Принцип работы ветряной мельницы: Ветряная мельница — устройство, принцип работы, история, фото: Самые красивые дома

Ветряная мельница — устройство, принцип работы, история, фото: Самые красивые дома

Ветряная мельница – это мельница, преобразующая энергию ветра в энергию вращения с помощью лопастей называемых парусами, в отличие от водяной мельницы, использующей энергию потока воды. Много веков назад, ветряные мельницы, как правило, использовались для измельчения зерна, в качестве привода для водяного насоса либо для выполнения обеих задач. Большинство современных ветряных мельниц имеют форму ветровых турбин и используются для выработки электроэнергии; ветряные насосы используются для перекачки воды, осушения земель или выкачивания подземных вод.

Ветряные мельницы в древности

Ветряная мельница греческого инженера Герона Александрийского, изобретенная в первом веке нашей эры, является наиболее ранним примером использования энергии ветра для приведения в движения механизма. Другим примером древней ветрового привода является молитвенное колесо, используемое в Тибете и Китае в начале 4 века. Также есть сведения, что в Вавилонской империи Хаммурапи планировал использование энергии ветра для своего амбициозного проекта по орошению.

Горизонтальные ветряные мельницы

Первые запущенные в работу ветряные мельницы имели паруса (лопасти), вращающиеся в горизонтальной плоскости, вокруг вертикальной оси. По словам Ахмада аль-Хасана ветряные мельницы были изобретены в восточной Персии, персидским географом Эстакхири в девятом веке. Подлинность сведений о более раннем изобретении ветряной мельницы вторым халифом Умаром (в течение 634 — 644 годов н.э.) ставится под сомнение на основании того, что сведения о ветряных мельницах появляются лишь в документах датируемых десятым веком.

Мельницы того времени имели от шести до двенадцати лопастей покрытых тростником или тканевым материалом. Эти приспособления использовались для измельчения зерна или добывания воды, и довольно сильно отличались от более поздних европейских вертикальных ветряных мельниц. Первоначально ветряные мельницы получили широкое распространение на Ближнем Востоке и в Центральной Азии, а затем постепенно стали популярными в Китае и Индии.

Подобный тип горизонтальной ветряной мельницы с прямоугольными лопастями, используемой для орошения, также можно найти в тринадцатом веке в Китае (во время правления династии Цзинь на севере), открытой и привезённой в Туркестан путешественником Елюем Чуцаем в 1219 году.

Горизонтальные ветряные мельницы в небольшом количестве присутствовали на территории Европы в 18-м и 19-м веках. Наиболее известными, из сохранившихся до наших дней, являются Мельница Хупера в графстве Кент и мельница Фаулера в Баттерси в окрестностях Лондона. Вероятнее всего, мельницы существовавшие на территории Европы в те времена были независимым изобретением европейских инженеров времен промышленной революции; конструкция европейских мельниц не была заимствована у восточных стран.

Вертикальные ветряные мельницы

Относительно происхождения вертикальных ветряных мельниц дебаты историков продолжаются до сих пор. Из-за отсутствия достоверных сведений невозможно ответить на вопрос являются ли вертикальные мельницы оригинальным изобретением европейских мастеров или конструкция заимствована у ближневосточных стран.

Существование первой известной мельницы в Европе (предполагается, что она была вертикального типа) датируется 1185 годом; она была расположена в бывшем селе Видли в Йоркшире в устье реки Хамбер. Помимо этого, существует ряд менее надежных исторических источников, согласно которым первые ветряные мельницы в Европе появились в 12-м веке. Первым назначением ветряных мельниц было измельчение зерновых культур.

Козловая мельница

Существуют данные, согласно которым самый ранний тип европейских ветряных мельниц носил название post mill, названный так из-за большой вертикальной детали, составляющей основную конструкцию мельничного стана.

При монтаже корпуса мельницы таким образом она получала возможность вращаться по направлению ветра; это позволяло работать более продуктивно в северо-западной Европе, где направление ветра изменяется с короткими интервалами. Основания первых козловых мельниц вкапывали в землю, что обеспечивало дополнительную опору при повороте. Позже была разработана деревянная опора получившая название эстакада (либо козлы). Она была обычно закрытой, что давало дополнительное место для хранения урожая и обеспечивало защиту во время неблагоприятных погодных условий.

Этот тип ветрянных мельниц был наиболее распространенным в Европе до девятнадцатого века, до тех пор пока мощные башенные мельницы не заменили их.

Полая (пустая) козловая мельница

Мельницы этой конструкции имели полость, внутри которой размещался приводной вал. Это давало возможность поворачивать конструкцию по направлению ветра прилагая меньше усилий, чем в традиционных козловых мельницах, а также не было необходимости поднимать мешки с зерном к высоко расположенным жерновам, так как применение длинного приводного вала позволило размещать жернова на уровне земли. Такие мельницы использовались в Нидерландах начиная с 14 века.

Башенная мельница

К концу 13 века был введен в эксплуатацию новый тип мельничной конструкции, башенная мельница. Ее основным преимуществом являлось то, что в движение приводилась только лишь верхняя часть конструкции, в то время, как основная часть мельницы оставалась неподвижной.
Широкое распространение башенных мельниц пришло с началом периода укрепления экономики, из-за необходимости наличия надежных источников энергии. Фермеров и мельников не смущала даже более высокая стоимость возведения по сравнению с другими типами мельниц.
В отличие от козловой мельницы, в башенной мельнице только крыша башенного стана реагировала на наличие ветра, это позволяло сделать основную конструкцию значительно выше, что, в свою очередь, позволяло изготовлять лопасти большего размера, благодаря чему вращение мельницы было возможно даже в условиях слабой ветрености.

Верхняя часть мельницы могла поворачиваться по направлению движения ветра благодаря наличию лебедок. Помимо этого, существовала возможность удержания крыши мельницы и лопастей по направлению к ветру благодаря наличию небольшого ветряка, устанавливаемого под прямым углом по отношению к лопастям в задней части ветряка. Данный тип конструкции получил распространение на территории бывшей Британской империи, Дании и Германии. На территории расположенной на небольшом расстоянии от Средиземного моря, башенные мельницы возводились с фиксированными крышами, так как изменение направления ветра большую часть времени было весьма незначительным.

Шатровая мельница

Шатровая мельница является усовершенствованным вариантом башенной мельницы, где каменная башня заменена деревянным каркасом обычно восьмиугольной формы (существуют мельницы с большим или меньшим количеством углов). Каркас покрывался соломой, шифером, листовым металлом либо толем. Более легкая конструкция, по сравнению с башенными мельницами, делала ветряную мельницу более практичной, позволяя возводить конструкцию в районах с нестабильной почвой. Первоначально этот тип мельниц использовали в качестве дренажной мельницы, но позже сфера использования значительно расширилась.

При возведении мельницы в застроенных районах она обычно помещалась на основание из каменной кладки, что позволяло поднять конструкцию над окружающими зданиями для лучшего доступа ветра.

Механическое устройство мельниц

Лопасти (паруса)

Традиционно парус состоит из каркаса-решётки на которой расположена парусина. Мельник может самостоятельно регулировать количество ткани в зависимости от силы ветра и необходимой мощности. В средние века лопасти представляли собой решетку на которой располагалась парусина, в то время, как в условиях более холодного климата ткань была заменена деревянными планками, что препятствовало замораживанию. Независимо от устройства лопастей, для регулировки парусов необходимо было полностью остановить мельницу.

Переломным моментом стало изобретение в Великобритании в конце восемнадцатого века конструкции, которая автоматически приспосабливалась к скорости ветра без вмешательства мельника. Наиболее популярными и функциональными стали паруса, изобретенные Уильямом Кабиттом в 1807 году. В этих лопастях, ткань заменили механизмом соединенных затворов.

Во Франции Пьер-Теофиль Бертон изобрел систему, состоящую из продольных деревянных реек, соединенных с помощью механизма, который позволял мельнику открыть их во время вращения мельницы.

В двадцатом веке, благодаря успехам в самолетостроении значительно повысился уровень знаний в области аэродинамики, что привело к дальнейшему повышению эффективности работы мельниц немецким инженером Билау и голландскими мастерами.

Большинство ветряных мельниц имеют четыре паруса. Наряду с ними существуют мельницы оснащенные пятью, шестью или восемью парусами. Наибольшее распространение они получили в Великобритании (особенно в графствах Линкольншир и Йоркшир), Германии, и реже в других странах. Первые заводы по производству парусины для мельниц находились в Испании, Португалии, Греции, Румынии, Болгарии и России.

Мельница с четным числом парусов имеет преимущество перед другими типами мельниц, ведь при возникновении повреждения одной из лопастей, возможно удалить противоположную ей лопасть, тем самым сохранив балансировку всей конструкции.

В Нидерландах во время того, как лопасти мельницы находятся в неподвижном состоянии, их используют для передачи сигналов. Небольшой наклон парусов по направлению к главному зданию символизирует радостное событие; в то время, как наклон в противоположную от главного здания сторону символизирует скорбь. Ветряные мельницы по всей Голландии, были помещены в позиции траура в память о голландских жертвах авиакатастрофы малазийского Боинга в 2014 году.

Мельничный механизм

Шестерни внутри мельницы передают энергию от вращательного движения парусов к механическим устройствам. Паруса закреплены на горизонтальных валах. Валы могут быть полностью сделаны из дерева, дерева с металлическими элементами или целиком из металла. Тормозное колесо устанавливают на валу между передним и задним подшипниками.

Мельницы использовались для осуществления многих промышленных процессов, например для обработки семян масличных культур, выделки шерсти, покраски изделий и изготовления изделий из камня.

Распространение мельниц

Общее количество ветряных мельниц в Европе, по оценкам экспертов, достигало количества около 200 000 во времена наибольшего распространения этого типа устройств, эта цифра является довольно скромной по сравнению с приблизительно 500 000 водяных мельниц, существовавших в то же время. Ветряные мельницы получили распространение в тех регионах, где было слишком мало воды, где реки замерзали зимой и в равнинных регионах, где поток рек были слишком медленными, чтобы обеспечить требуемую мощность для работы водяных мельниц.

С приходом промышленной революции важность ветра и воды в качестве основных промышленных источников энергии снизилась; в конечном итоге большое количество ветряных мельниц и водяных колес было заменено на паровые мельницы и мельницы, оснащенные двигателями внутреннего сгорания. Вместе с тем, ветряные мельницы по прежнему оставались достаточно популярны, их продолжали строить до конца 19-го века.

В наши дни ветряные мельницы часто являются охраняемыми конструкциями, так как была признана их историческая ценность. В некоторых случаях старинные мельницы существуют в качестве статичных экспонатов (когда древние машины слишком хрупки, чтобы привести их в движение), в других случаях, как полностью рабочие экспонаты.

Из 10 000 ветряных мельниц, используемых в Нидерландах в 1850х годах, около 1000 мельниц до сих пор находятся в рабочем состоянии. Большинство ветряков в настоящее время обслуживается добровольцами, хотя некоторые мельники до сих пор работают на коммерческой основе. Многие из дренажных мельниц существуют в качестве резервного механизма для современных насосных станций. Регион Заан в Голландии был первым промышленным регионом мира в котором к концу 18 века функционировало около 600 ветряных мельниц. Экономические колебания и промышленная революция имела гораздо большее влияние на ветряные мельницы, чем на другие источники энергии, это привело к тому, что лишь немногие из них удалось сохранить до наших дней.

Строительство мельниц было распространено на территории Капской колонии в Южной Африке в 17 веке. Но первые башенные мельницы не пережили штормы на мысе полуострова, поэтому в 1717 году было решено построить более прочную мельницу. Мастера, специально присланные Голландской Ост-Индской компанией завершили строительство к 1718 году. В начале 1860х годов, Кейптаун мог похвастаться 11 мельницами.

Ветряные турбины

Ветряная турбина по сути является ветряной мельницей, структура которой специально разработана для выработки электроэнергии. Ее можно рассматривать как следующий шаг в развитии ветряной мельницы. Первые ветряные турбины были построены в конце девятнадцатого века профессором Джеймсом Блитом в Шотландии (1887 г.), Чарльзом Ф. Брашем в Кливленде, штат Огайо (1887-1888)и Полем ля Куром в Дании (1890-е). Мельница Поля ля Кура начиная с 1896 года выполняла функции электрогенератора в селе Аскове. К 1908 году насчитывалось 72 ветряных электрогенератора в Дании, с мощностью в пределах от 5 до 25 кВт. К 1930-м годам ветряные мельницы получили широкое распространение на фермах в Соединенных Штатах, где их использовали для выработки электроэнергии, в связи с тем, что еще не были установлены системы передачи и распределения энергии.

Современная ветроэнергетическая промышленность началась в 1979 году с запуска серийного производства ветровых турбин датскими производителями Kuriant, Vestas, Nordtank и Bonus. Первые турбины были небольшими по сегодняшним меркам, с мощностью 20-30 кВт каждая. С тех пор турбины коммерческого производства были значительно увеличены в размерах; Турбина Enercon E-126 способна обеспечить поступление до 7 МВт энергии.

С началом 21-го века, наблюдается рост озабоченности населения по поводу энергетической безопасности, глобального потепления и истощения ископаемого топлива. Все это в конечном итоге привело к увеличению интереса к всевозможным видам возобновляемых источников энергии и усилило интерес к ветровым турбинам.

Ветряные насосы

Ветряные насосы использовались для перекачки воды на территории современных Афганистана, Ирана и Пакистана начиная с 9-го века. Использование ветряных насосов получило широкое распространение во всем мусульманском мире, а затем распространилось на территорию современного Китая и Индии. Ветряные насосы использовались в Европе, особенно в Нидерландах и областях Восточной Англии Великобритании, начиная от Средневековья и далее, при осушении земли для сельскохозяйственных работ или для строительных целей.

Американский ветряной насос или ветряной двигатель, был изобретен Даниэлем Халадеем в 1854 году и использовался в основном для подъема воды из колодцев. Более крупные версии ветряного насоса также использовались для таких задач, как распиловка древесины, измельчение сена, шелушение и размол зерна. В Калифорнии и некоторых других штатах, ветряной насос был частью автономной системы по добыче хозяйственно-бытовой воды, которая также включала ручной колодец и деревянную водонапорную башню. В конце 19-го века стальные лопасти и башни заменили устаревшие деревянные конструкции. На пике своего развития в 1930 году, по оценкам экспертов около 600 000 ветряных насосов находились в использовании. Производством ветряных насосов занимались такие американские компании, как Pump Company, Feed Mill Company, Challenge Wind Mill, Appleton Manufacturing Company, Eclipse, Star, Aermotor и Fairbanks-Morse, со временем именно они стали основными поставщиками насосов в Северной и Южной Америке.

Ветряные насосы широко используются на фермах и ранчо в Соединенных Штатах, Канаде, Южной Африке и Австралии в наши дни. Они имеют большое количество лопастей, что позволяет им вращаться с большей скоростью при слабом ветре и замедлять движение до необходимого уровня при сильном ветре. Такие мельницы поднимают воду для нужд комбикормовых заводов, лесопильных заводов и сельскохозяйственных машин.

В Австралии компания Griffiths Brothers занимается изготовлением ветряных мельниц под названием «Southern Cross Windmills» начиная с 1903 года. В наши дни они стали незаменимой частью австралийского сельского сектора благодаря использованию воды Большого артезианского бассейна.

Ветряные мельницы в разных странах

Ветряные мельницы Голландии

В 1738 — 40 годах в голландском городке Киндердейк были построены 19 каменных ветряных мельниц для защиты низин от затопления. Ветряные мельницы перекачивали воду с территории, расположенной ниже уровня моря в реку Лек, которая впадает в Северное море. Кроме перекачивания воды, ветряные мельницы использовались для выработки электричества. Благодаря этим мельницам Киндердейк в 1886 году стал первым электрифицированным городом в Нидерландах.

Сегодня воду с отметки ниже уровня моря в Киндердейке перекачивают современные насосные станции, а ветряные мельницы в 1997 году были внесены в Список объектов мирового наследия Юнеско.

Ветряные мельнцы Испании

Ветряные мельницы Германии

Ветряные мельницы Украины

Ветряные мельницы Греции

Ветряные мельницы Бельгии

Ветряные мельницы Италии

Ветряные мельницы России

Ветряная мельница, Cуздальский Музей деревянного зодчества.

Ветряные мельницы Венгрии

Ветряные мельницы Израиля

Ветряная мельница Монтефиоре в Иерусалиме была построена в 1857 году на склоне напротив западных городских стен Иерусалима. Мельница была восстановлена в 2012 году.

Принцип действия и устройство ветрогенератора (общие понятия)

В упрощенном виде принцип работы ветрогенератора можно представить следующим образом.

Сила ветра приводит в движение лопасти, которые через специальный привод заставляют вращаться ротор. Благодаря наличию статорной обмотки, механическая энергия превращается в электрический ток. Аэродинамические особенности винтов позволяют быстро крутить турбину генератора.

Принцип работы

Дальше сила вращения преобразуются в электричество, которое аккумулируется в батарее. Чем сильнее поток воздуха, тем быстрее крутятся лопасти, производя больше энергии. Поскольку работа ветрогенератора основана на максимальном использовании альтернативного источника энергии, одна сторона лопастей имеет закругленную форму, вторая – относительно ровная. Когда воздушный поток проходит по закругленной стороне, создается участок вакуума. Это засасывает лопасть, уводя её в сторону. При этом создается энергия, которая и заставляет раскручиваться лопасти.

Схема работы ветрогенератора: показан принцип преобразования энергии ветра и действия внутренних механизмов

Во время своих поворотов винты также вращают ось, соединённую с генераторным ротором. Когда двенадцать магнитиков, закреплённых на роторе, вращаются в статоре, создаётся переменный электрический ток, имеющий такую же частоту, как и в обычных комнатных розетках. Это основной принцип того, как работает ветрогенератор. Переменный ток легко вырабатывать и передавать на большие расстояния, но невозможно аккумулировать.

Принципиальная схема ветрогенератора

Для этого его нужно преобразовать в постоянный ток. Такую работу выполняет электронная цепь внутри турбины. Чтобы получить большое количество электроэнергии, изготавливаются промышленные установки. Ветровой парк обычно состоит из нескольких десятков установок. Благодаря использованию такого устройства дома, можно получить существенное снижение расходов на электроэнергию. Принцип действия ветрогенераторов позволяет применять их в таких вариантах:

• для автономной работы;
• параллельно с резервным аккумулятором;
• вместе с солнечными батареями;
• параллельно с дизельным или бензиновым генератором.

Если поток воздуха движется со скоростью 45 км/час, турбина вырабатывает 400 Вт электроэнергии. Этого хватает для освещения дачного участка. Данную мощность можно накапливать, собирая её в аккумуляторе.

Специальное устройство управляет зарядкой аккумуляторной батареи. По мере уменьшения заряда вращение лопастей замедляется. При полной разрядке батареи лопасти снова начинают вращаться. Таким способом зарядка поддерживается на определённом уровне. Чем сильнее воздушный поток, тем больше электроэнергии может произвести турбина.

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

• установка экологически чистая;
• отсутствует потребность её заправки топливом;
• не накапливаются какие-либо отходы;
• устройство работает очень тихо;
• имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Увеличение мощности установки

Конструкцию некоторых ветрогенераторов имеет ветровой датчик. Он собирает данные о направлении и скорости воздушного потока. Генератор ветряка не может выдать больше номинальной мощности, однако, в любое оборудование заложен запас он может составлять от 10-30% от расчетных. На этот «запас» рассчитывать не стоит, так как программно и конструктивно в ветрогенератор заложена защита от перегрузок.

Увеличить мощность ветроустановки можно с помощью системы резервирования электроэнергии на базе аккумуляторных батарей.

Выходная мощность (кВт) ветрогенератора определяется мощностью инвертора. Исходя из выдаваемых киловатт, можно определиться с максимальным количеством подключаемых электроприборов. Чтобы увеличить выходную мощность установки, необходимо параллельно подключить несколько инверторов.

Для трехфазных схемы электропитания необходимо установить по инвертору на каждую фазу.

Если мощности на фазе недостаточно, увеличивают количество инверторов, если это предусмотрено производителем. При отсутствии ветра продолжительность подачи электроэнергии прекращается. Генерации энергии не происходит, поэтому к ветрогенератору подключают накопители энергии, смотрите схему ниже.

Схема увеличения мощности и емкости ветрогенератора

Накопитель энергии состоит из связки инвертор-батарея. О батареях вы можете прочитать в этой рубрике, а о накопителях в этой. Увеличение ёмкости аккумуляторных батарей увеличивает запас хранимой энергии, но и длительность зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от мощности генератора и количества инверторов, которые тоже могут пропустить через себя только ту мощность, которая заложена производителем. Соответственно, скорость зарядки аккумуляторов зависит от пропускной способности инвертора и не зависит от мощности ветрогенератора.

Выбор ветрогенератора

Самые качественные ветряки производят в Германии, Франции и Дании. Эти страны делают ветровые установки для снабжения электричеством жилого частного сектора, фермерских хозяйств, школ, небольших торговых точек. В России из-за низкой стоимости электроэнергии и негласной монополии на продажу электроэнергии ветроустановки, солнечные панели и другие виды альтернативной энергии не сильно распространены.

Мобильный ветрогенератор подойдет для нефтепромышленности или монтажных бригад, которые ведут строительство в полях (прототип)

Но высокая стоимость подключения удаленных объектов от электросетей (есть до сих пор не электрифицированные деревни), хамство чиновников, длительные процедуры хождения и получения ТУ у монопольных компаний вынуждают собственников использовать альтернативную энергию своих объектов.

Прежде все вы должны понимать, что КПД ветровой установки составляет около 60%, есть зависимость от скорости ветра, и потребуется периодически проводить ТО. Если вы все-таки решили сделать выбор в пользу ветрогенератора, следует знать. Выбирать ветрогенератор нужно исходя из конкретных обстоятельств его применения. Существуют новые разработки и модели: с повышенным КПД, вертикальные, горизонтальные, ортогональные, безлопастные.

Подсчитывается активная и резистивная мощность всех потребителей энергии.

Для предприятий или частного дома эти данные могут быть в проекте или счетах за электроэнергию. Если вам необходимо обеспечить электроэнергией дачу выбирается модель ветроустановки на 1-3 кВт, инвертор нужно небольшой мощности и можно обойтись без аккумуляторных батарей. Принцип наличия дачной ветроустановки прост: есть ветер — есть электричество, нет ветра — работаем в огороде или по хозяйству. Простой ветрогенератор можно сделать самому, достаточно собрать необходимые материалы и соединить их вместе.

Для частного дома постоянного проживания, такой принцип не подойдет. При частом отсутствии ветра следует придать особое значение аккумулятору. Здесь нужна большая ёмкость. Однако, чтобы он быстрее заряжался, сам генератор электричества также должен быть большой мощности. То есть отдельные узлы установки тесно взаимосвязаны друг с другом. Более надежная комбинация — симбиоз с дизель-генератором и солнечными панелями. Это 100% гарантия наличия электричества в доме, но и более дорогая.

При наличии скважины вы будете полностью энергонезависимые от внешних сетей.

Сейчас большое распространение получили коммерческие ветровые установки. Получаемая с их помощью электроэнергия продается различным предприятиям, испытывающим недостаток в энергоснабжении. Обычно такие электростанции состоят из нескольких ветрогенераторов различной мощности. Вырабатываемое ими переменное напряжение в 380 вольт подается непосредственно в электросеть предприятия. Кроме того, ветрогенераторы могут использоваться для зарядки большого числа аккумуляторных батарей, с которых потом преобразованная в переменное напряжение энергия также подается в электрическую сеть.

Ветрогенераторы российского производства

В большинстве случаев владельцы предприятий ставят ветроустановки, солнечные панели и дизель-генераторы для нужд собственного производства. Получение разрешение на продажу электричества в России — это, скажем так, отдельная история. После проведения энергоаудита, высвобождаются мощности, например, путем замены ламп освещения на светодиодные. Подсчитывается срок окупаемости, при отсутствии бюджета можно разделить модернизацию на этапы.

Технологии развиваются. Создаются энергонезависимые дома, офисы, станции на земле и воде. Наша команда инженеров поможет вам с выбором, расчетом, проектом и монтажом оборудования. Готовы ответить на ваши вопросы в комментариях или через форму.

Как работает ветряная мельница: принцип работы

Представьте себе парусник. Без хорошего ветра он будет практически беспомощен. Но первый сильный порыв понесет лодку по волнам на десятки километров. Наличие ветра в ваших парусах означает мотивацию и стремление что-либо сделать. Люди использовали эту фигуру речи в течение длительного времени. И она вдохновлена не только парусниками! Ветер является важной частью множества других процессов. Взять хотя бы погоду. Или воздушные шары. Или даже ветряные мельницы.

Люди использовали ветряные мельницы в течение сотен лет. Самое раннее письменное упоминание о ветряных мельницах пришло из Персии (современный Иран) в 644 году до нашей эры. Позднее они появились в Китае. Две страны, скорее всего, придумали ветряную мельницу отдельно. Однако некоторые полагают, что ветряные мельницы в Китае были впервые построены персами, которые попали туда в качестве пленников Чингисхана.

Как именно работают ветряные мельницы? Как и многие лодки, первые ветряные мельницы опирались на паруса. Когда паруса подхватывали ветер, лопасти ветряной мельницы вращались, перемещая карданный вал, который был связан с механизмами и жерновами.

Самые ранние ветряные мельницы были пост-мельницами. У них было четыре лезвия, соединенные с центральным постом. Позже башенные мельницы стали популярными в 1400-х годах. Они включали вращающуюся крышу, чтобы паруса могли лучше ловить ветер. Позже, в 1500-х годах, у коптильной мельницы было шесть или восемь сторон, вместо принятой ранее цилиндрической формы.

Многие годы люди использовали мельницы для измельчения зерна. Ветряные мельницы также помогали с поливом и другими потребностями сельского хозяйства. Позднее паровая энергетика и электричество заменили многие ветряные мельницы.

Сегодня ветряные мельницы снова набирают популярность, но уже в виде турбин. Турбины — это ветряные мельницы, которые используют энергию ветра для производства электричества. Принцип работы следующий: лопасти соединяются с валом, который вращается при достаточном ветре. Затем вал подключается к генератору для выработки электроэнергии.

Во многих уголках мира можно встретить большие группы ветряных турбин, так называемые ветряные электростанции. Ветряные электростанции наиболее распространены в областях с сильными ветрами, будь то равнины, или вблизи больших водоемов.

Традиционные ветряные мельницы могут быть не такими распространенными, как раньше, но некоторые фермы до сих пор используют их для измельчения зерна и воды для животных. И конечно, многим нравится посещать старые ветряные мельницы. Они могут быть впечатляющим зрелищем, даже если больше не используются.

Люди использовали силу ветра на протяжении тысячелетий — от парусных лодок до традиционных ветряных мельниц и теперь ветряных турбин. Как будущие люди будут использовать ветер?

Ветряные мельницы: устройство, применение, изготовление

Оглавление:
Ветряные мельницы: устройство и принцип работы
Ветряная мельница своими руками: для чего она может понадобиться
Как сделать ветряную мельницу своими руками: принцип изготовления

Ветряную мельницу человек знает давно и возможности ее использования на свое благо, можно сказать, изучил досконально. Лопасти, приводимые в движение силой ветра, передают вращающий момент к различным механизмам – если раньше они крутили исключительно жернова (от чего и пошло понятие ветряная мельница), то сегодня они вращают практически все что угодно, в том числе и электрогенераторы. Но суть не в этом – на сегодняшний день ветряная мельница, или, как ее еще называют, ветряк, является экологически чистым, а главное, условно бесплатным источником энергии. Только ради этого следует ознакомиться с устройством и принципом работы ветряной мельницы – именно этим мы и займемся в данной статье вместе с сайтом moyadacha.org.

Как работает ветряная мельница фото

Ветряные мельницы: устройство и принцип работы

Ветряная мельница, как и все гениальное, работает весьма просто – если говорить понятным языком, то посредством различных механизмов вращение пропеллера, приводимого в движение ветром, передается к устройству, выполняющему ту или иную работу. Если же усложнять все это дело, то конструкцию подобных агрегатов можно представить в виде трех различных узлов, собранных в едином корпусе. Кстати, корпус может быть весьма большим и иметь практически любую форму. Разберемся с этими узлами мельницы подробнее, а заодно и изучим ее принцип работы.

1. Лопасти. Раньше они имели огромный размер – сегодня с развитием механики и прочих областей народного хозяйства винты ветряной мельницы могут быть весьма небольшого размера и производить при этом массу полезной работы. Вообще габариты пропеллера целиком и полностью зависят от необходимых усилий – чем больше вы хотите выжать мощность (не скорости) из ветра, тем длиннее должны быть лопасти. По этой причине мельницы, перерабатывающие зерно в муку, и оснащались такими большими лопастями – им попросту приходилось вращать тяжелые жернова, что довольно трудно. Во многом на эффективность работы мельницы оказывает влияние и форма лопастей – с появлением такой науки, как аэродинамика, и такого устройства, как аэродинамическая труба, человек разработал массу различных пропеллеров. По большому счету, существуют даже такие формы лопастей, которые при своих небольших размерах способны выполнять колоссальную работу.

   Механизм ветряной мельницы фото

2. Система, передающая движение винта. Тут может быть много вариантов – вплоть до того, что вал, на который насажен винт, может вращать без всяких там вспомогательных шестерен рабочий механизм. Кто немного в курсе, понимает, что это не совсем правильно, так как минимум, что здесь должно быть, это редуктор, увеличивающий мощность или обороты. Ну а на счет механики и типа движения, то здесь все что угодно – вращение достаточно просто переделывается в поступательные движения и, соответственно, наоборот. Это к тому, что запустить от ветра можно практически любой агрегат.
3. Механизм, производящий полезную работу. Здесь также много различных вариаций – устройство ветряной мельницы позволяет приводить в движение очень большой спектр различного оборудования, и о нем мы поговорим чуть позже – по большому счету, в старину от ветряков запускали даже станочное оборудование.

   Устройство ветряной мельницы фото

Как видите, работает ветряная мельница довольно просто, несмотря даже на сложность ее механической системы – в принципе, в самом простом исполнении ее конструкцию назвать сложной можно разве что с натяжкой. Основная проблема ее изготовления заключается только лишь в точности изготовления ее деталей – если осилите этот момент в домашних условиях, то все остальное покажется простым делом.

Ветряная мельница своими руками: для чего она может понадобиться

Как и говорилось выше, перерабатывая энергию ветра с помощью ветряной установки, запустить можно достаточно много полезных приспособлений. Но так уж сложилось, что используют их в современном мире сравнительно редко и запускают с их помощью считанное количество приспособлений. Мощность, габариты и зависимость от погоды – вот еще одна проблема, с которой необходимо считаться. И именно эта проблема накладывает некоторые ограничения на область применения ветряных мельниц в современном мире.

1. Декор. Это, пожалуй, самое распространенное применение ветряной мельницы в современном мире – с их помощью декорируют загородные участки, имитируя тем самым старинный сельский стиль. Максимум функциональности у такой мельницы – это работа в качестве пугала для птичек на огороде, ну и для детворы развлечение. Ничего не имею против такого использования мельниц, но она может служить с куда большей пользой. К примеру, ее можно оборудовать маломощным генератором и, собрав на его основе мини электростанцию, освещать хотя бы небольшой участок сада.

   Ветряные мельницы фото

2. Ветряные электростанции. Современные ветрогенераторы могут вырабатывать очень много энергии, но если говорить о небольшого размера мельницах, то здесь можно рассчитывать максимум на 100, может чуть больше ватт энергии. В принципе, если подключить к такой установке светодиодные лампы, то с их помощью можно будет осветить достаточно большую площадь участка. Спросите, а как быть, если ветра нет? В таких ситуациях энергия запасается в аккумуляторы, и использовать ее можно в любое время.

О том, как самостоятельно сделать декоративную ветряную мельницу, смотрите в этом видео.

Это, наверное, и все, на что могут сгодиться ветряные мельницы – по большому счету, этого достаточно. Зерно с их помощью точно никто перемалывать не станет и уж тем более никто не будет использовать их для работы сложных станков. Разве что в качестве развлечения.

Как сделать ветряную мельницу своими руками: принцип изготовления

Как вы уже поняли, изготовить своими руками можно практически любую ветряную мельницу, но следует понимать, что от ее назначения могут изменяться некоторые детали конструкции. К примеру, наличие в мельнице генератора электрической энергии потребует от вас выделить в корпусе специальное место для его установки. В целом же, решая вопрос, как сделать ветряную установку, вам придется изготовить как минимум две ее части – если говорить о функциональных мельницах, то и того больше.

1. Корпус. Это, можно сказать, самая простая часть ветряной мельницы, которая, как правило, изготавливается из древесины – если быть более точным, то из досок. Как вариант, можно использовать фанеру – вырезая различные части корпуса ветряка лобзиком, ветряной мельнице можно придать практически любые формы и размеры. Здесь, как говорится, дело за вашей фантазией и умением конструировать. Другие материалы для изготовления корпуса мельницы лучше не использовать – либо обойдется дороже, либо прослужит не долго. Даже в случае с древесиной понадобится позаботиться о дополнительной защите – в общем, корпус нужно будет покрасить. Как вариант, для изготовления мельницы, а вернее ее корпуса, можно использовать кирпич или натуральный камень – использование этих материалов будет рациональным только в случае строительства большой мельницы.
2. Лопасти. Это самая сложная часть ветряной установки, от которой зависит ее эффективность – это если, конечно, говорить о функциональном изделии данного типа – если вести речь о декоре, то форме и конфигурации лопастей внимания можно особе не уделять. Изготовить лопасти для ветряной мельницы проще всего из двух типов материала – это все та же древесина, с которой придется изрядно повозиться в случае полноценной рабочей установки (декор делается просто, без всяких заморочек) или же пластиковая канализационная труба. С ее помощью изготовить лопасти рабочего вентилятора очень просто, самое главное здесь – правильно раскроить трубу.

   Ветряная мельница своими руками фото

3. Энергетическая установка. Несмотря на то, что энергетическая установка выглядит довольно сложно, собрать ее своими руками весьма легко. Для этого дела понадобится три основных элемента – это генератор, на вал которого нужно будет установить изготовленные ранее лопасти, аккумуляторы, которые необходимы для запасания энергии и так называемый инвертор-преобразователь, в задачи которого входит преобразование постоянного тока с напряжением 12 или 24 вольта в переменное напряжение 220V. Все это придется купить, после чего вам останется только правильно собрать схему – она элементарная и разобраться с ней сможет практически каждый человек, который хотя бы немного понимает в электричестве. Как вариант, от использования инвертора можно отказаться вообще – освещать некоторые участки сада можно и оборудованием на 12V.

В заключение темы про ветряные мельницы скажу несколько слов о подобных установках, только гидравлического принципа действия – в смысле, водяной мельницы. Это не менее популярный дачный декор, который, как и в случае с ветряком, может даже приносить пользу – это, конечно, если ваш дачный участок расположен на берегу тихой речушки. В таком случае водяные мельницы могут не только вырабатывать электроэнергию, но и качать воду для полива. В общем, на этот агрегат тоже нужно обратить внимание – возможно и для вас он окажется весьма полезной вещью, которую при желании также можно достаточно просто изготовить своими руками.

создание и установка своими руками функционального

Что такое ветряная мельница?

Постройки, имеющиеся на приусадебном или дачном участке, обычно создаются в строгом функциональном стиле. Каких-либо специфических декоративных элементов они, как правило, не имеют и выглядят соответственно своему назначению. При этом, желание как-то украсить, оживить территорию участка свойственно большинству владельцев. Вариантов решения этого вопроса имеется очень много. Чаще всего используются технологии ландшафтного дизайна, с помощью которых может быть украшен абсолютно любой клочок земли.

Один из вариантов создания необычного облика является возведение ветряной мельницы. Решение несколько неожиданное, но неизменно эффектное, требующее подробного рассмотрения.

Устройство и принцип работы

Ветряная мельница — это устройство, преобразующее энергию ветра в работу мукомольного механизма. Таково традиционное назначение мельниц, выполнявших практически единственную работу — размол зерна, изготовление муки. Лопасти (крылья) мельницы принимали на свои плоскости поток ветра и начинали вращение. Оно передавалось на жернова, моловшие зерно и производившие муку. Устройство ветряной мельницы — это прообраз ветряных генераторов, насосов и прочих механизмов сегодняшнего дня, использующих потоки ветра как источник энергии.

В настоящее время встретить действующую ветряную мельницу можно редко, в основном, их содержат в этнографических заповедниках как экспонаты. При этом, они вполне исправны и могут выполнять свою работу вполне эффективно.

Декоративный элемент или практичное сооружение?

Использовать ветряную мельницу в качестве полноценного сооружения, выполняющего помол муки, невозможно. Во-первых, размеры такого сооружения не подойдут для относительно небольших участков. Кроме того, необходимости в размоле зерна в настоящее время не имеется. Поэтому ветряные мельницы, возводимые на садовых участках, выполняют декоративную роль. При этом, вращающийся ротор, если он способен выполнять свои функции, вполне может быть использован для различных хозяйственных нужд:

• производство электроэнергии;
• приведение в действие водяного насоса;
• корпус ветряка можно приспособить для хранения различного инвентаря.

Выбор способа применения ветряка — прерогатива владельца участка, но наиболее распространенным назначением таких сооружений является украшение участка, привнесение фольклорных мотивов в стиль оформления. Этот момент нельзя считать второстепенным или неважным, так как внешний вид так же нуждается в грамотном и творческом подходе, как и практическое применение.

Для чего может понадобиться?

В данном случае ключевым моментом становится самостоятельное изготовление сооружения. Помимо определенных практических целей, которые преследуются при создании ветряка, важен творческий подход, возможность приложить усилия для самостоятельного оформления участка.

Применить такое сооружение можно по-разному, например, с помощью ветряной мельницы можно декорировать скважину для воды. Часто подобными сооружениями прикрывают выход на поверхность канализационных коллекторов. Не исключается использование ветряка по прямому назначению — с целью приведения в движение механизмов или генерации электрического тока, например, для освещения участка.

Важно! Украшение территории — сам по себе немаловажный фактор, но, если имеется возможность практического применения ветряной мельницы для хозяйственных нужд, ее ценность возрастает во много раз.

Еще одним возможным применением такого элемента можно назвать место для детских игр. Ребятишки с удовольствием играют в различных домиках, а если он стилизован под мельницу, становится еще интереснее.

Выбор территории для установки

На выбор места влияет, в первую очередь, замысел владельца, назначение сооружения. Если планируется чисто декоративное использование, то мельницу размещают исходя из соображений живописности, внешнего эффекта, то есть на открытой площадке, обеспечивающей хороший обзор сооружения. Если же устройство будет функциональным, то на выбор повлияет уровень площадки, отсутствие поблизости крупных построек, способных закрыть лопасти от потоков ветра.

Кроме того, необходимо учитывать расположение инженерных коммуникаций, построек или сооружений, которым могут помешать вращающиеся крылья мельницы. Если они находятся напротив окна, постоянное мелькание в глазах создаст существенное неудобство для людей, находящихся в комнате.

Следует также учитывать, что к сооружению понадобится иметь нормальный подход, особенно, если планируется сделать его элементом детской игровой площадки. Учитывая все эти соображения, производится выбор оптимального места для строительства мельницы.

Пошаговая инструкция

Создание мельницы происходит по обычной схеме, используемой при строительстве любых сооружений:

• создание проекта (рабочего чертежа)
• приобретение материалов, подбор инструмента
• подготовка площадки
• сборка корпуса и ротора
• установка механических элементов (если они запланированы)
• запуск, отладка режимов работы

Некоторые шаги в этом перечне могут оказаться лишними, иногда, напротив, могут понадобиться дополнительные действия. Окончательный план действий может быть составлен только при рассмотрении конкретной конструкции, условий ее работы, размеров и прочих параметров.

Важно! Ни в коем случае не следует пренебрегать созданием проекта. Зачастую именно на этом этапе обнаруживаются значительные ошибки или дополнительные факторы, в корне меняющие подход к выполняемой работе. Изготовление наобум может привести к пустой трате времени и материалов.

Необходимые материалы и инструменты

Для создания декоративной ветряной мельницы лучше всего использовать традиционные материалы:

• брус,
• доски,
• обточенные бревна,
• гвозди,
• саморезы.

Кроме того, в зависимости от размеров и назначения мельницы могут понадобиться материалы для создания фундамента:

• цемент,
• песок,
• арматурный пруток.

Не менее важно иметь необходимые инструменты:

• электропила,
• электрорубанок,
• ручная ножовка,
• стамеска, долото,
• пассатижи,
• молоток,
• электродрель с набором сверл,
• линейка, рулетка.

В зависимости от проекта сооружения, могут быть привлечены и другие инструменты или приспособления, если в них возникнет необходимость.

Фундамент

Первые шаги, которые понадобится выполнить на начальном этапе, это — подготовка площадки под строительство. Если сооружение запланировано достаточно крупное, например, под мельницу надо задекорировать хранилище для инструментов, инвентаря, инженерных устройств, то потребуется устройство фундамента.

Самым простым способом заливки фундамента будет создание ленточного типа основания. Для этого по периметру будущих стен выкапывается ров, внутрь которого устанавливается опалубка, вяжется арматурный каркас и заливается бетон. Фундамент выдерживается нужное время для достаточной кристаллизации бетона, после чего можно вести дальнейшие работы.

Примечание: для небольших декоративных сооружений фундамент не требуется, достаточно немного приподнять их над уровнем земли, чтобы исключить контакт с грунтовыми водами.

После завершения фундамента приступают к созданию корпуса ветряной мельницы.

Выбираем тип стен и кровлю

Возведение стен и крыши мельницы ведется в точном соответствии с рабочими чертежами, выполненными заблаговременно в самом начале. Возможны разные варианты:

• постройка стен из обточенных бревен. Выполняется при создании большой мельницы, предназначенной для выполнения определенных хозяйственных функций.
• возведение стен из бруса. Этот способ несколько проще, так как подгонка бруса намного проще, чем бревен. Величина мельницы при этом также достаточно большая.
• создание каркаса с последующей обшивкой досками. Такое строительство подойдет для мельницы меньших размеров.

Рассмотренные варианты подразумевают строительство сооружения непосредственно на месте. Могут быть варианты, когда все сооружение собирается в одном месте, например, в гараже или в мастерской, и устанавливается уже готовым на предназначенное место. Такой подход может быть использован при создании небольших декоративных мельниц, которые можно переносить в пределах участка.

Строительство стен завершается с началом создания крыши. Традиционно делается двух- или четырехскатная конструкция. В качестве кровельного материала используется какое-либо из старинных, традиционных кровельных покрытий — черепица, дранка и т.п.

Древесина — неустойчивый к воздействию атмосферной влаги и дождей материал. Готовое строение необходимо защитить от воды, нанеся слой лака или олифы. Оптимальным вариантом будет предварительная пропитка антисептиком и антипиреном для защиты стен от насекомых или огня.

Особенности постройки функциональной мельницы

Если ветряк будет выполнять полезную работу, то он устроен довольно сложным образом. Конструкция состоит из вращающегося ротора, передающего движение на генератор, с которого полученное напряжение передается на аккумулятор и инвертор. Это — самая сложная схема подключения ветрогенератора, могут быть варианты и попроще. Но все они объединены одним признаком: вал ротора соединяется с определенным механизмом.

Такое обстоятельство вынуждает подходить к постройке с другой стороны:

• сначала монтируется рабочий механизм;
• вокруг него строятся стены или защитный короб с возможностью доступа к оборудованию для ремонта или обслуживания.

В таких ситуациях строительство ведется так, чтобы стены и крыша мельницы не препятствовали вращению крыльев или не перекрывали доступ к механике. В остальном работы ведутся подобным образом с использованием тех же материалов и инструментов.

Установка ветрогенератора

Установка ветряной мельницы необходима в тех случаях, когда она была изготовлена в мастерской. Обычно такие сооружения имеют небольшие размеры и вполне доступны для транспортировки в пределах участка. Такой вариант хорош для производства ремонта, модернизации или технического обслуживания. Возможность произвести работы в условиях нормальной мастерской, а не под открытым небом, дает множество плюсов и обеспечивает высокое качество ремонта или ухода.

Установка мельницы производится на сухую подготовленную площадку. При необходимости, устройство крепится к ней с помощью анкеров. Если конструкция горизонтальная и не имеет возможности установки на ветер, то следует заранее позаботиться о выборе места, позволяющего использовать преобладающее направление потока для данного региона.

Рекомендуемые товары

Устройство ветряной мельницы

В свое время ветряная мельница была важным строением, которое позволяло осуществлять большое количество операций. С ее помощью можно было легко измельчить зерно в муку или на корм для скота. Сегодня мельницами, которые работали бы от потока ветра или воды, никто не пользуются, но их с успехом применяют в ландшафтном дизайне. Ков принцип работы мельницы и можно ли ее собрать самостоятельно? Об этом речь пойдет в статье.

Принцип работы

Принцип работы ветряной мельницы можно описать довольно просто. В качестве движущей силы используются потоки воздуха, которые постоянно перемещаются. Ветер воздействует на три основных узла:

• лопасти;
• передающий механизм;
• механизм, выполняющий работу.

В мельницах, которые использовались раньше, лопасти могли достигать в длину несколько метров каждая. Это делалось для увеличения площади захвата ветра. Размеры подбирались в зависимости от того, какую функцию выполняла мельница. Если мощность мельницы требовалась больше, то и пропеллер был больше. Самыми большими лопастями оснащались мельницы, которые мололи муку. Это связано с тяжелыми жерновами, которые необходимо было вращать. Форма лопастей ветряка со временем совершенствовалась, и они создавались в согласии с законами аэродинамики, что дало возможность увеличить их эффективность.

Следующим модулем ветряка, который следует за лопастями является редуктор или передающий механизм. Иногда таким модулем служил только вал, на который были смонтированы лопасти. На втором конце вала находился инструмент, который выполнял работу. Но такой механизм ветряка не отличается особой безопасностью и надежностью. Остановить мельницу при необходимости попросту невозможно. Кроме того, вал мог легко сломаться, если его чем-то заклинило. Редуктор является более эффективным и изящным решением. Он подходит для того, чтобы преобразовать вращение лопастей в полезную работу различного характера. Кроме того, разъединив компоненты редуктора, можно легко прекратить взаимодействие.

Оборудование, которое могло применяться и применяется с мельницей является самым разнообразным. Кроме жерновов, это могут быть различные измельчители на основе лезвий, благодаря которым в короткие сроки можно приготовить корм для скота. На мельницах могло быть установлено столярное оборудование, которое приводилось в действие силой ветра.

Где можно использовать мельницу

Мельницы испытывают второе рождение, но это не объясняется возвратом к методам производства, которые использовались раньше. Все больше людей задается вопросом о принципе действия такой конструкции. Те, кто одним глазом видели небольшую ветряную мельницу, которая была установлена у кого-то в саду, захотели иметь мельницу и у себя на участке. Мельница может стать именно той изюминкой, которой не хватало для территории сада с деревьями. Мельница придает индивидуальности любому участку. Сложно найти две одинаковые мельницы, которые были бы сделаны своими руками. Каждый мастер вносит свои наработки.

Ветряную мельницу можно доработать и задействовать в качестве генератора электрической энергии. Это позволит освещать территорию двора с использование светодиодных лампочек и не платить за электричество. Для этого потребуются определенные знания физики и смекалка. Похожим образом можно задействовать мельницу, если на участке протекает небольшой ручеек.

Подход к ландшафтному дизайну должен быть умеренным. Без особых сложностей можно насадить разнообразие цветов и других растений, но смотреться это будет безвкусно. В каждом проекте должна быть своя изюминка. Ровно подстриженным газоном редко кого можно удивить. Мельница на участке даст возможность выделиться. Возле нее можно оборудовать небольшой уголок для отдыха после тяжелого дня, она может быть тайником для дорогих сердцу мелочей. О других возможностях использования такой мельницы рассказано ниже.

Дополнительные способы использования

Ветряная мельница может быть не только генератором и простым элементом, который украсит участок. У нее может быть и другое практическое применение. Именно поэтому стоит хорошо подумать, где именно ее можно установить. Например, если по садовому участку проведена система автоматического полива, то, скорее всего, может присутствовать люк, в котором находятся все водопроводные узлы. Такой люк невозможно скрыть под газонной травой, но, если этого не сделать, тогда он будет выделяться и портить вид. Как раз в этом случае на помощь придет мельница. Она может быть смонтирована непосредственно на крышку люка, чем скроет ее. При этом у посетителей не возникнет подозрений в том, что что-то не так.

Не всегда элементы канализации спрятаны в люки. Кроме того, на газоне могут быть и другие элементы, которые необходимо скрыть. За счет того, что материал для мельницы подбирается легкий, то он не может повредить элементы. Также корпус выполняется в виде колпака, поэтому может быть установлен сверху. Если соорудить мельницу больших габаритов, то этому нескончаемо рады будут дети. Они смогут использовать мельницу для игр с друзьями. Если конструкция будет применяться именно таким способом, то ее необходимо хорошо укрепить, чтобы она не травмировала чад. Кроме того, понадобится вход, который необходимо сделать с обратной стороны.

Для ухода за садом и газоном применяется немало инструмента. Удобнее, если он будет находиться непосредственно на участке и за ним не придется возвращаться в кладовку возле дома. В этом тоже может помочь мельница. Внутри мельницы можно оборудовать отличное помещение для хранения инвентаря. Чтобы он хранился как можно компактнее, можно соорудить различные садовые органайзеры. Мельницу можно соорудить из природного камня или огнеупорного кирпича. В этом случае можно все продумать так, чтобы она служила мангалом. Для этого также можно соорудить небольшой столик.

Обратите внимание! Проблемой для многих являются кроты, которые постоянно перерывают территорию сада. Можно частично решить этот вопрос с помощью мельницы. Она способна передавать вибрации от вращения. Делается это благодаря тому, что ножки вкапываются в землю минимум на 20 см. Дополнительно можно смонтировать в конструкции ветряка вибромоторы, которые будут отпугивать животных.

Изготовление своими руками

К изготовлению мельницы нельзя подходить легкомысленно. Хотя конструкция ветряка и может казаться довольно простой, но необходимо все правильно рассчитать. Только в этом случае можно получить действительно стоящее изделие, которое сможет украсить участок. Первым делом необходимо выбрать территорию, на которой будет установлена конструкция ветряка. Если поместить изделие между деревьев, то оно там затеряется и не будет радовать глаз, кроме того, сила ветра между деревьями меньше, поэтому вращение лопастей может практически отсутствовать, что будет плохо при наличии генератора внутри.

Обратите внимание! На открытую местность проще доставить требуемые материалы, а также легче проводить сборку лопастной конструкции ветряка.

После выбора участка под ветряк производится его уборка и подготовка. Первым делом выполняется очистка от различных элементов, которые могут мешать. Это касается старых веток, кустарников или большого сорняка. Если раньше на участке росло дерево, то потребуется выкорчевать пенек. После уборки убирается трава и снимается небольшой участок грунта в том месте, где будет располагаться мельница. Далее подготавливается фундамент, на который будет смонтирован ветряк.

Чертеж

Нет строгих правил по сборке собственного варианта мельницы. Основной задачей будет нарисовать хороший схематический рисунок. На нем должны быть видны все детали мельницы. В зависимости от выбранного участка и целей, которые назначены для мельницы подбираются размеры. Их необходимо указать непосредственно на эскизе. Пример виден на фото выше. Следующим шагом идет подбор материала для мельницы. В его качестве подойдет древесина, но ее необходимо обработать антисептиком, а также покрыть лаком, чтобы она не разбухала от воздействия влаги, а также не была изъедена вредителями.

Обратите внимание! Отличным решением для конструкции ветряка будет сосна. Она пропитана смолами, поэтому прекрасно отталкивает влагу. Стоимость такой древесины сравнительно невысока, поэтому она отлично подходит для задуманного.

Подготовка фундамента

Когда с размерами все ясно, можно перейти к изготовлению фундамента для ветряка. Это необязательная процедура, но она требуется, если ветряк будет значительных размеров и применяться, как служебное помещение. Выкапывается небольшая яма на глубину в 50 см. Слоем в 15 см делается подсыпка щебня, таким же пластом укладывается песок средней зернистости. Его необходимо хорошо утрамбовать и выровнять, чтобы ветряк стоял ровно. Далее выставляется опалубка на ту высоту, на которую будет возвышаться фундамент для ветряка. В большинстве случаев она не требуется.

Внутрь ямы под фундамент ветряка укладывается армирующая сетка. Она изготавливается из арматуры, которая переплетается между собой вязальной проволокой. Сверху производится заливка бетона. Его необходимо хорошо утрамбовать, чтобы не было пустот, из-за которых в фундаменте ветряка могли бы пойти трещины. Монтаж ветряка на фундамент можно производить по истечении нескольких недель.

Сборка

Первым делом для мельницы понадобится каркас. Его можно изготовить из деревянного бруса с размерами 5×5 см. Крепить его необходимо не к бетонному основанию, а к небольшому ростверку. Его можно изготовить из бруса с размером 10×10 см. Из бруса изготавливается квадрат или прямоугольник. Все будет зависеть от выбранной конструкции. Элементы прочно соединяются между собой. Необходимо проверить соответствует ли каждый гол 90°. После этого на фундамент под мельницу укладывается слой гидроизоляции из рубероида. Он необходим, чтобы влага от бетона не повредила древесину. На рубероид укладывается деревянная конструкция основы ветряка и прикручивается к основанию анкерами.

Следующим шагом будет установка каркаса из бревен. На четырех углах крепятся стойки под мельницу. Чаще всего стенки мельницы имеют трапециевидную форму, поэтому бруски крепятся не под прямым углом, а с небольшим уклоном. Для этого их необходимо предварительно обрезать. Фиксация к основанию производится металлическими уголками. Когда четыре стойки для мельницы находятся на своих местах, делается верхняя обвязка. Дополнительно крепятся поперечные распорки, которые увеличат прочность всей конструкции мельницы. Это как раз тот момент, когда необходимо укрепить места, где будет располагаться окно и двери.

Следующим шагом сооружается крыша мельницы. В ветряках отлично смотрится небольшая двускатная крыша. Из брусков сооружаются треугольные фермы, которые монтируются сверху мельницы. После этого производится обшивка всех стен ветряка, кроме лицевой. Обшивку ветряка можно осуществить деревянной вагонкой или блок-хаусом. Ближе к крыше с лицевой стороны ветряка фиксируется механизм, на который будет установлены лопасти. Это может быть труба, в которую запрессовано несколько подшипников. Закрепить ее можно на горизонтальные перекладины каркаса ветряка с помощью хомутов. В подшипники вставляется металлический вал от лопастей. Его можно изготовить из отрезка арматуры.

Одним из самых сложных элементов ветряка является пропеллер. Выше приведена примерная конструкция лопастей для ветряка. Размеры можно пропорционально увеличить в зависимости от того, какие габариты имеет конкретная конструкция ветряка. После этого пропеллер устанавливается на подготовленный ранее вал. Теперь можно зашить переднюю стенку ветряка. Далее в ветряк монтируется окно и двери, а также выполняется организация внутреннего пространства. В качестве кровельного настила для ветряка подойдет профнастил или металлическая черепица. Видео о сборке декоративного ветряка есть ниже.

Обратите внимание! Важно предусмотреть механизм, который будет стопорить вал ветряка. Это понадобится во время сильного ветра, чтобы лопасти ветряка не были повреждены.

Резюме

Как видно, ветряк или мельница может оказаться довольно полезным дополнением саду. Благодаря своему уникальному виду ветряк однозначно будет привлекать внимание прохожих и гостей. Кроме того, ветряк значительно упростит задачу по обслуживанию сада. Внутри мельницы можно разместить насосное оборудование и основные узлы управления, что сохранит их от неблагоприятных погодных условий.

Отправить комментарий

Эффективность ветряных турбин • Айк Акопян • Научно-популярные задачи на «Элементах» • Физика

Сначала запишем уравнение сохранения потока вещества: сколько воздуха в такую абстрактную трубку втекает с одного конца, столько и должно вытекать из другого. Если взять малый участок цилиндра площадью \(A\) и длиной \(\Delta l\), то масса вещества в таком объеме составит \(\Delta m=\rho A \Delta l\). Допустим, вещество движется со скоростью \(v\), тогда расстояние \(\Delta l\) такой отрезок воздуха проходит за время \(\Delta t = \Delta l / v\), и \(\Delta m = \rho A v \Delta t\) (рис. 3). За единицу времени через такую плоскость протекает \(Q = \Delta m / \Delta t = \rho v A\) вещества, и эта величина должна быть постоянна, вне зависимости от того, какое сечение вдоль цилиндра мы выберем. Постоянство величины \(Q\) также называется уравнением непрерывности.

Таким образом можно для трех разных областей, показанных на рис. 2, написать уравнение непрерывности (плотность считается постоянной):

\[\rho A_1 v_1 = \rho A_0 v_0 = \rho A_2 v_2.\]

Отсюда уже можно видеть, что если скорость ветра после прохождения сквозь лопасти ветряной турбины падает, то есть \(v_2 < v_1\), то неизбежно площадь потока должна пропорционально вырасти: \(A_2 > A_1\).

Запишем далее уравнение Бернулли, которое, по сути, является законом сохранения энергии для жидкости или газа. Эти уравнения следует писать для всех областей попарно (слева и справа от лопастей, где энергии сохраняются отдельно, так как часть энергии в процессе передается самим лопастям):

\[P + \dfrac{1}{2}\rho v_1^2 = P_0^- + \dfrac{1}{2}\rho v_0^2\]

и

\[P_0^+ + \dfrac{1}{2}\rho v_0^2 = P + \dfrac{1}{2}\rho v_2^2.2.\]

Осталось найти максимум этого выражения. Это легко сделать, взяв производную. Или же можно посмотреть в третью подсказку и проверить, что максимальное значение достигается при \(x=1/3\), то есть когда скорость после турбины падает втрое: \(v_2 = (1- 2x) v_1 = v_1/3\). Максимально возможное значение КПД, таким образом, равно

\[\eta_{\mathrm max} = \dfrac{16}{27}\approx 59\%.\]

Как работает ветряная турбина

От огромных ветряных электростанций, вырабатывающих электроэнергию, до небольших турбин, приводящих в действие один дом, ветряные турбины по всему миру производят чистую электроэнергию для различных энергетических нужд.

В Соединенных Штатах ветряные турбины становятся обычным явлением. С начала века общая мощность ветроэнергетики в США увеличилась более чем в 24 раза. В настоящее время в США достаточно ветроэнергетических мощностей для выработки электроэнергии, достаточной для питания более 15 миллионов домов, что помогает проложить путь к экологически чистой энергии будущего.

Что такое ветряная турбина?

Концепция использования энергии ветра для выработки механической энергии восходит к тысячелетиям. Еще в 5000 году до нашей эры египтяне использовали энергию ветра для передвижения лодок по реке Нил. Американские колонисты использовали ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачивания воды и распиловки древесины на лесопилках. Сегодняшние ветряные турбины — это современный эквивалент ветряной мельницы, преобразующий кинетическую энергию ветра в чистую возобновляемую электроэнергию.

Как работает ветряная турбина?

Большинство ветряных турбин состоит из трех лопастей, установленных на башне из стальных труб.Реже встречаются варианты с двумя лопастями, с бетонными или стальными решетчатыми башнями. На высоте 100 футов или более над землей башня позволяет турбине использовать преимущества более высоких скоростей ветра, обнаруживаемых на больших высотах.

Турбины улавливают энергию ветра с помощью лопастей, похожих на пропеллер, которые действуют как крыло самолета. Когда дует ветер, с одной стороны лезвия образуется карман с воздухом низкого давления. Затем воздушный карман низкого давления притягивает к себе лезвие, вызывая вращение ротора.Это называется лифтом. Сила подъемной силы намного сильнее, чем сила ветра на передней стороне лопасти, что называется сопротивлением. Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер.

Ряд шестерен увеличивают вращение ротора с примерно 18 оборотов в минуту до примерно 1800 оборотов в минуту — скорость, которая позволяет генератору турбины вырабатывать электричество переменного тока.

Обтекаемый корпус, называемый гондолой, содержит ключевые компоненты турбины — обычно включая шестерни, ротор и генератор — находятся внутри корпуса, называемого гондолой.Некоторые гондолы, расположенные на вершине турбинной башни, достаточно велики, чтобы на них мог приземлиться вертолет.

Другой ключевой компонент — это контроллер турбины, который не позволяет скорости ротора превышать 55 миль в час, чтобы избежать повреждения сильным ветром. Анемометр непрерывно измеряет скорость ветра и передает данные контроллеру. Тормоз, также расположенный в гондоле, останавливает ротор механически, электрически или гидравлически в аварийных ситуациях. Изучите интерактивный рисунок выше, чтобы узнать больше о механике ветряных турбин.

Типы ветряных турбин

Есть два основных типа ветряных турбин: с горизонтальной осью и с вертикальной осью.

Большинство ветряных турбин имеют горизонтальную ось: конструкция в виде пропеллера с лопастями, вращающимися вокруг горизонтальной оси. Турбины с горизонтальной осью расположены либо против ветра (ветер ударяет лопасти перед башней), либо по ветру (ветер бьет в башню перед лопастями). Турбины против ветра также включают в себя привод рыскания и двигатель — компоненты, которые поворачивают гондолу, чтобы ротор был обращен к ветру при изменении его направления.

Хотя существует несколько производителей ветряных турбин с вертикальной осью, они не проникли на рынок коммунальных услуг (мощностью 100 кВт и более) в той же степени, что и турбины с горизонтальным доступом. Турбины с вертикальной осью делятся на две основные конструкции:

• Drag-based или Savonius, турбины обычно имеют роторы с твердыми лопастями, которые вращаются вокруг вертикальной оси.
• Лифтовые турбины, или турбины Дарье, имеют высокий вертикальный аэродинамический профиль (некоторые имеют форму взбивания яиц).Windspire — это тип лифтовой турбины, которая проходит независимые испытания в Национальном центре ветроэнергетики Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

Применение ветряных турбин

Ветровые турбины используются в самых разных сферах — от использования прибрежных ветровых ресурсов до выработки электроэнергии для одного дома:

• Большие ветряные турбины, которые чаще всего используются коммунальными предприятиями для подачи энергии в сеть, варьируются от 100 киловатт до нескольких мегаватт.Эти турбины для коммунальных предприятий часто объединяются в ветряные электростанции для производства большого количества электроэнергии. Ветряные электростанции могут состоять из нескольких или сотен турбин, обеспечивающих достаточную мощность для десятков тысяч домов.
• Небольшие ветряные турбины мощностью до 100 киловатт обычно устанавливаются рядом с местами, где будет использоваться вырабатываемая электроэнергия, например, возле домов, телекоммуникационных тарелок или водонасосных станций. Небольшие турбины иногда подключаются к дизельным генераторам, батареям и фотоэлектрическим системам.Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах, где нет подключения к коммунальной сети.
• Морские ветряные турбины используются во многих странах для использования энергии сильных, постоянных ветров, возникающих у береговых линий. Потенциал технических ресурсов ветров над прибрежными водами США достаточен для выработки более 4000 гигаватт электроэнергии, что примерно в четыре раза превышает генерирующую мощность нынешних США.электроэнергетическая система. Хотя не все эти ресурсы будут освоены, это дает большую возможность обеспечить энергией густонаселенные прибрежные города. Чтобы воспользоваться преимуществами огромных морских ветровых ресурсов Америки, Департамент инвестирует в три демонстрационных проекта оффшорной ветроэнергетики, предназначенных для развертывания морских ветровых систем в федеральных водах и водах штата к 2017 году.

Будущее ветряных турбин

Для обеспечения будущего роста США ветроэнергетика, ветровая программа Министерства энергетики работает с отраслевыми партнерами, чтобы повысить надежность и эффективность ветряных турбин, а также снизить затраты.Исследования программы помогли увеличить средний коэффициент использования мощности (показатель производительности электростанции) с 22 процентов для ветряных турбин, установленных до 1998 года, до более чем 32 процентов для турбин, установленных в период с 2006 по 2012 годы. от 55 центов за киловатт-час (кВтч) в 1980 году до менее 6 центов за киловатт-час сегодня в районах с хорошими ветровыми ресурсами.

Ветряные турбины предлагают уникальную возможность использовать энергию в регионах, где население нашей страны нуждается в ней больше всего.Это включает в себя потенциал оффшорного ветра для обеспечения энергией населенных пунктов вблизи береговой линии и способность наземного ветра доставлять электроэнергию в сельские общины с несколькими другими местными источниками энергии с низким содержанием углерода.

Министерство энергетики продолжает работу по развертыванию ветровой энергии в новых районах на суше и на море и обеспечению стабильной и безопасной интеграции этой энергии в электрическую сеть нашей страны.

Принцип работы ветряной турбины — Usimeca

Данные о скорости ветра можно получить из карт ветров или в метеорологической службе.К сожалению, общая доступность и надежность данных о скорости ветра во многих регионах мира крайне низки. Однако в значительных регионах мира среднегодовая скорость ветра превышает 4-5 м / с (метров в секунду), что делает маломасштабную ветроэнергетику привлекательным вариантом. Важно получить точные данные о скорости ветра для данного участка, прежде чем можно будет принять какое-либо решение относительно его пригодности. Методы оценки средней скорости ветра можно найти в соответствующих текстах (см. Раздел «Ссылки и ресурсы» в конце этого информационного бюллетеня).

Сила ветра пропорциональна:

• площадь ветряной мельницы, уносимая ветром
• куб скорости ветра
• плотность воздуха, которая изменяется с высотой

Формула, используемая для расчета мощности ветра, показана ниже:

P = ½.ρ.A.V ³

где, P — мощность в ваттах (Вт)

ρ — плотность воздуха в килограммах на кубический метр (кг / м ³ )
A — рабочая площадь ротора в квадратных метрах (м ² )
V — скорость ветра в метрах в секунду (м / с)

Тот факт, что мощность пропорциональна кубу скорости ветра, очень важен.Это можно продемонстрировать, указав, что если скорость ветра удваивается, сила ветра увеличивается в восемь раз. Поэтому стоит найти участок с относительно высокой средней скоростью ветра.

Ветер в ваттах

Хотя приведенное выше уравнение мощности дает нам мощность ветра, фактическая мощность, которую мы можем извлечь из ветра, значительно меньше, чем предполагает эта цифра. Фактическая мощность будет зависеть от нескольких факторов, таких как тип используемой машины и ротора, сложность конструкции лопастей, потери на трение и потери в насосе или другом оборудовании, подключенном к ветряной машине.Существуют также физические ограничения на количество энергии, которое реально может быть извлечено из ветра. Теоретически можно показать, что любая ветряная мельница может извлекать максимум 59,3% энергии от ветра (это известно как предел Беца). На самом деле, этот показатель обычно составляет около 45% (максимум) для большой турбины, производящей электричество, и от 30% до 40% для ветряного насоса (см. Раздел о коэффициенте производительности ниже). Итак, изменив формулу «Сила ветра», мы можем сказать, что мощность, вырабатываемая ветряной машиной, может быть выражена следующим образом:

P _M = ½.Cp.ρ.A.V ³

где,

P _M — мощность (в ваттах), доступная от машины
C _p — коэффициент полезного действия ветряной машины

Также стоит иметь в виду, что ветряная машина будет работать с максимальной эффективностью только часть времени, в течение которого она работает, из-за колебаний скорости ветра. Грубую оценку мощности ветряной машины можно получить с помощью следующего уравнения;

P _A = 0.2 А В ³

где,

P _A — средняя выходная мощность в ваттах за год
V — среднегодовая скорость ветра в м / с

Есть два основных физических принципа, с помощью которых можно извлекать энергию из ветра; они происходят за счет создания подъемной силы или силы сопротивления (или комбинации этих двух). Разница между сопротивлением и подъемной силой иллюстрируется разницей между использованием паруса спинакера, который наполняется как парашют и тянет парусную лодку по ветру, и бермудского парусного вооружения, знакомого треугольного паруса, который отклоняется от ветра и позволяет парусной лодке двигаться. путешествовать по ветру или слегка навстречу ветру.

Принцип работы ветряной турбины

Как работает ветряная турбина?

Воздушная турбина с большими лопастями прикреплена к верхней части опорной башни достаточной высоты. Когда ветер дует на лопасти турбины, турбина вращается за счет конструкции и центровки лопастей ротора. Вал турбины соединен с электрогенератором. Выходной сигнал генератора собирается через электрические кабели.

Работа ветряной турбины

Когда ветер дует на лопасти ротора, лопасти начинают вращаться.Ротор турбины соединен с быстроходной коробкой передач. Коробка передач преобразует вращение ротора с низкой скорости на высокую. Высокоскоростной вал коробки передач соединен с ротором генератора, поэтому электрический генератор работает на более высокой скорости. Возбудитель необходим, чтобы дать необходимое возбуждение магнитной катушке системы поля генератора, чтобы она могла генерировать необходимое электричество. Генерируемое напряжение на выходных клеммах генератора переменного тока пропорционально скорости и магнитному потоку генератора.Скорость зависит от неконтролируемой силы ветра. Следовательно, чтобы поддерживать однородность выходной мощности генератора переменного тока, возбуждение должно контролироваться в соответствии с наличием естественной энергии ветра. Ток возбудителя контролируется контроллером турбины, который определяет скорость ветра. Затем выходное напряжение электрического генератора (генератора переменного тока) подается на выпрямитель, где выход генератора переменного тока выпрямляется до постоянного тока. Затем этот выпрямленный выход постоянного тока подается в блок линейного преобразователя, чтобы преобразовать его в стабилизированный выход переменного тока, который в конечном итоге подается либо в электрическую сеть передачи, либо в сеть передачи с помощью повышающего трансформатора.Дополнительные блоки используются для подачи питания на внутренние вспомогательные устройства ветряной турбины (например, двигатель, аккумулятор и т. Д.), Это называется внутренним блоком питания.
Есть еще два механизма управления, прикрепленные к современной большой ветряной турбине.

• Контроль ориентации лопатки турбины.
• Контроль ориентации торца турбины.

Ориентация лопаток турбины регулируется от базовой ступицы лопаток. Лопасти прикреплены к центральной ступице с помощью вращающегося механизма через шестерни и небольшой электродвигатель или гидравлическую вращающуюся систему.Система может управляться электрически или механически в зависимости от ее конструкции. Лопасти поворачиваются в зависимости от скорости ветра. Техника называется регулировкой высоты тона. Он обеспечивает наилучшую ориентацию лопастей турбины по направлению ветра для получения оптимальной энергии ветра.

Ориентация гондолы или всего корпуса турбины может соответствовать направлению изменения направления ветра, чтобы максимизировать сбор механической энергии от ветра. Направление ветра вместе с его скоростью определяется анемометром (автоматические устройства измерения скорости) с флюгерами, прикрепленными к задней верхней части гондолы.Сигнал возвращается в электронную систему управления на основе микропроцессора, которая управляет двигателем рыскания, который вращает всю гондолу с зубчатой ​​передачей, обращаясь к воздушной турбине по направлению ветра.
Внутренняя структурная схема ветряной турбины

Как сделать ветряную мельницу?

Ветряная мельница — это большая конструкция, также называемая механическим устройством, которое преобразует энергию ветра в электрическую. Это большая конструкция, в которой на вращающемся валу установлены паруса.; эти вращающиеся паруса помогают преобразовывать кинетическую энергию ветра в электричество.

Эти паруса образуют угол, так что когда они вращаются, сила ветра, направленного против них, делится на два следующих компонента:

Ветряные мельницы — это первичные двигатели, которые заменили людей в качестве источника энергии, и в этой статье вы узнаете, как научитесь делать это устройство.

Как сделать ветряную мельницу?

Мы знаем, что ветряная мельница используется для выработки электроэнергии. Шаги по созданию бумажной мельницы следующие:

• Возьмите квадратную бумагу размером 8 на 8 дюймов.

• Заверните угол в угол, проделайте то же самое с двумя остальными углами.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

• Теперь, сложив квадратную бумагу, возьмите на ней среднюю точку и отрежьте с обоих концов, и сделайте то же самое с другой стороны.

• Поскольку после обрезки каждого угла квадрата остается два угла, теперь проткните каждый альтернативный угол с помощью булавки. Сделайте то же самое и в центре квадрата.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

• Теперь согните эти проколотые углы и оставьте непрошитые углы как таковые. Мы получаем наклонные и складывающиеся лезвия, как показано на изображении ниже:

(Изображение будет добавлено в ближайшее время) (Изображение будет добавлено в ближайшее время)

• Поместите шарик термоколяски на заостренный конец штифта с обратной стороны этого сложенного устройства.

• Теперь прикрепите соломинку к этому шарику термоколяски, или мы можем приколоть к этому шарику мягкий карандаш.

Итак, теперь наша ветряная мельница готова, вы можете увидеть окончательное изображение ветряной мельницы ниже:

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Вынесите эти ветряные мельницы на открытый воздух, пока дует ветер, эти лопасти будут начать вращаться.

Что такое ветряная мельница и как она работает?

Ветряная мельница была полезным источником энергии на протяжении многих лет, даже во время Первой мировой войны производитель ветряных мельниц ежегодно производил 10 000 ветряных мельниц для перекачивания воды.

В настоящее время ветряные мельницы используются для выработки электроэнергии, и это производство электроэнергии возможно благодаря лопастям, построенным на основе концепции аэродинамического анализа, и другому оборудованию, повышающему производительность.

Принцип работы

Ветряная мельница — это большая конструкция, содержащая паруса, которые прикреплены фиксированным вращающимся валом, как вы можете видеть на изображении ниже. Вращающийся вал вращает эти лопасти, которые помогают преобразовывать кинетическую энергию ветра в электричество.

Теперь давайте разберемся с его основной работой:

Когда дующий ветер заставляет лопасти, эти вращающиеся лопасти вырабатывают электричество из-за генератора, прикрепленного к ветряной мельнице. Вы знаете, как дующий ветер поворачивает крыло?

Если мы внимательно посмотрим на поперечное сечение лопасти, у нее много аэродинамических поверхностей на поверхности.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Концепция аэродинамического профиля проста. Когда между двумя поверхностями возникает разница давлений, на лезвие действует направленная вверх сила, которая представляет собой динамический подъем.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Поскольку все лопасти имеют аэродинамические поверхности, таким образом, создается подъемная сила во всех трех лопастях, что заставляет эти лопасти ветряной турбины вращаться, как мы видим ветряные мельницы на ферме.

Относительная скорость ветряных турбин

Как и движущиеся поезда, ветровые турбины также относительно чувствительны к ветру. Таким образом, относительная скорость ветра определяется следующей формулой:

V RELATIVE = VWIND — VBLADE

Итак, относительная скорость — это разница между скоростью ветра и скоростью лопасти.Вот почему лопасти наклонены таким образом, чтобы соответствовать относительной скорости ветра.

Теперь, когда скорость лезвия увеличивается к вершине, относительная скорость становится более наклонной к вершине, что означает непрерывное вращение лезвия от основания к вершине.

Так как из-за низкой механической прочности и шума ветра лопасти не вращаются и выдают высокие обороты с генератором. Итак, как набрать максимальную скорость?

Как набрать максимальную скорость на ветряной мельнице?

Теперь мы подключаем коробку передач перед генератором, что помогает достичь передаточного числа 1: 90 (предельная скорость 80 км / ч).Тормоз также установлен в гондоле, что помогает справиться с ветрозащитой в ветреную погоду. Последовательно произведенная электроэнергия передается на трансформатор, установленный в основании ветряной мельницы.

Так работает ветряная мельница. Теперь мы узнаем о типах ветряных мельниц.

Типы ветряных мельниц

Существуют различные типы ветряных мельниц, поэтому давайте разберемся с их типами по очереди:

• Почтовая мельница

• Коптильная мельница

• Вентиляторная мельница

• Башенная мельница

Использование ветряной мельницы

Ветряные мельницы имеют установленную ветряную турбину, которая улавливает большую часть энергии и выполняет различные задачи, которые заменили людей в качестве источника энергии.Они используются в следующих местах:

• Они используются для перекачивания воды,

• для измельчения зерна и

• для выработки электроэнергии.

Как работают ветряные турбины? | Блог

Ball Corporation удовлетворяет половину своих текущих потребностей в энергии США за счет энергии ветра.

Что такое энергия ветра?

Люди использовали силу ветра тысячи лет. Ветер перемещал лодки по реке Нил, перекачивал воду и перемалывал зерно, поддерживал производство продуктов питания и многое другое.Сегодня кинетическая энергия и сила естественных воздушных потоков, называемых ветром, в огромных масштабах используются для создания электричества. Одна современная оффшорная ветряная турбина может генерировать более 8 мегаватт (МВт) энергии, чего достаточно для обеспечения экологически чистой энергии почти шести домов в течение года. Береговые ветряные электростанции вырабатывают сотни мегаватт, что делает энергию ветра одним из самых рентабельных, чистых и легкодоступных источников энергии на планете.

Энергия ветра — это самый дешевый крупномасштабный возобновляемый источник энергии и самый крупный источник возобновляемой энергии в США.С. сегодня. Существует около 60 000 ветряных турбин общей мощностью 105 583 мегаватт (МВт). Этого достаточно, чтобы привести в действие более 32 миллионов домов!

График совокупной мощности ветра в США, данные любезно предоставлены Американской ассоциацией ветроэнергетики (AWEA)

Помимо того, что решения для ветроэнергетики играют жизненно важную роль в нашем энергоснабжении, решения в области энергии ветра также помогают коммерческим компаниям в достижении целей в области возобновляемых источников энергии и выполнении требований в отношении надежной и чистой энергии.

Преимущества энергии ветра:

1. Ветровые турбины обычно компенсируют выбросы углерода в течение всего срока эксплуатации, связанные с их развертыванием, менее чем за год, прежде чем обеспечить до 30 лет практически безуглеродного производства электроэнергии.
2. Энергия ветра помогает сократить выбросы углекислого газа — в 2018 году удалось избежать выбросов CO2 на 201 миллион метрических тонн.
3. Энергия ветра обеспечивает налоговые поступления местным сообществам, принимающим проекты. Например, государственные и местные налоговые платежи от ветроэнергетических проектов в Техасе составили 237 миллионов долларов.
4. Ветряная промышленность поддерживает создание рабочих мест, особенно во время строительства. В 2018 году отрасль поддержала 114 000 рабочих мест в США.
5. Энергия ветра обеспечивает стабильный дополнительный источник дохода: в рамках проектов по ветроэнергетике ежегодно выплачивается более 1 миллиарда долларов правительствам штатов и местным властям, а также частным землевладельцам.

Как выглядит проект ветроэнергетики?

Ветровой проект или ферма — это большое количество ветряных турбин, которые построены близко друг к другу и работают как электростанция, отправляя электроэнергию в сеть.

Фотография ветряных турбин на проекте Frontier Windpower II в Оклахоме

Проект Frontier Windpower I в округе Кей, штат Оклахома, действует с 2016 года и расширяется за счет проекта Frontier Windpower II.По завершении строительства Frontier I и II будут генерировать в общей сложности 550 мегаватт энергии ветра — этого достаточно для питания 193 000 домов.

Как работают ветряные турбины?

Схема, показывающая компоненты стандартной ветряной турбины.

Энергия вырабатывается вращающимися ветряными турбинами, которые используют кинетическую энергию движущегося воздуха, которая преобразуется в электричество. Основная идея заключается в том, что в ветряных турбинах используются лопасти для сбора потенциальной и кинетической энергии ветра. Ветер вращает лопасти, которые вращают ротор, подключенный к генератору для выработки электроэнергии.

Большинство ветряных турбин состоит из четырех основных частей:

• Лезвия прикреплены к ступице, которая вращается при вращении лопастей. Лопасти и ступица вместе составляют ротор.
• В гондоле находятся редуктор, генератор и электрические компоненты. \
• Башня удерживает лопасти ротора и генерирующее оборудование высоко над землей.
• Фундамент удерживает турбину на земле.

Типы ветряных турбин:

Большие и малые турбины делятся на две основные категории в зависимости от ориентации ротора: турбины с горизонтальной осью и турбины с вертикальной осью.

Горизонтально-осевые турбины на сегодняшний день являются наиболее часто используемым типом ветряных турбин. Этот тип турбины приходит на ум при изображении энергии ветра с лопастями, очень похожими на воздушный винт самолета. Большинство этих турбин имеют три лопасти, и чем выше турбина и чем длиннее лопасть, тем больше вырабатывается электроэнергии.

Турбины с вертикальной осью больше похожи на взбиватель для яиц, чем на пропеллер самолета. Лопасти этих турбин прикреплены как вверху, так и внизу к вертикальному ротору.Поскольку турбины с вертикальной осью не работают так же хорошо, как их горизонтальные аналоги, сегодня они встречаются гораздо реже.

Сколько электроэнергии вырабатывает турбина?

Это зависит от обстоятельств. Размер турбины и скорость ветра, проходящего через лопасти ротора, определяют, сколько электроэнергии вырабатывается.

За последнее десятилетие ветряные турбины стали выше, что позволило использовать более длинные лопасти и получить возможность использовать лучшие ветровые ресурсы, доступные на больших высотах.

Для сравнения: ветряная турбина мощностью около 1 мегаватта может производить достаточно чистой энергии примерно для 300 домов в год. Ветровые турбины, используемые на наземных ветряных электростанциях, обычно вырабатывают от 1 до почти 5 мегаватт. Скорость ветра обычно должна составлять около 9 миль в час или более, чтобы большинство ветряных турбин промышленного размера начали вырабатывать электроэнергию.

Каждый тип ветряной турбины способен генерировать максимальное количество электроэнергии в диапазоне скоростей ветра, часто от 30 до 55 миль в час.Однако, если ветер дует меньше, производство обычно снижается экспоненциально, а не останавливается полностью. Например, количество вырабатываемой энергии уменьшается в восемь раз, если скорость ветра падает вдвое.

Кто обслуживает ветряные турбины?

Высококвалифицированные специалисты по ветроэнергетике из Duke Energy Renewables поднимаются на сотни футов для обслуживания турбин

Что происходит, когда возникает неисправность на возвышающейся ветряной турбине? Специалисты по ветроэнергетике, такие как Рене Лопес и его товарищи по команде Duke Energy Renewables, поднимаются на вершину, чтобы исправить это быстро и безопасно.

Рене говорит, что при транспортировке около 45 фунтов оборудования и инструментов опытным техникам может потребоваться 20 минут или больше, чтобы добраться до гондолы, которая находится на высоте 300 футов в верхней части ветряной турбины.

Рене Лопес, специалист по ветроэнергетике в Duke Energy Renewables

Специалисты по ветроэнергетике отвечают за поиск и устранение неисправностей и ремонт электроники и механики, обеспечивающей вращение лопастей. Каждый технический специалист проходит как минимум двухлетнюю техническую программу для получения сертификата, а затем проходит более 50 часов обучения, прежде чем его направят на работу в полевых условиях.Безопасность также является постоянным и ежедневным акцентом на работе, потому что подъем на гондолу турбины может быть опасным. В Duke Energy Renewables строгий режим безопасности практикуется, документируется и анализируется, чтобы гарантировать, что безопасность остается высшим приоритетом.

При соответствующем обучении технические специалисты могут также использовать дроны, чтобы упростить и безопаснее осматривать высотное оборудование. Дроны могут увеличивать масштаб оборудования, что позволяет легче увидеть мелкие дефекты, такие как трещины на ветряной турбине, и снижает потребность технических специалистов в лазании по турбинам и спуску по лопастям.Это может быть особенно полезно, когда дороги мокрые или непроходимые.

Стоит ли рассматривать решения для ветроэнергетики?

Производство энергии ветра остается одним из наименьших углеродных следов среди всех источников энергии. Он играет важную роль в будущем энергоснабжения нашей страны, поддерживая переход нашего мира в области энергетики и увеличивая спрос на устойчивые энергетические ресурсы.

Ветер также является одним из лучших способов для корпораций, университетов, городов, коммунальных служб и других организаций быстро перейти на энергию без выбросов в больших масштабах.Одно виртуальное соглашение о покупке электроэнергии (VPPA) может обеспечить от десятков до сотен мегаватт чистой нулевой электроэнергии на срок от 10 до 25 лет. В большинстве соглашений также делается отметка о дополнительности, означающей, что новые источники чистой энергии вытесняют потенциально более старые источники энергии с более высоким уровнем выбросов.

Какое лучшее место для проекта ветроэнергетики?

Есть шесть основных соображений по проектам ветроэнергетики:

• Наличие ветра и желаемые местоположения
• Воздействие на окружающую среду
• Вклад сообщества и местные потребности в производстве возобновляемой энергии
• Благоприятная политика на уровне штата и федеральном уровне
• Наличие земли
• Возможность подключения к электросети

Как и в случае с коммерческими проектами солнечных фотоэлектрических систем, разрешения также должны быть получены до запуска ветроэнергетической установки.Этот важный шаг поможет определить, является ли проект финансово жизнеспособным и имеет ли благоприятный профиль рисков. В конце концов, цель состоит в том, чтобы коммерческие ветровые проекты доставляли электроны в сеть на десятилетия вперед. Обеспечение финансовой устойчивости строителя и проекта обеспечит успех для поколения или даже более.

Принцип работы ветряной электростанции

Привет друзья, в этой статье я обсуждаю принцип работы ветряной электростанции .

Энергия ветра — это косвенная форма солнечной энергии, поскольку ветер создается в основном за счет неравномерного нагрева земной коры солнцем.Кинетическая энергия ветра может быть использована для производства с помощью ветряной турбины.

Когда поток свободного ветра взаимодействует с ротором турбины, он передает часть кинетической энергии ротору, из-за чего его скорость уменьшается. Эта разница в кинетической энергии преобразуется в механическую энергию. Это основной принцип работы ветряной электростанции .

Полная энергия ветра равна поступающей кинетической энергии ветрового потока. Его можно выразить как:

Общая ветровая энергия, P _t = (ρAC _i ³ ) / 2

Где ρ = плотность воздуха (в кг / м ³ )
A = рабочая площадь ротора = πr ² (r = радиус лопастей в метрах)
C _i = скорость набегающего ветра (в м / с).

Плотность воздуха (ρ) несколько сложна, поскольку она зависит от определения «идеального» воздуха, температуры, высоты и содержания водяного пара. Это приблизительно 1,2 кг / м 2 ³ на уровне моря и комнатной температуре, значение, которое является достаточно точным для наших целей.

Из приведенного выше уравнения ясно, что общая мощность ветрового потока пропорциональна кубу скорости набегающего ветра, плотности воздуха и рабочей площади ротора. Следовательно, любое небольшое увеличение скорости ветра может привести к значительному увеличению развитой ветроэнергетики.

Ветрогенератор с горизонтальной осью

Горизонтальные ветряные генераторы успешно используются во всем мире. Основные компоненты винтового ветрогенератора показаны на рисунке.

• Обычно он имеет два из трех лезвий, сделанных из пластика, армированного стекловолокном высокой плотности. Диаметр ротора от 2 до 25 м. Современные роторы могут быть до 100 м в диаметре. Лопасти ротора собраны на ступице.
• Ступица, тормоза, коробка передач, генератор с электрическим управлением размещены в коробке под названием гондола .
• Электромагнитные тормоза предназначены для автоматического торможения, если скорость ветра превышает расчетную.
• Вся система установлена ​​на верхней части башни. Он предназначен для выдерживания ветровых нагрузок во время штормов.
• Механизм управления рысканием также предусмотрен для регулировки гондолы вокруг вертикальной оси, чтобы она была обращена ветром. Сервомеханизм, управляемый датчиком направления ветра, управляет гондолой так, чтобы лопасти турбины всегда были ориентированы в направлении, перпендикулярном ветру, чтобы иметь максимальную площадь ветрового потока.
• Шаг лезвия (от 0 ^o до 30 ^o ) регулируется автоматически, чтобы обеспечить флюгирование. Таким образом, мощность и скорость вала ветряной турбины регулируются в соответствии со скоростью генератора и его электрической мощностью. Механизм управления высотой звука регулирует высоту звука для достижения оптимальной производительности.
• Энергия ветра преобразуется в механическую энергию с помощью аэротурбины. Эта механическая мощность передается через шестерни на генератор для увеличения его скорости.Поскольку частота вращения ротора низкая, необходима зубчатая передача, чтобы соответствовать синхронной скорости генератора.
• Из-за колебаний скорости ветра невозможно получить питание фиксированной частоты от ветряных мельниц. Чтобы решить эту проблему, выходной сигнал трехфазного генератора выпрямляется и преобразуется в переменный ток с помощью инвертора с ШИМ, работающего на частоте 50 или 60 Гц.

Выбор площадки для ветряной электростанции

Поскольку мы знаем, что общая энергия ветра от свободного потока ветра увеличивается как куб скорости ветра, поэтому место ветровой электростанции следует выбирать очень тщательно. Энергия ветра может использоваться там, где скорость ветра достаточно высока в диапазоне от 8 до 40 км / ч.

Такие скорости ветра доступны вдоль морского побережья на больших высотах и ​​в холмистой местности. Некоторые из важных критериев выбора места для установки системы преобразования энергии ветра (WECS) следующие:

• WECS следует располагать там, где доступны высокие средние скорости ветра в диапазоне от 6 м / с до 30 м / с в течение года.
• WECS должен располагаться вдали от городов и лесов, поскольку здания и леса обладают устойчивостью к ветру.
• Скорость ветра необходимо измерять на нескольких высотах, поскольку скорость ветра увеличивается с высотой.
• Конструкция башни должна быть адекватной, чтобы выдерживать максимальные скорости ветра, наблюдаемые в последние несколько лет в районе установки.

Преимущества и недостатки ветряной электростанции

Преимущества

• Это бесплатный и неисчерпаемый источник энергии.
• Это чистый и экологически чистый источник энергии.
• Имеет низкие эксплуатационные расходы.
• Он имеет низкую стоимость производства электроэнергии (около 2,25 рупий / кВтч).

Недостатки

• В настоящее время капитальные затраты на ветроэлектростанции высоки. Это около рупий. 3,5 крор / МВт.
• Энергия ветра очень изменчива по своей природе. Из-за этих колебаний очень сложно спроектировать ветроэнергетическую систему. Эта проблема также требует предоставления подходящего запоминающего устройства для обеспечения непрерывного энергоснабжения.
• Сильные колебания скорости ветра во время шторма могут привести к повреждению ветряных мельниц.
• КПД системы находится в диапазоне от 35 до 44%.
• Ветряная мельница вызывает звуковое загрязнение. Большой звук слышен в нескольких километрах.

Спасибо, что прочитали о принципе работы ветряной электростанции .

Электростанции | Все сообщения

© https://yourelectricalguide.com/ Принцип работы ветряной электростанции.

Принцип работы ветряной турбины с горизонтальной осью

(HAWT) | Ветряная турбина с одной, двумя и тремя лопастями

В этом разделе представлена ​​ветровая турбина с горизонтальной осью (HAWT), которая на сегодняшний день является наиболее распространенным типом ветряных турбин.Горизонтально-осевые ветряные турбины могут вырабатывать менее 100 кВт для базовых применений и использования в жилых помещениях или до 6 МВт для производства электроэнергии на море. На чертежной доске еще более крупные турбины.

Принцип работы ветряной турбины с горизонтальной осью

Ветровая турбина с горизонтальной осью (HAWT) — это ветряная турбина, в которой вал главного ротора направлен в направлении ветра для извлечения энергии. Основные компоненты базового HAWT показаны на рисунке 1.

Ротор получает энергию от ветра и создает крутящий момент на тихоходном валу.Низкоскоростной вал передает энергию коробке передач, высокоскоростному валу и генератору, которые для защиты заключены в гондоле.

Обратите внимание, как лопасти соединены с ротором и валом. Этот вал называется низкоскоростным валом, потому что ветер обычно медленно вращает вращающийся узел со скоростью от 10 до 20 оборотов в минуту (об / мин).

Рисунок 1 Основные части ветряной турбины с горизонтальной осью

Низкоскоростной вал соединяется с редуктором, который имеет набор шестерен, которые увеличивают выходную скорость вала примерно до 1800 об / мин для выхода частота 60 Гц (или скорость 1500 об / мин, если частота 50 Гц).По этой причине вал от коробки передач называется быстроходным.

Затем высокоскоростной вал подключается к генератору, который преобразует вращательное движение в переменное напряжение. Эта скорость имеет решающее значение, если она используется для прямого вращения генератора, поскольку частота переменного тока от генератора напрямую связана со скоростью, с которой он вращается.

Почти все ветряные турбины с горизонтальной осью имеют компоненты, аналогичные описанным в этой статье, но есть некоторые исключения .Например, ветряные турбины , с прямым приводом не имеют редуктора, и они обычно имеют генератор постоянного тока, а не генератор переменного тока. Они могут включать или не включать преобразователь в переменный ток (который может быть расположен у основания башни).

В промышленных турбинах контроллером является компьютер или программируемый логический контроллер (ПЛК). Контроллер получает данные с анемометра, чтобы определить направление, в котором должна быть направлена ​​ветровая турбина, как оптимизировать собираемую энергию или как предотвратить превышение скорости в случае сильного ветра.

Управление выходной частотой ветряной турбины

Управление выходной частотой и поддержание ее постоянной, несмотря на изменение ветра, можно выполнить одним из тремя способами .

Один из способов — управлять скоростью вращения вала генератора, что может быть достигнуто путем регулировки тангажа и рыскания.

Шаг — угол поворота лопастей ветряной турбины; рыскание — направление, в котором обращены лопасти ветряной турбины и гондола.

• Шаг и рыскание можно отрегулировать так, чтобы высокоскоростной вал вращался с постоянной скоростью для выработки необходимой выходной частоты (обычно 50 Гц или 60 Гц) от генератора.
• HAWT могут также использовать коробку передач или набор шестерен, которые изменяют медленное вращение лопастей на более быстрое вращение генератора.
• Оптимальное вращение лопасти обычно составляет от 10 до 20 об / мин, и передаточное число может использоваться для того, чтобы высокоскоростной вал вращался с частотой, необходимой для генератора.

Второй метод для управления частотой состоит в том, чтобы позволить турбине свободно работать на любой скорости, которая находится в пределах ее номинальных значений, и подавать напряжение на силовой электронный преобразователь частоты. Этот метод также используется с ветряными турбинами с вертикальной осью (VAWT).

• При использовании преобразователя частоты скорость вращения турбины не регулируется до тех пор, пока не будет достигнута максимальная скорость, после чего управление скоростью вступает в действие.
• Преобразователь частоты имеет элементы, показанные на рисунке 2.Инвертор принимает однофазный или трехфазный переменный ток в свои входные цепи в заданном диапазоне частоты и уровня напряжения.
• Переменный ток фильтруется и преобразуется в постоянный ток выпрямителем и сглаживается пассивными фильтрами для удаления любых следов входной частоты.
• В следующей секции находится инвертор, который преобразует постоянное напряжение обратно в однофазное или трехфазное переменное напряжение с точной частотой и фазой, требуемой для сети.

Преимущество этого метода в том, что он имеет более широкий диапазон рабочих условий, не требуя более сложной передачи.

Рисунок 2 Блок-схема для силового электронного преобразователя частоты

В некоторых приложениях можно использовать чистый постоянный ток, который может быть получен из точки перед инвертором.

Рисунок 3: Самая большая в мире ветряная турбина с горизонтальной осью

Vestas планирует построить самую большую в мире ветряную турбину. Лопасти этой ветряной турбины будут иметь диаметр 164 метра (538 футов) и номинальную мощность 8 мегаватт.Новая ветряная турбина будет морской ветряной турбиной, расположенной недалеко от залива Абердин в Шотландии.

Внутренние части промышленного силового электронного преобразователя частоты показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 Силовой электронный преобразователь частоты

Третий способ управления выходной частотой генератора должен использовать генератор индуктивного типа с двойным питанием, в котором переменный ток возбуждения строго регулируется до требуемой выходной частоты путем подачи тока через электронную схему, которая выдает точную частоту.

Башни HAWT

Башня для ветряной турбины с горизонтальной осью может быть высотой от 40 до 100 м (приблизительно от 130 до 328 футов), чтобы она была достаточно высока для размещения лопастей турбины в условиях сильнейшего ветрового потока. На большинстве участков сильнейший ветер дует значительно выше уровня земли.

Сегодня большинство башен для более крупных ветряных турбин, используемых для выработки электроэнергии для коммунальных служб, имеют высоту от 65 до 100 метров.

Encore E126, недавно установленный в Германии, имеет башню высотой 138 м (453 фута).Лопасти расположены на главном валу, на роторе на значительном расстоянии перед башней, поэтому они достаточно далеко, чтобы покинуть башню при вращении лопастей.

Контроллер

Шаг лопастей и направление поверхностей турбины уже были описаны как функции, контролируемые контроллером.

Контроллер также использует датчики для измерения выходной мощности генератора (напряжения и частоты), скорости лопастей турбины, вибрации, параметров турбины и трансмиссии, а также других параметров, таких как количество полных оборотов вертикальной оси (управление рысканием) .

Некоторые системы ограничивают количество полных оборотов, совершаемых поворотом турбины в одном направлении перед изменением направления. Данные с этих датчиков обычно хранятся для операторов, которые могут при необходимости их просмотреть.

На рис. 5 показаны все детали горизонтально-осевой ветряной турбины (HAWT).

Рисунок 5 Типичная ветряная турбина с горизонтальной осью (HAWT)

Количество лопастей

Горизонтальные ветряные турбины могут быть спроектированы с одной, двумя, тремя или более лопастями .Чем меньше лопастей у ветряной турбины, тем быстрее должны вращаться лопасти, чтобы собрать такое же количество энергии, как у ветряной турбины с большим количеством лопастей.

Например, , трехлопастная ветряная турбина не должна вращаться так же быстро, как двухлопастная ветряная турбина, чтобы собрать такое же количество энергии. Следовательно, передаточные числа конечной скорости двухлопастной ветряной турбины и трехлопастной ветряной турбины различаются.

Меньшие по размеру, жилые блоки разработаны с учетом экономической эффективности и размера электрической нагрузки дома.

Турбины, используемые для промышленного производства электроэнергии, могут быть двухлопастными, трехлопастными или пятилопастными, каждая из которых рассчитана на гораздо более высокие энергетические нагрузки.

Подавляющее большинство ветряных турбин с горизонтальной осью, используемых в коммерческом производстве энергии для коммунальных предприятий, представляют собой трехлопастные турбины.

Однолопастные ветряные турбины используются в ограниченном количестве приложений, но из всех ветряных турбин с горизонтальной осью они используются меньше всего.

Для плавного вращения однолопастные турбины должны иметь один или два противовеса. На рисунке 6 изображена однолопастная ветряная турбина с двумя противовесами.

Преимущество этого типа ветряной турбины — это более низкая стоимость из-за использования только одной лопатки турбины (и небольшой экономии веса), но однолопастные турбины должны работать на гораздо более высоких скоростях, чтобы преобразовать такое же количество энергии. энергия ветра в виде двухлопастных или трехлопастных турбин с лопастями одинакового размера.

Поскольку однолопастная турбина должна работать на более высоких скоростях, на лопатке и подшипниках монтажного механизма возникает больший износ и усталость, что, в свою очередь, означает более высокие затраты на техническое обслуживание в течение всего срока службы турбины.

Однолопастные турбины также требуют обширных процедур настройки, чтобы гарантировать, что лопатка установлена ​​идеально и сбалансирована для ограничения колебаний и вибрации. Из-за этих проблем сегодня используется очень мало однолопастных турбин.

Рисунок 6 Однолопастной горизонтально-осевой ветряк с двумя противовесами.

По сравнению с трехлопастными турбинами двухлопастные ветряные турбины имеют преимущество в экономии на стоимости и весе третьей лопасти ротора, но у них есть недостаток в том, что для получения той же энергии требуется более высокая скорость вращения. выход.Это недостаток как с точки зрения шума, так и с точки зрения износа критических подшипников, валов и редукторов.

Двухлопастные турбины испытывали усталостные отказы лопатки и других механических частей, поэтому их применение ограничено. На рисунке 7 изображена двухлопастная ветряная турбина.

Рисунок 7 Типовая двухлопастная ветряная турбина

Другой способ повысить эффективность двухлопастной турбины — сделать две лопатки толще и шире, чем лопасти традиционной турбины, чтобы две лопасти могли преобразоваться больше энергии ветра.

Более толстые лезвия также означают, что лезвия прочнее и лучше противостоят проблемам усталости. Новые композитные материалы позволяют увеличивать размер без увеличения веса каждой лопасти.

Эти материалы также позволяют изготавливать лезвие с меньшими затратами. Однако даже с этими более эффективными лопастями двухлопастная турбина все же немного менее эффективна, чем трехлопастная турбина.

Одно из преимуществ двухлопастной турбины состоит в том, что она быстрее и безопаснее в установке, чем трехлопастная версия.

Двухлопастную турбину можно поднять на место после установки лопастей турбины, пока она еще находится на земле, поскольку лопасти можно устанавливать в горизонтальном положении и легко поднимать как единое целое.

Трехлопастная турбина всегда имеет одну лопасть, направленную вниз, если она поднята как единое целое, поэтому более крупные ветряные турбины сложнее оторвать от земли как единое целое для установки.

• Трехлопастные ветряные турбины

В большинстве крупных ветряных турбин с горизонтальной осью используются три лопасти, при этом положение ротора поддерживается против ветра с помощью регулятора рыскания.На рисунке 8 изображена трехлопастная ветряная турбина.

Три лезвия обеспечивают максимальное преобразование энергии, ограничивая при этом шум и вибрацию. Три лопасти обеспечивают большую поверхность для преобразования энергии ветра в электрическую, чем у двухлопастной или однолопастной ветряной турбины.

Лопасти более крупных ветряных турбин с горизонтальной осью настолько велики, что их приходится перевозить по отдельности на грузовике и прицепе. Это также означает, что для установки башни и турбины необходимы один или несколько очень больших кранов.

Башня, в которой будет находиться большая трехлопастная турбина, также должна быть больше и усилена, чтобы выдерживать вес и выдерживать повышенную мощность ветра, которая собирается для максимальной мощности.

Лопасти на более крупных трехлопастных ветряных турбинах обычно устанавливаются по одной после того, как гондола установлена ​​на башне.

На трехлопастных турбинах меньшего размера лопасти можно устанавливать на ротор, когда ротор находится на земле. Затем весь узел ротора поднимается краном и прикрепляется к валу после установки гондолы на башню.

Рисунок 8 Трехлопастная ветряная турбина

Некоторые ветряные турбины имеют пять лопастей для эффективного производства электроэнергии из низкоскоростных ветров. На рисунке 9 изображена пятилопастная ветряная турбина.

Пятилопастный ветрогенератор обычно имеет более узкие и тонкие лопасти, что создает проблемы с прочностью. Хотя они превосходны при слабом ветре, они становятся неэффективными при сильном ветре, и они более шумные.

Башня и фундамент монтируются в крышу здания, которое представляет собой железобетонное здание.Этот тип пятилопастной ветряной турбины требует очень прочного основания и башни, чтобы удерживать ветряную турбину на ветру.

Обратите внимание на толщину башни и кожуха вокруг лопастей, который помогает направлять ветер прямо на лопасти.

Рисунок 9 Ветряная турбина с пятью лопастями

Сравнение типов лопастей ветряных турбин

Лопасти ветряных турбин можно сравнивать разными способами, например по размеру, весу, материалу и способу их использования изготовлены.

Лопасти ветряных турбин могут изготавливаться из различных материалов, от дерева для лопастей меньшего размера до алюминия и других металлов для лопастей малых и средних размеров.

Лопасти турбины должны быть достаточно жесткими, чтобы не допустить вталкивания кончиков лопастей в башню сильным ветром, и в то же время достаточно подвижными, чтобы эффективно преобразовывать энергию ветра в электричество.

Самые большие лопасти коммерческих ветряных турбин изготовлены из композитных материалов (углерод, пластмасса и стекловолокно), что делает их легче по весу, но при этом достаточно прочными, чтобы выдерживать сильный ветер.Ядро может быть заполнено пенопластом или другим легким материалом для придания жесткости.

Типичная лопасть из стекловолокна для ветряной турбины мощностью 100 кВт имеет длину 9 м (30 футов); типичная лопасть ветряной турбины мощностью 2 мегаватта имеет длину 45 м.

Blade Dynamics — разработчик ветряных турбин в Великобритании, который разрабатывает лопасти длиной от 80 до 100 метров! Лезвие будет сделано из углеродного волокна и собираться из более мелких деталей. Он будет использоваться для будущих турбин мощностью 8-10 МВт.

В таблице 1 приведены преимущества и недостатки одно-, двух- и трехлопастных ветряных турбин.

Минимальное количество из трех типов турбин 2. Тестирование из трех типов 1. Quest вибрация

3. Доступный контроль наклона лопастей позволяет лопастям ловить максимальное количество ветра

4.Самая низкая стоимость энергии по сравнению с другими турбинами с лопастями аналогичного размера

Таблица 1 Преимущества и недостатки одно-, двух- и трехлопастных ветряных турбин

Контрольные вопросы

1. Каковы основные части ветряной турбины с горизонтальной осью?
2. Если однолопастный ротор и двухлопастный ротор одинакового диаметра производят одинаковую мощность при определенной скорости ветра, будет ли разница в уровне шума? Объяснять.
3. Как вы думаете, что является основной причиной того, что трехлопастные роторы используются более широко, чем другие типы?
4. Зачем однолопастной ветряной турбине один или несколько противовесов?
5. Определите три способа, которыми ветряная турбина может обеспечить напряжение с правильной частотой для сети.

Ответы

1. Башня, ротор и лопасти ротора, тихоходный вал, редуктор, высокоскоростной вал, генератор и контроллер; еще могут быть электронные преобразователи частоты
2. Да.Поскольку они оба производят одинаковую мощность, ротор с одной лопастью вращается в два раза быстрее, чем ротор с двумя лопастями, и, следовательно, более шумный.
3. Трехлопастные турбины вырабатывают больше энергии, чем другие типы.
4. Для предотвращения вибрации
5. Три способа: (1) регулировать скорость турбины с помощью управления по тангажу и рысканью, (2) позволить турбине свободно вращаться и регулировать выходную частоту с помощью системы электронного преобразователя, и (3) использовать генератор индуктивного типа с двойным питанием, в котором строго контролируется переменный ток возбуждения.