Sistemi di moderne turbine eoliche. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative

 Commenti sull'articolo

Attualmente esistono molti sistemi di turbine eoliche con asse di rotazione sia orizzontale che verticale. Differiscono tra loro non solo nell'aspetto e nel design, ma anche nelle capacità tecniche, a seconda degli scopi per i quali vengono utilizzati. In base alla struttura del ricevitore di energia eolica e alla sua posizione nel flusso d'aria, si distinguono diversi sistemi di motori eolici.

Abbiamo già parlato delle turbine eoliche a carosello e a tamburo. È noto anche il cosiddetto motore eolico rotativo (Fig. 23). Le sue pale ruotano, come una turbina eolica a carosello, su un piano orizzontale e azionano un albero verticale.

Fig.23. Turbina eolica rotativa

Sono ormai molto diffuse le turbine eoliche a palette, la tipologia più antica delle quali sono i normali mulini a vento. La parte principale di qualsiasi turbina eolica a pale è la ruota eolica. È costituito da diverse pale e ruota sotto l'influenza del vento. Con l'aiuto di una coppia di ingranaggi conici montati sulla testa della turbina eolica (Fig. 24), la rotazione della ruota viene convertita in un movimento più veloce dell'albero verticale o in un movimento alternativo dell'asta motrice.

Fig.24. Schema di una turbina eolica a palette

Per girare la testa e la ruota eolica nel vento, i mulini a vento hanno un supporto e le moderne turbine eoliche piccole hanno una coda con una coda verticale all'estremità. Le turbine eoliche a pale di grandi dimensioni hanno altri meccanismi più complessi per allineare automaticamente la ruota eolica al vento. Per garantire che la velocità di rotazione della ruota eolica non superi quella massima, è presente uno speciale dispositivo per il controllo automatico della velocità.

Di solito, sulla superficie della terra, il flusso d'aria a causa di vari ostacoli è irregolare e indebolito, quindi la ruota eolica è installata su un albero o una torre alta, sopra gli ostacoli.

In base al design delle ruote eoliche, le moderne turbine eoliche a palette sono suddivise in ad alta e bassa velocità.

In una turbina eolica a bassa velocità, la ruota eolica è costituita da un gran numero di pale (Fig. 25). Si muove facilmente. Grazie a ciò, una turbina eolica a bassa velocità è conveniente per lavorare con una pompa a pistoni e altre macchine che richiedono una grande forza iniziale all'avvio.

Fig.25. Moderna turbina eolica multipala TB-5 con potenza fino a 2,5 cavalli

Le turbine eoliche a bassa velocità vengono utilizzate principalmente in aree in cui la velocità media del vento non supera i 4,5 metri al secondo. Tutti i meccanismi delle turbine eoliche a più piastre, di regola, sono in qualche modo più semplici di quelli ad alta velocità. Tuttavia, le ruote eoliche delle turbine eoliche a bassa velocità sono strutture piuttosto ingombranti. Con le grandi dimensioni di tali ruote è difficile creare la stabilità necessaria, soprattutto in caso di vento elevato. Pertanto, attualmente, le turbine eoliche multipala sono costruite con diametri delle ruote eoliche non superiori a 8 metri. La potenza di una tale turbina eolica raggiunge i 6 cavalli. Questa potenza è sufficiente per fornire acqua in superficie da pozzi profondi fino a 200 metri.

Le turbine eoliche ad alta velocità non hanno più di quattro ali con un profilo aerodinamico nella ruota eolica (vedi, ad esempio, Fig. 27).

Fig.27. Turbina eolica 1-D-18 con una potenza fino a 30 kilowatt

Ciò consente loro di resistere bene ai venti molto forti. Anche con venti forti e rafficati, meccanismi di controllo ben progettati creano una rotazione uniforme delle ruote eoliche delle turbine eoliche ad alta velocità.

Queste caratteristiche positive delle turbine eoliche ad alta velocità consentono loro di funzionare con venti variabili di qualsiasi intensità.

Pertanto, si possono costruire turbine eoliche ad alta velocità con diametri delle ruote eoliche molto grandi, raggiungendo cinquanta o più metri e sviluppando una potenza di diverse centinaia di cavalli.

A causa dell'uniformità elevata e stabile delle ruote eoliche, i motori eolici ad alta velocità vengono utilizzati per azionare un'ampia varietà di macchine e generatori elettrici. Le moderne turbine eoliche ad alta velocità sono macchine universali.

È conveniente confrontare motori eolici di sistemi diversi introducendo il concetto di velocità normale. Questa velocità è determinata dal rapporto tra la velocità periferica all'estremità esterna della pala rotante ad una velocità del vento di 8 metri al secondo e la velocità del flusso d'aria.

Le pale dei motori eolici a carosello, rotativi e a tamburo durante il funzionamento si muovono lungo il flusso d'aria e la velocità in qualsiasi punto non può mai essere maggiore della velocità del vento. Pertanto, la velocità normale delle turbine eoliche di questo tipo sarà sempre inferiore a uno (poiché il numeratore sarà inferiore al denominatore).

Le ruote eoliche delle turbine eoliche alate ruotano nella direzione del vento e quindi la velocità di movimento delle parti terminali delle loro ali raggiunge valori elevati. Può essere molte volte superiore alla velocità del flusso d'aria. Minore è il numero delle pale e migliore il loro profilo, minore è la resistenza che incontra la ruota eolica. Ciò significa che più velocemente ruota. I migliori esempi di moderne turbine eoliche a palette hanno una velocità normale fino a nove unità. La maggior parte delle turbine eoliche prodotte in fabbrica hanno una velocità di 5-7 unità. Per fare un confronto, notiamo che anche i migliori mulini contadini avevano una velocità di sole 2-3 unità (e in questo senso sono più avanzati dei motori eolici a carosello, rotanti e a tamburo).

All'aumentare del numero di pale di una ruota eolica, aumenta la sua capacità di allontanarsi a basse velocità del vento. Pertanto, i motori eolici alati multipala, in cui l'area totale delle pale è pari al 60-70% della superficie spazzata (vedi Fig. 20) della ruota eolica, entrano in funzione con una velocità del vento di 3-3,5 metri. al secondo.

Fig.20. Mulino a portale

Le turbine eoliche ad alta velocità con un numero limitato di pale si avviano con una velocità del vento compresa tra 4,5 e 6 metri al secondo. Pertanto devono essere messi in funzione senza carico o con l'ausilio di dispositivi speciali.

Il buon avviamento e la semplicità di progettazione delle turbine eoliche a carosello, rotanti e a tamburo affascinano molti inventori e progettisti che le considerano turbine eoliche ideali. In realtà, però, queste macchine presentano una serie di svantaggi significativi. Questi svantaggi li rendono difficilmente utilizzabili anche con macchine comuni e semplici come le pompe a pistoni e i mulini a bava.

Le turbine eoliche con ricevitori di energia eolica del tipo a rotore utilizzano molto poco l'energia del flusso d'aria; il loro coefficiente di utilizzo dell'energia eolica è 2-2,5 volte inferiore a quello delle turbine eoliche a palette. Pertanto, a parità di superficie spazzata dalle pale, gli aerogeneratori a palette possono sviluppare una potenza 2-2,5 volte maggiore degli impianti eolici a carosello, rotativi e a tamburo.

Le turbine eoliche del tipo a rotore sono attualmente utilizzate solo sotto forma di piccoli impianti artigianali con una potenza fino a 0,5 cavalli. Ad esempio, vengono utilizzati per azionare vari dispositivi di ventilazione negli edifici per l'allevamento, nelle fucine e in altre aree di produzione agricola.

Cosa determina la potenza di una turbina eolica?

Sappiamo che l'energia del flusso d'aria non è costante, quindi qualsiasi turbina eolica ha una potenza variabile. La potenza di qualsiasi turbina eolica dipende dalla velocità del vento. È stato stabilito che quando la velocità del vento raddoppia, la potenza sulle ali della turbina eolica aumenta di 8 volte e quando la velocità del flusso d'aria aumenta di 3 volte, la potenza della turbina eolica aumenta di 27 volte.

La potenza di una turbina eolica dipende anche dalle dimensioni del ricevitore di energia eolica. In questo caso è proporzionale all'area spazzata dalle pale della ruota eolica o del rotore. Ad esempio, per le turbine eoliche a palette, la superficie spazzata dalle pale sarà l’area del cerchio che descrive la punta della pala in un giro completo. Per gli aerogeneratori a tamburo, a carosello e rotativi, la superficie spazzata dalle pale rappresenta l'area di un rettangolo con altezza pari alla lunghezza della pala e larghezza pari alla distanza tra i bordi esterni delle pale opposte.

Tuttavia, qualsiasi ruota eolica o rotore converte solo una parte dell'energia del flusso d'aria che passa attraverso la superficie spazzata dalle pale in lavoro meccanico utile. Questa parte dell'energia è determinata dal fattore di utilizzo dell'energia eolica. Il valore del fattore di utilizzo dell'energia eolica è sempre inferiore a uno. Per le migliori turbine eoliche moderne ad alta velocità, questo coefficiente raggiunge 0,42. Per le turbine eoliche ad alta e bassa velocità di fabbrica in serie, il fattore di utilizzo dell'energia eolica è solitamente 0,30-0,35; ciò significa che circa solo un terzo dell'energia del flusso d'aria che passa attraverso le ruote eoliche degli aerogeneratori viene convertita in lavoro utile. I restanti due terzi dell'energia rimangono inutilizzati.

Lo scienziato sovietico G. X. Sabinin, sulla base dei calcoli, ha stabilito che anche una turbina eolica ideale ha un coefficiente di utilizzo dell'energia eolica di soli 0,687.

Perché questo coefficiente non può essere uguale o addirittura vicino all'unità?

Ciò è spiegato dal fatto che parte dell'energia eolica viene spesa per la formazione di vortici sulle pale e la velocità del vento dietro la ruota eolica diminuisce.

Pertanto, la potenza effettiva di una turbina eolica dipende dal fattore di utilizzo dell’energia eolica. La potenza di una turbina eolica è proporzionale al suo valore. Ciò significa che all’aumentare del tasso di utilizzo dell’energia eolica, aumenta la potenza della turbina eolica e viceversa.

Le turbine eoliche a tamburo, rotanti e rotanti con pale semplici hanno tassi di utilizzo dell'energia eolica molto bassi. I loro valori variano ampiamente da 0,06 a 0,18. Per i motori a palette, questo coefficiente varia da 0,30 a 0,42.

Inoltre, la potenza utile di qualsiasi turbina eolica è proporzionale anche all’efficienza del meccanismo di trasmissione, oltre che alla densità dell’aria. In genere, l'efficienza dei moderni meccanismi delle turbine eoliche va da 0,8 a 0,9.

Da quanto detto circa la potenza di un aerogeneratore, ne consegue che, a parità di vento, quell'aerogeneratore avrà una potenza maggiore, in cui la maggior quantità di flusso d'aria scorre attraverso la superficie spazzata dalle ali, e le pale della ruota eolica hanno un profilo ben aerodinamico.

Autore: Karmishin AV

Vedi altri articoli sezione Fonti di energia alternative.

Leggere e scrivere utile commenti su questo articolo.

<< Indietro

Ultime notizie di scienza e tecnologia, nuova elettronica:

Pelle artificiale per l'emulazione del tocco 15.04.2024

In un mondo tecnologico moderno in cui la distanza sta diventando sempre più comune, mantenere la connessione e un senso di vicinanza è importante. I recenti sviluppi nella pelle artificiale da parte di scienziati tedeschi dell’Università del Saarland rappresentano una nuova era nelle interazioni virtuali. Ricercatori tedeschi dell'Università del Saarland hanno sviluppato pellicole ultrasottili in grado di trasmettere la sensazione del tatto a distanza. Questa tecnologia all’avanguardia offre nuove opportunità di comunicazione virtuale, soprattutto per coloro che si trovano lontani dai propri cari. Le pellicole ultrasottili sviluppate dai ricercatori, spesse appena 50 micrometri, possono essere integrate nei tessuti e indossate come una seconda pelle. Queste pellicole funzionano come sensori che riconoscono i segnali tattili di mamma o papà e come attuatori che trasmettono questi movimenti al bambino. Il tocco dei genitori sul tessuto attiva i sensori che reagiscono alla pressione e deformano la pellicola ultrasottile. Questo ... >>

Lettiera per gatti Petgugu Global 15.04.2024

Prendersi cura degli animali domestici può spesso essere una sfida, soprattutto quando si tratta di mantenere pulita la casa. È stata presentata una nuova interessante soluzione della startup Petgugu Global, che semplificherà la vita ai proprietari di gatti e li aiuterà a mantenere la loro casa perfettamente pulita e in ordine. La startup Petgugu Global ha presentato una toilette per gatti unica nel suo genere in grado di scaricare automaticamente le feci, mantenendo la casa pulita e fresca. Questo dispositivo innovativo è dotato di vari sensori intelligenti che monitorano l'attività della toilette del tuo animale domestico e si attivano per pulirlo automaticamente dopo l'uso. Il dispositivo si collega alla rete fognaria e garantisce un'efficiente rimozione dei rifiuti senza necessità di intervento da parte del proprietario. Inoltre, la toilette ha una grande capacità di stoccaggio degli scarichi, che la rende ideale per le famiglie con più gatti. La ciotola per lettiera per gatti Petgugu è progettata per l'uso con lettiere idrosolubili e offre una gamma di accessori aggiuntivi ... >>

L'attrattiva degli uomini premurosi 14.04.2024

Lo stereotipo secondo cui le donne preferiscono i "cattivi ragazzi" è diffuso da tempo. Tuttavia, una recente ricerca condotta da scienziati britannici della Monash University offre una nuova prospettiva su questo tema. Hanno esaminato il modo in cui le donne hanno risposto alla responsabilità emotiva degli uomini e alla volontà di aiutare gli altri. I risultati dello studio potrebbero cambiare la nostra comprensione di ciò che rende gli uomini attraenti per le donne. Uno studio condotto da scienziati della Monash University porta a nuove scoperte sull'attrattiva degli uomini nei confronti delle donne. Nell'esperimento, alle donne sono state mostrate fotografie di uomini con brevi storie sul loro comportamento in varie situazioni, inclusa la loro reazione all'incontro con un senzatetto. Alcuni uomini hanno ignorato il senzatetto, mentre altri lo hanno aiutato, ad esempio comprandogli del cibo. Uno studio ha scoperto che gli uomini che mostravano empatia e gentilezza erano più attraenti per le donne rispetto agli uomini che mostravano empatia e gentilezza. ... >>

Notizie casuali dall'Archivio Gli indiani volano su Marte 21.09.2012 L'India prevede di lanciare una sonda spaziale nel novembre 2013 che orbiterà attorno a Marte. Lo ha affermato il capo dell'Indian Space Research Organization (ISRO) K. Radhakrishnan: "Abbiamo in programma di inviare una missione su Marte il 27 novembre 2013, quando il Pianeta Rosso sarà più vicino alla Terra. La sonda indiana entrerà in un orbita ellittica attorno a Marte e ne studierà l'atmosfera e cercherà anche segni della presenza della vita". Il costo stimato della missione è di circa $ 90 milioni. L'invio di una sonda orbitale su Marte sarà il prossimo passo verso gli ambiziosi obiettivi dell'esplorazione spaziale indiana, che include l'esplorazione spaziale con equipaggio, con il primo volo previsto per il 2016. Il programma spaziale indiano è motivo di orgoglio nazionale e ha ottenuto un grande successo, in particolare, nel 2009, la sonda lunare Chandrayaan-1 ha scoperto l'acqua sulla Luna, il che ha notevolmente aumentato la credibilità dell'India tra le potenze spaziali più esperte. Tuttavia, anche il programma spaziale indiano sta subendo gravi battute d'arresto. Quindi, il 10 dicembre 2010, il veicolo di lancio GLSV ha deviato dalla traiettoria prevista e ha perso il controllo, dopodiché è esploso ed è caduto nel Golfo del Bengala. Ciò ha seriamente complicato i preparativi per il primo volo spaziale con equipaggio, poiché è il GLSV progettato per lanciare nello spazio la navicella nazionale indiana.

Altre notizie interessanti:

▪ Scanner compatti Brother ADS-1100W e ADS-1600W

▪ Unità a stato solido NAND a 3 bit Samsung

▪ Impulsi di luce ad attosecondi - utilizzando un laser industriale convenzionale

▪ TV CMYK

▪ L'economia domestica non sostituisce lo sport

News feed di scienza e tecnologia, nuova elettronica

Materiali interessanti della Biblioteca Tecnica Libera:

▪ sezione del sito Convertitori di tensione, raddrizzatori, invertitori. Selezione dell'articolo

▪ articolo Rivoluzionari infuocati. Espressione popolare

▪ articolo Quando è apparso il dramma? Risposta dettagliata

▪ articolo Elettricista in casa. Direttorio

▪ articolo Trovare oggetti di grandi dimensioni con un metal detector. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

▪ articolo Regolatore switching semplice. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Lascia il tuo commento su questo articolo:

Tutte le lingue di questa pagina

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Homepage | Biblioteca | Articoli | Mappa del sito | Recensioni del sito

www.diagram.com.ua
2000-2024