Виды ветряков: Основные виды ветрогенераторов и их характеристики

Содержание

Типы ветрогенераторов | Atmosfera™. Альтернативные источники энергии. Солнце. Ветер. Вода. Земля.

Ветроэлектроустановки (ВЭУ) преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую с помощью генератора в процессе вращения ротора. Лопасти ветряков используются подобно пропеллеру самолета для вращения центральной ступицы, подсоединенной через коробку передач к электрическому генератору. По своей конструкции генератор ВЭУ напоминает генераторы, используемые в электростанциях, работающих за счет сжигания ископаемого топлива. Существуют два основных типа ветрогенераторов.

Горизонтальные

Вертикальные

Ветрогенератор с горизонтальной осью вращения, имеет две или три лопасти, установленные на вершине башни, — наиболее распространенный тип ветроустановок ВЭУ. У турбин с горизонтальной осью вращения ведущий вал ротора расположен горизонтально. В рабочем состоянии относительно направления воздушного потока ротор турбины может находиться перед опорой — так называемый наветренный ротор или за опорой — подветренный ротор. Чаще всего турбины с горизонтальной осью вращения имеют две или три лопасти, хотя есть и модели с большим числом лопастей. Последние ветряки представляют собой диск с большим количеством лопастей. Они получили название «монолитных» установок. Такие установки используются в первую очередь в качестве водяных насосов. В отличие от них площадь ротора турбины с малым количеством лопастей (две-три) не является сплошной. Эти турбины относят к «немонолитным» установкам. Для наиболее эффективной работы ветряка его лопасти должны максимально взаимодействовать с ветровым потоком, проходящим через площадь вращения ротора. Ветряки с большим количеством лопастей обычно работают при низких скоростях вращения. В то время как установки с двумя или тремя лопастями должны вращаться с очень высокой скоростью, чтобы максимально «охватить» ветровые потоки, проходящие через площадь ротора. Теоретически, чем больше лопастей у ротора, тем эффективней должна быть его работа. Однако, ветряки с большим количеством лопастей менее эффективны, чем ветрогенераторы с двумя или тремя лопастями, так как лопасти создают помехи друг другу. У ветряков с

вертикальной осью вращения (Н-образные) ведущий вал ротора расположен вертикально. Лопасти такой турбины — длинные, обычно дугообразные. Они прикреплены к верхней и нижней частям башни. Благодаря вертикальному расположению ведущего вала ротора Н-образные турбины, в отличие от турбин с горизонтальной осью вращения, «захватывают» ветер, дующий в любом направлении, и для этого им не нужно менять положение ротора при изменении направления ветровых потоков. Несмотря на свое внешнее различие, ветряки с вертикальной и горизонтальной осями вращения представляют собой похожие системы. Кинетическая энергия ветра, получаемая при взаимодействии воздушных потоков с лопастями ветряка, через систему трансмиссии передается на электрический генератор. Благодаря трансмиссии генератор может работать эффективно при различных скоростях ветра. По способу взаимодействия с ветром ветряки делятся на установки с жестко закрепленными лопастями без регулирования и на агрегаты, у которых лопасти сделаны с изменяющимся углом. Обе конструкции имеют преимущества и недостатки. Ветряки, у которых лопасти сделаны с изменяющимся углом, имеют более высокую эффективность использования ветра и, соответственно, они вырабатывают больше электроэнергии. В то же время, эти ветряки должны быть оснащены специальными подшипниками, которые, исходя из имеющегося уже опыта, часто являются причиной поломок агрегатов. Турбины с жестко закрепленными лопастями более просты в обслуживании, однако их эффективность
использования ветрового потока ниже.

Виды ветрогенераторов (ветряков): горизонтальные, вертикальные, достоинства, характеристики

В настоящее время выпускается несколько основных видов ветрогенераторов:

  • вертикальные ветрогенераторы.

    Установки с вертикальной осью вращения, расположенной перпендикулярно направлению потока ветра;

  • горизонтальные ветрогенераторы.

    установки с горизонтальной осью вращения, расположенной параллельно или перпендикулярно направлению потока ветра;

  • Ветрогенератор, работающий на водяных каплях;
  • Ветрогенератор-парус.

Ветрогенератор с горизонтальной осью вращения

Горизонтальные ветроустановки, ось вращения которых перпендикулярна потоку ветра, серийно не производятся, так как считаются малоэффективными. Кроме того, их приходится оснащать специальными системами ориентации.

Достоинства горизонтальных ветрогенераторов перед вертикальными заключаются в большей быстроходности и большей вырабатываемой мощности.

Ветроустановка с вертикальной осью вращения

Вертикальные ветроустановки имеют несколько преимуществ перед горизонтальными.

  • Они могут работать при любом направлении метра.
  • Им не требуются устройства, определяющие направление ветра.
  • У них снижены гироскопические нагрузки на лопасти пропеллера и систему передачи энергии.
  • Их можно устанавливать на уровне земли.
  • Конструкция гораздо проще.

Если имеется несколько вертикальных ветроустановок, расположенных рядом, то их эффективность повышается: вихревые потоки, образующиеся при вращении лопастей одной установки, создают дополнительный напор ветра для другой.

С горизонтальными установками ситуация обратная: их эффективность может снизиться за счет того, что устройства «отбирают» друг у друга ветер.

Ветрогенератор, работающий на водяных каплях

Кроме стандартных вертикальных и горизонтальных ветроустановок, уже освоенных серийными производителями, сейчас предлагаются и другие виды ветрогенераторов. Например, в Голландии создан прототип ветрогенератора, не имеющего подвижных частей. Считается, что он будет отличаться повышенной надежностью.

Конструкция этого необычного ветрогенератора достаточно проста: внутри металлической рамы параллельно располагаются трубки со специальными соплами и электродами. Из сопел поступают положительно заряженные капли воды, которые ветром сносятся к положительно заряженным электродам, в результате чего заряд возрастает.

Производительность устройства зависит от количества капель, скорости ветра и силы электрического поля. Такая ветроустановка отличается от стандартных моделей полным отсутствием движущихся и/или трущихся деталей. А следовательно — никакого шума, никакой вибрации, никакого износа за счет трения.

Ветрогенератор-парус

Еще один вариант без лопастей — ветроустановка, созданная по принципу паруса. Внешне она похожа на обычный ветрогенератор с горизонтальной осью вращения, только вместо лопастей у нее устройство, напоминающее спутниковую антенну. Это парус, который улавливает ветер. Ветер заставляет парус колебаться, колебания приводят в движение поршни, те включают гидравлическую систему, и таким образом кинетическая энергия преобразуется в электрическую.

Такой ветрогенератор рекламируется как более надежный, долговечный, не требующий особых затрат на обслуживание (разработчики утверждают, что траты снижаются на 45 % по сравнению с обычной ветроустановкой, снабженной лопастями), бесшумный и производительный (КПД больше в 2,3 раза).

плюсы и минусы, производители устройств и необычные конструкции

Возрастающий интерес конструкторов к ветроэнергетике, стремление обеспечить автономность, независимость жилья от поставщиков ресурсов, вызвали появление множества разработок, функционально опережающих традиционные образцы. Обилие конструкций и разновидностей ветряков заставляет рассмотреть их внимательнее.

Основные виды ветрогенераторов

В первую очередь, ветрогенераторы принято разделять на вертикальные и горизонтальные. Эти группы называются так из-за расположения оси вращения крыльчатки. Горизонтальные конструкции напоминают пропеллер или вентилятор, а вертикальные по своему строению близки к карусели. Такое разделение условно, в настоящее время имеются конструкции, сочетающие в себе элементы и той, и другой группы. Есть также отдельные устройства, которые не могут быть причислены к этим категориям.

Горизонтальные конструкции, их особенности, достоинства и недостатки

Горизонтальные устройства имеют более высокую эффективность, поскольку энергия потока усваивается ими намного полнее. Все горизонтальные ветряки созданы практически по одной конструктивной схеме, есть некоторые отличия лишь в строении ротора. К недостаткам этой группы можно отнести необходимость настройки на ветер, которая хоть и производится автоматически, но требует наличия дополнительного шарнирного соединения, обеспечивающего вращение устройства вокруг вертикальной оси.

Кроме того, для горизонтальных устройств важно наличие высокой опоры — мачты, обеспечивающей оптимальный режим контакта с потоками ветра. Специфика работы требует наличия защиты от ураганного ветра, которая при увеличении силы потока отводит ротор от ветра, вследствие чего частота вращения резко падает.

Вертикальные генераторы, особенности, плюсы и минусы

Вертикальные ветрогенераторы менее эффективны вследствие наличия останавливающего воздействия потока ветра на обратные стороны лопастей. Этот недостаток практически единственный. Вертикальные конструкции не нуждаются в наведении на ветер, не требуют установки на высокие мачты, доступны для ремонта, обслуживания или самостоятельного изготовления.

Именно вертикальные конструкции обеспечивают такое разнообразие форм и моделей ротора, созданных профессиональными конструкторами и талантливыми любителями. Рассмотрим некоторые варианты конструкции вертикальных роторов:

Ротор Дарье

Отличается конфигурацией лопастей, которые расположены вертикально и по касательной к окружности вращения. Кроме того, форма лопасти имеет строение как у крыла самолета, поэтому при вращении создается подъемная сила, облегчающая движение и способствующая работе со слабыми потоками ветра.

Ветровая турбина Савониуса

Этот вид имеет две лопасти, установленные напротив друг друга. Форма лопастей напоминает желоб, при воздействии ветрового потока на обратную сторону происходит расщепление струи воздуха, которая частично уходит в сторону, а частично соскальзывает с обратной стороны одной лопасти на рабочую часть второй. Ветрогенератор Савониуса является одной из самых старых разработок, но до сих пор вполне успешно используется как в промышленных, так и в самодельных устройствах.

Выбор вертикального ветрогенератора

Для того, чтобы правильно подобрать конструкцию вертикального ветрогенератора, надо учесть размеры ротора, силу ветра в регионе, потребность в определенном количестве электроэнергии, и сопоставить эти величины. Чем больше ротор, тем он тяжелее и тем труднее ему начинать вращение. Способность начинать вращаться при слабых ветрах присуща не каждому виду вертикальных устройств, поэтому следует для больших ветряков использовать наиболее чувствительные конструкции.

Вариантов выбора много, их параметры мало отличаются друг от друга, но некоторая разница присутствует. Если рассматриваемая конструкция не способна обеспечить желаемое количество энергии, следует отказаться от нее и рассмотреть другой вариант.

Кроме указанных параметров надо помнить, что самодельное устройство во многих случаях выгоднее и надежнее, так как легче ремонтируется и не требует больших расходов, что при выборе может сыграть решающую роль.

Генераторы российского производства

Российские фирмы-производители ветряков пока не могут в полную силу конкурировать с зарубежными изготовителями. При этом, отечественные конструкторы учитывают специфику и потребности российского пользователя. Конструкции российских фирм рассчитаны на потребление в масштабах одного дома, или одной небольшой системы (освещение, водяной насос и т.д.). Такой подход позволяет создавать устройства, доступные по цене и удобные по параметрам.

Приобретение крупных образцов отечественному пользователю не по карману, а удовлетворить потребности одной усадьбы можно одним-двумя небольшими комплексами. Поэтому российские фирмы выпускают более привлекательные модели, что создает для них неплохие перспективы и повышает конкурентоспособность.

Необычные конструкции ветрогенераторов

Среди широкого ряда конструкций ветряков встречаются устройства весьма специфического вида. При этом, они полностью функциональны и выполняют свою работу на достаточно высоком уровне (для опытных или пилотных образцов). Некоторые конструкции совершенно выбиваются из общего ряда и обладают уникальными свойствами, другие намного ближе к традиционным формам. Рассмотрим их поближе:

Устройство на водяных каплях

Из необычных ветрогенераторов этот — самый необычный. Он не похож ни на одну известную конструкцию. Он даже не имеет вращающихся частей. Представляет собой раму, внутри которой расположены горизонтально трубки с водой. На поверхности трубок имеются сопла, из которых выпускаются капли воды, заряженной положительно при помощи электродов, находящихся внутри трубок. При порыве ветра капли попадают на противоположные электроды, изменяя их заряд, что вызывает возникновение электрического тока в системе.

Дизайнерский ветрогенератор revolution air

Этот ветрогенератор создан, по сути, с декоративными целями. Его свойства таковы, что пользоваться им как полноценным устройством вряд ли получится. Для запуска ему нужна скорость потока от 14 м/сек, а при минимальной цене в 2500 евро такие характеристики нельзя рассматривать как нормальные рабочие параметры. Устройство имеет оригинальный внешний вид, хотя, по сути, является переосмысленным в художественном смысле вариантом ветрогенератора ортогонального типа.

Парусный ветряк

Еще одна оригинальная конструкция ветряка, имеющего весьма широкие лопасти. Они изготовлены в виде рам, на которые натягивается плотное полотно, образующее парус. Такая конструкция способствует получению больших лопастей при малом весе.

Имеется также конструкция, где парус создает давление на систему поршней без вращения. Большая площадь позволяет эффективно использовать полученную энергию ветра, но имеется опасность выхода из строя мачты ветряка при сильном порыве. Конструкция практически не шумит, не имеет движущихся частей, что увеличивает срок службы и снижает расходы на обслуживание устройства.

Конструкция Третьякова

Ротор ветрогенератора Третьякова имеет довольно сложную конструкцию, хотя, по сути, он является разновидностью ротора с диффузором. Устройство имеет вертикальный ротор-крыльчатку. Вокруг нее располагается подвижный воздухоприемник со стабилизатором, автоматически устанавливающим конструкцию по ветру. Воздухоприемник имеет также ряд направляющих, организующих поступление потока в нужном направлении.

Воздух, попадая внутрь корпуса, обходит рабочее колесо снизу и направляется к лопаткам. Такой сложный путь потока способствует получению правильного направления струи и отсутствию противодействующего контакта с обратными сторонами лопастей. Ротор способен начинать вращение при ветре от 1,4 м/сек, что очень ценно в условиях нашей страны, не отличающейся сильными и ровными ветрами.

Летающий ветрогенератор-крыло

Идея создания такой конструкции опирается на тот факт, что на высоте потоки ветра более активны и имеют большие скорости. Разработчики используют приспособление, напоминающее гигантский воздушный змей, который поднимается на большую высоту и летает по заранее задуманной траектории, вырабатывая электрический ток. Устройство позволяет отказаться от создания высоких мачт, поднимать ветряк на большие высоты и обеспечивать максимально возможные скорости ветра.

Внимание! Большинство необычных разработок до сих пор не запущено в массовое производство. Причиной этого стали относительно невысокие показатели, которые демонстрируют конструкции, и сложности в осуществлении некоторых операций эксплуатационного характера (например, запуск ветряка-крыла).

Мощные генераторы электроэнергии

Мощные ветрогенераторы используются для выработки электроэнергии в промышленных масштабах. Их создание было необходимостью, вызванной полным отсутствием других возможностей. Созданные большие ветряки имеют большую мощность и действуют в составе ветроэнергетических станций (ВЭС).

В них входят десятки таких ветряков, обеспечивающих суммарную выработку 400-500 мВт энергии, что уже сопоставимо с возможностями ГЭС, хотя и не может перекрыть их. Размеры таких ветряков действительно огромны, размах лопастей турбины «Энеркон» составляет 126 м, а высота от земли до оси ротора — 135 м.

Такие габариты вызвали массу домыслов о вреде для здоровья человека, об опасности для пролетающих птиц и прочих небылицах. Использование этих гигантов дает возможность снабжать энергией целые регионы Германии, Дании и прочих государств, расположенных на побережье Атлантики и Балтики.

Возникающие слухи свидетельствуют лишь о неграмотности населения и не имеют ничего общего с реальной ситуацией. Эксплуатация крупных ветрогенераторов была бы попросту невозможной, если бы они имели какое-либо отрицательное воздействие на природу или человека. Европейские законы на этот счет весьма строги и не допускают исключений.

Рекомендуемые товары

Типы ветрогенераторов

Ветроэлектроустановки (ВЭУ) преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую с помощью генератора в процессе вращения ротора. Лопасти ветряков используются подобно пропеллеру самолета для вращения центральной ступицы, подсоединенной через коробку передач к электрическому генератору. По своей конструкции генератор ВЭУ напоминает генераторы, используемые в электростанциях, работающих за счет сжигания ископаемого топлива. Существуют два основных типа ветрогенераторов.

Горизонтальные

Вертикальные

Ветрогенератор с горизонтальной осью вращения, имеет две или три лопасти, установленные на вершине башни, — наиболее распространенный тип ветроустановок ВЭУ. У турбин с горизонтальной осью вращения ведущий вал ротора расположен горизонтально. В рабочем состоянии относительно направления воздушного потока ротор турбины может находиться перед опорой — так называемый наветренный ротор или за опорой — подветренный ротор. Чаще всего турбины с горизонтальной осью вращения имеют две или три лопасти, хотя есть и модели с большим числом лопастей. Последние ветряки представляют собой диск с большим количеством лопастей. Они получили название «монолитных» установок. Такие установки используются в первую очередь в качестве водяных насосов. В отличие от них площадь ротора турбины с малым количеством лопастей (две-три) не является сплошной. Эти турбины относят к «немонолитным» установкам. Для наиболее эффективной работы ветряка его лопасти должны максимально взаимодействовать с ветровым потоком, проходящим через площадь вращения ротора. Ветряки с большим количеством лопастей обычно работают при низких скоростях вращения. В то время как установки с двумя или тремя лопастями должны вращаться с очень высокой скоростью, чтобы максимально «охватить» ветровые потоки, проходящие через площадь ротора. Теоретически, чем больше лопастей у ротора, тем эффективней должна быть его работа. Однако, ветряки с большим количеством лопастей менее эффективны, чем ветрогенераторы с двумя или тремя лопастями, так как лопасти создают помехи друг другу. У ветряков с

вертикальной осью вращения
(Н-образные) ведущий вал ротора расположен вертикально. Лопасти такой турбины — длинные, обычно дугообразные. Они прикреплены к верхней и нижней частям башни. Благодаря вертикальному расположению ведущего вала ротора Н-образные турбины, в отличие от турбин с горизонтальной осью вращения, «захватывают» ветер, дующий в любом направлении, и для этого им не нужно менять положение ротора при изменении направления ветровых потоков. Несмотря на свое внешнее различие, ветряки с вертикальной и горизонтальной осями вращения представляют собой похожие системы. Кинетическая энергия ветра, получаемая при взаимодействии воздушных потоков с лопастями ветряка, через систему трансмиссии передается на электрический генератор. Благодаря трансмиссии генератор может работать эффективно при различных скоростях ветра. По способу взаимодействия с ветром ветряки делятся на установки с жестко закрепленными лопастями без регулирования и на агрегаты, у которых лопасти сделаны с изменяющимся углом. Обе конструкции имеют преимущества и недостатки. Ветряки, у которых лопасти сделаны с изменяющимся углом, имеют более высокую эффективность использования ветра и, соответственно, они вырабатывают больше электроэнергии. В то же время, эти ветряки должны быть оснащены специальными подшипниками, которые, исходя из имеющегося уже опыта, часто являются причиной поломок агрегатов. Турбины с жестко закрепленными лопастями более просты в обслуживании, однако их эффективность
использования ветрового потока ниже.

Виды ветрогенераторов

Существуют классификации ветрогенераторов по количеству лопастей, по материалам, из которых они выполнены, по оси вращения и по шагу винта.

По количеству лопастей

Многолопастные ветряки действительно начинают вращаться на меньших скоростях, чем двух- и трёхлопастные, но для выработки электроэнергии требуется важен не сам факт фращения, а выход на нужные обороты. Каждая дополнительная лопасть увеличивает общее сопротивление ветроколеса, а это усложняет выход на рабочие обороты генератора, увеличивая необходимую рабочую скорость ветра. Таким образом многолопастные действительно будут начинать вращаться при меньших скоростях, но они больше применимы, где важен сам факт вращения, то есть для перекачки воды или других подобных действий. При применении же для выработки электроэнергии многолопастных ветряков, они создают лишь видимость работы. Установление же редукторов не рекомендуется, так как, во-первых, усложняет конструкцию ветрогенератора, делает его менее надёжным, и, во-вторых, редуктор будет забирать мощность.

По материалам лопастей

  • Жёсткие лопасти ветрогенератора
  • Парусные ветрогенераторы

Парусные лопасти действительно стоят значительно меньше жёстких стеклопластиковых и металических, проще в изготовлени. Но это дешивизна может обернуться большими расходами. При диаметре ветроколеса в 3 метра на рабочих оборотах генератора (400-600 оборотов в минуту) конец лопасти движется со скоростями в 500 км/ч. Даже в идеальных условиях это серъёзное испытание, а если учеть что в востухе постоянно есть пыль и песок, то даже для жёстких лопастей требуются ежегодное обслуживание (замена антикорозийной плёнки на концах лопастей). Без обслуживания жёсткая лопасть продолжит работать, чуть потеряв в своих характеристиках. Для парусной же лопасти может потребоваться полная замена не через год, а уже после первых сильных ветров. Поэтому для автономного электроснабжения, где требуется значительная наджность компонентов системы, применение парусных лопастей не рекомендуется.

По рабочей оси вращения

Вертикальные ветрогенераторы действительно учитывают порывы, не требует ориентирования по ветру, но любой вертикальный ветрогенратор обладает рабочей площадью поверхности в два раза меньшей, чем у классического горизонтального ветрогенератора с такой же площадью ветроколеса. Это значит, чтобы получить такую же мощность потребуется ветряк в два раза больший. Кроме того большое количество лопаток, а также часть ветроколеса в каждый момент времени часть ветроколеса движется против ветра. Это значительно увеличивает сопротивление ветроколеса, что увеличивает рабочую скорость ветра. С учётом что для ориентирования горизонтального ветрогенератора достачно флюгера, то вертикальный ветрогенератор для автономного электроснабжения теряет все преимущества.

По шагу винта

  • Фиксированый шаг винта
  • Изменяемый шаг винта

Изменяемый шаг винта безусловно позволяет увеличить диапазон эффективных скоростей работы. Но внедрение этого механзма неизбежно ведёт к усложнению конструкции лопасти, уменьшению общей надёжности ветрогенратора, утяжелению ветроколеса, а значит будут требоваться дополнительные усиления конструкции. Всё это приводит к удоражанию всей системы, как при покупке, так и при эксплуатации. Поэтому мы выбираем фиксированный шаг лопастей.

Различные виды и типы ветрогенераторов

Для начала давайте договоримся, что говоря о ветродвигателях мы имеем в виду ту часть ветро-силовой установки (ВСУ), которая преобразует энергию ветра в энергию вращательного движения. Ветродвигатель приводится в движение ветром, он напрямую или посредством какого-то передающего механизма связан с валом, вращение которого приводит в действие оборудование, выполняющее полезную работу (например, генератор или водяной насос). Часто ветродвигатель называют ротором или ветроколесом.

В этой заметке мы расскажем об основных типах ветродвигателей. Дилетанту, впервые столкнувшемуся с ветроэнергетикой не просто сделать правильный выбор из множества типов таких установок.

Компас выбора

В первую очередь, надо чётко знать, что тебе надо, какую желаемую мощность ожидаешь получить от своей установки, какие погодные условия местности и после всего переходить к детальному знакомству с тем или иным типом ветряка. А различные виды ветрогенераторов выдают совершенно разные результаты своей работы. В данной публикации вы узнаете, какие типы ветрогенераторов существуют на сегодняшний день, и вам нетрудно после знакомства с ними сделать правильный выбор.

Для скромных аппетитов подходящим выбором будет так называемый ортогональный ветрогенератор, который может подойти к применению в той местности, где бывают очень слабые дуновения ветерка. Он имеет несколько параллельных к оси лопастей, расположенных на некотором расстоянии от неё. (см. фото).

Итак, ветрогенераторы по своему виду различаются по:

  • количеству лопастей,
  • материалам, из которых изготовлены лопасти,
  • расположению оси вращения к поверхности земли,
  • шаговому признаку винта.

По числу лопастей они бывают одно-двух-трёх и многолопастные. Последние начинают своё вращение при малейшем движении воздуха, но применимы лишь для таких целей, где сам факт вращения важен, а не вырабатываемая электроэнергия. То есть, они незаменимы, скажем, при перекачке воды из глубоких колодцев.

По материалам, из чего сделаны лопасти, различают жёсткие и парусные ветрогенераторы. Парусные намного дешевле жёстких, сделанных из стеклопластика, или из металла, но в ходе эксплуатации можно замучиться ремонтировать их.

По расположению оси вращения к поверхности почвы различают горизонтальные ветрогенераторы и вертикальные. Их отличия настолько деликатны, что при разных условиях они меняются местами в своём превосходстве. С вертикальной осью ветряки сразу схватывают малейшие дуновения ветерка, не требуют флюгера, но они менее мощные, чем горизонтальные.

По шаговому признаку винта ветрогенераторы бывают с изменяемым и фиксированным шагом. Изменяемый шаг, бесспорно, даёт возможность увеличить скорость вращения, но какова конструкция! Она сложна, увеличивает вес ветряка, то есть, потребует неисчислимых лишних затрат. Куда более прост и надёжен фиксированный шаг.
Таков, вкратце, ваш компас, чтобы не заблудиться в выборе.

Нужно еще привести список некоторых терминов и сокращений, которые будут использованы в дальнейшемю

  • КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. В случае применения для расчета механистической модели плоского ветра (см. далее) он равен КПД ротора ветросиловой установки (ВСУ).
  • КПД – сквозной КПД ВСУ, от набегающего ветра до клемм электрогенератора, или до количества накачанной в бак воды.
  • Минимальная рабочая скорость ветра (МРС) – скорость его, при которой ветряк начинает давать ток в нагрузку.
  • Максимально допустимая скорость ветра (МДС) – его скорость, при которой выработка энергии прекращается: автоматика или отключает генератор, или ставит ротор во флюгер, или складывает его и прячет, или ротор сам останавливается, или ВСУ просто разрушается.
  • Стартовая скорость ветра (ССВ) – при такой его скорости ротор способен провернуться без нагрузки, раскрутиться и войти в рабочий режим, после чего можно включать генератор.
  • Отрицательная стартовая скорость (ОСС) – это значит, что ВСУ (или ВЭУ – ветроэнергетическая установка, или ВЭА, ветроэнергетический агрегат) для запуска при любой скорости ветра требует обязательной раскрутки от постороннего источника энергии.
  • Стартовый (начальный) момент – способность ротора, принудительно заторможенного в потоке воздуха, создавать вращающий момент на валу.
  • Ветродвигатель (ВД) – часть ВСУ от ротора до вала генератора или насоса, или другого потребителя энергии.
  • Роторный ветрогенератор – ВСУ, в которой энергия ветра преобразуется во вращательный момент на валу отбора мощности посредством вращения ротора в потоке воздуха.
  • Диапазон рабочих скоростей ротора – разность между МДС и МРС при работе на номинальную нагрузку.
  • Тихоходный ветряк – в нем линейная скорость частей ротора в потоке существенно не превосходит скорость ветра или ниже ее. Динамический напор потока непосредственно преобразуется в тягу лопасти.
  • Быстроходный ветряк – линейная скорость лопастей существенно (до 20 и более раз) выше скорости ветра, и ротор образует свою собственную циркуляцию воздуха. Цикл преобразования энергии потока в тягу сложный.

Два вида, два соперника

Как уже было отмечено, в продаже пока существуют ветрогенераторы двух видов (по расположению вала вращения к поверхности земли) – горизонтальные и вертикальные. Поговорим вначале о вертикальных.

Ветросиловые установки (ВСУ) с вертикальной осью вращения имеют неоспоримое для быта преимущество: их узлы, требующие обслуживания, сосредоточены внизу и не нужен подъем наверх. Там остается, и то не всегда, упорно-опорный самоустанавливающийся подшипник, но он прочен и долговечен. Поэтому, проектируя простой ветрогенератор, отбор вариантов нужно начинать с вертикалок.

Ротор Савониуса

На первой позиции – самый простейший, чаще всего называемый ротором Савониуса.

В начале октября 1924 года русские изобретатели братья Я. А. и А. А. Воронины получили советский патент на поперечную роторную турбину, в следующем году финский промышленник Сигурд Савониус организовал массовое производство подобных турбин. За нам и осталась слава изобретателя этой новинки.

Ротор Ворониных-Савониуса, или для краткости, ВС, это, как минимум, два полуцилиндра на вертикальной оси вращения (см. фото). И какое бы направление ветра не было, как бы резко он не изменял свои порывы, такой ветряк будет спокойно вращаться вокруг своей оси, вырабатывая энергию. Это единственное и главное преимущество вертикального ветряка перед горизонтальным.

А главный его недостаток – низкое использование ветровой энергии. Объясняется это тем, что лопасти-полуцилиндры работают только в четверть оборота, а остальную часть окружности вращения они как бы тормозят своим движением скорость вращения. Расчёты показали, что при этом используется лишь третья часть ветровой энергии.

Примечание: двухлопастный ВС не крутится, а дергается рывками; 4-лопастный лишь немного плавнее, но много теряет в КИЭВ. Для улучшения 4-«корытные» чаще всего разносят на два этажа – пара лопастей внизу, а другая пара, повернутая на 90 градусов по горизонтали, над ними. КИЭВ сохраняется, и боковые нагрузки на механику слабеют, но изгибные несколько возрастают, и при ветре более 25 м/с у такой ВСУ на древке, т.е. без растянутого вантами подшипника над ротором, «срывает башню».

Вертикальные ветрогенераторы с ротором Дарье

В 1931 году французский конструктор Жорж Дарье (George Darrieus) предложил свой вариант ротора, который имеет от двух и более плоских лопастей. Он еще проще, чем ВС: лопасти – из простой упругой ленты безо всякого профиля. Прост в изготовлении и монтаже, но с малой эффективностью — КИЭВ – до 20%.

Теория ротора Дарье еще недостаточно разработана. Ясно только, что начинает он раскручиваться за счет разности аэродинамического сопротивления горба и кармана ленты, а затем становится вроде как быстроходным, образуя собственную циркуляцию. Вращательный момент мал, а в стартовых положениях ротора параллельно и перпендикулярно ветру вообще отсутствует, поэтому самораскрутка возможна только при нечетном количестве лопастей (крыльев?) В любом случае на время раскрутки нагрузку от генератора нужно отключать.

Есть у ротора Дарье еще два нехороших качества. Во-первых, при вращении вектор тяги лопасти описывает полный оборот относительно ее аэродинамического фокуса, и не плавно, а рывками. Поэтому ротор Дарье быстро разбивает свою механику даже при ровном ветре. Во-вторых, Дарье не то что шумит, а вопит и визжит, вплоть до того, что лента рвется. Происходит это вследствие ее вибрации. И чем больше лопастей, тем сильнее рев. Так что Дарье если и делают, то двухлопастными, из дорогих высокопрочных звукопоглощающих материалов (карбона, майлара), а для раскрутки посередине мачты-древка приспосабливают небольшой ВС.

Геликоидный ротор

Ещё один вид ветрогенератора с вертикальной осью вращения – с геликоидным ротором. Он способен равномерно вращаться благодаря закрутке лопастей. Достоинство: уменьшает нагрузку на подшипник и увеличивает срок службы. Но из-за сложной технологии слишком дорогой. (См. рисунок).

И, наконец, существуют ветрогенераторы с многолопастным ротором. Это один из самых эффективных типов из разряда вертикальных ветрогенераторов. (См. рисунок).

Ветрогенераторы с горизонтальной осью

Переходим к описанию горизонтальных ветрогенераторов. По количеству лопастей их разделяют на одно-двух-трёх и многолопастные. Достоинства горизонтальных – более высокий КПД по сравнению со своими вертикальными соперниками. Недостаток: необходимость устройства флюгера для постоянного поиска направления ветра. Кроме того, при повороте к ветру скорость вращения снижается, что уменьшает его КПД.

Главное достоинство однолопастных – высокие обороты вращения. У них вместо второй лопасти установлен противовес, мало влияющий на сопротивляемость движению воздуха, что даёт возможность использовать их для генераторов с высокими оборотами вращения. А это позволяет уменьшить массу и габариты всей установки. (См. рисунок однолопастной ВЭУ).

Двухлопастные ВЭУ мало чем отличаются по мощности с однолопастными и рассматривать их более подробно не имеет смысла.

Трёхлопастные горизонтальные ветряки – самые распространённые на рынках сбыта. Их мощность на выходе может достигать семи мегаватт.

Многолопастные установки с числом лопастей до пяти десятков обладают большой инерцией, за счёт чего при небольших оборотах вращения развивают большой крутящий момент. Такое преимущество позволяет использовать установки для работы водяных насосов, где они и занимают лидирующее положение.

Как курицу превратили в страуса

Кто не в курсе, что ветровые установки используют в качестве дополнительного источника? Все в курсе. Но как всегда, человечеству этого показалось мало, курицу пытаются превратить в страуса и, представьте себе, фигурально выражаясь, такое удаётся. В результате неустанных поисков появились совершенно новые типы ветрогенераторов, которые способны производить электричество…без лопастей. А есть и такие, которые обходятся даже без воздуха и ветра! Сейчас более подробно.

Уже выпущен довольно результативный ветрогенератор, который ловит ветер без лопастей. Такой ветрогенератор действует по принципу парусника (см. фото). «Парус», который скорее смахивает на тарелку, ловит напор воздуха, за счёт чего начинают двигаться поршни, которые находятся сразу за тарелкой, в верхней части установки.

Поршни приводят в действие гидросистему, которая и вырабатывает электричество. Такое сооружение не имеет ни шестерёнок, ни передатчиков и почти не шумит. КПД намного выше, чем у классического ветрогенератора. Кроме всего прочего, расходы при эксплуатации наполовину ниже, чем у привычных установок. Страна рождения такого проекта – Тунис.

Но и этого оказалось мало! В Португалии решили не прибегать к ветровым услугам, а использовать морскую воду. Ведь море постоянно движется, волнуется, иногда штормит, но никогда не останавливается. Налицо кинетическая энергия пропадает даром.

И пять лет тому назад, в нескольких километрах от берега, на воды Атлантического океана была спущена установка, которая даёт более 2 мегаватт электроэнергии, что вполне хватает для освещения более полутора тысяч домов.

Схематическое устройство таково. Сооружение состоит из трёх секций, между которыми находятся поршни. Внутри секций вмонтированы гидродвигатели и генераторы. Принцип работы простой до безобразия. Секции качаются на волнах, которые их изгибают, что приводит в движение гидропоршни. Те давят на масло, оно поступает в гидравлические двигатели и далее движение передаётся на генераторы. Всё, электроэнергия пошла на берег.

Сейчас работает три секции, к ним планируют подсоединить ещё 25 таких конверторов и тогда проектная мощность морской установки увеличится до 20 мегаватт, что даст возможность снабдить током около 15000 домов.

Теперь вы верите в то, что из курицы можно сотворить настоящего страуса!

В.Ильин

Поплавковые электростанции конструируют во всем мире, в том числе и в России:

крыльчатые ветрогенераторы, карусельные, барабанные и роторные.

Ветрогенераторами называют двигатели, преобразующие энергию ветра в механическую работу. По устройству ветряка и положению его в потоке ветра системы ветродвигателей разделяются на три класса:
1. Крыльчатые ветрогенераторы имеют ветроколесо с тем или иным числом крыльев. Плоскость вращения ветроколеса у крыльчатых ветродвигателей перпендикулярна направлению ветра, следовательно, ось вращения параллельна ветру
(фиг. 5,а). Коэффициент использования энергии ветра этих ветродвигателей достигает ξ= 0,42.
2. Карусельные и роторные ветрогенераторы имеют ветроколесо (ротор) с лопастями, движущимися в направлении ветра; ось вращения ветроколеса занимает вертикальное положение (фиг. 5,б). Коэффициент использования энергии ветра этих ветродвигателей равен от 10 до 18%.
3. Барабанные ветрогенераторы имеют такую же схему ветроколеса, как и роторные, и отличаются от них лишь горизонтальным положением ротора, т. е. ось вращения ветроколеса горизонтальна и расположена перпендикулярно потоку ветра (фиг. 5,г). Коэффициент использования энергии ветра этих ветряков от 6 до 8%.

Фиг. 5. Системы ветродвигателей: а — крыльчатые ветродвигатели; б) — роторные ветрогенераторы; в — карусельные ветрогенераторы; г — барабанные ветрогенераторы.


Так как крыльчатые ветрогенераторы работают значительно эффективнее карусельных и роторных, то в дальнейшем изложении мы будем говорить только о крыльчатых ветродвигателях.
Крыльчатый ветродвигатель состоит из следующих элементов (фиг. 6):
1. Ветряк может иметь от 2 до 24 лопастей. Ветряки с числом лопастей от 2 до 4 называются малолопастными; если у ветроколеса более 4 лопастей, то оно называется многолопастным.
2. Головка ветродвигателя представляет опору, на которой монтируется вал ветроколеса и верхняя передача (редуктор).
3. Хвост крепится к головке и поворачивает ее около вертикальной оси, устанавливая ветроколесо на ветер.
4. Башня ветродвигателя служит для выноса ветроколеса выше препятствий, нарушающих течение воздушного потока. Маломощные ветродвигатели, работающие на генератор, обычно монтируются на столбе или трубе с растяжками.
5. У основания башни вертикальный вал приключается к нижней передаче (редуктору), которая передает движение рабочим машинам.
6. Регулирование оборотов ветроколеса представляет приспособление или механизм, с ограничивающий обороты ветроколеса с увеличением скорости ветра.

Что такое ветряная мельница? — Определение, типы и использование

Ветряные мельницы представляют собой один из ключевых элементов технологии, которая позволила нашим предкам преобразовать силу ветра в физическую силу, которую можно использовать для бесчисленного множества вещей, от большинства традиционных работ. таких как измельчение зерна и перемещение воды для многих других промышленных и сельскохозяйственных нужд.

В этой статье мы обсудим, что такое ветряная мельница, историю ветряных мельниц и то, как они превратились в современные конструкции, а также как они работают.

Что такое ветряная мельница?

Ветряная мельница — это конструкция, которая преобразует энергию ветра в энергию вращения с помощью лопастей, называемых парусами или лопастями, специально для измельчения зерна (мельницы), но этот термин также распространяется на ветряные насосы, ветряные турбины и другие устройства. Термин ветряной двигатель иногда используется для описания таких устройств.

Ветряная мельница представляет собой устройство для извлечения энергии ветра с помощью парусов, установленных на вращающемся валу. Паруса установлены под углом или приданы небольшой закрутке, чтобы сила ветра против них разделялась на две составляющие, одна из которых в плоскости парусов сообщает вращение.

Подобно водяным колесам, ветряные мельницы были одними из первых первичных двигателей, заменивших человека в качестве источника энергии.

Ветряные мельницы использовались в период высокого средневековья и раннего Нового времени; горизонтальная ветряная мельница или панемон впервые появилась в Большом Иране в 9 веке, вертикальная ветряная мельница в северо-западной Европе в 12 веке. Сегодня в Нидерландах насчитывается около 1000 ветряных мельниц, которые считаются иконой голландской культуры.

История ветряных мельниц

Современные ветряные мельницы в том виде, в каком мы их знаем сегодня, начали появляться примерно в 8-м и 9-м веках на Ближнем Востоке и в Западной Азии.Ветряные турбины начали производить еще в 1887 году, а после 1900-х годов все больше и больше ветряных мельниц с ветряными насосами получили возможность генерировать электричество в качестве своей дополнительной работы.

Люди использовали энергию ветра для движения лодок по реке Нил еще в 5000 г. до н.э. К 200 г. до н.э. в Китае использовались простые водяные насосы с приводом от ветра, а в Персии и на Ближнем Востоке ветряные мельницы с лопастями из плетеного тростника перемалывали зерно.

Новые способы использования энергии ветра со временем распространились по всему миру. К 11 веку люди на Ближнем Востоке широко использовали ветряные насосы и ветряные мельницы для производства продуктов питания.Купцы и крестоносцы принесли в Европу ветряные технологии. Голландцы разработали большие ветряные насосы для осушения озер и болот в дельте реки Рейн. Иммигранты из Европы в конечном итоге принесли ветровую энергию в Западное полушарие.

Американские колонисты использовали ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачивания воды и рубки древесины на лесопилках. Поселенцы и владельцы ранчо установили тысячи ветряных насосов, заселяя западную часть Соединенных Штатов. В конце 1800-х и начале 1900-х годов также широко использовались малые ветроэлектрические генераторы (ветряки).

Количество ветряных насосов и ветряных турбин сократилось, поскольку программы электрификации сельских районов в 1930-х годах протянули линии электропередач к большинству ферм и ранчо по всей стране. Тем не менее, некоторые ранчо до сих пор используют ветряные насосы для подачи воды для домашнего скота. Небольшие ветряные турбины снова становятся все более распространенными, в основном для снабжения электроэнергией отдаленных и сельских районов.

Типы ветряных турбин

Существует два основных типа ветряных турбин в зависимости от их оси вращения: турбины с горизонтальной осью и турбины с вертикальной осью.

1. Турбины с вертикальной осью

На ранней стадии разработки ветряные мельницы с вертикальной осью были очень популярны и широко использовались. Именно в такой конструкции лопасти будут стоять перпендикулярно земле. Эти ветряные мельницы с вертикальной осью позже заменяются ветряными мельницами с горизонтальной осью из-за их некомпетентности. В основном он использовался для измельчения зерна или перекачки воды.

2. Турбины с горизонтальной осью

Ветряные мельницы с горизонтальной осью завоевали сердца многих благодаря своей эффективности и производительности.Он известен своей эластичной конструкцией, поскольку он использует больше ветра и позволяет оператору легко изменять направление в соответствии с потоком ветра.

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашей статьей: Что такое ветряная турбина и как она работает?

Типы ветряных мельниц

Существует четыре различных типа ветряных мельниц:

  • Почтовая мельница.
  • Шатровая мельница.
  • Башенная мельница.
  • Вентиляторная мельница.

1. Почтовая мельница

Почтовая мельница представляет собой ветряную мельницу, поддерживаемую столбом, на котором она вращается, ловя ветер.Это самый ранний тип европейской ветряной мельницы. Его отличительной особенностью является то, что весь корпус мельницы, в котором находится оборудование, установлен на одной вертикальной стойке, вокруг которой его можно поворачивать, чтобы направить паруса против ветра.

Почтовые мельницы доминировали в Европе до 19 века, когда их заменили башенные мельницы

Типы почтовых мельниц

Существует множество типов почтовых мельниц.

  • Почтовая мельница с утопленной опорой
  • Почтовая мельница с открытой эстакадой
  • Почтовая мельница с разворотом
  • Полая почтовая мельница
  • Композитная почтовая мельница
  • Почтовая мельница Paltrok

2.Смок Мельница

Смок Мельница представляет собой разновидность ветряной мельницы, которая состоит из наклонной, горизонтально обветренной, соломенной или облупившейся башни, обычно с шестью или восемью сторонами. Он увенчан крышей или колпаком, который вращается, чтобы направить паруса по ветру.

Мельница сделана из дерева и часто стоит на кирпичном основании. Отличается от столбовой мельницы тем, что вращается не корпус, как у башенной мельницы, а навстречу ветру вращается колпак.

3. Башенная мельница

Башенная мельница представляет собой тип вертикальной ветряной мельницы, состоящей из кирпичной или каменной башни, на которой стоит деревянная «колпак» или крыша, на которой вращается только колпак, позволяющий парусам смотреть на ветер .

Tower Mill — хлопчатобумажная фабрика в Дукинфилде, Большой Манчестер, Англия. Это памятник архитектуры.

Он был разработан Potts, Pickup & Dixon в 1885 году и прял хлопок с использованием мулов и прядильных станков, пока в 1955 году его перестали использовать в качестве хлопчатобумажной фабрики, а затем он использовался в различных отраслях промышленности и был разбит на небольшие подразделения в соответствии с одноточечными планами. .

Было даже решено переоборудовать фабрику в элитные апартаменты, но с кризисом 2007/08 от этого плана отказались.

4. Вентиляторная мельница

Как правило, вентиляторные мельницы представляют собой небольшие одноразовые ветряные мельницы. Он имеет от четырех до двадцати лопастей и в основном используется для перекачивания воды.

Использование ветряной мельницы
  • Ветряная мельница представляет собой механическое устройство, использующее ветровую турбину для преобразования энергии ветра в электрическую энергию.
  • Ветряные мельницы используются для откачки грунтовых вод или измельчения зерна.
  • Извлечение масла из семян.
  • Измельчение зерна.
  • Переработка таких товаров, как табак, какао, красители, специи, краски и поливка.

Факты о ветряных мельницах

Есть несколько интересных фактов о ветряных мельницах. Мы надеемся, что они вам понравятся.

  • Энергия ветра была впервые получена с помощью ветряных мельниц в 200 г. до н.э. в Персии и Китае.
  • Затем в течение сотен лет энергия ветра использовалась для перекачивания воды и измельчения зерна.
  • Первая современная турбина была построена в Вермонте в 1940-х годах.
  • Башни турбин обычно имеют высоту более 328 футов.
  • 20% энергии, используемой в Португалии и Дании, поступает от ветряных мельниц
  • В Китае больше всего ветряных турбин
  • Каждую вторую субботу мая в Голландии отмечается «Национальный день мельниц»
  • Один мегаватт энергии ветра может сэкономить около 2600 тонн углекислого газа производится за счет источников энергии, работающих на ископаемом топливе. Старейшая ветряная мельница датируется восьмым веком и находилась в Нидерландах.

Часто задаваемые вопросы.

Что такое ветряная мельница?

Ветряная мельница представляет собой конструкцию, которая преобразует энергию ветра в энергию вращения с помощью лопастей, называемых парусами или лопастями, специально для измельчения зерна (мельницы), но этот термин также распространяется на ветряные насосы, ветряные турбины и другие устройства. Термин ветряной двигатель иногда используется для описания таких устройств.

Для чего используются ветряные мельницы?

От старой Голландии до ферм в Соединенных Штатах ветряные мельницы использовались для перекачивания воды или измельчения зерна.Сегодня современный эквивалент ветряной мельницы — ветряная турбина — может использовать энергию ветра для выработки электроэнергии. Ветряные турбины, как и ветряные мельницы, монтируются на башне, чтобы собирать как можно больше энергии.

Как работают ветряные мельницы?

Ветряные турбины работают по простому принципу. Энергия ветра вращает две или три пропеллерные лопасти вокруг ротора. Ротор соединен с главным валом, который вращает генератор для выработки электроэнергии.

Что такое ветряная мельница и ее использование?

Ветряная мельница — это сооружение, используемое для использования силы ветра в таких целях, как измельчение зерна, перекачка воды и выработка электроэнергии.Вращающееся лезвие вращает вал, который, в свою очередь, вращает другие лезвия, прикрепленные к генераторам, вырабатывающим электричество.

Где находится ветряная мельница на Филиппинах?

Проект NorthWind Bangui Bay расположен в муниципалитете Банги, Илокос-Норте, Филиппины, на северо-западной оконечности острова Лусон. Турбины обращены к морю, откуда преобладающий ветер дует на сушу.

В чем разница между ветряком и ветряком?

Основное различие между ветряной мельницей и ветряной турбиной заключается в том, что ветряная мельница — это устройство, преобразующее энергию ветра в рациональную энергию, поступающую от ветра, тогда как ветряная турбина — это устройство, преобразующее кинетическую энергию в электрическую.

Что такое ветряная мельница краткий ответ?

Ветряная мельница — это разновидность работающего двигателя. Он преобразует энергию ветра в энергию вращения. Для этого он использует лопасти, называемые парусами или лопастями. Энергия, производимая ветряными мельницами, может использоваться по-разному. К ним относятся измельчение зерна или специй, перекачка воды и распиловка древесины.

Почему ветряная мельница важна?

Ветряные мельницы очень важны, поскольку они позволяют производить электричество, не вызывая загрязнения, что является более здоровым вариантом для нас и для Земли.Энергия ветра также является возобновляемым ресурсом. Это означает, что он будет по-прежнему доступен на Земле, поскольку ветер постоянно производится.

Кто создал ветряные мельницы на Филиппинах?

Маркос также отвечал за строительство ветряных мельниц в городах Банги и Бургос, которые считаются эмблемой филиппинской программы возобновляемых источников энергии. Он сказал, что с солнечной фермой Ilocos Norte будет генерировать 50 процентов своей потребности в электроэнергии за счет чистой энергии.

Как ветряная мельница работает на воде?

Водяной ветряк прост и эффективен.Лопасти колеса ветряной мельницы ловят ветер, который вращает ротор. При каждом ходе вверх вода втягивается в цилиндр, а при ходе вниз обратный клапан в нижней части удерживает воду от выталкивания, поэтому вода выталкивается вверх по трубе при следующем ходе вверх.

Работают ли ветряные мельницы без ветра?

Нужен ли ветряным турбинам ветер для работы? Да, ветряным турбинам нужен ветер для выработки энергии. Нет ветра, нет энергетики.

Почему его называют ветряком?

Эти ранние ветряные мельницы использовались именно для того, что подразумевает их название — они были мельницами, приводимыми в движение ветром.Ветер вращал лопасти или лопасти ветряной мельницы, вращая центральный вал, который затем вращал зерновую мельницу, обычно сделанную из больших плоских камней, для производства муки и других зерновых продуктов.

Как делается ветряная мельница?

Сборка. Стальные секции башни изготавливаются на заводе, но обычно башня собирается на месте. Затем редуктор, коробка рыскания, главный приводной вал и шаг лопастей собираются, а затем монтируются на раму на заводе. Гондола заключает в себе оборудование, затем поднимается и крепится к вершине башни.

Почему фермеры используют ветряные мельницы?

Ветряные мельницы можно использовать для подъема воды из водоносного горизонта для непосредственного орошения сельскохозяйственных культур или для подачи воды из одного места, например, из резервуара или пруда, в место, где требуется вода. Это прямая энергия ветра и воды, механическое средство перемещения воды. Они также делят воду со своими соседями».

Каковы недостатки ветряной мельницы?

Энергия ветра имеет тот недостаток, что она не является постоянным источником энергии. Ветряные турбины создают шум и зрительное загрязнение.Птицы погибали, налетая на вращающиеся лопасти турбины. Стоимость проезда и технического обслуживания турбин возрастает и отнимает много времени.

Кто построил первую ветряную мельницу?

Самая первая ветряная турбина, вырабатывающая электричество, была построена в 1887 году в Кливленде, штат Огайо, Чарльзом Ф. Брашем. Браш был изобретателем и электриком. Исторические записи говорят, что Браш построил впечатляющую ветряную мельницу высотой 85 футов на своем собственном заднем дворе.

Как ветряная мельница производит электричество?

Ветряные турбины используют лопасти для сбора кинетической энергии ветра.Ветер обдувает лопасти, создавая подъемную силу (аналогично эффекту крыльев самолета), что заставляет лопасти вращаться. Лопасти соединены с приводным валом, который вращает электрогенератор, производящий (вырабатывающий) электроэнергию.

Ветряные мельницы вращаются сами по себе?

Лопасти ветряных турбин вращаются под воздействием ветра. И это не обязательно должен быть сильный ветер: лопасти большинства турбин начинают вращаться при скорости ветра 3-5 метров в секунду, что является легким ветерком.

Когда изобрели ветряную мельницу?

29 августа 1854 года Дэниел Халладей, механик, изобретатель и бизнесмен, запатентовал первую коммерчески жизнеспособную ветряную мельницу — Самоуправляемую ветряную мельницу Холладея.

Читайте также

СВЯЗАННЫЕ ПОСТЫ

Типы ветра — Управление энергетической информации США (EIA)

  • Турбины с горизонтальной осью
  • Турбины с вертикальной осью

Размеры ветряных турбин сильно различаются.Длина лопастей является самым большим фактором, определяющим количество электроэнергии, которую может генерировать ветряная турбина. Небольшие ветряные турбины, которые могут питать один дом, могут иметь мощность 10 киловатт (кВт). Крупнейшие действующие ветряные турбины имеют мощность выработки электроэнергии до киловатт (10 мегаватт), и более крупные турбины находятся в разработке. Большие турбины часто группируются вместе для создания ветряных электростанций или ветряных электростанций , которые обеспечивают электроэнергией электрические сети.

Источник: Адаптировано из проекта развития национального энергетического образования (общественное достояние)

Вертикально-осевая ветряная турбина Darrieus в Мартиньи, Швейцария

Источник: Lysippos, автор Wikimedia Commons (лицензия на бесплатную документацию GNU) (общественное достояние)

Турбины с горизонтальной осью аналогичны винтовым авиационным двигателям

Турбины с горизонтальной осью имеют лопасти, как пропеллеры самолетов, и обычно имеют три лопасти.Самые большие турбины с горизонтальной осью достигают высоты 20-этажных зданий и имеют лопасти длиной более 100 футов. Более высокие турбины с более длинными лопастями производят больше электроэнергии. Почти все ветряные турбины, используемые в настоящее время, являются турбинами с горизонтальной осью.

Турбины с вертикальной осью похожи на взбивалки

Турбины с вертикальной осью имеют лопасти, прикрепленные к верхней и нижней части вертикального ротора. Самый распространенный тип турбины с вертикальной осью — ветряная турбина Дарье, названная в честь французского инженера Жоржа Дарье, запатентовавшего ее конструкцию в 1931 году, — выглядит как гигантская двухлопастная взбивалка для яиц.Некоторые версии турбины с вертикальной осью имеют высоту 100 футов и ширину 50 футов. Сегодня используется очень мало ветряных турбин с вертикальной осью, потому что они не работают так же хорошо, как турбины с горизонтальной осью.

Ветряные электростанции или ветряные электростанции производят электроэнергию

Ветряные электростанции представляют собой группы ветряных турбин, которые производят большое количество электроэнергии. Ветряная электростанция обычно имеет множество турбин, разбросанных по большой площади. Одной из крупнейших ветряных электростанций Соединенных Штатов является Центр энергии ветра Horse Hollow в Техасе, в котором на конец 2020 года было 422 ветряных турбины, расположенных на площади около 47 000 акров.Общая мощность проекта составляет около 735 мегаватт (или 735 000 киловатт).

Ветряные турбины с горизонтальной осью на ветряной электростанции

Источник: стоковая фотография (защищено авторским правом)

Последнее рассмотрение: 3 ноября 2021 г.

типов ветряных мельниц | Наука

Когда вы думаете о ветряных мельницах, мысли о пустынном лугу с зеленой травой, пронзительном ветре, дующем с нужной скоростью, холодном лимонаде и кресле-качалке, стоящем на крыльце, могут промелькнуть в вашем уме.Что ж, ветряные мельницы могут создавать ментальную картину мира и безмятежности, но у них есть определенная цель, и существует множество типов ветряных мельниц, помогающих выполнить эту цель.

Ветряные турбины

••• Digital Vision./Photodisc/Getty Images

Ветряная турбина характеризуется гигантской трехроторной конструкцией. Этот тип ветряной мельницы используется для выработки механической энергии и электричества путем преобразования кинетической энергии (энергии движения) в механическую энергию. Механическая энергия подключается к генератору, который преобразуется в электричество.Проще говоря, можно сказать, что ветряные турбины используют ветер для выработки электроэнергии, а электричество от ветряной турбины проходит по распределительным линиям для обеспечения электроэнергией школ, предприятий и домов.

Почтовая мельница

••• Zoonar RF/Zoonar/Getty Images

Почтовые мельницы были впервые разработаны французами и англичанами и построены в России, Европе, Америке и колониях по всему миру. Первые из этих европейских ветряных мельниц не имели тормозов и строились до середины 19 века.Столбовые мельницы используются для измельчения камня, но они имеют небольшие размеры, что ограничивает их возможности измельчения. Есть два типа почтовых мельниц. Нижние балки открытой опорной мельницы подвергаются воздействию непогоды. А нижние бревна закрытых почтовых мельниц закрыты и могут использоваться для хранения.

Простая дренажная мельница

••• ChrisDoDutch/iStock/Getty Images

Простая дренажная мельница используется для перекачивания воды в оросительные каналы. Эта небольшая мельница, найденная исключительно в провинции Фрисландия в Нидерландах, имеет паруса, закрепленные на архимедовом винте внутри полой трубы.Простая дренажная мельница обычно находится в местах, где земля сильно заболочена.

Американская ветряная мельница

••• Karl Weatherly/Photodisc/Getty Images

Первая американская ветряная мельница была изобретена Дэниелом Халладеем в 1854 году в Коннектикуте. Халладей запатентовал ветряную мельницу, которая не требовала постоянного внимания оператора. Его ветряная мельница была сделана из дерева и требовала тщательного ухода. Но со временем появились металлические ветряные мельницы, которые оказались более надежными.Также более надежными оказались самосмазывающиеся редукторы и поворотные ветряные колеса, используемые ветряной мельницей. Эти более эффективные, не требующие обслуживания ветряные мельницы использовались железнодорожными компаниями и поселенцами.

Башенная мельница

••• Zoonar RF/Zoonar/Getty Images

Башенная мельница — это европейская ветряная мельница, построенная на берегу моря, обращенная к морю и используемая для выработки энергии. Паруса башенных мельниц подобны парусам лодки. Паруса имеют несколько мачт — конструкция над верхней частью лодки для удержания парусов — прикреплены к вращающемуся валу и впервые были построены как на берегу, так и на море недалеко от Крита, Италии и Греции.Существуют разные стили башенных мельниц. Паруса Grondzeilers вращаются, и к ним можно получить доступ с земли. Бельтмолен построен на вершине холма или дамбы. Бинненкруйер представляет собой макет мельницы с крышкой, вращаемой хвостовым вентилятором. Фуражка буйтендкруйера поворачивается хвостовым полюсом.

Что такое ветряная мельница и ее разновидности?

Знаете ли вы, что такое ветряная мельница и какие бывают типы? Давайте подробно рассмотрим ветряную мельницу, ее эволюцию и историю, а также различные типы ветряных мельниц.Также обсуждаются масштабы и будущее. Энергия ветра – неизбежный ресурс для нашей будущей жизни. Он широко используется с 18 века, но не для производства электроэнергии. Поскольку производство энергии также развивалось из энергии ветра, его диапазон стал очень широким.

Что такое ветряная мельница?

Ветряные мельницы — это те машины, которые помогают нам собирать энергию ветра для производства электроэнергии. Ветряные мельницы преобразуют кинетическую энергию ветра в электричество. Они были шаровидными в восемнадцатом веке в Европе и вокруг нее.

Основными частями ветряных мельниц являются их лопасти, также называемые лопастями. Эти лопасти соединены с валом, оседланным на башне. Лопасти вращаются за счет ветра и тем самым поворачивают вал. Если заглянуть в историю, ветряные мельницы используются для измельчения зерна или перекачки воды. Современная эпоха проложила путь ветряным турбинам, которые используются исключительно для производства электроэнергии, и ветряным насосам для перекачки воды.

История ветряной мельницы

Ветряная мельница используется с древних времен, поскольку человек использовал ее с 1 по век.Первая ветряная мельница возникла в Персии и использовалась для перекачивания воды. У него было от шести до двенадцати лопастей, которые были расположены и прикреплены к вертикальному валу. Первоначально он использовался для перекачивания воды, а затем для измельчения зерна в порошок. Первое использование ветряной мельницы в Китае зарегистрировано в 1219 году нашей эры. Наиболее широкое распространение получили ветряные мельницы с вертикальной осью.

Кроме того, страсть к ветряным мельницам была широко распространена в Европе, но, в отличие от Китая, в Европе наблюдался рост и использование ветряных мельниц с горизонтальной осью.В ветряке с горизонтальной осью у него есть зубчатое колесо и зубчатый венец, который прикреплен к валу, удерживающему лопасти на другом конце. Зубчатое колесо и зубчатый венец помогают валу двигаться по вертикали, обеспечивая цели, для которых он работает. Голландцы и англичане внесли революционные изменения в конструкцию ветряных мельниц. Это радикальное изменение проложило путь к повышению эффективности ветряных мельниц. Была изменена вся конструкция мельниц и размещены башенные мельницы. Внедрение башенных мельниц привело к пониманию того, что мельница должна стоять постоянно на месте, а лопасти должны быть на ветру.Англичане также ввели средства автоматизации.

В 19 -м веке ветряные мельницы пришли в негодность из-за развития паровой энергетики. До этого упадка его широкое использование было распространено на лесопилки, обрабатывающие специи, табак и т. Д. Даже большие ветряные мельницы переживали упадок, маленькие ветряные мельницы процветали из-за их цели перекачивать воду в полях.

В 19 -м веке Америка реконструировала ветряные мельницы, породив два типа ветряных мельниц, которые используются до сих пор.Они:

  • Аэромотор Дизайн
  • Дизайн Демпстера

Этим ветряным мельницам предшествовала конструкция ветряной мельницы Халладея 1854 года. Соединенные Штаты восприняли более шести миллионов ветряных мельниц между 18 -м и 19 -м веком.

Типы/конструкции ветряных мельниц

В ветряке есть два типа конструкций:

  1. Ветряные мельницы с вертикальной осью
  2. Ветряные мельницы с горизонтальной осью

Давайте рассмотрим его описание по порядку.

Ветряные мельницы с вертикальной осью

На ранней стадии разработки ветряные мельницы с вертикальной осью были очень популярны и широко использовались. Именно в такой конструкции лопасти будут стоять перпендикулярно земле. Эти ветряные мельницы с вертикальной осью были заменены ветряными мельницами с горизонтальной осью позже из-за их некомпетентности. В основном это использовалось для измельчения зерна или перекачки воды.

Ветряная мельница с вертикальной осью называется горизонтальной ветряной мельницей. Поэтому, пожалуйста, не путайте себя с обоими названиями, так как если вы пропустите слово «ось», вся идея и смысл изменятся, давая вам антоним.

Ветряные мельницы с горизонтальной осью

Ветряки с горизонтальной осью завоевали сердца многих благодаря своей экономичности и производительности. Он известен своей эластичной конструкцией, поскольку он использует больше ветра и позволяет оператору легко изменять направление в соответствии с потоком ветра.

Ветряные мельницы с горизонтальной осью называются вертикальными ветряными мельницами. Существуют различные виды ветряных мельниц с горизонтальной осью, а именно

  • Почтовая мельница
  • Смок Мельница
  • Башенная мельница
  • Вентиляторная мельница

Почтовая мельница

Это был самый старый ветряк с горизонтальной осью.Уникальной особенностью является то, что он установлен на одной вертикальной стойке, на которой его можно поворачивать. Она была названа столбовой мельницей, так как наиболее важной частью является столб, на котором вращается мельница. В прежние времена столб был скрыт на основании, которое было заменено деревянной опорой, называемой эстакадой. Эстакада, будучи деревянной, требует защиты и поэтому окружена круглым домом.

Почтовые мельницы имеют разные категории:

  • Заглубленная почтовая мельница
  • Мельница для открытых эстакад
  • Столбовая мельница с разворотным пунктом
  • Станок для полых стоек
  • Композитная мельница
  • Мельница Paltrok

В 19 -м веке почтовые мельницы пришли в упадок, когда они были заменены другими мощными ветряными мельницами, такими как башенные и блочные мельницы.

Смок Мельница

Smock Mills — это горизонтальные обшитые досками башни, которые обычно имеют от шести до восьми сторон. Название произошло от формы его тела, похожего на халат. Эта часть мельницы покрыта соломой и будет иметь круглую форму. Главной особенностью блочной мельницы является то, что ее верхняя часть гибкая. Таким образом, эта часть может перемещаться по направлению ветра, в то время как другая часть остается стабильной. Поскольку основная часть тела устойчива, она может быть намного больше и выше.Как известно, чем выше башня, тем больше ветра она может собрать. Производительность всегда будет высокой.

Башенные мельницы

Башенная мельница очень похожа на шаровую мельницу. Разница лишь в том, что корпус башенной мельницы сделан из кирпичей или камней, что делает ее очень прочной и устойчивой. Как и в смокинге, только колпачок будет гибким. Долговечность башенных мельниц всегда стоит на первом месте наряду с эффективностью. Корпус можно построить любой высоты, так как он сделан из камней или кирпичей.

Вентиляторные мельницы

Вентиляторные мельницы представляют собой небольшие ветряные мельницы одноразового использования. Он имеет от четырех до двадцати бадей и в основном используется для перекачки воды.

Будущее ветряных мельниц

Было много улучшений и реструктуризации ветряных мельниц, но только сырье претерпело изменения. Первоначальная структура, построенная в 18 веке, остается неизменной до настоящего времени.

Хотя структура не претерпела изменений, цель, для которой он используется, претерпела впечатляющие изменения.Ветряные мельницы были разработаны как ветряные турбины для использования энергии ветра для производства электроэнергии. В США проводилось так много исследований по разработке ветряных турбин для производства электроэнергии. Кроме того, в Соединенных Штатах созданы многочисленные ветряные электростанции для использования энергии ветра. Таким образом, у человека нет будущего без эксплуатации чистых и легкодоступных возобновляемых ресурсов.

  1. Дом
  2. Энергия ветра

Типы ветряных турбин: объяснение и сравнение 2022

Ветер является возобновляемым источником энергии, вызванным неравномерным нагревом поверхности земли солнцем.Устройства, известные как ветряные турбины, были изобретены для преобразования энергии ветра в электричество. Есть много типов ветряных турбин . Турбины экологически безопасны, поскольку при выработке электроэнергии в окружающую среду не выбрасываются вредные химические вещества. Ветряные турбины, состоящие из лопастей, подключены к генератору, производящему электричество после вращения ветром.

Типы ветряных турбин:

Горизонтальная ось и вертикальная ось — это два основных типа турбин.Другими типами ветряных турбин являются, среди прочего, диффузорные, многороторные и коаксиальные ветряные турбины.

Типоразмеры ветряных турбин

Ветряные турбины различаются по размеру. Длина лезвия является определяющим фактором количества вырабатываемой электроэнергии. Самый большой ветряк может генерировать мощность до 10 000 киловатт. Один дом может использовать 10 киловатт электроэнергии, вырабатываемой небольшими ветряными турбинами. Многие турбины объединяются для создания ветряной электростанции или ветряной электростанции для обеспечения электросетей.

 

Ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT)

 

Что такое ветряные турбины с горизонтальной осью?

Ветряная турбина с горизонтальной осью является наиболее используемым типом турбины. Его компоненты включают вал, генератор и лопасти. Лопасти выполнены обращенными к ветру. Лопасти ударяются ветром, заставляя вал вращаться. Генератор включается шестерней, соединенной с валом, и начинается выработка электроэнергии, которая отправляется в электросеть.

Горизонтальные ветряные турбины Ключевые элементы

Чтобы повысить эффективность турбины, ветряная турбина имеет несколько ключевых элементов. В гондоле, также известной как голова, есть флюгер, анемометр и контроллер, который считывает скорость и направление ветра. В случае изменения направления намотки двигатель поворачивает гондолу, чтобы лопасти смотрели по ветру. При сильном ветре на турбине есть перерыв, чтобы замедлить скорость вращения вала. Тормоз предотвращает повреждение турбин в тяжелых условиях.

Турбины с горизонтальной осью имеют самолетоподобные пропеллеры с тремя лопастями. Самый большой из них — почти 20-этажное здание с лопастями длиной 100 футов. Чем выше турбина, тем больше электроэнергии вырабатывается. Горизонтальный тип используется почти во всех турбинах.

 

Ветродвигатель с горизонтальной осью Преимущества и недостатки

 

Преимущества

  • Имеет возможность обтекания крыла, придавая лопастям угол атаки
  • Имеет возможность наклонять лопасти несущего винта в случае шторма, что сводит к минимуму возможные повреждения
  • Высокая башня обеспечивает легкий доступ к более сильным ветрам
  • Высокая башня может быть размещена на неровной поверхности или в открытом море
  • Может быть установлена ​​в лесу среди высоких деревьев
  • Большинство из них самозапускающиеся

  • Трудно транспортировать
  • вызов на установку, поскольку он требует квалифицированных операторов и кранов
  • Трудно поддерживать
  • Близон влияет на радар
  • вертикальная ось ветряных турбин (VAWT)

    Что такое вертикаль Ветряная турбина Axis?

    В турбине с вертикальной осью вал и лопасть соединены с землей вертикально.Все основные компоненты расположены близко к земле. Ветряки вертикального находятся у земли, в отличие от горизонтального. Ветряные турбины с вертикальной осью бывают двух типов: подъемные и тормозные. Конструкция подъемника более эффективна, чем конструкция с тягой или лопастями. Турбины с вертикальной осью имеют форму взбивалки, а лопасти прикреплены вверху и внизу к ротору, расположенному вертикально.

    Ветряная турбина Дарье

    Ветряная турбина Дарье — еще один распространенный тип турбины с вертикальной осью, названный в честь французского инженера Жоржа Дарье.Он запатентовал конструкцию в 1931 году, похожую на гигантскую взбивалку для яиц с двумя лопастями. Некоторые из используемых версий представляют собой турбины с вертикальной осью высотой 100 и 50 футов. Эти турбины редко используются, потому что горизонтальные работают лучше.

    Вертикальная ось ветротурбины и недостатки

    • Легкое обслуживание
    • Низкая транспортировка и строительство Стоимость
    • Они не являются направленными
    • , которые они не являются направлениями
    • . проходы

     

    Недостатки

    • Менее эффективный
    • Лопасти вращаются против ветра, вызывая сопротивление
    • Работают при слабом и более турбулентном ветре

     

    Прочие конструкции ветряных турбин

     

    Ветряная турбина с диффузором Диффузор увеличивает скорость; таким образом, повышается эффективность. В традиционных голых турбинах лопасти ротора установлены вертикально на опорном валу или башне. В ветряной турбине с диффузором лопасти ротора установлены в диффузоре.Затем он размещается наверху шахты или опорной башни. Для повышения эффективности устройства были проведены дополнительные модификации диффузора.

     

    Ротор с двумя лопастями

    Почти все современные ветряные турбины используют ротор с тремя лопастями, но есть модели с двумя лопастями. GROYWAN представлял собой двухлопастную установку, которая находилась в стадии эксперимента в Кайзер-Вильгельм-Коог в Германии с 1983 по 1987 год. Двухлопастные турбины использовались в ветропарке Eemmeerdijk, расположенном в Зеволде, Нидерланды.Производителем двухлопастных турбин была Nordic Windpower, которая разработала такую ​​​​модель, как N 100. NedWind также производила другие турбины.

     

    Ротор с подветренной стороны

    Почти все ветряные турбины имеют ротор, расположенный в передней части гондолы, когда дует ветер. В некоторых турбинах ротор расположен за гондолой. Конструкция выгодна тем, что турбины выравниваются с ветром, что снижает стоимость. Недостатком является изменение нагрузки на лопатку по мере ее прохождения за башней, что увеличивает усталостную нагрузку и резонанс в других конструкциях турбины.

     

    Коаксиальный, многороторный

    На приводной вал можно установить более трех роторов. Они объединяются, когда ветер проходит через каждый ротор на расстоянии между углами от направления ветра. Исследования Дугласа Селсама в 2004 году доказали, что коаксиальный мультикоптер производит значительную мощность. Первый использовался в Калифорнии с расстоянием между винтами 12 футов. За счет нового несущего винта диаметр составил 2,1 метра.Среди прочего, аэрокосмические инженеры из Государственного университета Лоуа оптимизировали турбины. Турбина показала увеличение мощности на 10–20% и была менее эффективной, чем конструкция с противоположным вращением.

     

    Горизонтальная ось, вращающаяся в противоположных направлениях

    Когда масса ускоряется в одном направлении, это вызывает пропорцию, но в противоположном направлении. Имеет место значительное количество вращательного воздуха. В одном роторе слишком много тангенциального потока воздуха теряется.Чтобы сделать его более полезным, добавляется дополнительный ротор для увеличения производства дополнительной мощности. Еще одним преимуществом встречного вращения является отсутствие редуктора и автоцентровка на турбинах.

    Турбины на горизонтальной оси встречного вращения расположены с одной стороны, а расположенные установлены спереди под углом, чтобы не задеть задние. Всякий раз, когда лезвие находится на противоположной стороне башни, лезвия сзади должны быть меньше, чем лезвия спереди. При небольшом числе общих кратных турбины должны вращаться в соотношении 7:3, чтобы уменьшить вибрацию.Это позволяет генератору работать даже в широком диапазоне скоростей.

     

    Ветряная турбина Савониуса

    Турбина имеет аэродинамические крылья, установленные вертикально на валу и заземленные на станции. Сверху турбина имеет S-образную форму и медленно вращается. Он используется для измельчения зерна, перекачивания воды и выполнения других задач. Электроэнергия не вырабатывается из-за медленного вращения ветряной турбины.

     

    Ветряные турбины с откидными панелями

    Откидная турбина, также известная как турбина с обратным клапаном, представляет собой турбину с вертикальной осью, лопасти которой представляют собой регулируемые заслонки.Когда лопасти объединены, они действуют как парус. Когда дует ветер, створки закрываются, не позволяя ветру проходить через парус. Ветер блокируется, в результате чего турбина начинает вращаться.

     

    Ветряная турбина Giromill

    Ветряная турбина Giromill приводится в действие двумя или тремя крыльями, прикрепленными вертикально к центру с горизонтальной опорой. Они хорошо работают в условиях турбулентного ветра и являются доступным вариантом. В этом типе турбины стандартный ветряк с горизонтальной осью не подходит.

    Типы ветряных турбин: 3 основных типа с подробными сведениями

    Ветряные турбины используют возобновляемый источник энергии ветра, но существуют различные типы ветряных турбин, некоторые из которых можно использовать для небольших бытовых нужд, а некоторые — на ветряных электростанциях. . Поскольку экологичность становится все более важной с каждым днем, а человеческая цивилизация сильно зависит от энергии, энергия ветра и оборудование, с помощью которого она собирается, сейчас важны как никогда. Поэтому весьма полезно знать, как выглядят различные типы ветряков и где их можно использовать.

    Так же хорошо, как иметь доступ к платформе, позволяющей легко найти нужную ветряную турбину, которая находится здесь, также было бы интересно иметь доступ к краткому руководству, объясняющему, чем отличаются различные ветряные турбины, а именно о чем этот пост. Итак, оставайтесь, чтобы узнать больше о различных типах ветряных турбин.

    Энергия ветра: что это такое и каковы ее виды

    Различные факторы приводят в движение атмосферу, явление, которое мы называем ветром. Теперь это естественное движение или кинетическая энергия существует, и кажется разумным найти способы ее сбора.Легкая кинетическая энергия ветра не является чем-то новым для нас, людей. Мы уже использовали его для вращения наших ветряных мельниц почти тысячу лет назад. В качестве другого примера, мы так долго использовали его в винджаммерах. Но есть ли другие способы использовать энергию ветра в более осязаемом приложении?

    Ответ, конечно, большое ДА! Основная идея заключается в том, что кинетическую энергию ветра можно использовать для вращения некоторого оборудования, как в случае с ветряными мельницами, но на этот раз для выработки электроэнергии, как в случае с газовыми турбинами, где горячий газ вращает турбину и вырабатывает электроэнергию. власть.Поэтому то, что мы обычно подразумеваем под энергией ветра в наши дни, — это энергия ветра, которая вырабатывает электрическую энергию из кинетической энергии ветра с использованием оборудования, называемого ветряными турбинами.

    Мы можем классифицировать ветер в зависимости от того, где его энергия собирается, на наземный ветер и морской ветер. Сам наземный ветер можно далее разделить на два типа: «малый ветер» или «распределенный ветер» и ветер коммунального масштаба:

    • Малый ветер относится к использованию энергии ветра в небольших масштабах для домов, ферм и предприятий, для для обеспечения необходимой мощности используются небольшие ветряные турбины мощностью до 100 кВт.В этой установке ветрогенераторы не подключены к сети, а вырабатываемая ими мощность напрямую потребляется конечным пользователем.
    • Ветроэнергетика коммунального масштаба относится к использованию энергии ветра в крупномасштабных приложениях по производству электроэнергии. Ветряные турбины, используемые для этого ветра, имеют размеры в диапазоне от 100 кВт до нескольких мегаватт. Несмотря на небольшие ветряные турбины, генерируемая мощность ветряных турбин коммунального масштаба вводится в энергосистему для распределения и использования конечными пользователями.
    • Оффшорный ветер, как следует из названия, использует энергию ветра на морских акваториях путем установки в них крупных ветряных турбин. Морские ветряные турбины больше, чем наземные ветряные турбины, и поэтому обычно могут генерировать больше энергии, чем их наземные аналоги.

    Ветряные турбины, осуществляющие преобразование энергии ветра в электрическую, также можно разделить на несколько типов. Ветряные турбины в самом общем смысле подразделяются на два типа: ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) и ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT).Несмотря на то, что существуют ветряные турбины, которые не относятся ни к одному из этих двух типов, из-за их очень ограниченного применения в реальных приложениях, мы можем, естественно, придерживаться двух типов HAWT и VAWT в качестве основных типов ветряных турбин, используемых в действии.

    Типы ветряных турбин: HAWT

    Одним из важных типов ветряных турбин является HAWT, который является наиболее широко используемым ветряным двигателем. Вероятно, вы подумаете об этих типах ветряных турбин, когда услышите фразу «ветряная турбина».«Конструкция этих турбин в значительной степени соответствует той же идее, которая уже реализована в ветряных мельницах; лопасти ротора, которые соединены с валом и вращают его, когда на них дует ветер, только на этот раз вал соединен с генератором, вырабатывающим обещанную электрическую энергию. Они выглядят как большой авиационный винт, установленный на вершине мачты или башни.

    Изображение из NREL

    Ветряные турбины с горизонтальной осью — это один из типов ветряных турбин, которые требуют согласования с направлением ветра.Следовательно, им требуется датчик ветра, который определяет направление ветра, и некоторый механизм рыскания, который поворачивает устройство, чтобы правильно выровнять его против ветра. Причиной необходимости обращения к ветру является как более эффективное распределение усилия на роторы, так и предотвращение повреждения конструкции турбины из-за неправильной нагрузки на конструкцию турбины.

    Говоря о конструктивных соображениях, конструкция ветряных турбин с горизонтальной осью должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать вес лопастей ротора, редуктора, генератора и других компонентов турбины.Кроме того, основание мачты должно выдерживать сильные ветры, дующие в месте установки турбины.

    Из различных типов ветряных турбин HAWT являются наиболее часто используемым типом из-за их эффективности и более высокой способности выработки электроэнергии при той же занимаемой площади. Поэтому большинство ветряных электростанций, которые представляют собой электростанции с несколькими ветряными турбинами, вырабатывающими электроэнергию, используют эти типы ветряных турбин.

    Ветряные турбины с горизонтальной осью в основном включают два типа, а именно турбины, направленные вверх и вниз.Давайте обсудим каждый далее.

    Ветряные турбины

    Эти типы ветряных турбин используются чаще всего. HAWT, направленные против ветра, обращены к ветру, что означает, что ветер достигает роторов до мачты. Таким образом, роторы не страдают от ветра за башней, что означает более эффективную работу, а также меньшую подверженность роторов износу. Тем не менее, необходимость в механизме рыскания увеличивает вес конструкции.

    Еще один момент, касающийся ветрогенераторов против ветра, заключается в том, что их роторы не должны быть гибкими, чтобы они не изгибались и не сталкивались с мачтой при высокой скорости ветра. Чтобы избежать подобных инцидентов, ротор размещен на некотором расстоянии от башни. Это усложняет изготовление ветряных турбин этих типов, а довольно негибкие лопасти ротора требуют более тяжелого материала для изготовления лопастей.

    Ветряные турбины

    Ветряные турбины с горизонтальной осью вращения являются менее распространенными типами ветряных турбин.Их конструкция выглядит почти так же, как и HAWT против ветра, за исключением расположения ротора, который находится ниже по течению от башни; ветер ударяет в мачту до того, как достигает лопастей. Такая конфигурация обеспечивает большую гибкость лопастей несущего винта и, следовательно, позволяет использовать более легкий материал. Следовательно, эта конструкция служит двум целям: уменьшению веса конструкции и улучшению динамики конструкции башни за счет того, что часть нагрузки с башни переносится на лопасти во время их изгиба.

    Изображение из UNLV

    Ветряные турбины с горизонтальной осью по направлению ветра теоретически не требуют какого-либо механизма рыскания, если роторы и корпус сконструированы таким образом, что корпус будет пассивно следовать направлению ветра.Пассивное рыскание этих ветряных турбин не будет преимуществом для больших ветряных турбин, у которых к корпусу прикреплены заземляющие кабели.

    Так как ротор этих типов ветроустановок расположен за мачтой по течению, они страдают от ветровой тени. Затенение от ветра не только вызывает колебания количества вырабатываемой энергии, но также приводит к большей усталости ветряных турбин с подветренной стороны по сравнению с их аналогами с подветренной стороны.

    Типы ветряных турбин: VAWT

    Ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT) представляют собой один из типов ветряных турбин, роторы которых вращают вал, установленный вертикально.Такой дизайн обеспечивает меньшую чувствительность к направлению ветра, что делает их идеальным выбором для мест, где направление ветра часто меняется. Независимо от того, в каком направлении дует ветер, лопасти все равно будут двигаться и вращать вал для производства энергии.

     

    Генератор этих типов ветряных турбин расположен близко к земле. Это потому, что поднять его на высоту было бы не так правдоподобно, учитывая конструкцию роторов и их высоту. Эта конфигурация упрощает техническое обслуживание ветряных турбин с вертикальной осью по сравнению с ветряными турбинами с горизонтальной осью, в которых все компоненты установлены на некоторой высоте.Однако ветряные турбины с вертикальной осью имеют меньший КПД, чем ГАВТ, из-за значительного сопротивления воздуха роторам для некоторых конструкций, а также меньшей выходной мощности из-за того, что скорость ветра и его поток на расстоянии от земли выше и ровнее уровня земли.

    Турбины Савониуса

    Сила, заставляющая турбины Савониуса вращаться, — это сопротивление, что делает их тяговыми VAWT. Идея их конструкции во многом схожа с чашечными анемометрами. В чашечных анемометрах, таких как приведенный ниже, всегда есть чашка, обращенная к ветру, испытывающая наибольшее сопротивление, оказываемое на ее поверхность, в то время как другие чашки имеют другие круглые и, следовательно, уменьшающие сопротивление поверхности, обращенные к ветру.

    Изображение из RITM Industry

    То, что происходит в ветряных турбинах типа Савониус, следует той же логике. Как видно на рисунке ниже, всегда есть поверхность с наибольшим сопротивлением, в то время как на другие поверхности действует меньшая сила сопротивления.

    Изображение из Net Zero Guide

    Важным моментом в этой конструкции является то, что она будет вращаться независимо от того, в каком направлении дует ветер. Эти типы ветряных турбин также очень хорошо работают при низкоскоростном ветре, просты в изготовлении и обслуживании и хорошо работают при турбулентном ветре.Несмотря на эти преимущества, эта конструкция крайне неэффективна. Это потому, что благоприятная и неблагоприятная силы сопротивления не так уж отличаются друг от друга, и, следовательно, скорость вращения не будет такой высокой.

    Ветряные турбины этого типа могут запускаться самостоятельно благодаря высокому крутящему моменту, но их низкие обороты означают, что генератор не может производить много электроэнергии. Следовательно, их нельзя использовать для крупномасштабного производства электроэнергии, и они могут быть хороши только для небольших приложений, где другие типы ветряных турбин не могут работать так хорошо.

    Существуют витые турбины Савониуса с длинными винтовыми лопатками, плавно генерирующие крутящий момент, которые можно использовать на крышах.

    Изображение предоставлено Oy Windside Production Ltd.

    Турбины Дарье

    Ветряные турбины Дарье, в отличие от ветряных турбин Савониуса, относятся к ВАВТ подъемного типа, в которых реализована идея создания подъемной силы аэродинамических профилей. Эти типы ветряных турбин являются наиболее широко используемым типом ветряных турбин с вертикальной осью для выработки электроэнергии с изогнутыми лопастями С-образной формы, которые идут от вершины башни к основанию, где она соединяется с валом генератора.У них хороший КПД, потому что они вращаются на более высоких скоростях, которые могут генерировать больше энергии.

    Изображение от Dornier

    Это более высокое число оборотов имеет более низкий крутящий момент до уровня, который требует внешнего источника пускового механизма для этих типов ветряных турбин, такого как еще одна турбина Савониуса, которая довела бы скорость вращения до уровня, при котором лопасти Дарье могли бы «сесть за руль». Они также страдают от пульсации крутящего момента, которая представляет собой периодическое увеличение и уменьшение генерируемого крутящего момента и, следовательно, периодическую нагрузку на конструкцию башни.Трехлопастные ветряные турбины Darrieus не страдают от этой проблемы пульсаций крутящего момента.

    Турбины Giromill

    Ветряные турбины Giromill вдохновлены турбинами Дарье. Таким образом, эти типы ветряных турбин относятся к ВАВТ подъемного типа с прямыми вертикальными лопастями вместо изогнутых. Турбины Giromill не запускаются автоматически, как ветряные турбины Darrieus, и могут не иметь постоянной скорости вращения. Поэтому они не так эффективны, как турбины Дарье. Тем не менее, они дешевле, проще в изготовлении и могут хорошо работать при турбулентном ветре.

    Изображение из ScienceDirect

    Циклотурбины

    Циклотурбины очень похожи на ветряные турбины Giromill и на самом деле являются вариантом ветряных турбин Giromill, которые в некотором роде представляют собой гибридный тип ветряных турбин с вертикальной осью. Причина в том, что для их аэродинамического профиля лопасти имеют переменный шаг. Когда ветер недостаточно быстр, что в основном имеет место при запуске турбины, лопасти наклоняются против ветра, подобно идее ветряных турбин Савониуса, чтобы создать максимальное сопротивление и крутящий момент, чтобы сделать самостоятельную работу. -запуск ветрогенератора.

     

    Когда турбина достигает определенного числа оборотов в минуту, лопасти меняют свой шаг, чтобы создать большую подъемную силу, а не сопротивление, чтобы увеличить число оборотов в минуту, подобно тому, как это происходит в ветряных турбинах Дарье. Как бы ни было интересно иметь такой эффективный и гибкий VAWT, ясно, что их конструкция и производство более сложны, чем другие конструкции, что делает их дорогими, и они будут иметь больше компонентов и, следовательно, тяжелее и требуют большего обслуживания.

    Другие конструкции

    Поиски более эффективных и инновационных конструкций ветряных турбин на этом не заканчиваются. Существует множество других конструкций, таких как роторы с воздуховодами, ветряные турбины с кожухами, коаксиальные многороторные турбины, турбины встречного вращения и т. Д. Для HAWT. Для VAWT используются закрытые лопасти, H-ротор, O-образные ветряные турбины и т. д.

    Помимо этих более новых конструкций тех же концепций HAWT и VAWT, существуют безлопастные ветряные турбины, такие как безлопастные ионные ветрогенераторы, турбины с пограничным слоем и т. д. .

    Некоторые другие концепции также набирают обороты, такие как INVELOX от SheerWind, который сначала собирает воздух с разных направлений, направляет его в секцию, которая достигает трубы Вентури, в которой размещена турбина с более высокой частотой, чем у обычных HAWT.

    Просто есть много интересных ветряных турбин, которые выходят за рамки этого поста, но вы можете изучить их самостоятельно. Этот пост попытался стать хорошим началом с некоторыми полезными ключевыми словами, которые помогут вам продолжить путешествие самостоятельно.Вы также можете посмотреть здесь ознакомительные видеоролики о ветряных турбинах. Удачи!

     

     

    %PDF-1.4 % 399 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 399 95 0000000016 00000 н 0000003302 00000 н 0000003451 00000 н 0000004082 00000 н 0000004585 00000 н 0000004636 00000 н 0000004687 00000 н 0000004764 00000 н 0000004876 00000 н 0000005271 00000 н 0000005752 00000 н 0000005866 00000 н 0000009424 00000 н 0000012816 00000 н 0000015560 00000 н 0000018952 00000 н 0000019366 00000 н 0000019817 00000 н 0000020074 00000 н 0000020413 00000 н 0000020837 00000 н 0000021345 00000 н 0000021442 00000 н 0000021588 00000 н 0000024895 00000 н 0000025031 00000 н 0000025058 00000 н 0000025544 00000 н 0000028549 00000 н 0000031617 00000 н 0000032171 00000 н 0000032723 00000 н 0000039811 00000 н 0000042739 00000 н 0000045933 00000 н 0000046016 00000 н 0000046071 00000 н 0000046134 00000 н 0000046204 00000 н 0000046285 00000 н 0000058626 00000 н 0000058897 00000 н 0000059260 00000 н 0000062859 00000 н 0000065525 00000 н 0000080644 00000 н 0000080719 00000 н 0000080794 00000 н 0000080872 00000 н 0000080947 00000 н 0000081094 00000 н 0000081240 00000 н 0000081336 00000 н 0000081825 00000 н 0000082307 00000 н 0000100978 00000 н 0000101227 00000 н 0000101324 00000 н 0000101470 00000 н 0000101715 00000 н 0000101798 00000 н 0000101853 00000 н 0000101923 00000 н 0000102020 00000 н 0000102128 00000 н 0000102221 00000 н 0000102308 00000 н 0000102479 00000 н 0000102625 00000 н 0000102703 00000 н 0000102778 00000 н 0000102925 00000 н 0000103071 00000 н 0000103100 00000 н 0000103240 00000 н 0000103337 00000 н 0000103483 00000 н 0000103740 00000 н 0000103823 00000 н 0000103878 00000 н 0000104109 00000 н 0000104497 00000 н 0000104860 00000 н 0000105216 00000 н 0000105587 00000 н 0000105688 00000 н 0000105785 00000 н 0000105931 00000 н 0000107584 00000 н 0000157187 00000 н 0000182639 00000 н 0000184829 00000 н 0000227386 00000 н 0000003118 00000 н 0000002242 00000 н трейлер ]/Предыдущая 1883546/XRefStm 3118>> startxref 0 %%EOF 493 0 объект >поток hb«`e`g`g`([email protected]

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.