8.5.Крутящий момент.

Максимальный крутящий момент ветроколеса Ц не может превышать значения произведения максимальной действующей на ветроколесо силы на максимальный его радиус Г.

Ц_макс = F_макс *Г (8.17.)

или Ц_макс = ρ*А₁*u_o²Г/2 (8.18.)

или Ц = С_ц*Т_макс, (8.19.)

где С_ц – коэффициент крутящего момента.

Параметр Z – быстроходность ветроколеса, равная отношению окружной скорости конца лопастей u_г к скорости набегающего потока u_o. т.е.

Z = u_r/u_o = Rω/u_o (8.20.)

где ω – угловая скорость вращения ветроколеса.

Тогда Ц_макс = Р_о*Z/ω,

где Р_о – мощность ветрового потока.

Мощность на валу ветроколеса

Р = Ц*ω (8.21.)

С_р*Р_о = С_ц*Ц_макс*ω = С_ц*Р_о*Z; С_р = Z*С_ц; (8.22.)

В идеальном случае имеем: (С_ц)_макс = 0,59/Z (8.23.)

Максимальная эффективность работы ветроколеса

Z = 2π/n*(Г/d) (8.24.) где n – число лопастей;

d - характерная длина возмущённой лопастью области.

Оптимальная быстроходность ветроколеса:

Z_o ≈(2π/k*n), (8.25.)

где – к ≈ 1. В практике к = 1/2, поэтому для n – лопастного ветроколеса оптимальная быстроходность: Z_o ≈4π/n

Быстроходность ветроколеса является самым важным параметром, зависящим от трёх основных переменных: радиуса ометаемой ветроколесом окружности, его угловой скорости вращения и скорости ветра. Как безразмерная величина он является основным параметром подобия при конструировании ветроэлектрогенераторов. Коэффицинет мощности С_р зависит от коэффицинета торможения в диапазоне 0< а <0,5

С_р = 4а*(1- а)², (8.26)

где а = 1 –u₁ /u_o (8.27)

1. а < 0, С_р отрицателен. Это режим работы авиационного пропеллера.

2. 0 < а < 0,5, С_р в этом диапазоне достигает максимума.

3.При отсутствии нагрузки а = 0; u₁ = u_o; С_р = 0.

4. При 0,5 < а < 1, С_р постоянно уменьшается.

5. С_р максимум при .а = 1/3.

8.6. Характеристики ветра.

Направление ветра определяется стороной света, откуда дует ветер. Метеоданные о направлении ветра представяют обычно в виде розы ветров.

Скорости ветра на разных высотах различны. Наилучшим местом для размещения ветроустановки является гладкая, куполообразная, ничем не затенённая, возвышенность. Как правило, головки ветроустановок находятся на высоте от 5 до 50м. Для определения скорости ветра на высоте z₂ пользуются эмпирической зависимостью степенного вида:

u(z₂) = u(z₁)*(z₂/z₁)^m (8.28.)

где u(z₁) – скорость ветра, измеренная на высоте 10м;

u(z₂) – скорость ветра на высоте.

Показатель степени (m) принимается равным 0,2. Однако, этот показатель зависит также и от времени года (таблица 8.4.).

Таблица 8.5.

Коэффициент возрастания средней скорости ветра с высотой V(h₂)/V(h₁) и показатель степени m.

Сезон	Высота,м						m
	10	20	40	60	80	100
Зима	1	1,12	1,26	1,35	1,43	1,50	0,17
Весна	1	1,17	1,36	1,50	1,59	1,66	0,22
Лето	1	1,18	1,40	1,55	1,67	1,76	0,24
Осень	1	1,12	1,26	1,35	1,43	1,50	0,17
Год	1	1,15	1,32	1,44	1,53	1,60	0,20

Важными составляющими ветроэнергетческого кадастра являются временные характеристики скорости ветра. Это изменение скорости ветра в течение суток, месяца и года. В большинстве прикладных задач ветроэнергетики гораздо важнее знать не суммарное количество энергии, которое может выработать ветроустановка, например, за год, а ту мощность, которую она может обеспечивать постоянно.