МОЩНОСТЬ ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ

Мощность, любого ветродвигателя пропорциональна квадрату диаметра ветрового колеса и кубу скорости ветра. Например, при увеличении скорости ветра в два раза мощность возрастает в 2х2х2=8 раз. При увеличении диаметра ветрового колеса в два раза мощность возрастет в 2х2=4 раза. Принято определить мощность ветродвигателей по мощности, которую они развивают при ветре со скоростью 8 м/сек. Приближенно эту мощность Можно определить по формуле N = 0,1хД² л. с, т. е. одни десятая квадрата диаметра ветроколеса. Например, мощность ТВ-8 будет: N = 0,1х8² = 6,4 л.с; ТВ-5: N = 0,1х5² = 2,5 л.с; Д-12: N = 0,1х12² = 14,4 л. с; Д-20: N = 0,1х20² = 40 л.с. и так для любого двигателя с крыльями обтекаемого профиля.

При точных подсчетах мощностей крыльчатых ветродвигателей на оси ветроколеса при любой скорости ветра пользуются формулой:

где N — мощность в л. с;

ρ — удельная плотность юз духа, приблизительно равная 0,125;

π — 3,14 — отношение длины к своему диаметру;

F — площадь ветроколеса в кв. м;

v — скорость ветра в м/сек;

ξ — коэффициент использования энергии ветра, величина которого зависит от обтекаемости и формы крыльев.

Для заводских тихоходных ветродвигателей коэффициент этот равен около 0,3; для заводских быстроходных ветродвигателей он доходит до 0,35—0,40; в крестьянских ветряных мельницах он не выше 0,10—0,15.

Теоретический (практически пока не достигнут) коэффициент использования энергии ветра для ветродвигателя, работающего без аэродинамических потерь при вращении ветроколеса, по теории проф. Г.X. Сабинина, ξ = 0,687. Указанный коэффициент представляет отношение полученной механической работы на ветроколесе к энергии, заключенной в ветровом потоке, протекающем сквозь ометаемую поверхность колеса. Для подсчета мощности на шкиве лебедки или на штанге насоса требуется ввести коэффициент на потери в передаточных механизмах η = 0,7—0,8. Таким образом, мощность (полезная) на шкиве лебедки выразится так:

Для практических расчетов мощности ветродвигателя на конце приводной трансмиссии, т. е. с учетом к. п. д. механизмов ветродвигателя, применяют формулу: N = 0,000654 Д²v³ξ η л. с, или 0,000481 Д²v³ξ η квт, учитывая, что 1 л. с. = 0,736 квт. Или же:

Для выбора или постройки ветродвигателя, который имел бы определенную мощность, приводим таблицу мощности ветродвигателей на валу ветроколеса (в л. с) при разных скоростях ветра.

Таблица 3 Мощность ветродвигателей при разных скоростях ветра

Среднемесячная скорость ветра в каждом районе не одинаковая и меняется по месяцам. Так как ветры не постоянны по времени и по своей скорости, то обычно расчет ведут по среднегодовой скорости, хотя в наших условиях было бы вернее всего вести расчет по среднезимним скоростям, когда на фермах больше всего работы и больше требуется воды скоту. Среднегодовые скорости ветра в Белоруссии не одинаковы и в разных районах иные. Поэтому для каждого случая и места данные о среднегодовой скорости ветра следует получить в местной метеорологической станции.

Рабочими скоростями ветра для тихоходных ветродвигателей следует считать ветры со скоростями от 3 до 8 м/сек включительно.

Хотя ветры не постоянны по направлению и не одинаковы по скоростям в разных местах, они имеют определенную закономерность и повторяемость. В таблице Поморцева приводятся данные о повторяемости ветров для разных среднегодовых скоростей ветра. Эта таблица имеет большое значение в определении выработки и времени работы ветродвигателей. Например, при среднегодовых скоростях ветра 4 м/сек ветров со скоростями 4—8 м/сек бывает всего около 60%, а ветров со скоростями 3—8 м/сек—70—75%.

Все данные о ветрах являются результатом обработки и выведения средних показателей за длительное число лет. Поэтому фактические ветры могут отличаться от ожидаемых. Штиль, т. е. безветрие, которого следует ожидать от 20 до 30% при среднегодовых скоростях ветра в 4 и 3 м/сек, часто продолжается, особенно летом, по 2—3 дня кряду, считая практическое безветрие от 0 до 2—3 м/сек.

Из приведенного вытекает, что пользоваться приводимыми в справочниках таблицами часовой производительности ветродвигателей можно только с учетом повторяемостей ветров данной местности. Ветер в 3 м/сек вообще считается рабочим условно, так как при нем мощности, развиваемые ветродвигателями, весьма незначительны, и производительность при этих ветрах если и есть, то очень малая. Часто при значительных глубинах колодцев при этих ветрах ветродвигатели нагруженные насосами, не работают. Для лучшего использования ветродвигателей на подаче воды при разных напорах и разных средних скоростях ветра в ветродвигателях предусмотрена возможность получать больший или меньший ход поршня. В условиях Белоруссии оказалось, что больший ход выгодно ставить летом при напорах до 25—30 м и зимой при напорах до 35—40 м. При больших напорах в обоих случаях следует ставить меньший ход. При установке на меньший ход поршня уменьшается производительность, но облегчается работа двигателя, от чего двигатель начинает работать при меньших скоростях ветра.

В районах с низкими среднегодовыми скоростями ветра (около 3—4 м/сек) бывает определенное число часов в течение года с сильными ветрами более 8 м/сек и бурями (более 20 м/сек).

Из приведенной таблицы видно, что наибольшее число часов в течение года будет иметь ветер со скоростью, равной среднегодовой скорости ветра в данном районе.

Таблица 4. Таблица повторяемостей ветра, по Поморцеву

Э. Р. ЗАКРЖЕВСКИЙ
ВЕТРОДВИГАТЕЛИ ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ
МИНСК 1959