Большая Советская Энциклопедия (ВЕ)
Шрифт:
Так как мощность В. пропорциональна кубу скорости ветра, то в реальных условиях эксплуатации необходимо ограничение мощности при v > vp и регулирование частоты вращения ветроколеса. Действие различных систем автоматического регулирования основано на изменении аэродинамических характеристик лопасти или всего ветроколеса в соответствии с действующей скоростью ветра, частотой вращения ветроколеса и значением нагрузки. До определённых расчётных значений скорости ветра vp система регулирования в действие не вступает и В. работает с переменной мощностью. При скоростях, больших vp , с помощью системы регулирования мощность поддерживается почти постоянной. В районах со среднегодовыми скоростями ветра
Табл. 1. — Мощность на ветроколесе
| Диаметр | Мощность на ветроколесе, квт, при скоростях ветра, м/сек | ||||||
| ветроколеса, м | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 и более |
| 2 4 8 10 12 18 30 | 0,042 0,17 0,69 1,08 1,55 3,48 9,6 | 0,083 0,33 1,34 2,1 3,03 6,6 18,9 | 0,145 0,58 2,32 3,63 5,25 11,8 32,6 | 0,23 0,92 3,7 5,75 8,25 18,6 51,6 | 0,345 1,38 5,5 8,6 12,4 27,8 77,3 | 0,345 1,38 5,5 8,6 12,4 39,5 110,0 | 0,345 1,38 5,5 8,6 12,4 54,6 151,1 |
В тихоходных В. получили наибольшее распространение системы автоматического регулирования путём вывода ветроколеса из-под ветра давлением, создаваемым воздушным потоком на дополнительные поверхности — боковые планы (рис. 6 , б), или давлением на ветроколесо, ось вращения которого смещена (эксцентрично расположена) относительно вертикальной оси поворота головки. В исходное положение ветроколесо возвращается усилием пружины. Принудительная остановка В. производится установленной на башне лебёдкой через систему тросов, натяжением которых выводят ветроколесо из-под ветра. Система регулирования с боковым планом применена в отечественном В. ТВ-8, «Буран» и во многих зарубежных; система регулирования при эксцентричном расположении ветроколеса применена в отечественных В. ТВМ-3, ТВ-5 и в ряде В., выпускаемых в США, Великобритании, Австралии и др. странах.
В большинстве быстроходных В. регулирование осуществляется поворотом лопасти или её концевой части относительно продольной оси. Быстроходный В., разработанный А. Г. Уфимцевым и В. П. Ветчинкиным, регулирует частоту вращения своего ветроколеса поворотом лопасти ребром к потоку вследствие комбинированного действия на неё давления воздушного потока и момента её центробежных сил. В СССР такие В. имеют диаметр ветроколеса 10, 12, 18 м, мощность от 7,4 до 29,5 квт и применяются обычно как первичные двигатели ветроэлектрических станций. У В. относительно небольшой мощности (до 5 квт ) лопасти при регулировании поворачиваются в сторону увеличения угла установки j центробежными силами, развиваемыми лопастями и установленными на них грузами (метод В. С. Шаманина), или регулирование осуществляется поворотом лопастей в сторону уменьшения угла j под действием центробежных сил лопастей и грузов регулятора. Этот метод (Е. М. Фатеева и Г. А. Печковского) применен в В. ВБЛ-3, ВЭ-2М, «Беркут» (рис. 7 ) и др. Для более мощных В. применяют стабилизаторное регулирование (метод Г. Х. Сабинина и Н. В. Красовского), выполняемое обычно концевой частью лопасти, которая поворачивается относительно оси под действием сил, возникающих на стабилизаторе. Он управляется центробежным регулятором. Вследствие высокой равномерности вращения таких В. их применяют для работы с электрическими генераторами (В. Д-12, Д-18 и Д-30). В. «Сокол» с электрической трансмиссией имеет комбинированное моментно-центробежное регулирование (метод Я. И. Шефтера), основанное на изменении подъёмной силы лопасти при её повороте относительно продольной оси в сторону уменьшения или увеличения угла установки под действием движущего момента на ветроколесе. Для предохранения В. от разноса при малых значениях момента нагрузки имеется центробежный регулятор, также управляющий поворотом лопастей. Такой В. может работать изолированно и параллельно с др. агрегатами или электрической сетью. В некоторых В. применяют регуляторы в виде тормозных открылков, торцевых клапанов и др. устройств, уменьшающих аэродинамический момент. У В. «Allgaier» (ФРГ) поворот лопастей осуществляется механогидравлической системой; при очень большой частоте вращения В. автоматически останавливается.
В табл. 2 приведена годовая выработка энергии на валу ветроколеса при
Табл. 2. — Годовая выработка энергии на валу ветроколеса
| vr , м/сек | Tраб , ч | Годовая выработка энергии Мвт-ч, при диаметрах ветроколеса, м | ||||||
| 2 | 4 | 8 | 10 | 12 | 18 | 30 | ||
| 3 4 5 6 7 | 3500 5300 6500 7300 7800 | 0,3 0,7 1,1 1,5 1,8 | 1,2 2,7 4,3 6,0 7,5 | 4,8 10,8 17,2 23,8 29,7 | 7,5 16,8 26,6 36,7 45,5 | 10,7 24,0 38,0 53,0 66,0 | 23,8 52,0 85,0 116,0 142,0 | 66,3 145,0 230,0 315,0 403,0 |
О применении В. и перспективах их развития см. в ст. Ветроэнергетика .
Лит.: Фатеев Е. М., Ветродвигатели и ветроустановки, 2 изд., М., 1957; Перли С. Б., Быстроходные ветряные двигатели, М. — Л., 1951; Шефтер Я. И., Рождественский И. В., Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты, М., 1967.
Я. И. Шефтер.
Рис. 3. Схема векторов аэродинамических сил и скоростей в сечении лопасти.
Рис. 7. Быстроходный ветродвигатель «Беркут-2» с электрическим генератором.
Рис. 1. Внешний вид рабочих органов ветродвигателя: а — карусельного; б — роторного; в — барабанного типа.
Рис. 2. Быстроходное ветроколесо: 1 — ступица; 2 — наконечник (мах); 3 — лопасть; 4 — подшипники; 5 — грузы регулятора.
Рис. 4. Тихоходное ветроколесо: 1 — ступица; 2 — лопасть; 3 — каркас; 4 — болты крепления лопасти.
Рис. 5. Зависимости значений относительных моментов
Рис. 6. Ветродвигатель: а — типа Д-18 (1 — ветроколесо; 2 — верхний редуктор; 3 — виндроза; 4 — вертикальный вал; 5 — нижний редуктор; 6 — рабочая машина); б — с пневматическим приводом (1 — ветроколесо; 2 — компрессор).
Ветроколесо
Ветроколесо', рабочий орган ветродвигателя . Служит для преобразования кинетической энергии поступательно движущегося воздушного потока в механическую энергию вращения вала ветродвигателя.
Я. И. Шефтер.
Ветроупорная опушка
Ветроупо'рная опу'шка, полоса леса шириной 20—30 м, предназначенная для защиты леса от ветровала . В. о. Закладывают, главным образом, из лиственных древесных пород с глубокой корневой системой, способных развивать мощную крону, и располагают перпендикулярно господствующим ветрам. В. о. формируют путём сильного изреживания молодых деревьев. Это способствует образованию мощной разветвленной кроны, способной отражать порывы ветра. Между деревьями высаживают лиственные кустарники.
Схема ветроупорной опушки: А — направление господствующих ветров; В — ветроупорная опушка; С — защищаемое от ветра еловое насаждение.
Ветроустойчивые породы
Ветроусто'йчивые поро'ды, древесные породы с глубокой и разветвленной корневой системой и крепким стволом, хорошо противостоящие бурям и ураганам и не подверженные ветровалу . К В. п. относят дуб, сибирский кедр, эвкалипты, секвойю и др. Ветроустойчивость деревьев связана с условиями произрастания. На глубоких, относительно рыхлых и хорошо дренированных почвах, при низком уровне грунтовых вод и у редко стоящих молодых деревьев формируется более глубокая и разветвленная корневая система; на мелких каменистых, на тяжёлых заболоченных почвах, на песчаных почвах при высоком уровне грунтовых вод, а также при неглубоком расположении многолетнемёрзлых горных пород — поверхностно-разветвленная. Повышают ветроустойчивость также ветроупорные опушки . Ср. Ветровальные породы .