А.Н. Тюрин д.т.н., профессор
В.А. Осинсков магистрант,
гр. МАТТГ-22
Западно-Казахстанский
аграрно-технический университет им. Жангир хана, г.Уральск
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ
ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЕТРОГЕНЕРАТОРА
Ветроэнергетика
— отрасль энергетики, специализирующаяся на
использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в
атмосфере. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце
2008 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 120 гигаватт[1], увеличившись вшестеро
с 2000 года[2].
Запасы энергии ветра
более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.
Современные ветрогенераторы
работают при скоростях ветра от 4 до 25 м/с. Мощность ветрогенератора зависит от площади, ометаемой
лопастями генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70
метров и диаметр лопастей 90 метров.
Мощность высотных
потоков ветра (на высотах 7-14 км) примерно в 10-15 раз выше, чем у приземных. Эти
потоки обладают постоянством, почти не меняясь в течение года. Однако технических возможностей использовать
эту энергию на сегодняшний день нет.
Известные методы проектирования ветроустановок
ориентированы, в основном, на установки пропеллерного типа большой мощности.
Широко исследована совместная работа ветроустановок и насосов различных типов.
Установкам малой мощности с вертикальной осью вращения уделено меньше внимания,
исследования посвящены отдельным их образцам. Не освещен вопрос выбора
оптимальной конструкции ветроустановки, работающей при слабом ветре. Актуальна
проблема создания методов синтеза параметров этих ветроустановок при
ограничениях на скорость ветра, габариты и массу устройства. [3]
В настоящее время все большее
внимание уделяется разработке ВЭС с вертикальным расположением
ветровоспринимающих элементов и низким размещением генератора. Это объясняется
значительным упрощением конструктивной схемы, удобством монтажа и обслуживания.
Одно из главных достоинств таких ВЭС - возможность принятия одновременно
ветровых течений разного направления и вообще отсутствие необходимости
учитывать направление ветра при установке и эксплуатации[4].
Мощность энергоустановки
зависит от эффективности использования энергии воздушного потока. Одним из
способов ее повышения является использование специальных концентраторов
(усилителей)скорости воздушного потока. Это могут быть коноидальные насадки
(конфузоры), направляющие на ветроколесо воздушный поток с площади, большей
ометаемой площади ротора, и некоторые другие устройства.
Коноидальными называются насадки,
имеющие форму струи, выходящей из отверстия (то есть с учётом эффекта
сжатия истекающей струи). Коэффициент сужения этих насадков равен единице, —
дополнительного сжатия струи после среза такого насадка не происходит.
Традиционно считается, что коноидальные насадки обеспечивают наибольший
коэффициент расхода и наибольшую скорость струи при заданном диаметре среза.
Рис.1(а) Схема свободной турбулентной струи с равномерным начальным распределением
скоростей[5]:
О – полюс струи; Rо – радиус сопла; a, b – начальное сечение струи;
с, е – переходное сечение струи; xo – полюсное расстояние струи;
xн – длина начального участка струи; uo – скорость истечения струи из сопла;
um – скорость на оси струи на расстоянии x от начального сечения; u – скорость
на расстоянии R от оси струи и x от начального сечения; Rс – радиус границы
струи на расстоянии x
от начального сечения; b – половина угла расширения струи
Рис.1(б) Геометрический способ построения
лекала для продольного профиля коноидального насадка.[6]
Основной характеристикой
конфузора является величина степени поджатия
где 
— площадь входного
сечения конфузора; 
— площадь выходного
сечения конфузора.
В существующих трубах
величина 
изменяется обычно в
пределах от 3 до 10.
Для создания более
однородного поля скоростей и давлений в рабочей части существенное значение
имеет не только степень поджатая конфузора, но и его длина, т.к. есть риск
перемешивания потока- турбулентности.
Как видно из Рис.1(а)
турбулентность не успевает установиться в относительно коротких конфузорах .
Рис. 2 Предлагаемая конструкция
энергоустановки
Применение
коноидального сопла в конструкции вертикально-осевых ветроустановок может
повысить эффективность ее работы за счет увеличения скорости воздушного потока
на выходе и тем самым решить проблему слабого ветра в нашем регионе.
Список
используемой литературы
1. 120
Gigawatt of wind turbines globally contribute to secure electricity generation.
2. Global Wind Energy Council
News.
3. Синтез ветроустановки малой мощности с вертикальной осью вращения
Научная библиотека диссертаций и авторефератов URL: http://www.dissercat.com/content/sintez-vetroustanovki-maloi-moshchnosti-s-vertikalnoi-osyu-vrashcheniya#ixzz331C0zQq8
4. Преимущества
вертикального ветрогенератора
URL: http://vetrogeneratorsvoimirukami.ru/6.html
5. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАБОТЫ ВСАСЫВАЮЩЕГО ЗАБОРНОГО
УСТРОЙСТВА ПНЕВМОТРАНСПОРТНОЙ УСТАНОВКИ
URL:http://www.rae.ru/fs/?section=content&op=show_article&article_id=9999776
6. Коноидальные насадки
URL: http://khd2.narod.ru/hydrodyn/conoid.htm