Технологии / Инженерное руководство
Быстроходность ветроустановки: радиус ротора, RPM и скорость ветра
Скорость законцовки лопасти описывает движение вокруг оси ротора; быстроходность сравнивает её с определённой скоростью ветра. Ни одна из этих величин не является номинальной мощностью и не определяется только диаметром ротора.
Три входные величины. Одно ясно определённое отношение.
Храните радиус, частоту вращения и измерение ветра в одной записи. Простая арифметика становится содержательной лишь тогда, когда входные данные представляют одно состояние.
01 / Радиус
Используйте расстояние от оси до законцовки лопасти.
Для кругового ротора диаметром D номинальный радиус составляет D / 2.
Для кругового ротора диаметром D номинальный радиус составляет D / 2. Во всём расчёте используйте метры. Требуется расстояние от оси вращения до законцовки; оно не обязательно равно длине изготовленной лопасти, поскольку роторный узел включает также устройство корня и ступицы.
Подтверждённые номинальные диаметры роторов MARSTON составляют 5, 7.5, 10, 12 и 14 m для пяти текущих моделей. Эти размеры задают геометрический контекст. Они не задают рабочие RPM, допустимую скорость законцовки или оптимальную быстроходность ни для одной модели.
02 / Единицы частоты вращения
Преобразуйте RPM перед умножением на радиус.
Пусть n — частота вращения в оборотах в минуту.
Пусть n — частота вращения в оборотах в минуту. Угловая скорость равна ω = 2πn / 60 в радианах в секунду. Модуль скорости законцовки равен v_tip = rω = 2πrn / 60 в метрах в секунду, где r — расстояние от оси в метрах.
При непосредственном умножении метров на RPM преобразование остаётся незавершённым. Для результата в m/s нужны и множитель длины окружности, и перевод минут в секунды. Кроме того, прежде чем выбирать соответствующий радиус, определите, относится ли записанная частота вращения к ротору или другому вращающемуся валу.
03 / Пример расчёта
Гипотетический расчёт без утверждений о продукции.
Рассмотрим условный радиус ротора 2 m и частоту вращения 120 rpm.
Рассмотрим условный радиус ротора 2 m и частоту вращения 120 rpm. Угловая скорость равна 2π × 120 / 60, приблизительно 12.57 rad/s. Модуль скорости законцовки равен 2 × (2π × 120 / 60), приблизительно 25.13 m/s. Эти вымышленные входные данные не описывают модель MARSTON.
Если определённая входная скорость ветра составляет 8 m/s, соответствующая быстроходность равна λ = 25.13 / 8, приблизительно 3.14. Обе скорости выражены в одинаковых единицах, поэтому отношение безразмерно. Пример показывает лишь расчёт; он не определяет эффективную или допустимую рабочую точку.
04 / Основа задания ветра
Опишите скорость ветра, используемую в знаменателе.
Быстроходность равна λ = v_tip / U, где U — опорная скорость ветра, используемая для сравнения.
Быстроходность равна λ = v_tip / U, где U — опорная скорость ветра, используемая для сравнения. Укажите её место, основу осреднения и связь с состоянием ротора. Региональное среднегодовое значение и мгновенное наблюдение частоты вращения не представляют одну рабочую точку.
При интерпретации изменяющихся условий важна синхронизация. Отношение двух средних за длительный период в общем случае не равно среднему согласованных по времени отдельных отношений. При нулевой скорости ветра отношение не определено; вблизи нуля неопределённость измерения может определять его интерпретацию.
05 / Характеристики
Быстроходность не устанавливает выходную мощность или целевое значение управления.
Два расчёта с одинаковым λ сами по себе не устанавливают одинаковую электрическую мощность, КПД, нагрузку или шум.
Два расчёта с одинаковым λ сами по себе не устанавливают одинаковую электрическую мощность, КПД, нагрузку или шум. Конструкция лопасти, состояние машины и электрический режим остаются существенными. Оптимальная быстроходность или допустимый рабочий диапазон требуют данных для фактической конструкции; их нельзя заимствовать из общей диаграммы ветроустановки.
Аналогично расчёт скорости законцовки не устанавливает скорость ветра начала электрической выработки. Движение ротора и выдаваемая электрическая мощность — разные наблюдения. Используйте руководство по пусковым и рабочим скоростям для этих обозначений и руководство по кривой мощности для сведений, подтверждающих выходные характеристики.
06 / Запись данных
Обеспечьте воспроизводимость расчёта.
Сохраните редакцию оборудования, источник диаметра, определение канала частоты вращения, единицы, опорный ветер и общий интервал.
Сохраните редакцию оборудования, источник диаметра, определение канала частоты вращения, единицы, опорный ветер и общий интервал. Обозначьте измеренные, модельные или гипотетические входные данные, чтобы другой специалист мог воспроизвести расчёт, не принимая рисунок за испытанную карту характеристик.
В запросе по проекту укажите сведения о рабочей частоте вращения и характеристиках, необходимые для выбранной модели. Электрическое управление рысканием MARSTON само по себе не определяет λ и не доказывает наличие алгоритма оптимизации. Руководство по данным генератора объясняет связь частоты вращения с отдельно определёнными электрическими наблюдениями.
Продолжите рассмотрение с помощью руководства: Крутящий момент, частота вращения и мощность ветрогенератора: механические границы.
Продолжите рассмотрение с помощью руководства: Динамика башни ветроустановки: частоты, формы колебаний и возбуждение.
Продолжите рассмотрение с помощью руководства: Соглашения о направлении ветра, курсе гондолы и угле рыскания.
Общие сведения: OpenStax: угловая и касательная скорость · U.S. Department of Energy: глоссарий Small Wind Guidebook. Эти источники объясняют отраслевые принципы и отличаются от применимых документов продукции и проектов MARSTON.
Подготовьте сведения для этой оценки.
Упорядочьте сведения проекта по контрольному списку. Отметьте недоступные данные и сохраните ссылки на документы.
| Пункт оценки | Сведения для предоставления | Назначение |
|---|---|---|
| Геометрия ротора | Источник диаметра и радиус от оси вращения | Используйте правильные геометрические входные данные. |
| Канал частоты вращения | Ротор или другой вал; единицы RPM и основа записи | Не смешивайте разные вращающиеся узлы. |
| Опорный ветер | Место, временная основа, единицы и замечания о качестве | Определите знаменатель отношения. |
| Соответствующее состояние | Общие метки времени и рабочее состояние | Сравнивайте входные данные, представляющие одно состояние. |
| Интерпретация | Рассчитанная быстроходность и документированные рабочие пределы | Отделяйте арифметику от подтверждения допустимости характеристик. |
Инженерные вопросы.
Можно ли определить скорость законцовки только по диаметру ротора?
Нет. Нужна также частота вращения. Радиус определяет путь; RPM определяет, насколько быстро он проходится.
Измеряется ли быстроходность в m/s?
Нет. Это безразмерное отношение скорости законцовки к определённой скорости ветра, выраженных в одинаковых единицах.
Всегда ли большая быстроходность означает больше электроэнергии?
Нет. Одна быстроходность не устанавливает электрическую мощность или наилучший рабочий режим конкретной установки.
Можно ли использовать RPM из примера для модели MARSTON?
Нет. Радиус, RPM и скорость ветра в примере — лишь условные иллюстративные значения.
Всегда ли длина лопасти равна половине диаметра ротора?
Нет. Радиус измеряется от оси до законцовки. Длина изготовленной лопасти зависит от устройства ступицы и корня.
Задаёт ли электрическое управление рысканием оптимальную быстроходность?
Нет. Позиционирование по рысканию и характеристики частоты вращения ротора — разные темы; нужны данные о работе и управлении конкретной модели.
Технический запрос
Подготовьте сведения проекта к обсуждению.
Скорость законцовки лопасти описывает движение вокруг оси ротора; быстроходность сравнивает её с определённой скоростью ветра. Предоставьте имеющиеся сведения и состав оборудования, который требуется рассмотреть при подготовке технического предложения.