Ключевые слова
Аннотация
Разработка установки для производства мощности от энергии ветра является актуальной задачей современности. Существующие ветроэнергетические установки подразделяются на две группы: ветроустановки подъемной силы ветра; ветроустановки силы сопротивления ветра. К ветроустановкам подъемной силы ветра относятся крыльчатые ветрогенераторы. Такие ветрогенераторы способны функционировать только в регионах с постоянными ветрами. К ветроустановкам силы сопротивления ветра относятся лопастные ветродвигатели. Они имеют простую конструкцию, доступную стоимость, но большие габаритные размеры из-за последовательного входа лопастей в зону ветра. Поэтому в настоящее время основной задачей совершенствования сопротивления ветродвигателя является уменьшение его удельного габаритного размера по мощности.
Цель работы: разработка ветродвигателя сопротивления с безлопастным ветроколесом, которое не выбирает направление ветра и имеет постоянную поверхность сопротивления.
Задачи работы: разработка расчетной методики определения коэффициента сопротивления тела ветру; выбор геометрической формы, которая не выбирает направление ветра и оказывает достаточно высокое сопротивление ветру; на основе выбранной геометрической формы разработать ветродвигатель сопротивления с безлопастным ветроколесом; определить энерго-силовые параметры безлопастного ветродвигателя.
На основании закономерности силы сопротивления ветра, действующей на встречное неподвижное тело, разработана методика расчета коэффициента сопротивления тела ветру, как отношение плоской поверхности (проекции) тела, перпендикулярной направлению ветра и поверхности тела, обдуваемой ветром. По этой методике изучено сопротивление ветру пластины, сферы, цилиндра и для создания безлопастного ветроколеса выбран цилиндр, так как он имеет простую конструкцию, постоянную поверхность сопротивления ветру, достаточно высокий коэффициент сопротивления, не выбирает направление ветра.
Определена сила ветра, действующая на цилиндр, открыто расположенный против ветра, на основании закономерности силы сопротивления ветра на любое тело. Для того, чтобы привести во вращение цилиндр ветром, часть поверхности цилиндра со стороны ветра закрыли щитом. Определено оптимальное положение щита относительно оси вращения цилиндра, соответствующее максимальному значению вращающего момента силы ветра, действующей на поверхность цилиндра. По результатам исследований разработана принципиальная схема безлопастного ветродвигателя сопротивления с цилиндрическим ветроколесом. Определены закономерности вращающего момента, мощности и частоты вращения безлопастного ветродвигателя с цилиндрическим ветроколесом.
Ключевые слова: ветрогенератор, ветродвигатель, ветроколесо, ветер, сила сопротивления, цилиндр.