi-Euroopassa ensimmäiset tämän tyyppiset laitteet ilmestyivät 1100-luvun lopulla. 1500-luvun aikana hollantilaisen tuulimyllyn telttatyyppi lopulta muodostui. Niiden suunnittelussa ei havaittu erityisiä muutoksia ennen 1900-luvun alkua, jolloin myllyjen siipien muotoja ja pinnoitteita parannettiin merkittävästi tutkimuksen tuloksena. Koska hidaskäyntiset koneet ovat isoja, 1900-luvun jälkipuoliskolla. alkoi rakentaa nopeita tuulivoimaloita, ts. ne, joiden tuulipyörät voivat tehdä suuren määrän kierroksia minuutissa korkealla tuulienergian käyttökertoimella.
Nykyaikaiset tuuliturbiinityypit. Tällä hetkellä käytetään kolmea päätyyppiä tuulivoimaloita - rumpu, siipi (ruuvityyppi) ja pyörivä (S-muotoisella repellerprofiililla).
Rumpu ja siivekäs. Vaikka rumputyyppisellä tuulipyörällä on alhaisin tuulienergian käyttöaste verrattuna muihin nykyaikaisiin karkotteisiin, se on yleisimmin käytetty. Monilla tiloilla sitä käytetään pumppaamaan vettä, jos jostain syystä ei ole verkkovirtaa. Tyypillinen muoto tällaisesta metallilevyterillä varustetusta pyörästä on esitetty kuvassa 1. 1. Rummun ja siiven tuulipyörät pyörivät vaakasuoralla akselilla, joten ne on käännettävä tuuleen saadakseen parhaan suorituskyvyn. Tätä varten heille annetaan peräsin - pystytasossa oleva terä, joka varmistaa tuulipyörän kääntymisen tuuleen. Maailman suurimman siipityyppisen tuuliturbiinin pyörän halkaisija on 53 m, siiven maksimileveys 4,9 m. Tuulipyörä on kytketty suoraan 1000 kW:n sähkögeneraattoriin, joka kehittyy tuulen nopeudella vähintään 48 km/h. Sen siivet on säädetty siten, että tuulipyörän pyörimisnopeus pysyy vakiona ja on 30 rpm tuulen nopeusalueella 24-112 km/h. Koska tuulet puhaltavat melko usein alueella, jossa tällaiset tuuliturbiinit sijaitsevat, tuulivoimala tuottaa yleensä 50 % enimmäistehosta ja syöttää yleistä sähköverkkoa. Siipituuliturbiineja käytetään laajasti syrjäisillä maaseutualueilla sähkön tuottamiseen maatiloilla, mukaan lukien radioviestintäjärjestelmien akkujen lataaminen. Niitä käytetään myös lentokoneiden ja ohjattujen ohjusten voimalaitoksissa.
S-muotoinen roottori. Pystyakselille asennettu S-muotoinen roottori (kuva 2) on hyvä, koska tällaisella karkottimella varustettua tuuliturbiinia ei tarvitse tuoda tuuleen. Vaikka sen akselin vääntömomentti muuttuu minimistä kolmasosaan maksimiarvostaan puolessa kierrossa, se ei riipu tuulen suunnasta. Kun sileä pyöreä sylinteri pyörii tuulen vaikutuksesta, vaikuttaa sylinterin runkoon tuulen suuntaan nähden kohtisuora voima. Tätä ilmiötä kutsutaan Magnus-ilmiöksi sitä tutkineen saksalaisen fyysikon (1852) mukaan. Vuosina 1920-1930 A. Flettner käytti pyöriviä sylintereitä (Flettner-roottoreita) ja S-muotoisia roottoreita lapatuulipyörien sijasta ja myös potkureina laivassa, joka siirtyi Euroopasta Amerikkaan ja takaisin.
Tuulienergian käyttökerroin. Tuulesta saatava teho on yleensä pieni - alle 4 kW kehittää vanhentunut hollantilainen tuulimylly tuulennopeudella 32 km / h. Tuulen virtauksen käytettävissä oleva voima muodostuu aikayksikköä kohti kohtisuorassa tietyn kokoiseen pinta-alaan nähden liikkuvien ilmamassojen liike-energiasta. Tuuliturbiinissa tämä alue määräytyy karkottimen tuulen puoleisen pinnan mukaan. Kun otetaan huomioon korkeus merenpinnan yläpuolella, siihen kohdistuva ilmanpaine ja sen lämpötila, käytettävissä oleva teho N (kW) pinta-alayksikköä kohti määritetään yhtälöllä N = 0,0000446 V3 (m/s). Tuulienergian käyttökerroin määritellään yleensä tuuliturbiinin akselilla kehittyneen tehon ja tuulipyörän tuulen puoleiseen pintaan vaikuttavan tuulivirran käytettävissä olevan tehon suhteena. Tämä kerroin tulee maksimiksi tietyssä suhteessa tuulipyörän siiven ulkoreunan nopeuden w ja tuulen nopeuden u välillä; tämän w/u-suhteen arvo riippuu tuuliturbiinin tyypistä. Tuulivoiman käyttökerroin riippuu tuulipyörän tyypistä ja vaihtelee välillä 5-10 % (hollantilainen litteät siivet, w/u = 2,5) ja 35-40 % (profiloitu siipikarkotin, 5 R€ w/u R€ 10 ) .
KIRJALLISUUS
Tuulivoima. M., 1982 Yaras L. et ai. Tuulienergia. M., 1982
