מערכות של טורבינות רוח מודרניות. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

מערכות של טורבינות רוח מודרניות. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מקורות אנרגיה חלופיים

נכון לעכשיו, ישנן מערכות רבות של טורבינות רוח, הן עם ציר סיבוב אופקי והן אנכי. הם שונים זה מזה לא רק במראה ובמכשיר, אלא גם ביכולות הטכניות, בהתאם למטרה שלשמה הם משמשים. על פי תכנון מקלט אנרגיית הרוח ומיקומו בזרימת האוויר, נבדלות מספר מערכות של טורבינות רוח.

כבר דיברנו על טורבינות רוח מסוג קרוסלה ותוף. ידועה גם מה שנקרא טורבינת רוח סיבובית (איור 23). להביו מסתובבים, כמו טורבינת רוח קרוסלה, במישור אופקי ומניעים פיר אנכי.

מערכות של טורבינות רוח מודרניות
איור.23. טורבינת רוח סיבובית

טורבינות רוח שבשבת נמצאות כיום בשימוש נרחב, הסוג העתיק ביותר שבהם הם טחנות רוח רגילות. החלק העיקרי של כל טורבינת רוח שבשבת הוא גלגל הרוח. הוא מורכב ממספר להבים ומסתובב בהשפעת הרוח. בעזרת זוג גלגלי שיניים משופעים המורכבים על ראש טורבינת הרוח (איור 24), סיבוב הגלגל מומר לתנועה מהירה יותר של הציר האנכי או לתנועה הדדית של מוט ההינע.

מערכות של טורבינות רוח מודרניות
איור.24. תכנית של טורבינת רוח שבשבת

כדי להפוך את הראש ואת גלגל הרוח לרוח, לטחנות רוח יש מנשא, ולטורבינות רוח קטנות מודרניות יש זנב עם נוצות אנכיות בקצה. בטורבינות רוח גדולות של שבשבת, ישנם מנגנונים נוספים מורכבים יותר לכיוון אוטומטי של גלגל הרוח לרוח. כדי להבטיח שמהירות הסיבוב של גלגל הרוח לא תחרוג מהמגבלה, יש מכשיר מיוחד לוויסות אוטומטי של מספר הסיבובים.

בדרך כלל, ליד פני האדמה, זרימת האוויר עקב מכשולים שונים אינה אחידה, נחלשת, ולכן גלגל הרוח מותקן על תורן גבוה או מגדל, מעל המכשולים.

על פי סידור גלגלי הרוח, טורבינות רוח מודרניות שבשבת מחולקות למהירות גבוהה ולמהירות נמוכה.

בטורבינת רוח במהירות נמוכה, גלגל הרוח מורכב ממספר רב של להבים (איור 25). זה זז בקלות. בשל כך, טורבינת רוח במהירות נמוכה נוחה לעבודה עם משאבת בוכנה ומכונות אחרות הדורשות כוח ראשוני גדול במהלך ההפעלה.

מערכות של טורבינות רוח מודרניות
איור.25. טורבינת רוח מודרנית רב להבים TB-5 עם קיבולת של עד 2,5 כוחות סוס

טורבינות רוח במהירות איטית משמשות בעיקר באזורים בהם מהירות הרוח הממוצעת אינה עולה על 4,5 מטר לשנייה. כל המנגנונים של טורבינות רוח רב שכבתיות, ככלל, הם מעט יותר פשוטים מאלה של טורבינות מהירות. עם זאת, גלגלי הרוח של טורבינות רוח במהירות נמוכה הם מבנים מגושמים למדי. עם גדלים גדולים של גלגלים כאלה, קשה ליצור את היציבות הדרושה, במיוחד במהירויות רוח גבוהות. לכן, כיום, בנויות טורבינות רוח מרובות להבים בקוטר גלגל רוח של לא יותר מ-8 מטרים. הספק של טורבינת רוח כזו מגיע ל-6 כוחות סוס. כוח זה מספיק כדי לספק מים לפני השטח מבארות בעומק של עד 200 מטר.

לטורבינות רוח מהירות אין יותר מארבע כנפיים עם פרופיל יעיל בגלגל הרוח (ראה, למשל, איור 27).

מערכות של טורבינות רוח מודרניות
איור.27. טורבינת רוח 1-D-18 בהספק של עד 30 קילוואט

זה מאפשר להם לעמוד היטב ברוחות חזקות מאוד. גם ברוח חזקה ועזה, מנגנוני שליטה מתוכננים היטב יוצרים סיבוב אחיד של גלגלי הרוח של טורבינות רוח מהירות.

תכונות חיוביות אלו של טורבינות רוח מהירות מאפשרות להן לעבוד עם רוח משתנה בכל עוצמה.

לכן, ניתן לבנות טורבינות רוח מהירות עם קוטרי גלגל רוח גדולים מאוד, המגיעות לחמישים מטרים ומעלה ומפתחות הספק של כמה מאות כוחות סוס.

בשל האחידות הגבוהה והיציבה של גלגלי הרוח, טורבינות רוח מהירות משמשות להנעת מגוון רחב של מכונות וגנרטורים חשמליים. טורבינות רוח מודרניות מהירות הן מכונות אוניברסליות.

נוח להשוות בין טורבינות רוח של מערכות שונות על ידי הצגת הרעיון של מהירות רגילה. מהירות זו נקבעת על פי היחס בין המהירות ההיקפית בקצה החיצוני של הלהב המסתובב במהירות רוח של 8 מטר לשנייה למהירות זרימת האוויר.

הלהבים של טורבינות רוח קרוסלה, סיבוביות ותופים במהלך פעילות נעים לאורך זרימת האוויר ומהירות כל אחת מהנקודות שלהן לעולם לא יכולה להיות גדולה ממהירות הרוח. לכן, המהירות הרגילה של טורבינות רוח מסוגים אלו תהיה תמיד פחות מאחד (שכן המונה יהיה קטן מהמכנה).

גלגלי הרוח של טורבינות רוח שבשבת מסתובבות לרוחב כיוון הרוח, ולכן מהירות התנועה של חלקי הקצה של כנפיהן מגיעה לערכים גדולים. זה יכול להיות פי כמה ממהירות זרימת האוויר. ככל שהלהבים קטנים יותר והפרופיל שלהם טוב יותר, כך חווה גלגל הרוח פחות התנגדות. אז ככל שהוא מסתובב מהר יותר. לדוגמאות הטובות ביותר של טורבינות רוח מודרניות של שבשבת יש מהירות רגילה, שמגיעה לתשע יחידות. לרוב טורבינות הרוח המיוצרות במפעל יש מהירות השווה ל-5-7 יחידות. לשם השוואה, נציין שאפילו לטחנות האיכרים הטובות ביותר הייתה מהירות השווה ל-2-3 יחידות בלבד (ובמובן זה הן מתקדמות יותר מטורבינות רוח סיבוביות, סיבוביות ותופיות).

עם עלייה במספר הלהבים בגלגל הרוח, גדלה יכולתו להתחיל במהירויות רוח נמוכות. לכן, טורבינות רוח מרובות להבים, ששטחן הכולל של הלהבים הוא 60-70 אחוז מהמשטח הנסחף (ראה איור 20) של גלגל הרוח, נכנסות לפעולה במהירויות רוח של 3- 3,5 מטר לשנייה.

מערכות של טורבינות רוח מודרניות
איור.20. טחנת גאנטרי

טורבינות רוח מהירות עם מספר קטן של להבים מתחילות לנוע במהירות רוח של 4,5 עד 6 מטר לשנייה. לכן, יש להפעיל אותם ללא עומס או בעזרת מכשירים מיוחדים.

התחלה טובה ופשטות עיצוב של טורבינות רוח קרוסלה, סיבוביות ותופים משחדים ממציאים ומעצבים רבים הרואים בהם טורבינות רוח אידיאליות. אולם במציאות, למכונות הללו יש מספר חסרונות משמעותיים. החסרונות הללו מקשים על השימוש בהם גם במכונות נפוצות ופשוטות כמו משאבות בוכנה ומשחזות בור.

טורבינות רוח עם מקלטי אנרגיית רוח סיבוביים משתמשות באנרגיה של זרימת האוויר בצורה גרועה מאוד, מקדם ניצול אנרגיית הרוח שלהן קטן פי 2-2,5 מזה של טורבינות רוח שבשבת. לכן, עם משטחים שווים שנסחפים על ידי הלהבים, טורבינות רוח שבשבת יכולות לפתח כוח גדול פי 2-2,5 מאשר תחנות כוח רוח קרוסלה, סיבוביות ותופים.

טורבינות רוח מסוג רוטרי משמשות כיום רק בצורת מתקני מלאכת יד קטנים בהספק של עד 0,5 כוחות סוס. לדוגמה, הם משמשים להנעת מכשירי אוורור שונים בבנייני בעלי חיים, מחושות ושאר הנחות תעשייתיות בחקלאות.

מה קובע את כוחה של טורבינת רוח?

אנו יודעים שהאנרגיה של זרימת האוויר אינה קבועה, ולכן לכל טורבינת רוח יש הספק משתנה. הספק של כל טורבינת רוח תלוי במהירות הרוח. נקבע שכאשר מהירות הרוח מוכפלת, ההספק בכנפי טורבינת הרוח גדל פי 8, וכאשר מהירות זרימת האוויר עולה פי 3, הספק של טורבינת הרוח גדל פי 27.

הספק של טורבינת הרוח תלוי גם בגודל המקלט של אנרגיית הרוח. במקרה זה, הוא פרופורציונלי לאזור המכוסה על ידי הלהבים של גלגל הרוח או הרוטור. לדוגמה, בטורבינות רוח שבשבת, פני השטח שיסוחפו על ידי הלהבים יהיו שטח המעגל המתאר את קצה הלהב במהפכה אחת שלמה. בטורבינות רוח תופים, קרוסלה וסיבוביות, המשטח הנסחף על ידי הלהבים הוא שטח של מלבן שגובהו שווה לאורך הלהב ורוחב השווה למרחק בין הקצוות החיצוניים של הלהבים הנגדיים.

עם זאת, כל גלגל רוח או רוטור ממירים רק חלק מהאנרגיה של זרימת האוויר העוברת דרך פני השטח הנסחפים על ידי הלהבים לעבודה מכנית שימושית. חלק זה של האנרגיה נקבע על ידי גורם הניצול של אנרגיית הרוח. הערך של מקדם ניצול אנרגיית הרוח הוא תמיד פחות מאחד. עבור טורבינות הרוח המודרניות הטובות ביותר, מקדם זה מגיע ל-0,42. עבור טורבינות רוח במפעל טורבינות מהירות ומהירות נמוכה, מקדם ניצול אנרגיית הרוח הוא בדרך כלל 0,30-0,35; המשמעות היא שרק שליש מהאנרגיה של זרימת האוויר העוברת דרך גלגלי הרוח של טורבינות הרוח הופכת לעבודה שימושית. שני שליש הנותרים מהאנרגיה נותרים ללא שימוש.

המדען הסובייטי G. Kh. Sabinin, על בסיס חישובים, מצא שאפילו לטחנת רוח אידיאלית יש מקדם ניצול אנרגיית רוח של 0,687 בלבד.

מדוע המקדם הזה לא יכול להיות שווה או אפילו קרוב לאחדות?

זה מוסבר על ידי העובדה שחלק מאנרגיית הרוח מושקעת על היווצרות מערבולות ליד הלהבים ומהירות הרוח מאחורי גלגל הרוח יורדת.

לפיכך, הערך האמיתי של כוח טורבינת הרוח תלוי בגורם ניצול אנרגיית הרוח. הספק של טורבינת רוח הוא פרופורציונלי לערכה. המשמעות היא שעם עלייה במקדם השימוש באנרגיית הרוח, הספק של טורבינת הרוח עולה, ולהיפך.

תופים, קרוסלה וטורבינות רוח סיבוביות עם הלהבים הפשוטים ביותר בעלות ניצול אנרגיית רוח נמוכים מאוד. הערכים שלהם משתנים מאוד מ-0,06 ל-0,18. עבור מנועי שבשבת, מקדם זה הוא בטווח שבין 0,30 ל-0,42.

בנוסף, הכוח השימושי של כל טורבינת רוח הוא גם פרופורציונלי ליעילות מנגנון ההולכה, כמו גם לצפיפות האוויר. בדרך כלל, היעילות של המנגנונים של טורבינות רוח מודרניות היא מ 0,8 ל 0,9.

ממה שנאמר על כוחה של טורבינת הרוח, עולה שעם רוח נתונה, אותה טורבינת רוח תהיה בעלת עוצמה גבוהה יותר, שבה כמות האוויר הגדולה ביותר זורמת דרך פני השטח הנסחפים על ידי הכנפיים, והלהבים של לגלגל הרוח יש פרופיל יעיל.

מחבר: קרמישין א.ו.

ראה מאמרים אחרים סעיף מקורות אנרגיה חלופיים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

דיו בלתי נראה לחלוטין 05.11.2017

כימאים ופיזיקאים סיניים יצרו את הדיו הבלתי נראה "המלא" הראשון, שאינו מתבטא בשום צורה ונשאר בלתי נראה לעיניים ולמכשירים אנושיים עד לעיבוד עם ננו-חלקיקים מיוחדים.

לכל סוגי הדיו ה"בלתי נראים" הקיימים כיום יש חיסרון משותף אחד - הם נשארים בלתי נראים לעין רק בתנאים מאוד ספציפיים. ככלל, כל צבעי דיו כאלה מתחילים לזרוח כאשר הם נחשפים לאור אולטרה סגול, וניתן לראות כמה הערות סודיות אם פשוט מכופפים דף נייר או מסתכלים עליו מזווית אחרת.

ליאנג לי מאוניברסיטת שנגחאי (סין) ועמיתיו יצרו גרסה מתקדמת יותר של צבע זה, תוך ניסויים בשני סוגים של ננו-חומרים שהתגלו לאחרונה - מסגרות מתכת-אורגניות וננו-גבישים ממה שנקרא פרוסקיטים.

פיגומי מתכת-אורגניים (MOFs) הם חומרים פולימריים מורכבים הדומים במבנהם לחלת דבש ובעלי נקבוביות וחוזק גבוהים מאוד.

דיו זה, כפי שציינו לי ועמיתיו, ניתן להדפיס באמצעות מדפסת קונבנציונלית, וה"מפתח", בתורו, אינו משנה לצמיתות את מבנה ה-IOC וניתן להסירו מהדיו באמצעות תמיסה של מתנול או אלכוהול אחר. הודות לכך, ניתן להפוך את ההודעה הסודית לבלתי נראית שוב לאחר הקריאה.

צבעים ומפתחים כאלה, לטענת מדענים, יכולים לשמש לא רק כדי להגן על מסמכים סודיים וניירות ערך שונים, אלא גם כדי לפתור מגוון בעיות - יצירת חיישנים שונים לגזים מזיקים, נוריות לד "זמניות" ועוד הרבה גאדג'טים הייטקיים.

עוד חדשות מעניינות:

▪ הורקת ערים תגן מפני התחממות כדור הארץ

▪ מאזניים חכמים קובעים את מהירות ההתפשטות של גל הדופק

▪ מנורת LED של ניקון LD-1000 למצלמות

▪ מגברי Gallium Arsenide MGA-61563 ו-MGA-62563

▪ עכבישים אוכלים יותר בשר מבני אדם

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ קטע של האתר פלאי הטבע. בחירת מאמרים

▪ מאמר כללי התנהגות ופעולות של האוכלוסייה בשטח הנתון לזיהום רדיואקטיבי. יסודות חיים בטוחים

▪ מאמר מדוע אדם מקיף את עיניו ופותח את פיו בהפתעה? תשובה מפורטת

▪ מאמר Elder Baceous. אגדות, טיפוח, שיטות יישום

▪ מאמר המכשיר לשליטה בסיבוב המצנן (מאוורר, מנוע חשמלי). אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר כדור צמר. פוקוס סוד

השאר את תגובתך למאמר זה:

הערות על המאמר:

אורח
שלום אנשים! מתי סוף סוף תצמח ממכנסי תינוק?! אתה מדבר כל הזמן על מקלטי זרימת רוח פשוטים... בדיוק כמו שאתה תולה בגדים לייבוש! האם אתה בעצמך כבר חולם לשתול עצי תפוח על מאדים, או אולי אפילו להביא עצי תפוח מאדים לבני הארץ? [גָלִיל]

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר