Большая Советская энциклопедия II

ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ

двигатель, использующий кинетическую энергию ветра для выработки механической энергии. В качестве рабочего органа В., воспринимающего энергию (давление) ветрового потока и преобразующего её в механическую энергию вращения вала, применяют ротор, барабан с лопатками, ветроколесо и т.п.
В зависимости от типа рабочего органа и положения его оси относительно потока различают В. карусельные (или роторные), барабанного типа и крыльчатые. У карусельных В. (рис. 1, а) ось вращения рабочего органа вертикальна. Ветер давит на лопасти, расположенные по одну сторону оси, лопасти по др. сторону оси прикрываются ширмой либо специальным приспособлением поворачиваются ребром к ветру. Так как лопасти движутся по направлению потока, то их окружная скорость не может превышать скорости ветра. Поэтому карусельные В. относительно тихоходны, более громоздки и менее эффективны, чем крыльчатые. Наибольший коэффициент использования энергии ветраξ, оценивающий степень энергетического совершенства В. и показывающий, какая доля энергии ветрового потока преобразуется в механическую энергию, у них не превышает 0,15. Из числа В. первых 2 типов наибольшийξ, равный 0,18, имеет роторный В. с двумя полуцилиндрическими лопастями (рис. 1, б). Такие же недостатки присущи В. барабанного типа (рис. 1, в), у которого вал барабана расположен горизонтально и перпендикулярно направлению ветрового потока. Преимущественное распространение получили крыльчатые В., у которых ось ветроколеса горизонтальна и параллельна направлению потока. Они имеют наивысшийξ(до 0,48) и более надёжны в эксплуатации. Так как лопасть с наконечником крепления к ступице называется крылом, то и В. такого типа получил название крыльчатого.
В зависимости от числа лопастей различают ветроколеса быстроходные (менее 4), средней быстроходности (от 4 до 8) и тихоходные (более 8 лопастей). Быстроходность ветроколеса оценивается числом модулейZ, равным отношению окружной скоростиωRвнешнего конца лопасти радиусомR,вращающейся с угловой скоростьюω, к скоростиvнабегающего потока.При одинаковомZветроколесо большего диаметра имеет меньшую частоту вращения. При прочих одинаковых условиях увеличение числа лопастей также снижает частоту вращения ветроколеса. Ветроколесо с небольшим числом лопастей (рис. 2) обычно состоит из ступицы и лопастей, соединённых с ней жестко под некоторым угломφк плоскости вращения (рис. 3) или с помощью подшипниковых узлов, в которых лопасть поворачивается для изменения угла установкиφ.Воздушный поток набегает на лопасть с относительной скоростьюwпод некоторым углом атакиα. Возникающая на каждой лопасти полная аэродинамическая сила Ру, создающую вращающий моментМ,и на силуPxлобового давления, действующую по оси ветроколеса. При поворотных лопастях с быстроходным ветроколесом часто конструктивно объединены механизмы регулирования частоты вращения, ограничения мощности и пуска-останова В., осуществляющие поворот лопасти относительно продольной оси В. Многолопастное ветроколесо (рис. 4) состоит из ступицы с каркасом, на котором жестко закрепляются специально спрофилированные лопасти из листовой стали. У тихоходных ветроколёс значениеξдоходит до 0,38. Ограничение развиваемой мощности обычно производится поворотом тихоходного ветроколеса относительно плоскости, перпендикулярной направлению действия ветрового потока. Мощность, развиваемая на валу ветроколеса, зависит от его диаметра, формы и профиля лопастей и практически не зависит от их числа:
Pвк≈ 3,85·10-3·ρD2v3ξ,
гдеРвк— мощность на валу ветроколеса,квт, ρ —плотность воздуха,кг/м2, v —скорость ветра,м/сек2, D —диаметр ветроколеса,м.
Относительный момент,равный
зависит от быстроходности ветроколеса (рис. 5). У тихоходных максимальное значение M̅0, у быстроходных, напротив, номинальное значение,соответствующееξмакс, в несколько раз большеM̅0.
К изучению физических явлений при прохождении воздушного потока через ветроколесо применяют теорию крыла и воздушного винта (См. Воздушный винт) самолёта. Теоретические основы расчёта ветроколеса были заложены в 1914—22 русским учёным Н. Е. Жуковским (См. Жуковский).Кроме того, он доказал, чтоξидеального ветроколеса равен 0,593. Его ученики В. П. Ветчинкин, Г. Х. Сабинин, а также др. советские учёные развили теорию ветроколеса, разработали методы расчёта аэродинамических характеристик и систем регулирования В.
Обычно применяют одну из двух основных схем крыльчатых В.: или с вертикальной трансмиссией и нижним передаточным механизмом (рис. 6, а), или с расположением всех узлов в головке В. (рис. 6, б). Головку монтируют на поворотной опоре башни, и при изменении направления ветра она поворачивается относительно вертикальной оси. Высота башни определяется диаметром ветроколеса и высотой препятствий, мешающих свободному прохождению воздушного потока к В. Для работы с более тихоходными исполнительными машинами используют обычно многолопастные В., а для агрегатирования с генераторами, центробежными насосами и др. быстроходными машинами — двух-, трёхлопастные В. Кроме механического привода, применяют также электрический, пневматический, гидравлический и смешанный приводы. Ориентация ветроколеса по направлению ветра у В. осуществляется автоматически хвостовым оперением, поворотными ветрячками (см. Виндроза)или расположением В. за башней (самоориентация).
Так как мощность В. пропорциональна кубу скорости ветра, то в реальных условиях эксплуатации необходимо ограничение мощности приv>vpи регулирование частоты вращения ветроколеса. Действие различных систем автоматического регулирования основано на изменении аэродинамических характеристик лопасти или всего ветроколеса в соответствии с действующей скоростью ветра, частотой вращения ветроколеса и значением нагрузки. До определённых расчётных значений скорости ветраvpсистема регулирования в действие не вступает и В. работает с переменной мощностью. При скоростях, большихvp,с помощью системы регулирования мощность поддерживается почти постоянной. В районах со среднегодовыми скоростями ветраv̅Γ4—5м/сек vpобычно принимается 7—9м/сек,приv̅Γ6—7м/сек —10—12м/сек,а приv̅Γ,более 7м/сек —13—14м/сек.В табл. 1 приведены мощности, которые может развить В. приξ= 0,35 иvp=8м/сек(для В. с диаметром ветроколеса 2—12м) иvp=10м/сек(для В. с диаметром ветроколеса более 12м).
Табл. 1. — Мощность на ветроколесе
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|Диаметр|Мощность на ветроколесе,квт,при скоростях ветра,м/сек|
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|ветроколеса,м|4|5|6|7|8|9|10 и более|
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|2|0,042|0,083|0,145|0,23 0,92|0,345|0,345|0,345|
|4|0,17 0,69|0,33 1,34|0,58 2,32|3,7 5,75|1,38 5,5|1,38 5,5|1,38|
|8|1,08 1,55|2,1 3,03|3,63 5,25|8,25 18,6|8,6 12,4|8,6 12,4|5,5|
|10|3,48 9,6|6,6 18,9|11,8 32,6|51,6|27,8 77,3|39,5|8,6|
|12||||||110,0|12,4|
|18|||||||54,6|
|30|||||||151,1|
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
В тихоходных В. получили наибольшее распространение системы автоматического регулирования путём вывода ветроколеса из-под ветра давлением, создаваемым воздушным потоком на дополнительные поверхности — боковые планы (рис. 6, б), или давлением на ветроколесо, ось вращения которого смещена (эксцентрично расположена) относительно вертикальной оси поворота головки. В исходное положение ветроколесо возвращается усилием пружины. Принудительная остановка В. производится установленной на башне лебёдкой через систему тросов, натяжением которых выводят ветроколесо из-под ветра. Система регулирования с боковым планом применена в отечественном В. ТВ-8, «Буран» и во многих зарубежных; система регулирования при эксцентричном расположении ветроколеса применена в отечественных В. ТВМ-3, ТВ-5 и в ряде В., выпускаемых в США, Великобритании, Австралии и др. странах.
В большинстве быстроходных В. регулирование осуществляется поворотом лопасти или её концевой части относительно продольной оси. Быстроходный В., разработанный А. Г. Уфимцевым и В. П. Ветчинкиным, регулирует частоту вращения своего ветроколеса поворотом лопасти ребром к потоку вследствие комбинированного действия на неё давления воздушного потока и момента её центробежных сил. В СССР такие В. имеют диаметр ветроколеса 10, 12, 18м,мощность от 7,4 до 29,5квти применяются обычно как первичные двигатели ветроэлектрических станций. У В. относительно небольшой мощности (до 5квт) лопасти при регулировании поворачиваются в сторону увеличения угла установкиφцентробежными силами, развиваемыми лопастями и установленными на них грузами (метод В. С. Шаманина), или регулирование осуществляется поворотом лопастей в сторону уменьшения углаφпод действием центробежных сил лопастей и грузов регулятора. Этот метод (Е. М. Фатеева и Г. А. Печковского) применен в В. ВБЛ-3, ВЭ-2М, «Беркут» (рис. 7) и др. Для более мощных В. применяют стабилизаторное регулирование (метод Г. Х. Сабинина и Н. В. Красовского), выполняемое обычно концевой частью лопасти, которая поворачивается относительно оси под действием сил, возникающих на стабилизаторе. Он управляется центробежным регулятором. Вследствие высокой равномерности вращения таких В. их применяют для работы с электрическими генераторами (В. Д-12, Д-18 и Д-30). В. «Сокол» с электрической трансмиссией имеет комбинированное моментно-центробежное регулирование (метод Я. И. Шефтера), основанное на изменении подъёмной силы лопасти при её повороте относительно продольной оси в сторону уменьшения или увеличения угла установки под действием движущего момента на ветроколесе. Для предохранения В. от разноса при малых значениях момента нагрузки имеется центробежный регулятор, также управляющий поворотом лопастей. Такой В. может работать изолированно и параллельно с др. агрегатами или электрической сетью. В некоторых В. применяют регуляторы в виде тормозных открылков, торцевых клапанов и др. устройств, уменьшающих аэродинамический момент. У В. «Allgaier» (ФРГ) поворот лопастей осуществляется механогидравлической системой; при очень большой частоте вращения В. автоматически останавливается.
В табл. 2 приведена годовая выработка энергии на валу ветроколеса приv̅Γ= 0,35 в зависимости от среднегодовой скорости ветраvr,диаметра ветроколесаDи максимально возможного числа часов работыТрабВ. в году.
Табл. 2. — Годовая выработка энергии на валу ветроколеса
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|vr,|Tраб,|Годовая выработка энергииМвт-ч,при диаметрах ветроколеса,м|
|м/сек|ч|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|||2|4|8|10|12|18|30|
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|3|3500 5300|0,3 0,7|1,2|4,8 10,8|7,5 16,8|10,7|23,8|66,3|
|4|6500 7300|1,1 1,5|2,7|17,2 23,8|26,6 36,7|24,0|52,0|145,0|
|5|7800|1,8|4,3|29,7|45,5|38,0|85,0 116,0|230,0|
|6|||6,0|||53,0|142,0|315,0|
|7|||7,5|||66,0||403,0|
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
О применении В. и перспективах их развития см. в ст. Ветроэнергетика.
Лит.:Фатеев Е. М., Ветродвигатели и ветроустановки, 2 изд., М., 1957; Перли С. Б., Быстроходные ветряные двигатели, М. — Л., 1951; Шефтер Я. И., Рождественский И. В., Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты, М., 1967.
Я. И. Шефтер.
Рис. 1. Внешний вид рабочих органов ветродвигателя: а — карусельного; б — роторного; в — барабанного типа.
Рис. 2. Быстроходное ветроколесо: 1 — ступица; 2 — наконечник (мах); 3 — лопасть; 4 — подшипники; 5 — грузы регулятора.
Рис. 3. Схема векторов аэродинамических сил и скоростей в сечении лопасти.
Рис. 4. Тихоходное ветроколесо: 1 — ступица; 2 — лопасть; 3 — каркас; 4 — болты крепления лопасти.
Рис. 7. Быстроходный ветродвигатель «Беркут-2» с электрическим генератором.
Рис. 5. Зависимости значений относительных моментов Z при различном числе лопастейiветроколеса.
Рис. 6. Ветродвигатель: а — типа Д-18 (1 — ветроколесо; 2 — верхний редуктор; 3 — виндроза; 4 — вертикальный вал; 5 — нижний редуктор; 6 — рабочая машина); б — с пневматическим приводом (1 — ветроколесо; 2 — компрессор).

  1. ветродвигатель—м.motor elico aeromotor m...Большой русско-испанский словарь
  2. ветродвигатель—м. olienne f monteur m vent moteur olien...Большой русско-французский словарь
  3. ветродвигатель—м.olienne f monteur m vent moteur olien ветряк виндротор двигатель пневмоветродвигатель...Большой французско-русский и русско-французский словарь
  4. ветродвигатель—двигатель использующий кинетич. энергию ветра для выработки механич. энергии. Различают В. крыльчатые см. рис. как правило с горизонтальной осью вращения с коэфф. использ...Большой энциклопедический политехнический словарь
  5. ветродвигатель—использует энергию ветра для выработки механическойэнергии. Распространены преимущественно крыльчатые ветродвигатели укоторых ось вращения ветроколеса совпадает с направл...Большой энциклопедический словарь II
  6. ветродвигатель—ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ использует энергию ветра для выработки механической энергии. Распространены преимущественно крыльчатые ветродвигатели у которых ось вращения ветроколеса со...Большой энциклопедический словарь III
  7. ветродвигатель—ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ использует энергию ветра для выработки механической энергии. Распространены преимущественно крыльчатые ветродвигатели у которых ось вращения ветроколеса с...Большой Энциклопедический словарь V
  8. ветродвигатель—я м.em Двигатель приводимый в действие силой ветра.Синонимы ветряк виндротор двигатель пневмоветродвигатель...Малый академический словарь
  9. ветродвигатель—корень ВЕТР соединительная гласная О корень ДВИГ суффикс А суффикс ТЕЛЬ нулевое окончаниеОснова слова ВЕТРОДВИГАТЕЛЬВычисленный способ образования слова Суффиксальны...Морфемный разбор слова по составу
  10. ветродвигатель—Начальная форма Ветродвигатель винительный падеж единственное число мужской род неодушевленное...Морфологический разбор существительных
  11. ветродвигатель—ветродвигатель м. Двигатель использующий энергию ветра для выработки механической энергии....Новый толково-словообразовательный словарь русского языка
  12. ветродвигатель—ветродвигатель ветродвигатель я...Орфографический словарь
  13. ветродвигатель—желдк озалтыш...Орысша-қазақша «Энергетика» терминологиялық сөздік
  14. ветродвигатель—aromoteur...Политехнический русско-французский словарь
  15. ветродвигатель—aromoteur...Политехнический русско-французский словарь
  16. ветродвигатель—ветродвигатель ветродвигатели ветродвигателя ветродвигателей ветродвигателю ветродвигателям ветродвигатель ветродвигатели ветродвигателем ветродвигателями ветродвигателе ...Полная акцентуированная парадигма по Зализняку
  17. ветродвигатель—Орфографическая запись слова ветродвигатель Ударение в слове ветродвигатель Деление слова на слоги перенос слова ветродвигатель Фонетическая транскрипция слова ветродвига...Полный фонетический разбор слов
  18. ветродвигатель—ветродвигатель яСинонимы ветряк виндротор двигатель пневмоветродвигатель...Русский орфографический словарь
  19. ветродвигатель—М klk mhrriki....Русско-азербайджанский словарь
  20. ветродвигатель—windmill ветродвигатель м.uwindmill wind motorагрегатировать ветродвигатель с генератором насосом и т. п. gear a windmill to a generator pump etc.барабанный ветродвигат...Русско-английский политехнический словарь
  21. ветродвигатель—ветродвигатель м.iwind turbine...Русско-английский словарь
  22. ветродвигатель—windmill...Русско-английский строительный словарь
  23. ветродвигатель—windmill барабанный ветродвигатель быстроходный ветродвигатель карусельный ветродвигатель крыльчатый ветродвигатель тихоходный ветродвигательСинонимы ветряк виндротор дви...Русско-английский технический словарь
  24. ветродвигатель—Ветрарухавк...Русско-белорусский словарь
  25. ветродвигатель—ветрарухавк муж.i...Русско-белорусский словарь II
  26. ветродвигатель—м. motore m a vento eolico...Русско-итальянский политехнический словарь
  27. ветродвигатель—желдк озалты...Русско-казахский терминологический словарь «Водное хозяйство»
  28. ветродвигатель—желозалтыш...Русско-казахский терминологический словарь «Машиностроение»
  29. ветродвигатель—Синонимы ветряк виндротор двигатель пневмоветродвигатель...Русско-китайский словарь
  30. ветродвигатель—vja dzinjs...Русско-латышский словарь
  31. ветродвигатель—Aeromotor...Русско-немецкий политехнический словарь
  32. ветродвигатель—vindkvern ветряк виндротор двигатель пневмоветродвигатель...Русско-норвежский словарь
  33. ветродвигатель—техн. втрорушй шя втродвигун на Синонимы ветряк виндротор двигатель пневмоветродвигатель...Русско-украинский политехнический словарь
  34. ветродвигатель—vtrn motor...Русско-чешский словарь
  35. ветродвигатель—ветродвигатель ветряк виндротор двигатель пневмоветродвигатель...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
  36. ветродвигатель—ветродвигатель я Синонимы ветряк виндротор двигатель пневмоветродвигатель...Слитно. Раздельно. Через дефис. Словарь-справочник
  37. ветродвигатель—ветряк устройство для использования энергии ветра в качестве силы приводящей в движение двигатель или механизм насос мельничные жернова электромотор и др. Мощность В. пр...Словарь ветров
  38. ветродвигатель—ветродвигатель двигатель пневмоветродвигатель ветряк виндротор Словарь русских синонимов. ветродвигатель сущ. колво синонимов ветряк виндротор двигатель пневмовет...Словарь синонимов II
  39. ветродвигатель—ветродвигатель двигатель пневмоветродвигатель ветряк виндротор...Словарь синонимов
  40. ветродвигатель—ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ использует энергию ветра для выработки механической энергии. Распространены преимущественно крыльчатые ветродвигатели у которых ось вращения ветроколеса со...Современный энциклопедический словарь
  41. ветродвигатель—ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ м. Двигатель использующий энергию ветра для выработки механической энергии....Толковый словарь русского языка
  42. ветродвигатель—Ударение в слове ветродвигательУдарение падает на букву иБезударные гласные в слове ветродвигатель...Ударение и правописание
  43. ветродвигатель—ветродвигатель ветродвигатели ветродвигателя ветродвигателей ветродвигателю ветродвигателям ветродвигатель ветродвигатели ветродвигателем ветродвигателями ветродвигателе ...Формы слова
  44. ветродвигатель—Далев Давить Давило Гто Грот Гриот Гриль Грилетта Гридь Грива Греть Грета Грат Град Граве Гот Гори Гореть Горев Горе Гордеев Горал Гор Голье Гольд Голь Голиард Гол Год Го...Электронный словарь анаграмм русского языка
  45. ветродвигатель—ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ использует энергию ветра для выработки механической энергии. Распространены преимущественно крыльчатые ветродвигатели у которых ось вращения ветроколеса с...Энциклопедический словарь естествознания
  46. ветродвигатель—Ветродвигатель машина преобразующая кинетическую энергию ветра в механическую энергию. Рабочим органом ветродвигателя является ветроколесо воспринимающее напор воздушног...Энциклопедия «Техника»
  47. ветродвигатель—ВЕТРОДВИГАТЕЛЬустройство преобразующее энергию ветра в энергию вращательного движения. Основным рабочим органом ветродвигателя является вращающийся агрегат колесо привод...Энциклопедия Кольера II
  48. ветродвигатель—ветродвигатель машина преобразующая кинетическую энергию ветра в механическую энергию. Рабочим органом ветродвигателя является ветроколесо воспринимающее напор воздушного...Энциклопедия техники