2.1. Показник швидкохідності вітроколеса

Число лопатей	Показник швидкохідності Z
1	9
2	7
3	5
6	3
12	1,2

Приклад виконання розрахунків: Для наступних даних: D – 2 м; кількість лопатів –6; V = 3 м /с.

Підставляємо дані в формулу (1.1). Якщо в цю формулу підставити дані для вибраного вітроколеса діаметром 2 м і 6 лопатями, то отримаємо частоту обертання

об/хв.

Наступним кроком для вирішення цього питання буде визначення для цього необхідної потужності вітрогенератора.

Це питання розглядається у роботі 2.

РОБОТА 2

Тема роботи: Розрахунок потужності вітрогенератора Дані для виконання роботи наведені в табл. 2.1. додатку А

Теоретичні відомості

Перед тим як буде продемонстрований приклад вибору вітроелектростанції (ВЕС), слід дізнатися, яким чином потік повітря трансформується в електричну енергію і скільки такої енергії можна буде отримати на своїй ділянці.

За наведеною формулою можна розрахувати енергію Р, яка « гуляє» вашою ділянкою

P = ξ • π • R² • 0,5 • V³ • ρ • η_ред • η_ген, (2.1) де ξ – коефіцієнт використання енергії вітру ( в номінальному режимі для швидкохідних вітряків досягає максимум ξ_max = 0,4 ÷ 0,5 ), безмірна величина; R – радіус ротора, м; V – швидкість повітряного потоку, м/с; ρ – щільність повітря, кг/м³; η_ред - ККД редуктора, %; η_ген – ККД генератора , %.

Рис. 1.1. Вітрогенератор: 1 - лопаті вітроколеса; 2 - генератор (веломотор); 3 - станина для закріплення вала генератора; 4 - бічна лопать для захисту вітроге-нератора від ураганного вітру; 5 - струмоприймач, який передає струм до нерухомих проводам; 6 - рама для кріплення вузлів вітряної електростанції; 7 - поворотний вузол, який дозволяє повертатися вітрогенератору навколо осі; 8-хвіст з опіренням для установки вітроколеса за вітром; 9 - щогла вітрогенератора; 10 - хомут для кріплення розтяжок.

Приклад виконання розрахунків: Для наступних даних: ξ = 0,45; R = 2 м; V = 5 м / с; ρ = 1,25 кг/м³; η_ред = 0,9; η_ген = 0,85. Підставляємо дані в формулу (1.1)

P = 0,45 • π • 2² • 5³ • 0,5 • 1,25 • 0,9 • 0,85 = 417 Вт.

Висновок:

Не так багато виходить розрахункової потужності, тоді чому використання ВЕС вигідно?

РОБОТА 3

Тема роботи: Проектування мікроГЕС «Водяне колесо»

Дані для виконання роботи наведені в табл. 3.1. додатку А

Теоретичні відомості

Дебіт води і висота, з якої потік спрямовується до турбіни, є головними факторами потужності мікроГЕС,

Вимірювання дебіту води проводиться за допомогою секундоміра і поплавка, на фіксованому ділянці річки (каналу і т.д.). Контрольна довжина цієї ділянки повинна бути не менш 10 м. Поплавкова деталь вимірювання (легкий м ’яч, шматочок пінопласту і т.п.) повина бути встановлена ​​на стромовині, повинна переміщатися без перешкод. А захронометрірованная величина, протягом якої поплавок пройде ці 10 м, дозволить легко обчислити швидкість самого потоку. За усередненими даними знаходять поперечний переріз русла водойми (річка, струмок тощо).

Знаючи до того ж і швидкість, розраховують сам дебіт.  Створення потрібного перепаду рівнів води (транспортного каналу) вимагає певних гідротехнічних робіт; досить об’ємних, але цілком необхідних відповідних конструкцій (рис.3.1).

Рис. 3.1. Схема розташування та склад мікроГЕС:

1 – річка з дебітом основного потоку (варіант) 1,2 т/с; 2 – обмежувач дебіту (подробиці див. в тексті); 3 – канал транспортний з дебітом 0,4 т/с; 4 – лоток-напрямна на палях (з підручних матеріалів); 5 – технічне приміщення (з бруса і та пластика); 6 – стояк електропередачі (з укріпленими на ньому фарфоровими ізоляторами); 7 – лінія електро-передачі (двопроводная повітряна); 8 – гідроелектроагрегат в роботі (а – спадаючий потік води, б – турбіна в зборі, в – передача клинопасова двоступенева, г – вузол проміжного валу, д – електрогенератор, е – плита-основа сталева, ж – палі металеві або з деревини); 9 – стік відпрацьованої води.

Енергетичний потенціал гідропотока обчислюють за формулою

W_n = mgh, (3.1)

де W_n – потенційна енергія; m – маса води, що накочується за одну секунду на турбіну; g – прискорення вільного падіння, яке дорівнює 9,8 м/с²; h – висота падіння води (до виходу з турбіни). Для вимірювання витрати води поплавковим методом вибирають таке місце, де русло довжиною близько 10 м найбільш рівне по глибині і ширині, і вода в ньому тече спокійно. Глибину і ширину потоку визначають як середнє значення з декількох вимірювань. Для визначення швидкості потоку, в початок вибраної ділянки поплавок і вимірюю t час, за який вони пропливуть 10 м.

Витрата води (літрів в секунду) залежить від поперечного перерізу водотоку і швидкості води, в місці вимірювання поперечного перерізу водотоку, і визначається за формулою

Q = f ∙ h ∙ b ∙ v, л / с, (3.2)

де Q – витрата води, л / с; – f – коефіцієнт потоку; h –ширина потоку, дециметрів; b – глибина потоку, дециметрів; v – швидкість потоку, дециметрів в секунду.

Коефіцієнт потоку f = 0,5– 0,8. Менше значення f харак-теризує потік з шорсткими берегами, кам’янистим дном, малою глибиною і великою шириною русла.

Потужність мікроГЕС визначається за формулою

P = Q ∙(H в-Н п)∙ ŋ∙ g, (3.3) де Р – потужність, кВт; Q – витрата води через турбіну, м³ / c; H_в – геометрична висота від верхнього до нижнього бар’єру, м; Н_п – гідравлічні втрати в напірних трубопроводах, м; ŋ – коефіцієнт корисної дії (0,5 – 0,7); g – прискорення вільного падіння (9,8 м/сек).

Розвязок:

1. Витрата води Q відповідно до формули (3.2) буде дорівнювати

Q = 0,6 ∙ 4 ∙ 10 ∙ 5 = 120 л / с. = 0,12 м³ / c.

2. Потужність мікроГЕС відповідно до формули (3.3) буде дорівнювати

P = 0,12∙(1,7–0,2)∙ 0,7∙ 9,81 = 1,23 кВт.

3. Енергетичний потенціал гідропотоку обчислюють за формулою(3.1)

W_n = 0,12∙ 9,81∙ 1,7 = 2т/с² .

Висновки: