Работа ветрового колеса крыльчатого ветродвигателя

 

 

Крыльчатые ветроколеса работают за счёт косого удара при движении лопастей перпендикулярно к направлению скорости ветра в противополож- ность к прямому удару, рассмотренному в предыдущем случае. Устройство такого колеса показано на рис. 6.4.1.

На горизонтальном валу закреплены крылья, число которых у совре-

 

менных ветродвигателей бывает от 2 и больше. Крыло ветроколеса состоит

 

из маха а и лопасти б, закрепляемой на махе так, что она образует с плоско- стью вращения некоторый уголj . Этот угол называют углом заклинения ло- пасти (рис. 6.4.1). При этом на её элементы набегает воздушный поток с от- носительной скоростью W под углом a , который называют углом атаки, и

действует с силой R . Углы jи aв значительной мере определяют эффек-

 

тивность крыльев. Силу R раскладывают на силы

Px и Py

(рис. 6.4.2, а). Си-

 

лы Px

производят давление в направлении ветра, которое называется лобо-

 

вым давлением. Силы Py

действуют в плоскости

y - y

вращения ветроколе-

 

са и создают крутящий момент.

 

 

Рис. 6.4.1. Конструктивная схема крыльчатого ветроколеса.

 

 

Рис. 6.4.2. а – схема действия сил воздушного потока на элемент лопасти; б –

графическое изображение относительного потока, набегающего на элементы лопасти, расположенные на разных радиусах ветроколеса.

 

 

Максимальные силы, приводящие колесо во вращение, получаются при некотором значении угла атаки a , т. е. угла наклона относительного потока к поверхности лопасти. Ввиду того что окружная скоростью длине крыла не одинакова, а возрастает по мере удаления его элементов от оси вращения

 

ветроколеса, относительная скорость W набегания потока на лопасть также

 

возрастает. Вместе с этим убывает угол атаки a , и при некоторой окружной скорости wR , где w угловая скорость, этот угол станет отрицательным (рис.

6.4.2, б). Следовательно, не все элементы крыла будут иметь максимальную подъёмную силу.

Если мы будем уменьшать угол j каждого элемента лопасти по мере

 

удаления его от оси вращения так, чтобы наивыгоднейший угол атаки a примерно сохранялся постоянным, то мы получим условие, при котором приблизительно все элементы лопасти будут работать со своей максимальной подъёмной силой. Лопасть с переменным углом заклинения со получает форму винтовой поверхности.

Правильные углы заклинения лопасти при хорошем аэродинамическом качестве профиля, а также ширине, соответствующей заданной быстроход- ности, обеспечивают высокий коэффициент использования энергии ветра. У хорошо выполненных моделей он достигает 46%.