Кривцов В.С., Олейников А.М. и др. Неисчерпаемая энергия. Кн. 2. Ветроэнергетика

Учебник. — Харьков: ХАИ, 2004. — 519 с. — ISBN 966-662-079-0.Рассмотрены физические процессы аэродинамического в ветротурбинах и электромеханического в электрических генераторах преобразования энергии, описаны современные достижения в области ветроэнергетики и электромашиностроения. Приведены примеры и результаты аэродинамических, прочностных и электромагнитных расчетов, которые сравниваются с опытными данными. Описаны конструкции ветроэлектрических установок и генераторов, их эксплуатационные характеристики и системы регулирования.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Нетрадиционные источники энергии». Может быть полезен специалистам, занимающимся проектированием и эксплуатацией различных энергоустановок для
генерирования электрической энергии, а также научным работникам и аспирантам.Предисловие
Введение
Введение в ветроэнергетику
Краткий исторический обзор развития ветроэнергетики
Первые ветроустановки
От ветряной мельницы к ветроэнергетической установке
Эволюция современных ВЭУ
Украинский приоритет в развитии современной ветроэнергетики
Краткий анализ тенденций и направлений развития современных ВЭУ
Краткие сведения из аэродинамики ветродвигателей
Общие понятия и определения аэродинамики
Классические уравнения
Вихревое движение жидкости и газа
Вязкость жидкостей и газов
Моделирование аэродинамических и гидравлических процессов
Пограничный слой и турбулентность
Геометрические и аэродинамические параметры профилей рабочих лопастей горизонтально-осевых ветротурбин
Форма профиля
Оси координат, аэродинамические коэффициенты и поляра Лилиенталя
Центр давления профиля
Вихревые шнуры, сбегающие с крыла
Теорема Н. Е. Жуковского о подъемной силе крылаОсновы классической теории горизонтально-осевой ветротурбины
Расчет идеального ветряка
Расчет реальной ветротурбины
Потери и реальный КПД горизонтально-осевой ветротурбины
Энергия ветра, аэродинамические характеристики и параметры ветроустановок
Характеристики ветра и основы использования ветровой энергии
Типы ветротурбин и их основные характеристики
Энергетические характеристики ветротурбин различного типа
Основные типы ВЭУ
Выбор аэродинамического профиля лопастей ВЭУ
Пример расчета трехлопастной ветротурбины T600-48 фирмы "TURBOWINDS"Обзор конструкций ВЭУ с горизонтально-осевыми ветротурбинами
Основные типы горизонтально-осевых ветротурбин
Общая схема построения горизонтально-осевой ВЭУ
Примеры построения горизонтально-осевых ВЭУ, работающих параллельно с мощной электрической сетью
Ветроэнергетическая установка АВЭ-250С
ВЭУ средней мощности серии USW 56-100
Ветроэнергетическая установка ВЭУ-500
Ветроустановки большой мощности с АГ фирмы "Nordex"
Оффшорная Миддельгрунденская ВЭС
Примеры структур и конструкций горизонтально-осевых автономных ВЭУ малой мощности
Установка ветроэлектрическая УВЭ-10
Особенности ВЭУ серии АВЭУ производства "Ветроэн"
ВЭУ "Fortis Alize" малой мощности с низкооборотным СГ с постоянными магнитами
Технические данные отдельных ВЭУ малой мощности (Германия) с синхронными генераторами с постоянными магнитами
Двухколесная горизонтально-осевая ВЭУ
Ветроколесо с синхронизованными поворотными лопастями и аэродинамическим тормозом в виде закрылков
Лопасти ветроэлектрической установки с тормозными щитами
Адаптивная аэромеханическая система управления ветротурбинойАэродинамический расчет горизонтально-осевых ветротурбин
Основные положения импульсной теории и теории элементарных струй
Методика расчета геометрии лопасти
Расчет оптимального коэффициента торможения потока
Расчет относительных параметров геометрии лопасти
Построение характеристики ветроколеса
Определение массива значений независимого переменного угла атаки α-цикл, следующих через равный шаг
Определение массивов, соответствующих массиву СyА-цикл и μа-цикл. соответствующих массиву αцикл.
Углы протекания сечения при вариации угла атаки
Число относительных модулей каждого сечения
Определение коэффициента торможения из первого уравнения связи
Приведенный элементарный относительный крутящий момент
Коэффициент быстроходности конца лопасти, создаваемый элементарными лопастями, расположенными на радиусах rk, при различных углах атаки
Построение одномерного массива коэффициентов быстроходности Zh конца лопасти
Построение моментной характеристики
Построение мощностной характеристики
Выбор рабочей точки характеристики Cm(z) и Cp(z)
Коэффициент силы лобового давления при расчетной скорости ветра
Коэффициент силы лобового давления при порыве ветра
Коэффициент перегрузки при порыве ветра
Расчет размерных параметров ветротурбины
Построение регулировочных характеристик ветроколеса
Пример расчета горизонтально-осевой ветротурбины
Расчет основных коэффициентов
Расчет основных параметров лопасти
Построение характеристик ветроколеса
Расчет размерных параметров ветроколеса
Построение линейчатой лопастиСогласование параметров ветротурбины и электрогенератора автономной ВЭУ
Соотношение мощности и моментов ветротурбины и генератора
Расчет синхронного генератора с постоянными магнитами
Определение главных размеров
Расчет обмотки и магнитопровода статора
Параметры схемы замещения
Определение размеров ротора
Расчет проводимостей рассеяния индуктора
Расчет магнитной цепи и построение рабочей диаграммы магнитов
Определение массы активных материалов, потерь и КПД генератора
Расчет характеристик генератора
Расчет характеристик однофазного генератораВетроприемные устройства с вертикальной осью вращения
Общая характеристика вертикально-осевых ветроприемников
Конструктивные схемы ВЭУ с вертикальной осью вращенияРасчет и проектирование радиально-осевых ветротурбин с вертикальной осью вращения
Общие подходы к расчету
Алгоритм расчета
Методика аэродинамического расчета ветроколеса с вертикальной осью вращения по импульсной модели
Исходные данные для расчёта.
Порядок расчета характеристик ветроколеса
Пример расчета
Расчет аэродинамических параметров
Построение мощностной и моментной характеристик
Определение размерных параметров
Сравнение с экспериментальными данными
Аэродинамический расчет вертикально-осевых ветротурбин методом дискретных вихрейПрочностной расчет лопасти ветроколеса
Методика прочностного расчета
Основные геометрические характеристики лопасти
Нагрузки, действующие на лопасть
Определение площади профиля "Эсперо"
Масса лопасти
Центробежная сила, действующая на лопасть
Напряжение на отрыв, создаваемое центробежной силой
Момент, создаваемый аэродинамическими силами, приложенными к лопасти
Момент, создаваемый распределенными центробежными силами, действующими на лопасть
Пример прочностного расчета лопасти
Исходные данные прочностного расчета лопасти
Центробежная сила, действующая на лопасть
Напряжение на отрыв от центробежной силы
Моменты, действующие на лопасть
Напряжения от моментов, действующих на лопастьБашни ветроэлектроустановок, их конструкция и расчет на прочность
Ветровые нагрузки на башни ветроустановок
Порядок прочностного расчета
Моменты сопротивлений изгибу при расчете башни ветродвигателя
Предварительный расчет массы башни
Пример расчета башни на прочностьСетевые ветроэлектрические установки с асинхронными генераторами
Сетевая ВЭУ средней мощности серии USW56-100
Функциональная схема ВЭС
Конструктивная схема и основные элементы ВЭУ
Особенности работы ВЭУ с асинхронным генератором параллельно с сетью
Работа ветротурбины
Режим работы электрической схемы
Асинхронный генератор ВЭУ USW 56-100
Физические процессы в АГ при параллельной работе с сетью
Особенности конструкции и параметры АГ серии АГВ280М4
Расчет асинхронного генератора для ВЭУ
Методика и пример инженерного расчета АГ для сетевой ВЭУ
Данные для расчёта генератора АГВ 280 М4 по методике автоматизированного проектирования
Возможности улучшения характеристик АГ для ВЭУ
Вертикально-осевая ВЭУ ВЛ-2Н-100 с асинхронным генераторомЗаключение
Приложение
Библиографический список