Dlaczego mój model turbiny wiatrowej wykazuje wysoką prędkość obrotową przy niskiej mocy wyjściowej?

4

Projektuję turbinę wiatrową o mocy 1300 W.

Modelowałem napięcie wyjściowe generatora prądu przemiennego na podstawie następujących szczegółów:

  • Liczba zwojów cewki = 300.
  • Grubość drutu miedzianego = 1,02 mm.
  • Znając gęstość miedzi, obliczyłem ciężar cewki na 4,39 kg.
  • Natężenie pola magnetycznego = 1,24 T. ( oto specyfikacja magnesu )
  • Powierzchnia = 1 m 2 .
  • Prędkość obrotowa = 45 obr./min.

Podłączyłem te liczby do równania napięcia wyjściowego:

ϵ=NBAωsin(ωt)

aby uzyskać wartość 1753 V. Zakładam, że mój generator wygeneruje co najmniej 0,74 A, aby uzyskać moc 1300 W.

Następnie zamodelowałem swoją turbinę. Użyłem równania:

PT=12ρAv3Cp

obliczyć moc wirnika. Założyłam:

  • Moja turbina byłaby wydajna w 30%.
  • Prędkość wiatru wynosiłaby 10 m / s.
  • Powierzchnia zamiatana przez łopaty wynosiłaby 2,63 m 2 .
  • Gęstość powietrza wynosiłaby 1,25.

Po podłączeniu tych wartości uzyskuję wydajność 493 W. Jednak stwierdzam, że prędkość wirnika jest znacznie powyżej 45 obr / min. To równanie daje stosunek prędkości szczytowej turbiny:

λ=wrv

Wiedząc, że optymalny stosunek prędkości dyszy turbiny trzyłopatkowej wynosi 4,2, promień łopaty wirnika wynosi 0,915 m, a prędkość powietrza wynosi 10 m / s, a prędkość kątowa wynosiłaby 45,9 rad / s lub 440 obr./min.

Jak mogę uzyskać 1300 W z tej turbiny, kiedy teoretyczna wydajność z mocy wirnika wynosi tylko 493 W, mimo że mój wirnik powinien obracać się z prawidłową prędkością obrotową, aby generator mógł wytwarzać 1300 W?

użytkownik510
źródło
2
Converting this to rpm would yield 440 rpm To dość szybko jak na turbinę wiatrową. Prawdopodobnie rozpadnie się na kawałki.
grfrazee
@EnergyNumbers co robię źle?
user510
energia kinetyczna wiatru daje uzysk mocy w wysokości 1633,89W (bez pomnożenia Cp). Zakładam jednak, że moja turbina będzie sprawna w 30%; dlatego otrzymuję moc wirnika 493 W. Moja turbina ma bardzo mały obszar zamiatany, więc czy moje założenie, że moja wydajność turbiny wynosi 30%, jest fałszywe? Wiem, że współczynnik mocy jest związany ze współczynnikiem prędkości szczytowej i nachyleniem, ale czy mały obszar będzie miał również wpływ?
user510
@ user510 Jakie jest źródło energii dla turbiny wiatrowej i jak ją wychwytujesz? Jeśli obliczona moc wirnika jest zbyt niska, jakie wartości projektowe masz największą zdolność do kontrolowania i jak zmieniasz te wartości, aby przechwycić więcej energii wiatru?
Air
Wygląda na to, że pracujesz wstecz, musisz najpierw zaprojektować turbinę, która wygeneruje potrzebną moc, a następnie zaprojektuj generator dostosowany do tego zapotrzebowania. Wymiary generatora dają maksymalną moc, nie gwarantują, że wygeneruje on taką ilość mocy. Możesz także przyjrzeć się specyfikacjom istniejących generatorów w celu sprawdzenia rzeczywistości.
Chris Johns

Odpowiedzi:

3

Nie sądzę, żebyś naprawdę zaprojektował turbinę wiatrową o mocy 1300 W. Państwo założyć swoją generator będzie w stanie produkować niezbędną prąd ale aby móc produkować 1300 W trzeba zbudować turbinę wiatrową na tyle duży, biorąc pod uwagę jego skuteczność.

Cp=0.3v=10 m/s

A=2PTCpv3ρ=7.07 m2
R=1.5 m

λ=4.2

Zobacz także „Duetette, Numeryczne implikacje solidności i liczby łopat na działanie wirników turbin wiatrowych o poziomej osi , 2003” na temat wpływu liczby łopat na współczynnik mocy.

snickers
źródło
więc maksymalna moc wyjściowa generatora powinna odpowiadać maksymalnej mocy wyjściowej wirnika?
user510
v=10m/s