Крутящий момент ветроколеса. Коэффициент крутящего момента, его связь с коэффициентом мощности.

Для определения крутящего момента на выходном валу ветроколеса можно воспользоваться результатами расчетов лобового давления. При током в системе ветроколесо-набегающий поток не используется условие сохранения момента движения ,хотя очевидно, что воздушный поток будет закручиваться в противоположную вращению ветрового колеса сторону, и при строгом подходе необходимо учитывать эту закрутку.

Максимальный крутящий момент ветроколеса Т не может превышать значения , равного произведению максимальной действующей на ветроколесо силы на максимальный его радиус R

Так как

То

(2.31)

В общем случае крутящий момент ветроколеса Т можно представить в виде

(2.32)

Где -коэффициент крутящего момента

Ниже введен параметр Z, называемый быстроходностью ветроколеса и равный отношению окружной скорости конца конца лопастей к невозмущенной скорости набегающего потока

(2.33)

Где -угловая скорость вращения ветроколеса

Тогда , заменяя в 2,32 значения R его выражением из 2,33

(2.34)

Где -мощность ветрового потока

Т. К мощность на валу есть мощность, развиваемая ветроколесом P, запишем

Но согласно 2,23 . С учетом 2.32 и 2.34 имеем

На практике коэффициенты и не постоянны , а являются функциями Z.

Согласно критерию Бетца , максимальное значение коэффициента равно 0,59, поэтому в идеальном случае имеем

На рис. представлены характеристики реальных ветроколес. Видно, что ветроколеса в высоким геометрическим заполнением развивают большой крутящий момент при относительно низких окружных скоростях, и наоборот, ветроколеса с небольшим заполнением имеют небольшой начальный крутящий момент и даже не всегда могут самостоятельно раскрутиться. С увеличением значений Z коэффициент крутящего момента, а следовательно, и сам момент стремится к нулю . Максимальное значение коэффициента для обоих типов ветроколес реализуется при высоких скоростях ветра , при которых лобовое давление велико-вплоть до разрушающих. Следует также отметить, Что максимальным значениям крутящего момента и КПД соответствуют различные значения Z.

Рис. Зависимость коэффициента крутящего момента Ст от быстроходности Z для ветроколес:

1-с высоким геометрическим заполнением;

2-снизким геометрическим заполнением:

3-по критерию Бетца.