1.2.Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения.

У

Рис. 1.6.Ортогональные вертикальные ветрогенераторы

этого типа ветрогенераторов, ось вращения вертикальная, с насаженным на нее колесом и закрепленными на нем, приемными поверхностями для ветра. Существенным преимуществом данного типа ВЭС является то, что работать они могут, не меняя своего положения – при любом направлении потока воздуха. Данный тип ветрогенераторов тихоходен и бесшумен, а в качестве генераторов по выработке энергии здесь используют низкооборотистые, многополюсные электрогенераторы. 

О

Рис. 1.7. Ветрогенераторы с

ротором Савониуса

ртогональные вертикальные ветр огенераторы (рис.1.6) имеют вертикальную ось вращения и несколько параллельных ей лопастей, удаленных от нее на определенное расстояние. Достоинствами ортогональных ветрогенераторов являются: отсутствие необходимости использовать в их конструкции направляющие механизмы, так как работа этих установок не зависит от направления ветра; за счет вертикально расположенного главного вала, приводное оборудование может быть расположено на уровне земли, что значительно упрощает его эксплуатацию. Недостатками этих установок являются: более низкие сроки службы опорных узлов, за счет более высоких динамических нагрузок на них со стороны ротора ВЭУ, т.к. при вращении ротора, подъемная сила от каждой лопасти меняет свое направление на 360°, что создает дополнительные динамические нагрузки; лопастная система ортогональных установок является более массивной по сравнению с эквивалентными по мощности горизонтально-осевыми установками; эффективность работы лопастной системы ортогональных установок является более низкой по сравнению с горизонтально-осевыми, т.к. в процессе одного оборота ротора, углы атаки потока ветра на лопасть меняются в широких диапазонах, в то время, как в горизонтальных ветрогенераторах их можно выставлять близкими к оптимальным.

Ветрогенераторы с ротором Савониуса (рис.1.7). В качестве лопастей в роторе Савониуса используются два или несколько полуцилиндров. Для ротора Савониуса характерны высокие пусковые крутящие моменты, работа при относительно низких скоростях и относительно высокая технологичность его производства. Недостатками ротора Савониуса являются: более низкая эффективность работы лопастной системы, по сравнению с горизонтально-осевыми ВЭУ; относительно высокая материалоемкость. В настоящее время ветрогенераторы с ротором Савониуса выпускаются в диапазоне мощностей до 5 кВт. Ротор Савониуса, так же, часто комбинируют с ротором Дарье, для обеспечения более высокипусковых моментов ротора Дарье.

В

Рис. 1.8. Ветрогенераторы с

ротором Дарье

етрогенераторы с ротором Дарье (рис.1.8) имеют вертикальную ось вращения и две или три лопасти, представляющие собой плоскую полосу, не имеющую характерного аэродинамического профиля. Достоинствами ротора Дарье являются: отсутствие системы ориентации на ветер; технологическая простота изготовления лопастей; возможность размещения приводного оборудования на уровне земли, что значительно упрощает его техническое обслуживание. Недостатками ротора Дарье являются: относительно низкая эффективность работы лопастной системы, по сравнению с горизонтально-осевыми ВЭУ; более низкие сроки службы опорных узлов, за счет более высоких динамических нагрузок на них со стороны ротора, т.к. при его вращении, подъемная сила от каждой лопасти меняет свое направление на 360°, что создает дополнительные динамические нагрузки; двухлопастные ветрогенераторы с ротором Дарье, при равномерном набегающем потоке не могут запускаться самостоятельно.

Г еликоидный ротор или Ротор Горлова (рис.1.9) является модификацией ортогонального ротора. За счет закрутки лопастей, вращение ротора является более равномерным, что значительно снижает динамические нагрузки на опорные узлы и, тем самым, увеличивает их срок службы, по сравнению с о

Рис. 1.9. Геликоидный ротор или

Ротор Горлова

порными узлами ортогональных роторов, однако, технология производства закрученных лопастей значительно усложняется, что сказывается на увеличении их стоимости. 

В

Рис. 1.10. Ветрогенераторы многолопастные с направляющим аппаратом

етрогенераторы многолопастные с направляющим аппаратом (рис.1.10) являются модификацией ортогонального ротора. Они имеют два ряда лопастей, первый ряд является неподвижным, он представляет собой направляющий аппарат, назначением которого является захват ветрового потока, его сжатие с увеличением скорости, и подача потока ветра под оптимальным углом атаки на второй ряд лопастей, представляющих собой вращающийся ротор. Достоинством этого типа ротора является его более высокая эффективность работы по сравнению с другими вертикальными ветрогенераторами; работа при низких скоростях ветра. Недостатком этого ротора является его более высокая стоимость за счет использования большого количества профилированных лопастей.

Преимущества:

1. Не нужно использовать дополнительное устройство для того, чтобы определить направление движения ветра, и направить генератор ему навстречу.

2. Вертикальный ветрогенератор используется на низкой высоте, за счет чего его легче обслуживать, так как не нужны дополнительные приспособления для подъема.

3. Движущихся деталей не много, что уменьшает затраты на ремонт и производство.

4. Можно эффективно использовать дома, тем более что не трудно соорудить самодельный вариант этого оборудования.

5. Лопасти имеют оптимальный профиль, а ротор — оригинальную форму, за счет чего устройство обладает высоким КПД независимо от направления ветра.

6. Бесшумный многополюсный генератор обеспечивает спокойствие окружающим людям.

Недостатки:

1. Огромный объем лопастей. Пожалуй, самый существенный недостаток данной разновидности ветрогенераторов. У горизонтальной турбины при общем объеме лопастей 90 метров получаемая энергия может достигать 1-3 КВт, для достижения аналогичных результатов лопасти вертикальной турбины должны иметь общую площадь 270 метров.

2. Второй аспект плавно вытекает из первого. Ветрогенератор с вертикальной осью вращения имеет КПД почти в 3 раза ниже, чем с горизонтальной осью.