Istoriškai pirmasis stacionarus įrenginys, naudojęs vėjo energiją, buvo vėjo malūnas, kurį rankiniu būdu vedė vėjas. Pagrindinis jo darbinis korpusas buvo kelių ašmenų ratas su horizontalia sukimosi ašimi, sumontuotas vėjo kryptimi. Tokios vėjo jėgainės buvo plačiai naudojamos viduramžiais, o vėliau ir grūdams malti, vandeniui kelti ir siurbti, taip pat kai kurioms pramonės šakoms varyti. Dideli gamykloje pagaminti vėjo malūnai, esant dideliam vėjo greičiui, galėtų išvystyti iki 60 kW galią. XIX amžiuje vėjo malūnų skaičius Rusijoje viršijo 200 tūkstančių, jų bendra galia buvo apie 1,3 milijono kW, o 1930 metais SSRS jų buvo daugiau nei 800 tūkstančių.
Sparnuočių vėjo turbinų vėjo ratai: 1 - daugiamečiai, 2 - trijų menčių, 3 - dvimečiai, 4 - vienmečiai su atsvaru
Šiuo metu žinoma daug įvairių rūšių vėjo malūnų – vėjo jėgainių(). Plačiai naudojamos vėjo jėgainės su sparnuotais vėjo ratais ir horizontalia sukimosi ašimi. Tarp jų daugiausiai išvystytos dviejų ir trijų menčių vėjo turbinos. Vėjo rato sukimo momentą sukuria kėlimo jėga, kuri susidaro oro srautui tekant aplink ašmenų profilį. Dėl to oro srauto kinetinė energija menčių nuplaunamo ploto viduje paverčiama mechanine vėjo rato sukimosi energija.
vėjo malūnai
vėjo malūnai
Vėjo rato ašyje išvystyta galia yra proporcinga jo skersmens kvadratui ir vėjo greičio kubui. Pagal klasikinę teoriją N.E. Žukovskis idealiam vėjo ratui, vėjo energijos panaudojimo koeficientas £ = 0,593. Tai yra, idealus (su begaliniu menčių skaičiumi) gali išgauti 59,3% energijos, einančios per jo skerspjūvį. Realiai praktikoje geriausiems greitaeigiams ratams maksimali vėjo energijos panaudojimo koeficiento reikšmė siekia 0,45-0,48, o mažo greičio ratams – iki 0,36-0,38.
Svarbi vėjo rato charakteristika yra jo greitis Z, kuris yra mentės galo greičio ir vėjo srauto greičio santykis. Ašmenų galas dažniausiai juda vėjo rato plokštumoje greičiu, kuris kelis kartus didesnis už vėjo greitį. Optimalios dviejų ašmenų rato greičio vertės yra 5-7, trijų ašmenų - 4-5, šešių ašmenų - 2,5-3,5. vėjo malūnai
Iš konstrukcinių savybių vėjo rato galiai daugiausia įtakos turi jo skersmuo, taip pat menčių forma ir profilis. Galia mažai priklauso nuo ašmenų skaičiaus. Vėjo rato sukimosi dažnis yra proporcingas vėjo greičiui ir greičiui ir atvirkščiai proporcingas skersmeniui. Rato centro aukštis taip pat turi įtakos galios kiekiui, nes vėjo greitis priklauso nuo aukščio.
Galia, kaip minėta, yra proporcinga vėjo greičiui trečiajai galiai. Esant projektiniam vėjo greičiui ir didesniam, užtikrinamas vardinės galios vėjo jėgainės veikimas. Kai vėjo greitis mažesnis už projektinę vėjo turbinos galią, jis gali būti 20–30% vardinės vertės arba mažesnis.
Tokiomis eksploatavimo sąlygomis generatoriuose atsiranda dideli energijos nuostoliai dėl mažo jų efektyvumo. esant mažoms apkrovoms, ir asinchroniniuose generatoriuose, be to, susidaro didelės reaktyviosios srovės, kurias būtina kompensuoti. Šiam trūkumui pašalinti kai kuriose vėjo jėgainėse naudojami 2 generatoriai, kurių vardinė galia yra 100 ir 20 - 30% vardinės vėjo jėgainės galios. Pučiant silpnam vėjui, pirmasis generatorius išjungiamas. Kai kuriose vėjo turbinose mažas generatorius taip pat leidžia eksploatuoti elektrinę esant mažam vėjo greičiui, esant mažam greičiui su dideliu vėjo energijos panaudojimo koeficientu. vėjo malūnai
Vėjo rato montavimas vėjyje, t.y. statmenai vėjo krypčiai, gaminamas labai mažos galios vienetais uodegos (uodegos) pagalba, mažos ir vidutinės galios vienetais - vėjo rožinio mechanizmo pagalba, o šiuolaikiniuose dideliuose įrenginiuose - specialiu orientacinė sistema, kuri gauna valdymo impulsą iš vėjo krypties jutiklio (vėtrungės), sumontuoto vėjo jėgainės projektoriaus viršuje. Vėjo rožės mechanizmas yra vienas arba du maži priekiniai ratai, kurių sukimosi plokštuma yra statmena pagrindinio rato sukimosi plokštumai, varantys slieką, kuris suka vėjo turbinos galvutės platformą, kol vėjo rožės guli lygiagrečioje plokštumoje. į vėjo kryptį.
Sparnuotas su horizontalia sukimosi ašimi gali būti priešais bokštą ir už jo. Pastaruoju atveju ašmenys, eidami per bokšto šešėlį, nuolat kartojasi kintamomis jėgomis, o tai tuo pačiu metu žymiai padidina triukšmo lygį. Vėjo rato galiai valdyti ir sukimosi greičiui riboti naudojama daugybė metodų, įskaitant menčių ar jų dalių sukimąsi aplink išilginę ašį, taip pat sklendes, ašmenų vožtuvus ir kitus metodus. vėjo malūnai
Pagrindiniai vėjo jėgainių, turinčių horizontalią vėjo rato sukimosi ašį, privalumai yra tai, kad sąlygos oro srautui aplink mentes yra pastovios, nesikeičia vėjo ratui sukant, o lemia tik vėjo greitis. Dėl to, taip pat dėl gana didelės vėjo energijos panaudojimo koeficiento reikšmės, šiuo metu plačiausiai naudojamos mentinės vėjo jėgainės.
Savonius rotorius: a) dviašmenis, b) keturių ašmenųKitas vėjo turbinų tipas yra Savonius rotorius.
Sukimo momentas atsiranda, kai Savonius rotorius teka aplink rotorių dėl skirtingo išgaubtų ir įgaubtų dalių pasipriešinimo. Savonius rotorius. Ratas paprastas, tačiau turi labai mažą vėjo energijos panaudojimo koeficientą – tik 0,1 – 0,15. vėjo malūnai
Vėjo jėgainės () su vertikaliu rotoriumi: a - F formos, b - L formos, c - tiesiomis mentėmis. 1 - bokštas (velenas), 2 - rotorius, 3 - ilgintuvai, 4 - atrama, 5 - sukimo momento perdavimas
Pastaraisiais metais daugelyje užsienio šalių, ypač Kanadoje, buvo pradėta kurti vėjo turbina su Darrieus rotoriumi, pasiūlyta Prancūzijoje 1920 m. Šis Darrieus rotorius turi vertikalią sukimosi ašį ir susideda iš dviejų ar keturių lenktų menčių. .
Ašmenys sudaro erdvinę struktūrą, kuri sukasi veikiama kėlimo jėgų, atsirandančių ant ašmenų dėl vėjo srauto. Darrieus rotoriuje vėjo energijos panaudojimo koeficientas siekia 0,30–0,35. Neseniai buvo sukurtas Darrieus rotorinis variklis su tiesiomis mentėmis.
Vertikalaus tipo vėjo malūnai
Pagrindinis Darrieus vėjo turbinų (rotorių) privalumas yra tas, kad joms nereikia vėjo orientavimo mechanizmo. Jie turi generatorių ir kitus mechanizmus, išdėstytus nedideliame aukštyje prie pagrindo. Visa tai labai supaprastina dizainą. Tačiau rimtas organinis šių vėjo turbinų trūkumas yra reikšmingas srauto aplink sparną sąlygų pasikeitimas per vieną Darrieus rotoriaus apsisukimą, kuris cikliškai kartojasi eksploatacijos metu.
Tai gali sukelti nuovargio reiškinius ir sukelti Darrieus rotoriaus elementų sunaikinimą bei rimtų avarijų, į kurias reikia atsižvelgti projektuojant Darrieus rotorių (ypač didelės galios vėjo turbinose). Be to, norint pradėti, jie turi būti atsukti.
Vėjo energijos panaudojimo koeficiento £ priklausomybės nuo greičio Z įvairiems vėjo malūnai parodyta paveiksle.
Tipinės vėjo energijos panaudojimo koeficiento £ priklausomybės nuo vėjo rato greičio Z: 1 - idealus sparnuotas vėjo ratas; 2,3 ir 4 - dviejų, trijų ir kelių sparnuočių vėjo turbinos; 5 - Darier rotorius; 6 - Savonius rotorius; 7 – daniško malūno keturių ašmenų vėjo ratas
Matyti, kad dviejų ir trijų ašmenų ratai su horizontalia sukimosi ašimi turi didžiausią ξ reikšmę. Jiems dideli £ išsaugomi plačiame greičio diapazone Z. Pastarasis yra būtinas, nes vėjo turbinos turi veikti vėjo greičiu, kuris kinta plačiose ribose. Štai kodėl pastaraisiais metais tokio tipo įrenginiai buvo plačiai paplitę.
Dauguma vėjo turbinų tipų buvo žinomi taip ilgai, kad istorija nutyli apie jų išradėjų vardus.
Vėjo turbinų tipai:
Pagrindiniai vėjo jėgainių tipai parodyti paveikslėlyje. Jie skirstomi į dvi grupes:
vėjo turbinos su horizontalia sukimosi ašimi (spyruoklinio tipo) (2...5);
vėjo turbinos su vertikalia sukimosi ašimi (karuselė: mentė (1) ir stačiakampė (6)).
Mentelių vėjo turbinų tipai skiriasi tik menčių skaičiumi.
sparnuotas
Mentinėms vėjo turbinoms, kurių didžiausias efektyvumas pasiekiamas, kai oro srautas yra statmenas menčių-sparnų sukimosi plokštumai, reikalingas automatinis sukimosi ašį pasukantis įrenginys.
Šiuo tikslu naudojamas stabilizatoriaus sparnas.
Karuselinės vėjo jėgainės turi pranašumą, kad jos gali dirbti bet kuria vėjo kryptimi, nekeisdamos savo padėties.
Mentelių vėjo turbinų vėjo energijos panaudojimo koeficientas (žr. pav.) yra daug didesnis nei karuselių.
Tuo pačiu metu karuselės turi daug didesnį sukimo momentą.
Jis yra didžiausias karuseliniams įrenginiams, kai santykinis vėjo greitis nulinis.
Sparnuotų vėjo jėgainių plitimas paaiškinamas jų sukimosi greičio dydžiu.
Jie gali būti tiesiogiai prijungti prie generatoriaus elektros srovė nėra daugiklio.
Mentelių vėjo turbinų sukimosi greitis yra atvirkščiai proporcingas sparnų skaičiui, todėl agregatai su daugiau nei trimis mentėmis praktiškai nenaudojami.
karuselė
Aerodinamikos skirtumas suteikia karuselėms pranašumą prieš tradicines vėjo jėgaines.
Didėjant vėjo greičiui, jie greitai padidina traukos jėgą, o po to sukimosi greitis stabilizuojasi.
Karuselinės vėjo turbinos yra mažo greičio ir tai leidžia naudoti paprastą elektros grandinės, pavyzdžiui, su asinchroniniu generatoriumi, be avarijos pavojaus, su atsitiktiniu vėjo gūsiu.
Lėtumas kelia vieną ribojantį reikalavimą – kelių polių generatoriaus, veikiančio mažu greičiu, naudojimą.
Tokie generatoriai nėra plačiai naudojami, o multiplikatorių (daugiklis [lot. Multiplicator – dauginantis] – pakopinė pavarų dėžė) naudojimas nėra efektyvus, dėl mažo pastarųjų efektyvumo.
Dar svarbesnis karuselės konstrukcijos privalumas buvo galimybė be papildomų gudrybių sekti „iš kur pučia vėjas“, o tai labai svarbu paviršiniams šveitimo srautams.
Tokio tipo vėjo jėgainės statomos JAV, Japonijoje, Anglijoje, Vokietijoje, Kanadoje.
Lengviausia valdyti karuselinę vėjo turbiną. Jo konstrukcija užtikrina maksimalų sukimo momentą paleidžiant vėjo turbiną ir automatinį maksimalaus sukimosi greičio savireguliavimą veikimo metu.
Didėjant apkrovai, sukimosi greitis mažėja, o sukimo momentas didėja iki visiško sustojimo.
Stačiakampis
Stačiakampės vėjo turbinos, kaip mano ekspertai, yra perspektyvios didelio masto energijai.
Šiandien stačiakampių konstrukcijų vėjo gerbėjai susiduria su tam tikrais sunkumais. Visų pirma, paleidimo problema.
Stačiakampiuose įrenginiuose naudojamas tas pats sparno profilis kaip ir ikigarsiniame orlaivyje (žr. 6 pav.).
Lėktuvas, prieš „atsiremdamas“ į sparno keliamąją jėgą, turi pakilti. Tas pats pasakytina ir apie ortogonalinę sąranką.
Pirmiausia reikia į jį įnešti energijos – pasukti aukštyn ir pasiekti tam tikrus aerodinaminius parametrus, o tik tada jis pats persijungs iš variklio režimo į generatoriaus režimą.
Jėgos paėmimas pradedamas, kai vėjo greitis yra apie 5 m/s, o vardinė galia pasiekiama esant 14...16 m/s greičiui.
Preliminarūs vėjo jėgainių skaičiavimai numato jas naudoti nuo 50 iki 20 000 kW.
Realioje 2000 kW galios instaliacijoje žiedo, kuriuo juda sparnai, skersmuo bus apie 80 metrų.
Galinga vėjo turbina turi didelius matmenis. Tačiau galima apsieiti ir su mažais – imk skaičių, o ne dydį.
Kiekvieną elektros generatorių aprūpinus atskiru keitikliu, galima susumuoti generatorių generuojamą išėjimo galią.
Tokiu atveju padidėja vėjo jėgainės patikimumas ir ilgaamžiškumas.
VĖJO ENERGIJA
prietaisas, paverčiantis vėjo energiją į sukimosi energiją. Pagrindinis vėjo jėgainės darbinis korpusas yra besisukantis agregatas – vėjo varomas ir standžiai su velenu sujungtas ratas, kurio sukimasis varo naudingus darbus atliekančius įrenginius. Velenas montuojamas horizontaliai arba vertikaliai. Vėjo jėgainės dažniausiai naudojamos periodiškai suvartojamai energijai generuoti: pumpuojant vandenį į rezervuarus, malant grūdus, laikinuosiuose, avariniuose ir vietiniuose elektros tinkluose.
Istorijos nuoroda. Nors paviršiniai vėjai ne visada pučia, keičia kryptį ir jų stiprumas nėra pastovus, vėjo jėgainė yra viena seniausių mašinų energijai gauti iš natūralių šaltinių. Dėl abejotino senovės rašytinių pranešimų apie vėjo jėgaines patikimumo nėra visiškai aišku, kada ir kur tokios mašinos pirmą kartą pasirodė. Tačiau, sprendžiant iš kai kurių įrašų, jie egzistavo jau iki VII a. REKLAMA Yra žinoma, kad Persijoje jie buvo naudojami 10 amžiuje, o m Vakarų Europa Pirmieji tokio tipo prietaisai pasirodė XII amžiaus pabaigoje. Per XVI a galutinai susiformavo olandiško vėjo malūno palapinės tipas. Jokių ypatingų pakitimų jų konstrukcijoje nepastebėta iki pat XX amžiaus pradžios, kai dėl tyrimų buvo gerokai patobulintos malūnų sparnų formos ir dangos. Kadangi mažo greičio mašinos yra didelių gabaritų, antroje XX a. pradėjo statyti greitaeigius vėjo jėgaines, t.y. tie, kurių vėjo ratai gali padaryti daug apsisukimų per minutę su dideliu vėjo energijos panaudojimo koeficientu.
Šiuolaikinės vėjo jėgainių rūšys.Šiuo metu naudojami trys pagrindiniai vėjo jėgainių tipai – būgninės, mentinės (sraigtinės) ir rotacinės (su S formos repelerio profiliu).
Būgnas ir sparnuotas. Nors būgno tipo vėjo ratas, palyginti su kitais šiuolaikiniais repeleriais, pasižymi mažiausiu vėjo energijos panaudojimu, jis yra plačiausiai naudojamas. Daugelyje ūkių juo siurbiamas vanduo, jei dėl kokių nors priežasčių nėra elektros tinklo. Tipiška tokio rato su lakštinio metalo mentėmis forma parodyta fig. 1. Būgno ir mentės vėjo ratai sukasi ant horizontalaus veleno, todėl norint pasiekti geriausią našumą, jie turi būti pasukti į vėją. Norėdami tai padaryti, jiems suteikiamas vairas - vertikalioje plokštumoje esanti mentė, kuri užtikrina vėjo rato posūkį į vėją. Didžiausios pasaulyje mentinės vėjo turbinos rato skersmuo – 53 m, maksimalus jos mentės plotis – 4,9 m.Vėjo ratas tiesiogiai prijungtas prie 1000 kW galios elektros generatoriaus, kuris vystosi esant vėjo greičiui. ne mažiau kaip 48 km/val. Jo mentės sureguliuotos taip, kad vėjo rato sukimosi greitis išliktų pastovus ir lygus 30 aps./min. vėjo greičio diapazone nuo 24 iki 112 km/h. Dėl to, kad toje vietoje, kur yra tokios vėjo jėgainės, vėjai pučia gana dažnai, vėjo jėgainė dažniausiai generuoja VĖJĄ 50% didžiausios galios ir maitina viešąjį elektros tinklą. Vėjo turbinos plačiai naudojamos atokiose kaimo vietovėse, aprūpinant ūkius elektros energija, įskaitant radijo ryšio sistemų akumuliatorių įkrovimą. Jie taip pat naudojami orlaivių ir valdomų raketų elektrinėse.
S formos rotorius. S formos rotorius, sumontuotas ant vertikalaus veleno (2 pav.), yra geras, nes vėjo jėgainės su tokiu repeleriu nereikia nešti į vėją. Nors sukimo momentas ant jo veleno pasikeičia nuo mažiausio iki trečdalio didžiausios vertės per pusę apsisukimo, jis nepriklauso nuo vėjo krypties. Kai vėjo veikiamas sukasi lygus apskritas cilindras, cilindro korpusą veikia statmena vėjo krypčiai jėga. Šis reiškinys vadinamas Magnuso efektu, jį tyrinėjusio vokiečių fiziko vardu (1852). 1920-1930 metais A. Flettneris vietoj ašmeninių vėjo ratų naudojo besisukančius cilindrus (Flettnerio rotorius) ir S formos rotorius, taip pat kaip sraigtus laivui, kuris perėjo iš Europos į Ameriką ir atgal.
Vėjo energijos panaudojimo koeficientas. Iš vėjo gaunama galia dažniausiai būna nedidelė – mažiau nei 4 kW išvysto pasenusio tipo olandiškas vėjo malūnas, kurio vėjo greitis siekia 32 km/h. Vėjo srauto galia, kurią galima panaudoti, susidaro iš oro masių, judančių per laiko vienetą statmenai tam tikro dydžio plotui, kinetinės energijos. Vėjo turbinoje šis plotas nustatomas pagal į vėją nukreiptą repelerio paviršių. Atsižvelgiant į aukštį virš jūros lygio, oro slėgį jame ir jo temperatūrą, turima galia N (kW) ploto vienetui nustatoma pagal lygtį N = 0,0000446 V3 (m/s). Vėjo energijos panaudojimo koeficientas paprastai apibrėžiamas kaip vėjo turbinos veleno išvystytos galios ir turimos vėjo srauto, veikiančio vėjo rato paviršių, galios santykis. Šis koeficientas tampa didžiausias esant tam tikram santykiui tarp vėjo rato mentės išorinio krašto greičio w ir vėjo greičio u; šio santykio w/u reikšmė priklauso nuo vėjo turbinos tipo. Vėjo energijos panaudojimo koeficientas priklauso nuo vėjo rato tipo ir svyruoja nuo 5-10% (olandiškas malūnas su plokščiais sparnais, w/u = 2,5) iki 35-40% (profiliuotas mentinis atbaidiklis, 5 Ј w/u Ј 10 ).
LITERATŪRA
Vėjo energija. M., 1982 Yaras L. ir kt., Vėjo energija. M., 1982 m
Collier enciklopedija. – Atvira visuomenė. 2000 .
Sinonimai:Pažiūrėkite, kas yra „WIND MOTOR“ kituose žodynuose:
Vėjo turbina … Rašybos žodynas
Variklis, pneumatinis variklis, vėjo turbina, vėjo turbina Rusų sinonimų žodynas. vėjo turbinos n., sinonimų skaičius: 4 vėjo malūnas (8) ... Sinonimų žodynas
Mechaninei energijai gaminti naudoja vėjo energiją. Dažniausiai yra plačiai paplitusios mentinės vėjo turbinos, kuriose vėjo rato sukimosi ašis sutampa su oro srauto kryptimi ... Didysis enciklopedinis žodynas
Vėjo turbina- VD Įrenginys vėjo energijai paversti mechanine vėjo turbinos sukimosi energija. [GOST R 51237 98] Vėjo energijos temos Sinonimai VD EN vėjo variklis ... Techninis vertėjo vadovas
Vėjo turbina- Vėjo turbina... Santrumpų ir santrumpų žodynas
VĖJO ENERGIJA- (vėjo turbina) variklis, kuris naudoja vėjo kinetinę energiją mechaninei energijai generuoti. Primityvus V. vėjo malūno vaizdas. Yra vėjo turbinos: sparnuotos, karuselinės arba rotacinės, ir būgninės ... Didžioji politechnikos enciklopedija
Variklis, kuris naudoja kinetinę vėjo energiją mechaninei energijai generuoti. Kaip darbinis vėjo kūnas, kuris suvokia vėjo srauto energiją (slėgį) ir paverčia jį mechanine veleno sukimosi energija, jie naudoja ... ... Didžioji sovietinė enciklopedija
Mašina, paverčianti kinetinę vėjo energiją mechanine. Vėjo turbinos darbinis korpusas yra vėjo ratas, kuris suvokia oro srauto slėgį ir paverčia jį mechanine veleno sukimosi energija. Išskirti… … Technologijos enciklopedija
aš; m Variklis, varomas vėjo jėgos. * * * Vėjo turbina naudoja vėjo energiją mechaninei energijai generuoti. Dažniausiai yra plačiai paplitusios mentinės vėjo turbinos, kuriose vėjo rato sukimosi ašis sutampa su ... ... enciklopedinis žodynas
Variklis naudojant kinetiką vėjo energijai gaminti mechaninei energijos. Išskirkite V. vanedą (žr. pav.), kaip taisyklė, su horizontalia sukimosi ašimi, su koeficientu. vėjo energijos suvartojimas iki 0,48 (dažniausiai); karuselė,...... Didelis enciklopedinis politechnikos žodynas
Straipsnio turinys
Vėjo turbina, prietaisas, paverčiantis vėjo energiją į sukimosi energiją. Pagrindinis vėjo jėgainės darbinis korpusas yra besisukantis agregatas – vėjo varomas ir standžiai su velenu sujungtas ratas, kurio sukimasis varo naudingus darbus atliekančius įrenginius. Velenas montuojamas horizontaliai arba vertikaliai. Vėjo jėgainės dažniausiai naudojamos periodiškai suvartojamai energijai generuoti: pumpuojant vandenį į rezervuarus, malant grūdus, laikinuosiuose, avariniuose ir vietiniuose elektros tinkluose.
Istorijos nuoroda.
Nors paviršiniai vėjai ne visada pučia, keičia kryptį ir jų stiprumas nėra pastovus, vėjo jėgainė yra viena seniausių mašinų energijai gauti iš natūralių šaltinių. Dėl abejotino senovės rašytinių pranešimų apie vėjo jėgaines patikimumo nėra visiškai aišku, kada ir kur tokios mašinos pirmą kartą pasirodė. Tačiau, sprendžiant iš kai kurių įrašų, jie egzistavo jau iki VII a. REKLAMA Yra žinoma, kad Persijoje jie buvo naudojami 10 amžiuje, o Vakarų Europoje pirmieji tokio tipo prietaisai pasirodė XII amžiaus pabaigoje. Per XVI a galutinai susiformavo olandiško vėjo malūno palapinės tipas. Jokių ypatingų pakitimų jų konstrukcijoje nepastebėta iki pat XX amžiaus pradžios, kai dėl tyrimų buvo gerokai patobulintos malūnų sparnų formos ir dangos. Kadangi mažo greičio mašinos yra didelių gabaritų, antroje XX a. pradėjo statyti greitaeigius vėjo jėgaines, t.y. tie, kurių vėjo ratai gali padaryti daug apsisukimų per minutę su dideliu vėjo energijos panaudojimo koeficientu.
Šiuolaikinės vėjo jėgainių rūšys.
Šiuo metu naudojami trys pagrindiniai vėjo jėgainių tipai: būgninės, mentelės (sraigtinės) ir rotacinės (su S formos repelerio profiliu).
Būgnas ir sparnuotas.
Nors būgno tipo vėjo ratas, palyginti su kitais šiuolaikiniais repeleriais, pasižymi mažiausiu vėjo energijos panaudojimu, jis yra plačiausiai naudojamas. Daugelyje ūkių su juo pumpuoti vandenį, jei dėl kokių nors priežasčių nėra elektros tinklo. Tipiška tokio rato su lakštinio metalo mentėmis forma parodyta fig. 1. Būgno ir mentės vėjo ratai sukasi ant horizontalaus veleno, todėl norint pasiekti geriausią našumą, jie turi būti pasukti į vėją. Norėdami tai padaryti, jiems suteikiamas vairas - vertikalioje plokštumoje esanti mentė, kuri užtikrina vėjo rato posūkį į vėją. Didžiausios pasaulyje mentinės vėjo turbinos rato skersmuo – 53 m, maksimalus jos mentės plotis – 4,9 m.Vėjo ratas tiesiogiai prijungtas prie 1000 kW galios elektros generatoriaus, kuris vystosi esant vėjo greičiui. ne mažiau kaip 48 km/val. Jo mentės sureguliuotos taip, kad vėjo rato sukimosi greitis išliktų pastovus ir lygus 30 aps./min. vėjo greičio diapazone nuo 24 iki 112 km/h. Dėl to, kad toje vietoje, kur yra tokios vėjo jėgainės, vėjai pučia gana dažnai, vėjo jėgainė dažniausiai generuoja ~ 50% maksimalios galios ir maitina viešąjį elektros tinklą. Vėjo turbinos plačiai naudojamos atokiose kaimo vietovėse, aprūpinant ūkius elektros energija, įskaitant radijo ryšio sistemų akumuliatorių įkrovimą. Jie taip pat naudojami orlaivių ir valdomų raketų elektrinėse.
S formos rotorius.
S formos rotorius, sumontuotas ant vertikalaus veleno (2 pav.), yra geras, nes vėjo jėgainės su tokiu repeleriu nereikia nešti į vėją. Nors sukimo momentas ant jo veleno pasikeičia nuo mažiausio iki trečdalio didžiausios vertės per pusę apsisukimo, jis nepriklauso nuo vėjo krypties. Kai vėjo veikiamas sukasi lygus apskritas cilindras, cilindro korpusą veikia statmena vėjo krypčiai jėga. Šis reiškinys vadinamas Magnuso efektu, jį tyrinėjusio vokiečių fiziko vardu (1852). 19201930 metais A. Flettneris vietoj ašmeninių vėjo ratų naudojo besisukančius cilindrus (Flettnerio rotorius) ir S formos rotorius, taip pat kaip sraigtus laive, kuris perėjo iš Europos į Ameriką ir atgal.
Vėjo energijos panaudojimo koeficientas.
Iš vėjo gaunama galia dažniausiai būna nedidelė – mažiau nei 4 kW išvysto pasenusio tipo olandiškas vėjo malūnas, kurio vėjo greitis siekia 32 km/h. Vėjo srauto galia, kurią galima panaudoti, susidaro iš oro masių, judančių per laiko vienetą statmenai tam tikro dydžio plotui, kinetinės energijos. Vėjo turbinoje šis plotas nustatomas pagal į vėją nukreiptą repelerio paviršių. Atsižvelgiant į aukštį virš jūros lygio, oro slėgį jame ir jo temperatūrą, turimą galią N(kW) ploto vienetui pateikiama lygtimi
N\u003d 0,0000446 V 3 (m/s).
Vėjo energijos panaudojimo koeficientas paprastai apibrėžiamas kaip vėjo turbinos veleno išvystytos galios ir turimos vėjo srauto, veikiančio vėjo rato paviršių, galios santykis. Šis koeficientas tampa didžiausias esant tam tikram vėjo turbinos mentės išorinio krašto greičio santykiui w ir vėjo greitis u; šio santykio prasmė w/u priklauso nuo vėjo turbinos tipo. Vėjo energijos panaudojimo koeficientas priklauso nuo vėjo rato tipo ir svyruoja nuo 510% (olandų malūnas su plokščiais sparnais, w/u= 2,5) iki 3540 % (profiliuotas mentelių atbaidiklis, 5 J w/u 10 svarų sterlingų).
prietaisas, paverčiantis vėjo energiją į sukimosi energiją. Pagrindinis vėjo jėgainės darbinis korpusas yra besisukantis agregatas – vėjo varomas ir standžiai su velenu sujungtas ratas, kurio sukimasis varo naudingus darbus atliekančius įrenginius. Velenas montuojamas horizontaliai arba vertikaliai. Vėjo jėgainės dažniausiai naudojamos periodiškai suvartojamai energijai generuoti: pumpuojant vandenį į rezervuarus, malant grūdus, laikinuosiuose, avariniuose ir vietiniuose elektros tinkluose.
Istorijos nuoroda. Nors paviršiniai vėjai ne visada pučia, keičia kryptį ir jų stiprumas nėra pastovus, vėjo jėgainė yra viena seniausių mašinų energijai gauti iš natūralių šaltinių. Dėl abejotino senovės rašytinių pranešimų apie vėjo jėgaines patikimumo nėra visiškai aišku, kada ir kur tokios mašinos pirmą kartą pasirodė. Tačiau, sprendžiant iš kai kurių įrašų, jie egzistavo jau iki VII a. REKLAMA Yra žinoma, kad Persijoje jie buvo naudojami 10 amžiuje, o Vakarų Europoje pirmieji tokio tipo prietaisai pasirodė XII amžiaus pabaigoje. Per XVI a galutinai susiformavo olandiško vėjo malūno palapinės tipas. Jokių ypatingų pakitimų jų konstrukcijoje nepastebėta iki pat XX amžiaus pradžios, kai dėl tyrimų buvo gerokai patobulintos malūnų sparnų formos ir dangos. Kadangi mažo greičio mašinos yra didelių gabaritų, antroje XX a. pradėjo statyti greitaeigius vėjo jėgaines, t.y. tie, kurių vėjo ratai gali padaryti daug apsisukimų per minutę su dideliu vėjo energijos panaudojimo koeficientu.
Šiuolaikinės vėjo jėgainių rūšys.Šiuo metu naudojami trys pagrindiniai vėjo jėgainių tipai – būgninės, mentinės (sraigtinės) ir rotacinės (su S formos repelerio profiliu).
Būgnas ir sparnuotas. Nors būgno tipo vėjo ratas, palyginti su kitais šiuolaikiniais repeleriais, pasižymi mažiausiu vėjo energijos panaudojimu, jis yra plačiausiai naudojamas. Daugelyje ūkių juo siurbiamas vanduo, jei dėl kokių nors priežasčių nėra elektros tinklo. Tipiška tokio rato su lakštinio metalo mentėmis forma parodyta fig. 1. Būgno ir mentės vėjo ratai sukasi ant horizontalaus veleno, todėl norint pasiekti geriausią našumą, jie turi būti pasukti į vėją. Norėdami tai padaryti, jiems suteikiamas vairas - vertikalioje plokštumoje esanti mentė, kuri užtikrina vėjo rato posūkį į vėją. Didžiausios pasaulyje mentinės vėjo turbinos rato skersmuo – 53 m, maksimalus jos mentės plotis – 4,9 m.Vėjo ratas tiesiogiai prijungtas prie 1000 kW galios elektros generatoriaus, kuris vystosi esant vėjo greičiui. ne mažiau kaip 48 km/val. Jo mentės sureguliuotos taip, kad vėjo rato sukimosi greitis išliktų pastovus ir lygus 30 aps./min. vėjo greičio diapazone nuo 24 iki 112 km/h. Dėl to, kad toje vietoje, kur yra tokios vėjo jėgainės, vėjai pučia gana dažnai, vėjo jėgainė dažniausiai generuoja VĖJĄ 50% didžiausios galios ir maitina viešąjį elektros tinklą. Vėjo turbinos plačiai naudojamos atokiose kaimo vietovėse, aprūpinant ūkius elektros energija, įskaitant radijo ryšio sistemų akumuliatorių įkrovimą. Jie taip pat naudojami orlaivių ir valdomų raketų elektrinėse.
S formos rotorius. S formos rotorius, sumontuotas ant vertikalaus veleno (2 pav.), yra geras, nes vėjo jėgainės su tokiu repeleriu nereikia nešti į vėją. Nors sukimo momentas ant jo veleno pasikeičia nuo mažiausio iki trečdalio didžiausios vertės per pusę apsisukimo, jis nepriklauso nuo vėjo krypties. Kai vėjo veikiamas sukasi lygus apskritas cilindras, cilindro korpusą veikia statmena vėjo krypčiai jėga. Šis reiškinys vadinamas Magnuso efektu, jį tyrinėjusio vokiečių fiziko vardu (1852). 1920-1930 metais A. Flettneris vietoj ašmeninių vėjo ratų naudojo besisukančius cilindrus (Flettnerio rotorius) ir S formos rotorius, taip pat kaip sraigtus laivui, kuris perėjo iš Europos į Ameriką ir atgal.
Vėjo energijos panaudojimo koeficientas. Iš vėjo gaunama galia dažniausiai būna nedidelė – mažiau nei 4 kW išvysto pasenusio tipo olandiškas vėjo malūnas, kurio vėjo greitis siekia 32 km/h. Vėjo srauto galia, kurią galima panaudoti, susidaro iš oro masių, judančių per laiko vienetą statmenai tam tikro dydžio plotui, kinetinės energijos. Vėjo turbinoje šis plotas nustatomas pagal į vėją nukreiptą repelerio paviršių. Atsižvelgiant į aukštį virš jūros lygio, oro slėgį jame ir jo temperatūrą, turima galia N (kW) ploto vienetui nustatoma pagal lygtį N = 0,0000446 V3 (m/s). Vėjo energijos panaudojimo koeficientas paprastai apibrėžiamas kaip vėjo turbinos veleno išvystytos galios ir turimos vėjo srauto, veikiančio vėjo rato paviršių, galios santykis. Šis koeficientas tampa didžiausias esant tam tikram santykiui tarp vėjo rato mentės išorinio krašto greičio w ir vėjo greičio u; šio santykio w/u reikšmė priklauso nuo vėjo turbinos tipo. Vėjo energijos panaudojimo koeficientas priklauso nuo vėjo rato tipo ir svyruoja nuo 5-10% (olandiškas malūnas su plokščiais sparnais, w/u = 2,5) iki 35-40% (profiliuotas mentinis atbaidiklis, 5 R€ be 10 R€ ).
LITERATŪRA
Vėjo energija. M., 1982 Yaras L. ir kt., Vėjo energija. M., 1982 m
