2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ветровое колесо. Вы точно человек?

Ветровое колесо. Вы точно человек?

  • ЖАНРЫ
  • АВТОРЫ
  • КНИГИ 590 389
  • СЕРИИ
  • ПОЛЬЗОВАТЕЛИ 549 633

ЧТО ТАКОЕ ВЕТЕР?

Велика наша Земля. Много тысяч километров нужно проехать по суше и по воде, чтобы совершить кругосветное путешествие. Но везде, куда бы вы ни попали, как теплым одеялом, землю окружает воздушная оболочка — атмосфера («атмосфера» — греческое слово, составленное из двух слов: «атмос» — воздух и «сфайра» — шар, оболочка). Это одежда Земли. Воздух лежит на Земле слоем толщиной в несколько сотен километров и защищает ее от холода межпланетного пространства. В этом воздухе каждодневно гуляют многочисленные ветры земли.

Что же представляет собой земная одежда — воздух? Отличается ли он чем от других окружающих нас предметов?

Каждый знает, что любой предмет занимает какое-то место и имеет свой определенный вес. Но занимает ли место воздух, весит ли он что-нибудь?

Изучая свойства воздуха, ученые давно ответили на этот вопрос. Да, воздух всегда занимает место и имеет вес, как и все предметы. Проверить это просто каждому из вас.

Опустите, например, опрокинутый вверх дном стакан в воду. Вы увидите, что вода не заполняет его. Это воздух, находящийся в стакане, не впускает ее. Но стоит вам слегка наклонить стакан, как воздух в виде пузырьков выйдет из него, и вода займет место улетевшего воздуха.

Нетрудно также убедиться и в том, что воздух имеет вес. Для этого надо взять две большие пустые стеклянные бутыли, плотно закрыть их специальными пробками (устройство которых видно на рис. 1) и уравновесить бутыли на весах. Если вы теперь, открыв зажим на одной из пробок, отсосете из бутыли часть воздуха в себя и тут же закроете зажим снова, то эта бутыль станет легче. Значит, воздух, отсосанный вами, имел вес.

Рис. 1. Обе бутыли имеют один и тот же вес; но если из правой бутыли отсосать воздух, она станет легче.

При очень сильном охлаждении воздух можно превратить в жидкость, а эту жидкость заморозить; получится твердое тело голубоватого цвета.

Когда ученые стали взвешивать воздух, они увидели, что не везде вес его одинаков. Самый большой вес воздуха оказался на уровне моря: здесь один кубометр воздуха при температуре нуль градусов весил около 1300 граммов, то есть примерно в 770 раз меньше воды. Но чем выше от уровня моря брали для взвешивания воздух, тем меньше весил один кубометр его. Так, кубометр воздуха, взятый с высокой горы, весил уже в два раза меньше. Выходит, что вверху, над землей, воздух не так плотен, как у самой земли. В каждом кубометре воздуха там содержится меньшее количество газов, из которых состоит воздух (главные составные части воздуха: азот и кислород). Иными словами, чем выше над землей (или, точнее, над уровнем моря) находится воздух, тем он больше разрежен. Когда люди стали подниматься высоко над землей, было установлено, что, например, на высоте 12 километров кубометр воздуха весит только 319 граммов.

Таким образом, получается, что воздушная оболочка Земли состоит как бы из многих слоев различной плотности, лежащих друг на друге. Чем ближе к Земле находится воздушный слой, тем он плотнее. Это и понятно, если вспомнить, что земной шар притягивает к себе все предметы. Сила этого притяжения и выражается весом предметов. А так как воздух тоже имеет вес, то верхние слои воздуха давят на нижние и уплотняют их.

Давление воздуха передается во все стороны одинаково. Значит, воздух давит и на все окружающие нас предметы. Понятно, что, чем плотнее воздух, тем больше его давление. С высотой давление воздуха постепенно понижается.

Сила давления воздуха огромна; на земле она равняется одному килограмму на каждый квадратный сантиметр площади любого предмета.

Есть очень простой и наглядный опыт, показывающий силу этого давления.

Налейте в стакан доверху воды, закройте его небольшим листом бумаги и, придерживая этот лист рукой, быстро переверните стакан вверх дном. Теперь вы можете опустить поддерживающую лист руку — на него будет давить сам воздух, и вода не потечет из стакана (рис. 2).

Рис. 2. На лист бумаги снизу давит окружающий стакан воздух; благодаря этому вода не выливается из стакана.

Каждый из вас может сделать маленький искусственный ветер. Для этого стоит лишь помахать перед собой каким-либо предметом — книгой, газетой или платком; спокойный воздух придет в движение, в лицо ударит волна воздуха. Из этого примера видно, что ветер получается тогда, когда приходит в движение воздух.

Вспомните жаркий летний день. Ослепительное солнце стоит высоко над головой. На деревьях не шелохнется ни один лист. Воздух горяч и недвижим. Прозрачным столбом поднимается вверх дым из труб и тает в вышине.

Но вот вдруг зашевелились листья деревьев, и вы чувствуете, как жаркий, застоявшийся воздух тронулся и поплыл медленно, как бы нехотя, освобождая место для притекающего воздуха. Дышать становится легче.

Постепенно движение воздушного потока усиливается. Вот вы уже ощущаете на лице совсем свежий, прохладный воздух. В каждую секунду около вас перемешаются уже большие воздушные массы. Клубы дыма быстро уносятся вместе с движущимся воздухом. Набегающие воздушные массы колеблют ветви и молодые стволы деревьев.

Читать еще:  Как привить розу на шиповник весной видео. Прививка розы – создаем красивый розарий своими руками

Говорят: дует ветер. Значит, действительно, ветер — это движение воздуха, перемещение его над землей.

Ветры различают по их направлению и скорости, или, как говорят, силе.

Чтобы определить направление и силу ветра, применяют различные приборы. Самый несложный из этих приборов — флюгер. Вот как, например, устроен один из простейших флюгеров (рис. 3).

На высоком столбе вертикально закреплен стальной стержень.

Сверху на него надета железная трубка, к которой прикреплены с одной стороны две пластинки, а с другой — стерженек с металлическим шаром на конце. Это так называемая флюгарка. Флюгарка свободно вращается вместе с трубкой на вертикальном стержне и таким образом показывает направление ветра. Пластинки флюгарки всегда направлены в ту сторону, куда дует ветер, а стерженек с шаром — туда, откуда дует ветер.

Ветер может дуть со всех сторон горизонта — с юга, востока, севера и запада. Название ветру дается по той стране света, откуда он дует, то есть ветер, дующий с юга, называется южным и т. д. Различаются также северо-восточные, северо-западные, юго-восточные и юго-западные ветры. Чтобы точнее определять, какой именно из этих ветров дует, в нижнюю часть вертикального стального стержня флюгера ввинчивают от четырех до восьми металлических прутьев (рис. 3); каждый из этих прутьев указывает определенную страну горизонта — север, юг, юго-запад и т. д.

На верхнем конце подвижной трубки флюгера укреплено приспособление, показывающее силу ветра. Оно состоит из железной рамы, к верхней части которой привешена металлическая дощечка. Эта рама закреплена на трубке таким образом, что плоскость дощечки всегда перпендикулярна к направлению ветра. Если ветра нет, дощечка висит вертикально. Но как только начинает дуть ветер, она отклоняется в сторону, и тем больше, чем сильнее ветер.

Скорость ветра измеряют метрами в одну секунду. Для того, чтобы узнавать по дощечке, какой силы дует ветер, сбоку у железной рамы имеется дуга, в которую вставлены восемь маленьких штифтов.

Силу ветра принято также обозначать в условных цифрах — баллах. Полное затишье — штиль — обозначается 0 баллов. Тихий ветер, со скоростью один метр в одну секунду, соответствует 1 баллу. Дальше следуют: легкий ветер — (2–3 метра в секунду) — 2 балла; слабый — 3 балла; умеренный — 4 балла; свежий — 5; сильный — 6; крепкий — 7; очень крепкий — 8; шторм — 9; сильный шторм —10; жестокий шторм —11; ураган — 12 (рис. 4).

Ветряк

Небольшой мини-образовач на тему возобновляемой энергетики, в частности её ветряного сегмента

Ветряк большой. С вертолётом для масштаба.

Вроде всё просто: энергия ветра крутит генератор — получаем электричество.

Однако не совсем. Во-первых, сильно зависит от того, какой генератор мы будем крутить. Большинство ветряков оборудованы асинхронными генераторами, а они жрут реактивную мощность из сети. Можно сказать, что и обычные электростанции тоже имеют собственное потребление (которое порой доходит до 20%), но суть в том, что это такая же энергия, как и то, что они производят. Тут же — другой «тип» энергии (как бы это не звучало), так что нужна компенсация реактивной мощности, что как бэ не есть гуд при большом количестве ветряков.

Вторая группа — генераторы синхронные. С ними проблема в том, что мы не контролируем скорость ветра, так что на выходе имеем частоту по воле Аллаха, а в сеть можно лить только 50 Гц (+- 1% в течении 99,5% времени). Выход — частотный преобразователь на каждый ветряк, чего по ряду причин делать не хочется. Генераторы постоянного тока для массового производства энергии в наше время практически не используются и их особенностями можно пренебречь.

Ветроэлектростанция в Ливерпульском заливе.

Вообще про мощности. Ветроэлектростанции имеют мощности до 10 МВт на выходе (больше — рекордная и не серийная фигня). Это много или мало? Московская ТЭЦ-25 (номер взят с потолка для ровного счёта) имеет мощность в 1370 МВт. То есть как 137 ветряков. Не абы каких, а прям топовой мощности, за размахом лопастей в 200 метров.

Думаете, на этом проблемы заканчиваются? Не совсем. Огромные палки создают неслабое локальное давление на почву, что приводит к её преждевременной эрозии. Что не совсем гуд для того, что там растёт. Но в Германии/Дании ветряки ставят в море (и называют оффшорными электростанциями). Вроде бы норм? Тоже нет: опоры серьёзно вибрируют, что не идёт на пользу жителям этих морей, пусть и не самых богатых. Плюс ветряной поток при проходе через вентилятор изменят свой профиль — он расширяется и замедляется (пикрелейтед). Если ветряк один — то пофиг, но когда их сотни, то что-то мне подсказывает, что некий эффект такое будет оставлять. Впрочем, тут у меня нет достаточного количество данных для дальнейших бесед, а EIA затрагивающие эту тему, мне не попадались.

Профиль ветряного потока при прохождении через ветряк.

Ещё есть специфический косяк с тем, что птицы не видят лопасти ветряков. Временами их (птиц) рубит на куски в оптовых количествах, если маршруты перелёта проходят через поля электростанций. Это можно поправить вертикальной осью пропеллера, но об это позже.

Читать еще:  Как разделать индейку в домашних условиях. Как разделать индюка в домашних условиях?

Как отмечалось выше — главная проблема ветра в невозможности контроля. Ветер есть — энергия есть. Ветра нет — пичалька. Частично фиксится установкой ветряков в прибрежной зоне, за счёт того что например бризы хорошо прогнозируются. Днём дуют туда, вечером — сюда. Но проблемы начинаются, когда ветра слишком много и соответственно энергии больше, чем планируется. Тут в дело вступает специфика электрических сетей как таковых — выработка ВСЕГДА должна равняться потреблению. Большие неравенства чреваты блэкаутом – внезапным вырубанием части сети. Как с этим бороться? В идеале – своевременный диспетчеринг, которой отключат части электростанций, те же ветряки можно просто остановить, что из-за их низкой мощности позволяет получить хорошую степень контроля. Теоретически. В реальности всё не так просто, даже если оставить за скобками политику по приоритетному использованию «зелёной» энергии. Вот например Германия. Много ветряков на побережье на севере – но они гонят энергию на промышленный юг. При том часть этой энергии проходит через Чехию, из-за чего бюрократия сжирает львиную возможность контроля ситуации. Чехи уже научились с этим справляться, но пару неприятных эксцессов было. Например, разок энергетическая сеть Чехии из-за небольшого блекаут развалилась на три независимых так называемых «острова», которые утратили связь друг с другом. Ввиду неслабого размера они были относительно самодостаточны, так что большинство граждан ничего не заметило. Но энергетикам пришлось попотеть, чтобы собрать всё обратно.

Ветряк с вертикальной осью.

Насчёт ветряков с вертикальной осью — такое тоже есть, птицы их видят и всё вроде збс. Но у них проблема с тем, что из-за конструкции момент не постоянен, что вносит ограничения на мощность. Или заставляет делать очень необычные конструкции с закрученными лопастями — к слову, Дуэйн Джонсон в недавнем боевичке «небоскрёб» прыгал как раз через такой) Но они там чудовищного размера, что ИРЛ пока нет (вроде как)

Ещё есть нюанс, что многих людей бомбит с одного вида ветряков. Я иногда слышу мнения, что их надо запретить и снести кхерам, а если и строить, то там, где людей вообще нет. Ну или чисто в каменных джунглях, которые уже не испортить. К слову, в этих Европах проекты ветроэлектростанций часто заворачиваются именно по этому поводу – люди не хотят у себя в горах/лесах видеть такие НЁХ.

Свежий даташит сименса

Я тут прошёлся в основном по проблемам ветряков, но их главного достоинства никто не отменял — не смотря ни на что они таки экологичнее почти всего остального, и почти полностью автономны. Так что на моё имхо их стоит строить там, где есть мощные и плюс-минус постоянные воздушные потоки (а не где попало). А в случае переизбытка энергии — решительно вырубать их нахер, не слушая вопли функционеров «экологических партий». Намного проще и экологичнее вырубить пару ветряков, чем регулировать мощность блока угольной электростанции, переводит его (блок) в не оптимальный режим работы.

Личный хештег автора в ВК — #Плавник@catx2, а это наше Оглавление Cat_Cat (31.12.2019)

Ветровое колесо

Владельцы патента RU 2493429:

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветровое колесо содержит ступицу с прикрепленными к ней спицами, радиально установленные лопасти на обращенной к ступице поверхности обода и на внешней его поверхности. Ступица и спицы выполнены неподвижными относительно вращающегося обода, причем, по меньшей мере, на одной из спиц установлен генератор электрического тока, прилегающий вращающейся деталью к боковой поверхности обода. Обод расположен между парами спиц, имеет по окружности на боковых поверхностях желоба для качения шариков, установленных в полусферических держателях, закрепленных на спицах. Лопасти, установленные на обращенной к ступице поверхности обода, и лопасти, установленные на внешней его поверхности, имеют одинаковые/разные углы наклона. Ступица выполнена состоящей из двух частей, входящих одна в другую, с элементом их фиксации. Концевая часть лопасти, установленной на внешней поверхности обода, имеет треугольной формы бортик. Изобретение расширяет функциональные возможности ветрового колеса. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области ветроэнергетики.

Известно ветровое колесо, содержащее ступицу с прикрепленными к ней спицами радиально установленный лопасти на обращенной к ступице поверхности обода [1]. Такое колесо может иметь лопасти и на внешней поверхности обода.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей ветрового колеса.

Технический результат решения поставленной задачи достигается тем, что в ветровом колесе, содержащем ступицу с прикрепленными к ней спицами, радиально установленные лопасти на обращенной к ступице поверхности обода и на внешней его поверхности, ступица и спицы выполнены неподвижными относительно вращающегося обода, причем, по меньшей мере, на одной из спиц установлен генератор электрического тока, прилегающий вращающейся деталью к боковой поверхности обода. Обод расположен между парами спиц, имеет по окружности на боковых поверхностях желоба для качения шариков, установленных в полусферических держателях, закрепленных на спицах. Лопасти, установленные на обращенной к ступице поверхности обода, и лопасти, установленные на внешней его поверхности, имеют одинаковые/разные углы наклона Ступица выполнена состоящей из двух частей, входящих одна в другую, с элементом их фиксации. Концевая часть лопасти, установленной на внешней поверхности обода, имеет треугольной формы бортик.

На фиг.1 изображено ветровое колесо с радиально установленными на ободе лопастями, вид спереди; на фиг.2 — сечение фиг.1 по А-А; на фиг.3 и 4 изображены поперечные сечения прямых лопастей соответственно по В-В и С-С; на фиг. 5 и 6 показаны соответственно концевые части прямой и изогнутой лопастей с бортиками треугольной формы.

Читать еще:  Вероника ползучая шелковая кисточка выращивание из семян. Семена Вероника ползучая Шелковая кисточка, 0,02г, Гавриш, Лавандовые грезы

Ветровое колесо (фиг.1) содержит надетую на полую не вращающуюся ось 1 неподвижную (не вращающуюся) ступицу 2 с попарно прикрепленными к ней спицами 3. Ступица и спицы, числом не менее трех, могут быть изготовлены (отлиты) из одного материала. По меньшей мере, на одной из спиц установлен генератор 4 электрического тока, прилегающий вращающейся деталью 5 к боковой поверхности 6 вращающегося обода 7. Генератор электрическим кабелем 8 соединен через полость оси с устройством, аккумулирующим энергию (не показано). Обод расположен между парами спиц, имеет по окружности на боковых поверхностях желоба 9 для качения шариков 10, установленных в полусферических держателях 11, расположенных на спицах. Ступица может быть выполнена состоящей из двух частей 12 и 13, входящих (возможно с винтовым соединением) одна в другую, с элементом 14 их фиксации (фиг.2). На обращенной к ступице поверхности 15 обода установлены радиально, под углом α (фиг.1 и 3) по отношению к плоскости обода, прямые (изогнутые) лопасти 16. На внешней поверхности 17 обода установлены радиально, под углом β (фиг.1 и 4) по отношению к плоскости обода, прямые (изогнутые) лопасти 18. Лопасти на ободе могут быть расположены одна напротив другой (фиг.1 и 2) или со смещением одна относительно другой, причем углы наклона лопастей могут быть одинаковыми (α=β) или разными (α ≠ β). Число лопастей на обращенной к ступице поверхности обода и на внешней его поверхности может быть одинаковым или разным, четным или нечетным. Концевая часть 19 как прямой (фиг.5), так и изогнутой (фиг.6) лопасти, установленной на внешней поверхности обода, может иметь треугольной формы бортик.20.

Процесс изготовления ветрового колеса включает следующие операции.

Из пластмассы, например, полиуретана, изготавливают методом точного литья разъемную ступицу 2, состоящую из двух частей 12 и 13, имеющих одинаковое число спиц с полусферическими держателями 11 для шариков 10. Шарики изготавливают из прочного материала, не требующего смазки,- например, из той же пластмассы или графита.

Из пластмассы изготавливают прямые (изогнутые) лопасти 16 и прямые (изогнутые) лопасти 18 с бортиком 20 на концевой части 19. Число, форму, длину лопастей (диаметр колеса по лопастям) определяют, исходя из ветровой нагрузки.

Из пластмассы изготавливают обод 7, имеющий на боковых поверхностях 6 желоба 9 для качения шариков. На обращенную к ступице поверхность 15 обода устанавливают радиально, например, под углом α=30° по отношению к плоскости обода прямые лопасти 16. На внешней поверхности 17 обода устанавливают радиально, например, под углом β=25° по отношению, к плоскости обода, прямые лопасти 18. На ободе вместо прямых лопастей могут быть установлены изогнутые лопасти, например, аналогичные лопастям пропеллера или турбины.

Затем осуществляют сборку ветрового колеса (согласно фиг.1), скрепляя части ступицы элементом 14 фиксации. Заключительной операцией является, установка на спицу (спицы) генератора (генераторов) 4 так, чтобы деталь 5, изготовленная, например, из резины, плотно прилегала к боковой поверхности обода например, с возможностью качения по желобу, образуя фрикционную передачу. Возможна, вместо фрикционной, зубчатая передача при условии выполнения на боковой поверхности обода (вне желоба) зубчатого зацепления с вращающейся зубчатой деталью генератора.

Ветровое колесо закрепляют неподвижно на металлической (стальной) оси 1, через полость которой пропускают электрический кабель (кабели) 8, соединяющий генератор (генераторы) электрического тока с устройством, аккумулирующим энергию. В составе ветроэнергетической установки (не показана) ось, снабженная направляющим ветер хвостовым пером, может иметь возможность кругового поворота в горизонтальной плоскости. Расположение желоба (желобов) на боковой поверхности вращающегося обода исключает осаждение в нем пыли, жидких и твердых осадков, препятствующих качению шариков. Различные углы наклона лопастей (α; β) в одном ветровом колесе исключают возникновение резонансных шумов. Бортики на концевых частях вращающихся лопастей препятствует смещению части потока воздуха (ветра) в радиальном направлении вследствие. действия центробежных сил.

При наличии ветра, воздействующего на ветровое колесо, каждый электрический генератор начинает вырабатывать электрический ток. Присутствие в ветровом колесе двух и более генераторов гарантирует выработку электроэнергии даже в случае выхода из строя любого из них.

1. Политехнический словарь / Гл. ред. И.И. Артоболевский. — М.: Советская энциклопедия, 1976. — С.217.

1. Ветровое колесо, содержащее ступицу с прикрепленными к ней спицами, радиально установленные лопасти на обращенной к ступице поверхности обода и на внешней его поверхности, отличающееся тем, что ступица и спицы выполнены неподвижными относительно вращающегося обода, причем по меньшей мере на одной из спиц установлен генератор электрического тока, прилегающий вращающейся деталью к боковой поверхности обода.

2. Ветровое колесо по п.1, отличающееся тем, что обод расположен между парами спиц, имеет по окружности на боковых поверхностях желоба для качения шариков, установленных в полусферических держателях, закрепленных на спицах.

3. Ветровое колесо по п.1, отличающееся тем, что лопасти, установленные на обращенной к ступице поверхности обода, и лопасти, установленные на внешней его поверхности, имеют одинаковые/разные углы наклона.

4. Ветровое колесо по п.1, отличающееся тем, что ступица выполнена состоящей из двух частей, входящих одна в другую, с элементом их фиксации.

5. Ветровое колесо по п.1, отличающееся тем, что концевая часть лопасти, установленной на внешней поверхности обода, имеет треугольной формы бортик.

Источники:

http://www.litmir.me/br/?b=607777&p=12
http://pikabu.ru/tag/%D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D1%8F%D0%BA/hot
http://findpatent.ru/patent/249/2493429.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector