Проектирование ветроэнергетической установки для котельной
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
? из полученных расчётов, выводим необходимую мощность генератора с учётом 10% перегрузки от суммарной мощности:
Рг = ?Ррасч +10% = 132 + 13 = 145 кВт
По найденной мощности генератора, выбираем необходимый нам ветряк:
Ветрогенератор Avito (АВЭ - 250), мощность от 3 до 500 кВт
Поставщик: Нижний Новгород
Максимальная мощность генератора (Вт) - 500000
Напряжение генератора (В) - 380
Диаметр ротора (м) - 16
Начальная скорость ветра (м/с) - 3.5
Номинальная скорость ветра (м/с) - 13
Высота мачты с растяжками: 18 м
Количество лопастей: 3 шт.
Выдерживает ураганный ветер: до 40 м/с
Технические характеристики:
Торможение - автоматика
Номинальное количество оборотов (об/мин) - 80
Материал корпуса - сталь
Материал лопастей - стекловолокно
Направление ветра - управляется контроллером
Вес: 4555 кг
Аккумуляторные батареи: Минимальное количество (шт) - 30
Рекомендованные аккумуляторы: 60 шт.12В 200А
Время для полной зарядки аккумуляторов: около 16 часов
Стоимость: 900 000 руб
5. Расчёт выбора кабеля
Тмах - время использования максимальной нагрузки
Тмах = Wмах/Рмах
мах - максимальная выработка энергии (при максимальной скорости 20 км/ч, W = 2470000 кВт)
Рмах - максимальная мощность станции, 500кВт
Тмах = 2470000/500 = 4940ч
- экономическая плотность тока, за продолжительность максимальной нагрузки 4940ч в год, = 1,1
= Pг/1,73*Uн = 145000/1,73*380 = 221 А
н - номинальное напряжение ветрогенератора
Рг - необходимая мощность генератора, для снабжения котельной
э = I/J, где:
э - экономическое сечение провода
э = 221/1,1 = 201
По конструктивным и расчётным таблицам выбираем силовой кабель с бумажной пропитанной изоляцией, прокладываемый в земле:
В свинцовой оболочке при Fэ = 240, 3 жилы до 3 кВ - 570 А
В алюминиевой оболочке при Fэ = 240, 3 жилы до 3 кВ - 440 А
6. Расчёт лопасти
За счет угловой скорости, сечения, на разных радиусах лопасти, что бы пройти свой путь с одинаковой эффективностью, в объеме воздуха, и не создавать торможения должны иметь разный угол установки. И чем дальше от оси вращения, тем угол становится меньше.
Одним из показателей для расчета лопасти является шаг винта.
На рисунке показан шаг для одного из поперечных сечений лопасти, удаленных от оси винта на расстояние R.
Другими словами можно сказать, что шаг данного сечения есть расстояние, на которое переместится масса воздуха за один оборот, если представить эту массу воздуха в виде гайки диаметр которой равен 2R, а угол подъема резьбы равен углу между хордой взятого сечения и плоскостью вращения винта.
Шаг винта определяется по формуле:
= 2ПR * tg a
Где: H = шаг выделенного сечения (м.); R = радиус сечения (м.); a = угол установки сечения (град.)
Угол установки сечения лопастей ветроколеса определим по преобразованной формуле:
(угол установки) = Arctg (H / 2ПR)
Расчет крутки лопастиРастояние до сечения от оси вращения, см. 102030405060708090100110120130140150Угол установки сечения, град. 57,938,528,021,717,714,912,811,310,09,08,27,67,06,56,1
Следующий показатель при расчете ветроколеса, это мощность ветрового потока проходящего через площадь ветроколеса. Вычисляют ее достаточно точно по обще принятой методике:
= 0,5 *Q * S * V3
- мощность (Вт);- плотность воздуха (1,23 кг/м3);- площадь ометания ротора (м2);- скорость ветра (м/с);
Для согласования оборотов ветроколеса и генератора необходимо использовать повышающий редуктор и его КПД.
Преобразовывая механическую энергию в электрическую, также несем потери. Поэтому отражаем их в КПД генератора Ng, получаем:
P = 0,5 *Q * S * V3 * Cp * Ng * Nb;
P - мощность (Вт);- плотность воздуха (1,23 кг/м3);- площадь ротора (м2);- скорость ветра, (м/с);р - коэффициент использования энергии ветра;- КПД генератора;- КПД повышающего редуктора.
С увеличением скорости ветра, пропорционально квадрату его скорости, увеличивается давление на ветроколесо.
= 0,5 *Q * V2/9,81 * S
Где:- сила давления ветра (кгс);- плотность воздуха (1,23 кг/м3);- площадь ротора (м2);- скорость ветра (м/с);
Но если ветроколесо поставить под неким углом к ветровому потоку, то сила давления ветра на него уменьшится и будет равна:
у = F * Sin a
Где: a = угол установки плоскости по отношению к ветру (град.).
Зависимости коэффициентов профиля лопасти от угла атаки
7. Быстроходность ветроколеса
Таблица №3
Класс установкиМощность, кВтДиаметр колеса, мКоличество лопастейНазначениеСредняя мощность100 - 60025 - 442 - 3Энергетика
В зависимости от диаметра и количества лопастей обороты ветроколеса при одной и той же скорости ветра будут разные. Этот показатель называется быстроходностью ветроколеса и определяется отношением окружной скорости конца лопасти к скорости ветра.
Z = L * W / 60 / V
где:- частота вращения ветроколеса (об/мин.) V - скорость ветра (м/с.) L - длина окружности (м.) Z - быстроходность конструкции ветроколеса.
Но так как первоначально мы не знаем частоту оборотов ветроколеса, которые зависят от его исполнения. При прохождении ветра через лопасти, остается возмущенный след который тормозит вращение ветроколеса. И поэтому чем лопастей больше, тем быстроходность становится меньше. Поэтому, чтобы ориентировочно рассчитать обороты ветроколеса, возьмем за основу быстроходность (Z), установл