5.2 Программа работы

5.2.1 Изучить конструкцию лабораторного стенда.

5.2.2 Ознакомиться с основными элементами установки и их функциями.

5.2.3 Замерить параметры плавно сужающихся насадок (сопел) и диаметр рабочего колеса.

5.2.4 Для каждого сопла замерить частоту вращения рабочего колеса.

5.2.5 Измерить расход для каждого сопла.

5.2.6 Построить зависимости расхода от диаметр сопла.

5.2.7 Построить зависимости частоты вращения рабочего колеса от расхода.

5.2.8 Определить скорость струи на выходе из сопла.

5.2.9 Вычислить коэффициент полезного действия и мощность турбины.

5.3 Порядок выполнения работы

Изучить конструкцию лабораторного стенда и составить эскиз с описанием исследуемых элементов. Замерить диаметры плавно сужающихся насадок (сопел) d₁, d₂, d₃.

Используя ёмкость для воды и секундомер, определите расходы, соответствующие каждому соплу с разными диаметрами. Расход в м³/с определяется по выражению

(5.2)

где t – время наполнения, с;

V – объём наполняемой ёмкости, м³.

Все данные свести в таблицу 5.1

Таблица 5.1 Результаты измерений и вычислений

Диаметр сопла dc, м	Диаметр колеса D1, м	Расход Q, м3/с	Напор Н, м

Напор вычисляем из выражения:

, (5.3)

где S – площадь отверстия сопла, м;

φ – скоростной коэффициент, равный φ=0,95…0,97;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Н – напор, м;

Q – расход, м³/с.

По данным таблицы 5.1 построить графики зависимостей Н=f(d_c), Q=f(d_c), H=f(Q).

Тахометром измерить частоту вращения ротора электродвигателя для всех диаметров сопел. Результаты измерений свести в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 Результаты измерений и вычислений

Диаметр сопла dc, м	nэд, об/мин	nт, об/мин	, м	, м	Nт, кВт	ηт

Частоту вращения рабочего колеса турбины определяют из выражения

, (5.4)

где - частота вращения электродвигателя;

- частота вращения рабочего колеса турбины;

- диаметр шкива турбины;

- диаметр шкива электродвигателя.

КПД турбины вычислить из выражения:

η=u (c₁ – u) (1 - ξ cosβ₂)/(g H), (5.5)

где u – переносная скорость, м/с;

c₁ – абсолютная скорость струи, м/с;

ξ – коэффициент, характеризующий гидравлические потери при обтекании лопасти рабочего колеса, равный ξ=0,6…0,8;

β₂ - угол поворота вектора относительной скорости струи при обтекании лопасти рабочего колеса;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

H - напор, м.

, (5.6)

, (5.7)

Мощность гидротурбины вычисляется по формуле:

. (5.8)

По данным таблицы 2 построить зависимости n_эд=f(d_c), n_эд=f(H), n_эд=f(Q), η_т=f(d_c,Q,H), N_т= f(d_c,Q,H).

5.4 Контрольные вопросы

5.1 Из каких основных элементов состоит гидротурбина Пельтона?

5.2 Для чего служит турбина ковшового типа?

5.3 Какую энергию потока воды использует активная турбина Пельтона?

5.4. Достоинства и недостатки турбины Пельтона?

5.5 В чём принципиальные отличия активных турбин от реактивных?

5.6 Какое предназначение имеет сопло?

5.7 От чего зависит коэффициент полезного действия?

Лабораторная работа №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С

ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОСЬЮ КОЛЕСА

Цель работы: изучение конструкции и принципа работы ветроэлектростанции с горизонтальной осью. Исследование скоростных и энергетических показателей ветроколеса в зависимости от скорости ветра, параметров и количества лопастей.

6.1. Общие сведения.

Воздушный поток, как и всякое движущееся тело, обладает кине­тической энергией. Одним из видов использования кинетической энергии является превращение ее в механическую работу.

Отличительным свойством ветра является его повсеместность. Однако техническое использование энергии ветра во многих случаях крайне затруднено из-за низкой плотности воздуха (она в 800 раз меньше плотности воды). Для получения значительной мощности необходимо ветроколесо очень больших размеров, т.к. ветроагрегат может преобразовать только часть потенциальной энергии, определяемой коэффициентом использования энергии ветра. При этом частота вращения ветроколеса должна регулироваться из-за непостоянства скорости ветра во времени и вырабатываемая мощность, изме­няясь пропорционально третьей степени скорости ветра, будет иметь большую амплитуду колебаний.

Рисунок 6.1 Виды ветроколес с горизонтальной осью:

1 - однолопастное колесо; 2 - двухлопастное; 3 - трехлопастное;

4 - многолопастное;

Ветроагрегат с горизонтальной осью состоит из ветроколеса, го­ловки, хвоста, башни и регулировочного механизма. Принципиальная схема ветроагрегата приведена на рисунке 6.2.

Ветроколесо преобразует энергию ветра в механическую работу и может иметь одну или несколько лопастей, устанавливаемых под некоторым углом к плоскости вращения.

Головка представляет собой опору, на которой монтируют вал ветроколеса и передаточный механизм. Форма головки зависит от системы передаточного механизма, сама головка может свободно поворачиваться вокруг вертикальной оси в опорах башни.

Хвост, закрепляемый позади головки, предназначен для установ­ки ветроколеса на ветер и работает подобно флюгеру.

Башня служит для поднятия ветроколеса на высоту, на которой мало сказывается влияние препятствий, нарушающих прямолинейное движение воздушного потока. Высоту башни принимают в зависимости от диаметра ветроколеса и рельефа местности

Механизм регулирования служит для ограничения числа оборотов и крутящего момента ветроколеса, а также для остановки его при сильном ветре.

Рисунок 6.2 Принципиальная схема ветроустановки универсального

типа с горизонтальной осью вращения: 1 - редуктор; 2 - генератор; 3 - вертикальный вал

На рисунке 6.3 для сравнения различных форм профиля пока­заны подъемные силы и силы сопротивления при одинаковом угле атаки. Наибольшую подъемную силу и наименьшую силу сопротив­ления имеет обтекаемый профиль

Рисунок 6.3 Подъемная сила, действующая на поверхности различного профиля