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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 풍력 터빈 계산. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
풍력 터빈의 주요 부분은 윈드 휠입니다. 이를 통해 바람의 운동 에너지가 기계 에너지로 변환됩니다. Recall 풍력 터빈은 수평 및 수직 회전축이 있는 두 그룹으로 나뉩니다. 우리는 회전축이 수평인 풍력 터빈을 고려할 것입니다. 회전면에 대해 일정한 각도로 설치된 하나 이상의 블레이드가 있을 수 있습니다. 풍차는 빠르거나 느릴 수 있습니다. 블레이드의 직경과 수에 따라 동일한 풍속에서 풍차의 속도가 달라집니다. 이 표시기는 풍차의 속도라고 하며 블레이드 끝의 원주 속도와 풍속의 비율로 결정됩니다. Z = L * W / 60 / V, 여기서: W - 풍력 터빈 속도(rpm); V - 풍속(m/s); L - 둘레(m). 그러나 처음에는 풍력 터빈의 설계에 따라 달라지는 풍력 터빈의 속도를 알지 못합니다. 공기가 블레이드를 통과할 때 "교란된" 흔적이 남아 윈드 휠의 회전 속도를 늦춥니다. 따라서 블레이드가 많을수록 속도가 느려집니다. 풍차의 속도를 대략적으로 계산하기 위해 속도(Z)를 기준으로 합니다. 블레이드 수가 다른 풍력 터빈에 대해 실용적인 방식으로 확립되었습니다.
아래 공식을 사용하여 풍차의 속도를 계산합니다. W=V/L*Z*60. 전체 구조의 성능과 발전소의 안전한 작동은 풍력 터빈의 설계에 달려 있습니다. 다중 블레이드 설계는 저속이므로 원심력 및 자이로 스코프 힘이 고속보다 훨씬 적습니다. 아마추어 조건에서 풍력 터빈 제조 기술이 많이 필요하다는 점을 고려하여 최소 XNUMX개의 블레이드가 있는 다중 블레이드 풍력 터빈이 권장됩니다. 오목한 블레이드를 성공적으로 사용할 수 있습니다. 블레이드 설치 다가오는 공기 흐름에 대해 합판 시트를 비스듬히 배치하면 동일한 공기 속도에서 최대 리프팅 힘은 45 °의 설치 각도가 됩니다. 각도가 감소하거나 증가함에 따라 양력도 감소하고 흐름에 대한 저항은 각각 감소하거나 증가합니다. 이제 45° 각도를 시작점으로 합시다. 그러나 윈드 휠이 바람 에너지를 최대한 효율적으로 사용하고 제동 영역이 없도록 하려면 휠이 곡선 모양이어야 합니다. 블레이드 요소가 회전축에서 멀어질수록 설치 각도가 작아야 합니다. 나사 피치 블레이드를 계산하기 위한 지표 중 하나는 나사의 피치입니다. 이 공기 질량을 직경이 2R인 너트 형태로 상상하고 각도가 나사산은 취한 단면의 현과 나사의 회전면 사이의 각도와 같습니다. 나사 피치는 다음 공식에 의해 결정됩니다. H = 2πR*tgα, 여기서: H = 선택한 섹션의 단계(m.); R = 단면 반경(m); α = 섹션의 설치 각도(deg.). 풍력 터빈 블레이드 섹션의 설치 각도는 변환된 공식에 의해 결정됩니다. α (설치 각도) = Arctg (H/2π아르 자형). 블레이드 비틀림 계산 예 블레이드 피치 = 1미터, 윈드 휠 직경 = 3미터. 이러한 설정을 사용하면 이상적으로 윈드 휠의 저항을 고려하지 않고 3m/s의 풍속에서 윈드 휠이 초당 3회전 또는 3 * 60 = 180rpm을 만들어야 합니다. 그러나 이것은 이상적입니다. 실제로 윈드 휠의 회전 속도는 이전 블레이드에서 발생하는 흐름의 난류, 블레이드 자체에서 생성된 마찰, 적용된 전기 부하에 따른 발전기의 응답에 의해 영향을 받습니다. 그리고 실제로 풍차의 속도는 계산된 지표에 따르는 경향이 있지만 실제로는 훨씬 더 낮을 것입니다. 풍속 윈드 휠 계산의 다음 지표는 윈드 휠의 스위핑 영역을 통과하는 바람 흐름의 힘입니다. 일반적으로 허용되는 방법에 따라 매우 정확하게 계산됩니다. P \u0,5d XNUMX * Q * S * V3, 여기서 P - 전력 (W); Q - 공기 밀도(1,23kg/m3); S - 로터 스위핑 영역(m:); V - 풍속(m/s). 한 유형의 에너지를 다른 유형으로 0,593% 변환하는 것은 불가능하므로 손실을 빼기 시작합니다. 풍차에는 풍력 에너지의 특정 사용 계수(변환)가 있습니다. 이상적인 고속 패들형 풍력 터빈에 대한 이론적 풍력 에너지 사용의 최대값은 0,42입니다. 공기 역학 프로파일이 있는 고속 풍차의 최상의 샘플에 대해 이 수치의 범위는 0,46에서 0,27입니다. 다중 블레이드 저속 풍력 터빈의 경우 이 표시기의 범위는 제작 품질에 따라 0,35에서 0,7까지이며 기호 Ср로 계산에 표시됩니다. 저속 풍차와 발전기의 속도를 맞추기 위해서는 승압 기어박스를 사용해야 하며, 그 효율은 변속비와 설계에 따라 0,9에서 XNUMX까지 다양하다. 기계 에너지를 전기 에너지로 변환할 때 손실도 발생합니다. 따라서 발전기 효율 Ng에 0,6(여자 권선이 있는 오토트랙터 발전기의 경우)에서 0,8(영구 자석이 있는 발전기의 경우)까지 반영합니다. P \u0,5d 3 * Q * S * VXNUMX * Cp * Ng * Nb, 여기서 P - 전력 (W); Q - 공기 밀도(1,23kg/m3); S는 로터의 스위핑 영역(m2)입니다. V - 풍속, (m/s); CP - 풍력 에너지 이용 계수(0,35는 좋은 설계임); Ng - 발전기 효율(자동차의 경우 0,6, 영구 자석의 경우 0,8); Nb - 스텝업 기어박스의 효율성(0,7-0,9). 데이터를 6날 3m 풍차로 대체하고 평균 속도 0.9m/s에서 효율 계수가 5인 기어박스와 영구 자석 발전기가 있는 풍력 터빈에서 얻을 수 있는 전력을 알아봅시다. P \u0,5d 1,23 * 3,14 * (1,5 * (1,5 * 5)) * (5 * 5 * 0,35) * 0,8 * 0,9 * 136 \uXNUMXd XNUMX 와트. 이 경우 윈드 휠의 회전이 됩니다. W = V / L * Z * 60 = 5 / 9,42 * 3 * 60 = 95,5rpm. 발전기 속도에 따라 기어 박스의 기어비를 선택해야 합니다. 저자: 예브게니 보이코
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