Лопаті вітрогенератора є найбільш важливою частиною вітроелектричних агрегату. Від форми лопатей залежать потужність і обороти вітродвигуна. Ми не будемо зупинятися в цій брошурі на розрахунку нових лопатей зважаючи на складність цього завдання, а скористаємося готовими крила, що мають певну форму і відрізняються високим коефіцієнтом використання енергії вітру і великий швидкохідністю. Нам необхідно лише вирішити питання, як визначити розміри нових лопатей на бажану потужність, виходячи з розмірів відомих крил при збереженні початкової їх характеристики.
Приймемо для малопотужних вітроелектричних агрегатів швидкохідний дволопатевий вітряк з наступною відомою з практики характеристикою:
Число лопатей. 2
Коефіцієнт використання енергії вітру. 0,35
Швидкохідність вітроколеса. 7,0
Під швидкохідністю вітрогенератора треба розуміти відношення окружної швидкості кінця лопаті до швидкості вітру
Беручи одну і ту ж швидкохідні, рівну 7, для ветроколес різних діаметрів, ми будемо отримувати різні обороти ветроколес при одній і тій же швидкості вітру. Найбільші обороти буде розвивати ветроколесо з найменшим діаметром. Взагалі обертів ветроколес з рівними б-строходностямі будуть ставитися Друрі до одного обернено пропорційно їх діаметрам, т. Е.
Це означає ветроколесо з діаметром D1 буде робити оборотів в хвилину в стільки разів більше, у скільки діаметр цього вітроколеса D1 менше діаметра D2 іншого вітроколеса. Наприклад, якщо ветроколесо з діаметром 1,5 м робить 714 об / хв, то вітроколесо з діаметром 3 м буде робити 357 об / хв, т. Е. В два рази менше, хоча швидкохідності їх однакові.
Для зручності підрахунку розмірів лопатей вітрогенератора різних діаметрів, але з однаковою швидкохідністю в табл. 4 дані розміри двухлопастного вітряка з діаметром, рівним 1 м. Вгорі таблиці дано малюнок лопаті з літерними позначеннями її розмірів, а під малюнком в таблиці даються цифрові значення цих розмірів.
Зліва в 4 графах наведені розміри лопаті до лівого малюнку; справа в 10 графах дані розміри п'яти профілів цієї лопаті. Як проставляти розміри профілю, показано на малюнку таблиці справа.
Щоб дотримати прийняту характеристику вітрогенератора зі зміною його діаметра, необхідно все розміри даних лопатей змінити в тому ж відношенні, в якому ми змінюємо діаметр лопатей вітрогенератора. При цьому у нас буде дотримано геометрична подібність, без чого не можна було б скористатися цим способом перерахунку.
Так як ветроколесо з розмірами, приведеними в табл. 4, має в діаметрі 1 м, то відношення діаметра іншого вітроколеса до одиниці дорівнюватиме D т. Е.
Отже, щоб отримати розміри лопаті вітроколеса з іншим діаметром, необхідно кожен розмір, наведений в табл. 4, помножити на величину цього діаметра. Незмінними повинні залишатися лише кути заклиненому кожного перетину лопаті і число їх. Наїпрімер, для вітроколеса діаметром 1,2 м необхідно кожен розмір табл. 4 помножити на 1,2, при цьому отримаємо:
Відстань першого перетину лопаті від центру ветроко-лісу
Відстань другого перетину лопаті від центру ветроко-лісу
Ширина лопаті в першому перетині
Ширина лопаті в другому перетині
Відстань першої ординати Y1 від носка профілю:
Відстань другий ординати Y2 від носка профілю
Висота носка профілю першого перетину лопаті
Перша ордината верхньої дужки профілю
Друга ордината верхньої дужки профілю
Перша ордината нижньої дужки профілю
Подальший результат підрахунку наведено в табл. 5.
Щоб отримати закінчену форму лопаті, необхідно за розмірами, підрахованими в табл. 5, побудувати на аркуші паперу точки для п'яти профілів лопаті і обвести по точках контури за допомогою лекала, як показано на фіг. 13. Профілі кожною перетину викреслюють в натуральну величину з тим, щоб по них можна було при виготовленні лопаті вирізати шаблони.
Фіг. 13. Профілі перетинів гвинтовий лопаті вітроколеса діаметром 1,2 м.
Для генератора потужністю в 1 кет необхідно ветроколесо діаметром 3,5 м. Щоб отримати розміри лопаті цього вітроколеса, необхідно наведені в табл. 4 розміри вітроколеса діаметром 1 м помножити на 3,5 і скласти таблицю, а потім викреслити профілі лопаті, які будуть потрібні при виготовленні.
Потужності і обороти дволопатеве ветроколес з даної вище характеристикою наведено в табл. 6.
Цією таблицею необхідно користуватися при виборі діаметра вітроколеса даної потужності і визначення передавального відношення редуктора, якщо обороти генератора виявляться більше оборотів вітроколеса, що розвиваються їм при швидкості вітру 8 м / сек.
Наприклад, при використанні для вітроелектричних агрегату генератора автомобільного типу ГБФ потужністю в 60 Вт при 900 об / хв підходить ветроколесо, що має D = 1,2 м, потужністю 0,169 л. с. при 895 об / хв (див. перші два рядки табл. 6).
Перераховуємо 0,169 л. с. на кіловати, помноживши цю величину на 0,736:
0,169х0,736 = 0,124 квт.
Беручи до. П. Д. Генератора дорівнює 0,5, отримаємо корисну потужність дорівнює:
N = 0,124 • 0,5 = 0,062 квт = 62 пт.
Так як обороти вітроколеса при швидкості вітру 8 м / сек майже рівні оборотам, необхідним для генератора, то в даному випадку ветроколесо можна закріплювати на валу генератора. Виходить самий простий і зручний в експлоата-ції вітроелектричні агрегат.
Якби ми задумали побудувати вітроелектричні агрегат потужністю 400 Вт, то необхідно було б прийняти діаметр вітроколеса 3 м, яке при швидкості вітру 8 м / сек розвиває 1,060 л. с. або 1,060 X 0,736 = 0,78 квт. Беручи до. П. Д. Генератора дорівнює 0,5, отримаємо:
Р = 0,78 • 0,5 = 0,39 квт = 390 пн.
Вітроколесо при швидкості вітру 8 м / сек розвиває 357 об / хв, а генератор при потужності в 390 Вт вимагає 1 000 об / хв. Отже, в даному випадку потрібно редуктор, що підвищує обороти в передачі від вітроколеса до генератора. Редуктор повинен підвищити обороти в відношенні.
Величину 2,8 називають передавальним відношенням. За допомогою цього відносини визначають число зубів шестерень редуктора. Наприклад, якщо ми приймемо у шестерні, насадженої на вал генератора, 16 зубів, то у ведучої шестерні, що сидить на валу вітроколеса, має бути
16х2,8 = 45 зубів.
Швидкохідні вітроколеса страждають дуже істотним недоліком, що полягає в тому, що вони погано рушають з місця, отже, вони можуть починати працювати тільки при високих швидкостях вітру.
Багатьом початківцям вітротехніки здається, що, чим більше число лопатей у вітроколеса, тим більшу потужність воно буде розвивати. Це уявлення помилкове. Два вітроколеса малолопастное і багатолопатеве з однаково добре побудованими лопатями і з однаковими діаметрами захоплюваної поверхні розвиватимуть однакову потужність. Пояснюється це тим, що раз вони однаково добре виконані, то і коефіцієнти використання енергії вітру їх будуть рівні, т. Е. Вони будуть однакову кількість енергії передавати робочій машині. Кількості ж надходить енергії вітру на те й інше вітроколесо рівні, так як рівні їх ометаемую поверхні. Що ж стосується оборотів, то вони будуть тим більше, чим менше лопатей, якщо вони у того і іншого вітроколеса мають однакову ширину; інакше кажучи, число оборотів тим більше, чим менше загальна поверхня лопатей, що утворюють ометаемую поверхню.