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 w R, 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%.