Вплив кількості лопатей ротора з ADM3

Історичний вітряний млин із чотирма лопатями ротора

Вплив кількості лопатей ротора

У Європі промисловим стандартом нині є вітряки з трьома лопатями ротора, тоді як раніше у вітряних млинах були звичними чотири лопаті, а в інших місцях трапляється навіть більше лопатей ротора.

Крім економічних міркувань, як-от вартість матеріалів, є й технічні причини застосовувати три лопаті ротора. У момент, коли вежа затінює лопать ротора, на ротор діє велике навантаження. Тому вигідно, щоб у цю мить жодна лопать ротора не була у найвищій точці й, отже, зазвичай у найсильнішому вітрі.

Попередні знання

Основи вимірювання сили струму й напруги, а також обчислення потужності за цими величинами мають бути відомі.

Принцип

Опір потоку, який чинить ротор, а отже й кінетична енергія, відібрана у вітру, зростає з кількістю лопатей ротора.

Потік повітря від повітродувки поблизу неї приблизно лінійний. Зі зростанням відстані потік повітря розходиться в просторі, і тому кінетична енергія на одиницю площі зменшується.

Навчальна мета

Треба зрозуміти зв'язок між потужністю і кількістю лопатей ротора, а також між віддаваною потужністю і відстанню між повітродувкою та вітряком.

Вказівка

Повітродувку дозволено живити напругою щонайбільше 12 В, бо інакше прилад може дістати непоправні пошкодження.

Обережно поводься з генератором. Не можна братися руками за лопаті ротора, що обертаються.

Сучасні вітрові установки

Вітрова установка

Вітрові установки завдяки положенню лопатей ротора відбирають кінетичну енергію у вітру, що проходить повз, а генератор перетворює її на електричну енергію.

Сучасні вітрові установки майже без винятку мають три лопаті ротора. Крім економічних міркувань, причина цього - затінення вітру вежею установки. Коли вежа затінює одну лопать ротора, на решту лопатей не має діяти надто велика сила. За парної кількості лопатей ротора в момент затінення протилежна лопать була б у найсильнішому вітрі.

• З лівого боку дошки закріпити повітродувку з тримачем (див. рисунок).
• Спрямувати повітродувку так, щоб вона створювала горизонтальний струмінь повітря вздовж дошки.
• Для вітряка скласти штативну лаву. Насунути ковзун на обидва штативні стрижні й провести стрижні крізь обидва отвори в затискних тримачах.
• Закріпити 6 лопатей ротора на вітрогенераторі.

• Поставити штативну лаву на дошку і вирівняти горизонтально.
• Відстань між вітрогенератором і повітродувкою спершу має становити 5 см.
• За потреби скоригувати відстань від повітродувки до дошки і встановити висоту генератора, посунувши його в ковзуні.
• Закріпити масштабну лінійку горизонтально на рівні ротора на магнітній дошці.

• Зібрати коло лампи з лампою розжарювання на 3,5 В.
• Спрямувати повітродувку так, щоб вона створювала горизонтальний струмінь повітря вздовж дошки.
• З'єднати повітродувку з виходом постійної напруги блока живлення.
• Блок живлення вимкнений.

1-ша частина досліду: вітряк із шістьма лопатями ротора

• Установити на блоці живлення 0 В і увімкнути його.
• Установити напругу 12 В.
• Виміряти силу струму та напругу.
• Збільшити відстань між вітряком і повітродувкою на 5 см.
• Повторювати два останні кроки, доки не буде досягнуто відстані 40 см.
• Внести результати вимірювань у таблицю в опрацюванні результатів.

2-га частина досліду: вітряк із трьома лопатями ротора

• Зняти три з шести лопатей ротора з вітрогенератора і знову встановити вітряк на відстані 5 см від повітродувки.
• Знову встановити на блоці живлення 12 В і повторити вимірювання вже з трьома лопатями ротора.
• Результати вимірювань знову внести в таблицю.
• Установити на блоці живлення 0 В і вимкнути його.