МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Курсовой проект

по дисциплине: «Ветроэнергетика»

на тему: «Расчет и проектирование ветроэлектрической установки с горизонтально-осевой ветротурбиной»

Выполнил:

студент группы ЕЕ-12-3

Салтыков М.А.

Проверил:

доц. Цыпленков Д.В.

г. Днепропетровск

2015

Леоновой М.А.

7500

6,4

25

5

0,71

0,9

6

0,2

7

5

0,25

0,12

0,87

Аэродинамические характеристики профиля типа Clark-YH-8%

Расчет оптимального коэффициента торможения потока

2.1.1. Коэффициент торможения потока задаем десять значений коэффициента торможения потока e через равный шаг от 0,27 до 0,42 по формуле (1.3):

При

2.1.2. Коэффициент идеальной мощности

По формуле (1.4) определяем значения коэффициента идеальной мощности С_Pид, соответствующих десяти значениям e_k:

2.1.3. Коэффициент концевых потерь

По формуле (1.5) находим значения коэффициента концевых потерь Тj, соответствующих e_k:

2.1.4. Коэффициент профильных потерь

По формуле (1.6) находим значения коэффициента профильных потерь Тp, соответствующих e_k:

где — минимальное значение μ_a из таблицы аэродинамических характеристик профиля

2.1.5. Коэффициент потерь на кручение струи

По формуле (1.7) определяем средний по высоте лопасти коэффициент быстроходности:

По формуле (1.8) вычисляем средний по высоте лопасти относительный КПД элементарного ветряка η_отн для e_к

По формуле (1.9) определяем коэффициент потерь на кручение струи для e_к

2.1.6. Предварительный коэффициент мощности

По формуле (1.10) вычисляем предварительный коэффициент мощности для С_Рпредв для e_k

2.1.7. Значения параметров, зависящих от коэффициента торможения

В табл. 2.1 приведем величины найденных параметров при различных значениях e. Величины найденных параметров при различных значениях e_к

Таблица 2.1

№	Наименова ние параметров	Обозначение	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Коэфф. торможения потока		0,27	0,287	0,303	0,32	0,337	0,353	0,37	0,387	0,403	0,42
2	Коэфф. идеальной мощности		0,621	0,636	0,649	0,659	0,668	0,675	0,681	0,684	0,686	0,686
3	Коэфф. концевых потерь		0,047	0,051	0,054	0,057	0,061	0,065	0,069	0,073	0,077	0,081
4	Коэфф. профильных потерь		0,229	0,234	0,239	0,245	0,25	0,256	0,263	0,269	0,276	0,284
5	Средний на высоте лопасти относит КПД		0,804	0,8	0,795	0,791	0,786	0,781	0,775	0,77	0,763	0,757
6	Коэфф. потерь на кручение струи		0,012	0,012	0,012	0,012	0,012	0,012	0,012	0,012	0,012	0,011
7	Предвари тельный коэфф. мощности	CPпредв	0,428	0,433	0,436	0,4375	0,437	0,435	0,432	0,427	0,42	0,413

_2.1.8. Выбор максимального значения и определение соответствующего ему значения

Из таблицы видно что значит

2.1.9. Определение расчетного коэффициента мощности

По формуле (1.11) определяем расчетный коэффициент мощности:

Расчет относительных параметров геометрии лопасти

Для e = e_opt = 0,32 при числе сечений лопасти n = 11 определяем геометрию лопасти при выбранных сечениях

2.2.1. Относительный радиус расположения сечения лопасти

По формуле (1.11) вычисляем для n = 11:

2.2.2. Коэффициент быстроходности сечения лопасти

По формуле (1.14) находим

2.2.3. Число относительных модулей сечения лопасти

По формуле (1.15) вычисляем

;

2.2.4. Коэффициент суммарной нагруженности сечений лопастей, находящихся в зоне действия элементарной кольцевой струи

По формуле (1.16) определяем

2.2.5. Значения параметров для одиннадцати сечений лопасти

Таблица 2.2

№	Наименование параметров	Обозначение	Номера сечений лопасти
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Относительное расстояние сечения лопасти от оси колеса		0,15	0,235	0,32	0,405	0,49	0,575	0,66	0,745	0,83	0,915	1
2	Коэфф. быстроходности сечения лопасти		0,855	1,339	1,824	2,309	2,793	3,277	3,762	4,247	4,731	5,215	5,7
3	Число относительных модулей сечения лопасти		1,496	2,137	2,809	3,497	4,192	4,893	5,596	6,301	7,008	7,716	8,425
4	Коэфф. суммарной на-груженности		0,714	0,602	0,496	0,415	0,354	0,307	0,271	0,243	0,219	0,2	0,183

2.2.6. Коэффициент подъемной силы периферийного сечения

Из выражения (1.17) и табл. авиапрофиля имеем, соответствующее ему = 0,042, . И так

2.2.7. Относительная хорда (в долях наружного радиуса колеса) периферийного сечения

По формуле (1.18) находим

2.2.8. Коэффициент подъемной силы корневого сечения

По уравнению (1.19) определяем . из таблицы авиапрофиля

2.2.9. Относительная хорда (в долях наружного радиуса колеса) корневого сечения

По выражению (1.20) находим

2.2.10. Относительная хорда (в долях радиуса колеса) промежуточного сечения.

По формуле (1.21) вычисляем

2.2.11. Коэффициент подъемной силы промежуточного сечения

По формуле (1.22)

2.2.12. Определяем номера элемента на восходящей ветви исходных значений характеристик , ближайшего к и большего его.

Сравниваем с возрастающей по величине частью массива исходных данных(табл. Авиапрофиля) . Определяем номер элемента, ближайшего по величине к и большего его.

=> =>

=> =>

=> =>

=> =>

=> =>

=>

2.2.13. Угол атаки промежуточного сечения

По выражению (1.23) определяем

2.2.14. Угол притекания сечения лопасти

По формуле (1.24) определяем

Где полученно ранее и занесено в табл. 2.2

2.2.15. Угол заклинения (установки) сечения лопасти

По выражению (1.25)

2.2.16. Итог расчета относительных параметров геометрии лопасти

В табл. 2.3 приведены относительные параметры расчета геометрии лопасти.

Таблица 2.3

Наименование параметров, единицы измерения	Обозначение	Номер сечения
		1(корень)	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11 (периферия)
Относительный радиус расположения сечения лопасти, о. е.		0,15	0,235	0,32	0,405	0,49	0,575	0,66	0,745	0,83	0,915	1
Относительная хорда сечения лопасти, о. е.		0,153	0,148	0,143	0,139	0,134	0,129	0,124	0,119	0,114	0,109	0,104
Коэффициент подъемной силы, о. е.		0,933	0,812	0,696	0,599	0,529	0,478	0,438	0,408	0,384	0,366	0,352
Угол притекания, градус		33,76	25,1	19,6	15,99	13,4	11,58	10,15	9	8,14	7,4	6,76
Угол заклинения сечения лопасти, градус		20,553	13,914	10,369	8,19	6,677	5,641	4,822	4,13	3,636	3,171	2,745

Расчет размерных параметров ветроколеса

2.3.1. Исходные данные расчета размерных параметров.

Исходными данными для расчета размерных параметров являются

- номинальная мощность N = 10000 Вт;

- КПД электрический η_эл = 0,74;

- КПД механический η_мех = 0,89;

- плотность воздуха ρ = 1,23 кг/м³;

- среднегодовая скорость ветра V = 3,5 м/с;

- скорость ветра при порыве V_пор = 18 м/с;

- заданный коэффициент быстроходности в рабочей точке Z_р.т =5,7

а также полученный по (1.11) в подразд. 2.1.9 коэффициент C_Ррасч в рабочей точке тогда

2.3.2. Размерные параметры ветроколеса

Расчетная скорость ветра

Поскольку V_ср.год = 3,5 м/с, то есть 3 м/с ≤ V_ср.год < 4 м/с, то по формуле (1.28) вычисляем

Наружный диаметр ветроколеса

По соотношению (1.30) определяем

Радиус ветроколеса

Внутренний диаметр ветроколеса

Радиус расположения сечения лопасти

Из формулы 1.33 имеем

Относительный шаг между сечениями

По формуле (1.34) рассчитываем

Расстояние между сечениями лопасти (шаг)

Из уравнения (1.35) находим

Хорда сечения

По формуле (1.36) определяем

Безразмерные величины хорды в зависимости от номера сечения лопасти даны в табл. 2.4, 2.5.

Таблица 2.4

Безразмерные величины хорды

№ сечения	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	0,153	0,148	0,143	0,139	0,134	0,129	0,124	0,119	0,114	0,109	0,104

Таблица 2.5

Размерная хорда при R = 9,95 м

№ сечения	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	1,525	1,476	1,427	1,378	1,33	1,281	1,232	1,184	1,135	1,086	1,038

Относительная толщина профиля

Уточнение относительной толщины профиля

Ниже уточним c_k, перейдя к построению линейчатой лопасти с заданным средним и периферийным сечениями.

где

Толщина профиля

Толщина профиля k-го сечения (см. формулу (1.37))

Размерные величины толщины профиля представлены в табл. 2.8.

Таблица 2.8

Размерные толщины профилей

№ сечения	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	0,643	0,594	0,547	0,501	0,457	0,414	0,373	0,334	0,297	0,261	0,227

Координаты профилей

Для выбранного профиля типа «Clark-YH-8%» безразмерные координаты дуг приведены в табл. авиапрофиля. С помощью пересчета для размерных хорд b_k и толщин c_k получаем таблицы размерных координат профилей.

Координаты профиля соответствующего сечения лопасти

	b1	c1		b2	c2		b3	c3
k=1	1525	643	k=2	1476	594	k=3	1427	547
X, мм	Yb, мм	Yн, мм	X, мм	Yb, мм	Yн, мм	X, мм	Yb, мм	Yн, мм
0	0	0	0	0	0	0	0	0
3,8125	3,65224	-3,06068	3,69	3,37392	-2,82744	3,5675	3,10696	-2,60372
7,625	5,4012	-4,3724	7,38	4,9896	-4,0392	7,135	4,5948	-3,7196
11,4375	6,79008	-5,29832	11,07	6,27264	-4,89456	10,7025	5,77632	-4,50728
15,25	7,9732	-5,99276	14,76	7,3656	-5,53608	14,27	6,7828	-5,09804
19,0625	8,95056	-6,48144	18,45	8,26848	-5,98752	17,8375	7,61424	-5,51376
26,6875	10,90528	-7,48452	25,83	10,07424	-6,91416	24,9725	9,27712	-6,36708
38,125	13,27152	-8,53904	36,9	12,26016	-7,88832	35,675	11,29008	-7,26416
49,5625	15,432	-9,3878	47,97	14,256	-8,6724	46,3775	13,128	-7,9862
76,25	19,62436	-10,751	73,8	18,12888	-9,93168	71,35	16,69444	-9,14584
114,375	24,07392	-12,037	110,7	22,23936	-11,1197	107,025	20,47968	-10,2398
152,5	27,5204	-12,9732	147,6	25,4232	-11,9845	142,7	23,4116	-11,0363
228,75	32,45864	-13,8888	221,4	29,98512	-12,8304	214,05	27,61256	-11,8152
305	35,72508	-13,8888	295,2	33,00264	-12,8304	285,4	30,39132	-11,8152
457,5	37,96272	-13,4773	442,8	35,06976	-12,4502	428,1	32,29488	-11,4651
610	37,06252	-12,8343	590,4	34,23816	-11,8562	570,8	31,52908	-10,9181
762,5	33,97612	-12,1913	738	31,38696	-11,2622	713,5	28,90348	-10,3711
915	28,83212	-11,5226	885,6	26,63496	-10,6445	856,2	24,52748	-9,80224
1067,5	21,75912	-10,3909	1033,2	20,10096	-9,59904	998,9	18,51048	-8,83952
1220	14,48036	-8,47731	1180,8	13,37688	-7,8313	1141,6	12,31844	-7,21165
1296,25	10,90528	-6,9444	1254,6	10,07424	-6,4152	1212,95	9,27712	-5,9076
1372,5	7,38164	-5,19544	1328,4	6,81912	-4,79952	1284,3	6,27956	-4,41976
1448,75	3,888864	-2,94751	1402,2	3,592512	-2,7229	1355,65	3,308256	-2,50745
1525	0,30864	-0,30864	1476	0,28512	-0,28512	1427	0,26256	-0,26256

	b4	c4		b5	c5		b6	c6
k=4	1378	501	k=5	1330	457	k=6	1281	414
X, мм	Yb, мм	Yн, мм	X, мм	Yb, мм	Yн, мм	X, мм	Yb, мм	Yн, мм
0	0	0	0	0	0	0	0	0
3,445	2,84568	-2,38476	3,325	2,59576	-2,17532	3,2025	2,35152	-1,97064
6,89	4,2084	-3,4068	6,65	3,8388	-3,1076	6,405	3,4776	-2,8152
10,335	5,29056	-4,12824	9,975	4,82592	-3,76568	9,6075	4,37184	-3,41136
13,78	6,2124	-4,66932	13,3	5,6668	-4,25924	12,81	5,1336	-3,85848
17,225	6,97392	-5,05008	16,625	6,36144	-4,60656	16,0125	5,76288	-4,17312
24,115	8,49696	-5,83164	23,275	7,75072	-5,31948	22,4175	7,02144	-4,81896
34,45	10,34064	-6,65328	33,25	9,43248	-6,06896	32,025	8,54496	-5,49792
44,785	12,024	-7,3146	43,225	10,968	-6,6722	41,6325	9,936	-6,0444
68,9	15,29052	-8,37672	66,5	13,94764	-7,64104	64,05	12,63528	-6,92208
103,35	18,75744	-9,37872	99,75	17,11008	-8,55504	96,075	15,50016	-7,75008
137,8	21,4428	-10,1082	133	19,5596	-9,22043	128,1	17,7192	-8,35286
206,7	25,29048	-10,8216	199,5	23,06936	-9,8712	192,15	20,89872	-8,9424
275,6	27,83556	-10,8216	266	25,39092	-9,8712	256,2	23,00184	-8,9424
413,4	29,57904	-10,501	399	26,98128	-9,57872	384,3	24,44256	-8,67744
551,2	28,87764	-9,99996	532	26,34148	-9,12172	512,4	23,86296	-8,26344
689	26,47284	-9,49896	665	24,14788	-8,66472	640,5	21,87576	-7,84944
826,8	22,46484	-8,97792	798	20,49188	-8,18944	768,6	18,56376	-7,41888
964,6	16,95384	-8,09616	931	15,46488	-7,38512	896,7	14,00976	-6,69024
1102,4	11,28252	-6,60518	1064	10,29164	-6,02509	1024,8	9,32328	-5,45818
1171,3	8,49696	-5,4108	1130,5	7,75072	-4,9356	1088,85	7,02144	-4,4712
1240,2	5,75148	-4,04808	1197	5,24636	-3,69256	1152,9	4,75272	-3,34512
1309,1	3,030048	-2,29658	1263,5	2,763936	-2,09489	1216,95	2,503872	-1,89778
1378	0,24048	-0,24048	1330	0,21936	-0,21936	1281	0,19872	-0,19872

	b7	c7		b8	c8		b9	c9
k=7	1232	373	k=8	1184	334	k=9	1135	297
X, мм	Yb, мм	Yн, мм	X, мм	Yb, мм	Yн, мм	X, мм	Yb, мм	Yн, мм
0	0	0	0	0	0	0	0	0
3,08	2,11864	-1,77548	2,96	1,89712	-1,58984	2,8375	1,68696	-1,41372
6,16	3,1332	-2,5364	5,92	2,8056	-2,2712	5,675	2,4948	-2,0196
9,24	3,93888	-3,07352	8,88	3,52704	-2,75216	8,5125	3,13632	-2,44728
12,32	4,6252	-3,47636	11,84	4,1416	-3,11288	11,35	3,6828	-2,76804
15,4	5,19216	-3,75984	14,8	4,64928	-3,36672	14,1875	4,13424	-2,99376
21,56	6,32608	-4,34172	20,72	5,66464	-3,88776	19,8625	5,03712	-3,45708
30,8	7,69872	-4,95344	29,6	6,89376	-4,43552	28,375	6,13008	-3,94416
40,04	8,952	-5,4458	38,48	8,016	-4,8764	36,8875	7,128	-4,3362
61,6	11,38396	-6,23656	59,2	10,19368	-5,58448	56,75	9,06444	-4,96584
92,4	13,96512	-6,98256	88,8	12,50496	-6,25248	85,125	11,11968	-5,55984
123,2	15,9644	-7,52565	118,4	14,2952	-6,73878	113,5	12,7116	-5,99227
184,8	18,82904	-8,0568	177,6	16,86032	-7,2144	170,25	14,99256	-6,4152
246,4	20,72388	-8,0568	236,8	18,55704	-7,2144	227	16,50132	-6,4152
369,6	22,02192	-7,81808	355,2	19,71936	-7,00064	340,5	17,53488	-6,22512
492,8	21,49972	-7,44508	473,6	19,25176	-6,66664	454	17,11908	-5,92812
616	19,70932	-7,07208	592	17,64856	-6,33264	567,5	15,69348	-5,63112
739,2	16,72532	-6,68416	710,4	14,97656	-5,98528	681	13,31748	-5,32224
862,4	12,62232	-6,02768	828,8	11,30256	-5,39744	794,5	10,05048	-4,79952
985,6	8,39996	-4,91763	947,2	7,52168	-4,40346	908	6,68844	-3,91565
1047,2	6,32608	-4,0284	1006,4	5,66464	-3,6072	964,75	5,03712	-3,2076
1108,8	4,28204	-3,01384	1065,6	3,83432	-2,69872	1021,5	3,40956	-2,39976
1170,4	2,255904	-1,70983	1124,8	2,020032	-1,53106	1078,25	1,796256	-1,36145
1232	0,17904	-0,17904	1184	0,16032	-0,16032	1135	0,14256	-0,14256

	b10	c10		b11	c11
k=10	1086	261	k=11	1038	227
X, мм	Yb, мм	Yн, мм	X, мм	Yb, мм	Yн, мм
0	0	0	0	0	0
2,715	1,48248	-1,24236	2,595	1,28936	-1,08052
5,43	2,1924	-1,7748	5,19	1,9068	-1,5436
8,145	2,75616	-2,15064	7,785	2,39712	-1,87048
10,86	3,2364	-2,43252	10,38	2,8148	-2,11564
13,575	3,63312	-2,63088	12,975	3,15984	-2,28816
19,005	4,42656	-3,03804	18,165	3,84992	-2,64228
27,15	5,38704	-3,46608	25,95	4,68528	-3,01456
35,295	6,264	-3,8106	33,735	5,448	-3,3142
54,3	7,96572	-4,36392	51,9	6,92804	-3,79544
81,45	9,77184	-4,88592	77,85	8,49888	-4,24944
108,6	11,1708	-5,26594	103,8	9,7156	-4,57995
162,9	13,17528	-5,6376	155,7	11,45896	-4,9032
217,2	14,50116	-5,6376	207,6	12,61212	-4,9032
325,8	15,40944	-5,47056	311,4	13,40208	-4,75792
434,4	15,04404	-5,20956	415,2	13,08428	-4,53092
543	13,79124	-4,94856	519	11,99468	-4,30392
651,6	11,70324	-4,67712	622,8	10,17868	-4,06784
760,2	8,83224	-4,21776	726,6	7,68168	-3,66832
868,8	5,87772	-3,44102	830,4	5,11204	-2,99277
923,1	4,42656	-2,8188	882,3	3,84992	-2,4516
977,4	2,99628	-2,10888	934,2	2,60596	-1,83416
1031,7	1,578528	-1,19642	986,1	1,372896	-1,04057
1086	0,12528	-0,12528	1038	0,10896	-0,10896

Координаты центра совмещения профилей (ЦСП)

N точки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	536,8	519,55	502,3	485,06	468,16	450,9	433,66	416,77	399,52	382,27	365,38
	321,5	297	273,5	250,5	228,5	207	186,5	167	148,5	130,5	113,5

Углы установки среднего и периферийного сечений

Принимаем для среднего и периферийного сечений углы установки такие же, как были получены по классической методике (см. табл. 2.3), а именно:

Формулы для координат точек корытца среднего сечения:

Формулы для координат точек корытца периферийного сечения:

Формулы для координат точек корытца промежуточных профилей:

Где

Sk

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Координаты точек повернутых профилей

X1кор.ср	Y1кор.ср	X1кор.периф	Y1кор.периф	Xcn.k	Ycn.k
428,3938	250,2986	359,5243	17,48934	497,2633	483,1079
425,5383	247,6438	356,994	17,36513	494,0825	477,9225
422,51	246,2086	354,4315	17,24092	490,5884	475,1762
419,449	245,004	351,863	17,1167	487,0351	472,8913
416,3694	243,9313	349,2909	16,99249	483,4479	470,8701
413,2711	242,9904	346,7154	16,86827	479,8268	469,1126
407,0745	241,1087	341,5644	16,61985	472,5846	465,5976
397,7282	238,6487	333,8283	16,2472	461,6281	461,0501
388,3633	236,3205	326,0888	15,87456	450,6378	456,7664
366,4347	231,4318	308,0154	15,00506	424,854	447,8586
334,9685	225,4345	282,1704	13,76292	387,7666	437,1061
303,4112	220,0799	256,3083	12,52078	350,5141	427,639
240,1193	210,6231	204,5513	10,0365	275,6873	411,2098
176,6756	202,2376	152,766	7,552217	200,5852	396,9229
49,3984	188,2186	49,12277	2,583653	49,67402	373,8535
-78,1636	176,2102	-54,5735	-2,38491	-101,754	354,8052
-205,924	165,6025	-158,307	-7,35347	-253,541	338,5585
-333,871	156,3133	-262,075	-12,322	-405,668	324,9485
-461,993	148,26	-365,875	-17,2906	-558,112	313,8106
-590,134	140,3386	-469,679	-22,2592	-710,589	302,9363
-654,199	136,3367	-521,58	-24,7434	-786,818	297,4167
-718,259	132,3018	-573,48	-27,2277	-863,037	291,8313
-782,316	128,2471	-625,38	-29,712	-939,252	286,2063
-846,381	124,2485	-677,281	-32,1963	-1015,48	280,6933

Находим угол установки корневого сечения по формуле (1.43):

Для корневого сечения

Для периферийного сечения