авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

Общество с ограниченной ответственностью "Персональные энергосистемы"

УДК 621.548.4

№ госрегистрации

0ХХХ11ХХХ49

Инв. № 11.6106.09

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор ООО

"Персональные энергосистемы"

(Ф.И.О.)

"" _ 2012 г.

ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ по теме: Исследование характеристик горизонтально-осевой ветряной турбины с движущими элементами нового типа, эффективно работающей в широком диапазоне скоростей ветра совместно с системами электро- и теплоснабжения по государственному контракту № 16.516.11.6106 от 25 августа 2011 г.

Шифр: 2011-1.6-516-046-021 Этап 4: ОБОБЩЕНИЕ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ МАКЕТОВ ДВИЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ВЕТРЯНОЙ ТУРБИНЫ (заключительный) Руководитель работ _ (Ф.И.О.) подпись, дата Ростов-на-Дону СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ Руководитель темы, (Ф.И.О.) Главный конструктор подпись, дата Научный руководитель темы (Ф.И.О.) Главн. научный сотрудник, д.ф-м.н подпись, дата Исполнители темы Ведущий научный сотрудник, д.т.н. (Ф.И.О.) подпись, дата Ведущий научный сотрудник, д.т.н. (Ф.И.О.) подпись, дата Старший научный сотрудник, к.ф-м.н. (Ф.И.О.) подпись, дата Ведущий инженер-конструктор (Ф.И.О.) подпись, дата Ведущий научный сотрудник Управл. научн. исслед. ДГТУ, к.т.н. (Ф.И.О.) подпись, дата Младший научный сотрудник, Управл. научн. исслед. ДГТУ, аспирант (Ф.И.О.) подпись, дата Инженер (Ф.И.О.) подпись, дата Инженер-технолог ОГТ, ОАО «Роствертол» (Ф.И.О.) подпись, дата Инженер, м.н.с. (Ф.И.О.) подпись, дата Младший научный сотрудник, аспирант (Ф.И.О.) подпись, дата Младший научный сотрудник, аспирант (Ф.И.О.) подпись, дата Младший научный сотрудник, НИИ механики АОУ ВПО ЮФУ, аспирант (Ф.И.О.) подпись, дата Младший научный сотрудник, аспирант (Ф.И.О.) подпись, дата Младший научный сотрудник, аспирант (Ф.И.О.) подпись, дата Старший научный сотрудник, д.т.н. (Ф.И.О.) подпись, дата Реферат Отчет 135 с., 4 ч., 28 рис., 4 табл., 17 источн., 5 прил.

ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ, ТУРБИНЫ, ДВИЖУЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ГЕОМЕТРИЯ ЛОПАСТИ, АЭРОДИНАМИКА, АЭРОАКУСТИКА, МЕТОДЫ РАСЧЕТА, ОПТИМИЗАЦИЯ, ОПТИМАЛЬНАЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ КОНФИГУРАЦИ, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА, РЫНОЧНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ.

Объектом исследования в настоящем отчете являются рекомендации и выводы общего итогового характера по всему периоду выполнения проекта.

Целью работы четвертого этапа НИР является обобщение и подведение окончательных итогов работы по проекту и оценка результатов, полученных за весь период работы по проекту.

В процессе работы было выполнено:

- Обобщение и оценка полученных результатов, в том числе:

Обобщение результатов исследований;

Анализ выполнения требований технического задания на НИР;

Оценка полноты решения задач и достижения поставленных целей НИР;

- Разработка рекомендаций по использованию результатов проведенных НИР, в том числе:

Разработка рекомендаций и предложений по использованию результатов проведенных НИР в реальном секторе экономики и учебном процессе ВУЗов;

- Технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов.

- Оформление отчетной документации в соответствии с требованиями технического задания и актов Заказчика.

По результатам анализа опубликованных данных сделан вывод, что ветряные установки с горизонтальной осью вращения обладают рядом преимуществ по сравнению с вертикально осевыми. Также было отмечено, что примененный в данном проекте метод компьютерного моделирования аэродинамики и аэроакустики лопасти является в современных условиях более прогрессивным, чем методики, основанные на продувке в аэродинамической трубе. Выявлены российские и зарубежные аналоги для разрабатываемой нами продукции. Отмечено, что большинство представленных на рынке малых ВЭУ в сегменте рассматриваемых мощностей – 20 кВт не удовлетворяют российским требованиям глубинной континентальной зоны со среднегодовой скоростью ветра 4 м/с. Перечислены параметры, по которым разрабатываемая нами продукция будет иметь преимущества по сравнению с существующими аналогами.

Отмечено, что эти преимущества достигаются за счет впервые примененной методики оптимизации конфигурации для движущих элементов ротора турбины ВЭУ. Установлено, что полученные при теоретических расчетах оптимальные конфигурации протестированы при проведении натурных полевых испытаний, где было достигнуто удовлетворительное совпадение между теоретическими и экспериментальными данными. Далее констатируется, что при проведении заключительного этапа IV получены новые результаты в математической модели для обтекания кожуха генератора и в задаче устойчивости вихревых структур. Это позволило построить более полное обобщение результатов по проекту.

Показано, что все требования Технического Задания по проекту были выполнены. Все установленные показатели индикаторов достигнуты, в том числе, по опубликованным в ведущих изданиях статьям, по защищенным и представленным к защите диссертациям, а также по патентам. Из детального анализа проведенных исследований доказано, что решение задачи выполнено в полном объеме и все поставленные цели достигнуты.

Содержание Введение................................................................................................................................... 1. Обобщение и оценка полученных результатов…………………………………….... 1.1 Обобщение результатов исследований…………………………………………………. 1.2 Анализ выполнения требований технического задания на НИР……………………... 1.3 Оценка полноты решения задач и достижения поставленных целей НИР…………... 2. Разработка рекомендаций по использованию результатов проведенных НИР…………………………………………………………………………………. 2.1 Разработка рекомендаций и предложений по использованию результатов проведенных НИР в реальном секторе экономики и учебном процессе ВУЗов………………. 3. Технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов ………………………………………………………………………………………… 4. Разработка проектов технических заданий по темам ОКР и ОТР ……………….. 4.1 Разработка проекта технического задания по теме ОКР …………….……………...… 4.2 Разработка проекта технического задания по теме ОТР ……..…………………….…. Заключение............................................................................................................................. Список использованных источников................................................................................ Приложение А Проектный макет ветроэлектрической установки «мод. 1110»….. Приложение Б Рекомендации по использованию результатов проведенных НИР.. Приложение В Технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов……………………………………………………………………….… Приложение Г Проект технического задания по теме ОКР ………………………… Приложение Д Проект технического задания по теме ОТР ………………………… Нормативные ссылки В настоящем отчете о НИР использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 2.002-72 Требования к моделям, макетам и темплетам, применяемым при проектировании.

ГОСТ Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и P 51237-98.

определения.

ГОСТ 51990-2002. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Классификация.

ГОСТ 51991-2002. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Общие технические требования.

Определения Ветроэлектрическая установка комплекс взаимосвязанного оборудования и сооружений, предназначенный для преобразования ветровой энергии в электрическую с помощью системы генерирования электроэнергии Ветродвигатель - устройство для преобразования ветровой энергии в механическую энергию вращения ветроколеса Горизонтально-осевой ветродвигатель - ветродвигатель, у которого ось вращения ветроколеса расположена параллельно или почти параллельно вектору скорости ветра Ветроколесо - лопастная система ветродвигателя, воспринимающая аэродинамические нагрузки от ветрового потока и преобразующая энергию ветра в механическую энергию вращения ветроколеса Диаметр ветроколеса - диаметр окружности, описываемый наиболее удаленными от оси вращения ВК частями лопастей Ометаемая площадь ветроколеса - геометрическая проекция площади ВК на плоскость, перпендикулярную вектору скорости ветра Лопасть ветроколеса - составная часть ВК, создающая вращающий момент Крутка лопасти - изменение утла установки хорды лопасти по ее длине от корневого до периферийного сечения Угол рассогласования ориентации на ветер – угол отклонения оси вращения ветроколеса в горизонтальной плоскости от направления ветра Аэродинамические характеристики ветродвигателя - безразмерные зависимости момента вращения, развиваемой мощности (коэффициента использования энергии ветра) и силы лобового давления на ветроколесо от частоты его вращения и скорости ветра (быстроходности ветроколеса) Уровень звукового давления - величина, равная двадцати десятичным логарифмам от отношения звукового давления в данной точке к принятому фоновому давлению, измеряется в дБ.

Электронная цифровая модель – сеточная основа МКЭ, строится с применением специального программного продукта ANSYS ICEM CFD.

Расчетная область – выбранная область в методе МКЭ, окружающая установку, в которой генерируется расчетная сетка и в которой определяются аэродинамические переменные.

Оптимальная аэродинамическая конфигурация – оптимизированная геометрия лопасти, при которой достигается наибольшее значение целевой функции в виде вращающего момента и мощности ВЭУ.

Шум нагрузки - составляющая общего уровня звукового давления, образующаяся за счет гармонических во времени процессов, вызываемых действием скачка давления на лопасти с периодом, равным периоду вращения.

Толщинный шум - составляющая общего уровня звукового давления, образующаяся за счет гармонических во времени процессов, вызываемых вытеснением воздуха лопастью и генерированием связанных с этим кинематических полей с периодом, равным периоду вращения.

Вихревой шум - составляющая общего уровня звукового давления, образующаяся за счет осцилляций вихревой структуры, срывающейся с кромок лопастей ВЭУ.

Обозначения и сокращения - скорость звука.

c - длина волны.

f- частота вращения.

- плотность воздуха.

- полухорда.

b - число Рейнольдса.

R p - акустическое давление.

vi - декартовы координаты вектора скорости.

x, y, z - координаты по направлениям декартовых осей.

- угол атаки в градусах.

X C x - коэффициент профильного сопротивления =.

SV Y C y - коэффициент подъемной силы =.

SV D - диаметр ветряка в метрах.

- толщина профиля лопасти.

M - момент, развиваемый ветряком.

r - радиус в метрах.

R=L - внешний радиус ветряного колеса.

t - время в секундах.

V - скорости потока далеко перед ветряком.

- угловая скорость вращения ветряка.

– функция тока.

Q – плотность распределения источников и стоков.

ВЭУ - ветроэнергетическая установка.

ВД - ветродвигатель.

ANSYS CFX – конечноэлементный пакет для расчета аэродинамики лопасти Гц – герц.

кВт - киловатт.

дБ - децибел.

КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра КПД - коэффициент полезного действия.

МКЭ - метод конечных элементов.

ГИУ – метод граничных интегральных уравнений – эффективный метод расчета аэродинамики профиля и лопасти в целом.

Быстрые методы вычислений – методы, позволяющие существенно сократить число арифметических операций.

Введение Кинетическая энергия, содержащаяся в ветре в мировых масштабах, в 80 раз превышает сегодняшнее совокупное энергопотребление населением Земли. Существенным является тот факт, что применение ВЭУ возможно в составе как объединенных энергосистем, так и изолированных, что делает их более гибкими в использовании. По данным стран Европы, стоимость электроэнергии на электростанциях традиционного типа и на альтернативном топливе за последние 15 лет практически сравнялась. При этом тенденция такова, что для установок на основе ВИЭ она снижается, а на традиционных электростанциях – растет.

Ветроэнергетика является одним из наиболее быстро растущих секторов энергетики, в том числе в секторе возобновляемых источников. За последние 10 лет средние темпы роста мировой установленной мощности ВЭУ равнялись примерно 29% в год. В настоящий момент в России, в отличие от многих как развитых, так и развивающихся стран, использование ветроэнергетики носит весьма «умеренный» характер, как по показателю установленной мощности (немногим более 10 ГВт), так и по темпам развития сектора. Доля выработки электроэнергии с помощью ВЭУ в России составляет менее 0,01% от общей выработки (в Дании этот показатель более 24%).

Современные ветроэнергетические установки (ВЭУ, ГОСТ P 51237-98 и 51991-2002) это высокотехнологичные и надежные машины, которые преобразуют энергию ветра в механическую энергию вращающегося ветроколеса, а затем в электрическую энергию. В настоящее время наибольшее распространение получили горизонтально-осевые машины.

Подробная классификация ВЭУ дана в ГОСТ 51990-2002.

Сложность задачи проектирования ВЭУ определяется необычайной сложностью теоретического рассмотрения и расчета структуры аэродинамических полей. Поиск оптимальной аэродинамической конфигурации движущих элементов ротора ВЭУ занимал исследователей со времен создания первых ветряных турбин. В начале 20-го века, после создания основ современной аэродинамики, стало ясно, что более эффективное использование энергии ветра возможно в системе, где энергетический фактор создается не напором, а аэродинамическими силами, в первую очередь – подъемной силой профиля. Начиная примерно с 20-х годов ХХ столетия, поиск оптимальной геометрии профиля стал одним из важных элементов при проектировании лопасти турбины. В настоящее время, помимо чисто аэродинамических свойств, важной характеристикой лопасти ВЭУ стал уровень генерируемого ей шума. При оценке уровня шума, создаваемого системой ВЭУ, и его зависимости от характера аэродинамического обтекания лопастей следует иметь в виду, что теоретические исследования этого явления как самостоятельного практически отсутствуют.

Отчасти это объясняется тем, что физические принципы генерирования звука ВЭУ практически не отличаются от таковых при работе воздушных и несущих винтов летательных аппаратов. Однако главным отличием в структуре звуковых полей, излучаемых ВЭУ и пропеллерами летательных аппаратов, является разное соотношение составляющих компонент шума.

К сожалению, классическая аэродинамика не дает методики выбора оптимальной геометрии профиля лопасти ВЭУ, наилучшей в смысле действующих на лопасть аэродинамических сил (достижение высоких энергетических параметров) и аэроакустики (значительное снижение уровня генерируемого шума). В начале развития данного направления брались профили Жуковского, т.к. для них существует простой метод расчета. В дальнейшем, с появлением и развитием компьютерной техники, начали применяться более точные численные расчеты обтекания профилей. Однако такие расчеты требуют недель вычислений даже на современных суперкомпьютерах-кластерах. Проблема усложняется тем, что необходимо одновременно учитывать вязкость воздуха и нестационарность процесса.

Гораздо более мощные компьютерные ресурсы требуются при переходе к обратной задаче поиска оптимальной конфигурации, обеспечивающей требуемые физические параметры и технико-экономические критерии.

Один из перспективных подходов, принятый за основу в данном проекте, состоит в сочетании и одновременном использовании нескольких математических методик. Оказалось перспективным сочетание инженерной теории проектирования ветряков Г.Х.Сабинина с методами поиска глобальных экстремальных значений функционалов крутящего момента и энергии, записанных в виде некоторых квадратур. Критерий истинности такого подхода может быть сформулирован путем точного 3D расчета аэродинамики с учетом вязкости и нестационарности процесса, без каких-либо упрощающих гипотез, на основе современного численного метода. В качестве такого метода в данном проекте используется МКЭ.

Разработанная методика создана для поиска оптимальной геометрии ротора для нужд альтернативной энергетики применительно к российским условиям, где на большей части территории имеем небольшие скорости ветра порядка 2-8 м/с. Апробация на установках мощностью порядка 10 кВт является адекватным приложением развиваемых аналитических и численных методов к задачам аэродинамики и аэроакустики лопасти турбины ВЭУ.

Эффективным приложением данных методик также является сравнительный анализ получаемых результатов с методиками, предложенными другими авторами в исследованиях по аналогичной тематике.

Темой данного этапа является - Обобщение и оценка полученных результатов, в том числе: Обобщение результатов исследований;

Анализ выполнения требований технического задания на НИР;

Оценка полноты решения задач и достижения поставленных целей НИР;

- Разработка рекомендаций по использованию результатов проведенных НИР, в том числе:

Разработка рекомендаций и предложений по использованию результатов проведенных НИР в реальном секторе экономики и учебном процессе ВУЗов;

- Технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов.

Главным Предметом (объектом) исследования является связь между конфигурацией движущих элементов турбины ВЭУ и ее аэродинамическими и аэроакустическими характеристиками.

Данный Отчет является заключительным Отчетом НИР по теме «Исследование характеристик горизонтально-осевой ветряной турбины с движущими элементами нового типа, эффективно работающей в широком диапазоне скоростей ветра совместно с системами электро- и теплоснабжения» по государственному контракту № 16.516.11.6106 от 25 августа 2011 г., Шифр: 2011-1.6-516-046-021. На предыдущих трех этапах были представлены следующие отчеты:

Этап I. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ДВИЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ВЕТРЯНЫХ ТУРБИН. Инв. № 11.6106.01.

Этап ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ II.

АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ КОНФИГУРАЦИИ ДВИЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ВЕТРЯНОЙ ТУРБИНЫ. Инв. № 11.6106.05.

Этап III. НАТУРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАКЕТОВ ДВИЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ВЕТРЯНОЙ ТУРБИНЫ. Инв. № 11.6106.06.

Общие цели всей работы по проекту:

Разработка научно-технологических решений, обеспечивающих повышение эффективности и расширение сфер конкурентоспособного практического использования возобновляемых источников энергии для электро- и теплоснабжения потребителей в регионах России.

Создание метода поиска оптимальной аэродинамической конфигурации ротора и разработка проектного макета горизонтально-осевой ветряной турбины с движущими элементами нового типа и улучшенными аэродинамическими и аэроакустическими характеристиками, эффективно работающей в широком диапазоне скоростей ветра для е последующей коммерциализации.

Более детально, целями работы являются:

– Аналитический обзор информационных источников, по теме проекта.

– Проведение патентных исследований.

– Проведение маркетинговых исследований.

– Разработка предварительных технических требований к ветряной турбине.

– Разработка математической (аэродинамической) модели ветряной турбины и выявление факторов, оказывающих наибольшее влияние на ее аэродинамические характеристики.

– Выбор и обоснование принятого направления исследований и способов достижения характеристик движущих элементов ветряных турбин.

– Оценка влияния законцовок и аэродинамических надстроек на аэродинамические и аэроакустические характеристики движущих элементов.

– Сопоставление ожидаемых показателей новой продукции после внедрении результатов НИР с существующими показателями изделий-аналогов или с действующей НТД.

– Исследование характеристик движущих элементов ветряных турбин.

- Ввод в эксплуатацию (научного оборудования) для проведения исследовательских испытаний: Поворотная платформа ветряной турбины с генератором и технологическими мачтами навесного оборудования и многоканальный цифровой регистратор текущих переменных (МЦРТП-9) - Разработка эскизной конструкторской документации на проектный макет (по ГОСТ 2.002-72) горизонтально-осевой ветряной турбины мощностью 10 кВт и её цифровой 3D модели;

- Разработка метода поиска оптимальной аэродинамической конфигурации движущих элементов ротора ветряной турбины;

Сравнительная оценка вариантов возможных методик поиска оптимальной аэродинамической конфигурации движущих элементов ротора ветряной турбины с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по аналогичной тематике;

- Проведение численного эксперимента по поиску оптимальной геометрии ветряной турбины;

- Разработка эскизной конструкторской документации на макет в масштабе М 1: движущих элементов ветряной турбины малой мощности.

- Поиск оптимальных проектных решений для достижения технико-экономических показателей.

- Разработка программы и методики исследовательских испытаний ветряной турбины малой мощности;

- Разработка основы технологии получения движущих элементов ветряной турбины;

- Изготовление серии испытуемых образцов движущих элементов;

- Проведение натурных полевых экспериментальных исследований движущих элементов на макете в масштабе М 1:5 ветряной турбины малой мощности;

- Доработка движущих элементов по результатам экспериментальных исследований;

- Корректировка разработанной эскизной конструкторской документации на проектный макет (по ГОСТ 2.002-72) горизонтально-осевой ветряной турбины мощностью 10 кВт и ее электронной 3D модели по результатам исследований;

- Проведение дополнительных патентных исследований;

- Изготовление и экспериментальные исследования движущих элементов на макете в масштабе М 1:5 ветряной турбины малой мощности, изготовленных по скорректированной документации;

- Обобщение и оценка полученных результатов, в том числе:

Обобщение результатов исследований;

Анализ выполнения требований технического задания на НИР;

Оценка полноты решения задач и достижения поставленных целей НИР;

- Разработка рекомендаций по использованию результатов проведенных НИР, в т.ч.:

- Разработка рекомендаций и предложений по использованию результатов проведенных НИР в реальном секторе экономики и учебном процессе ВУЗов;

- Технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов.

- Оформление отчетной документации в соответствии с требованиями технического задания и актов Заказчика.

Задачей настоящей работы является: оценка возможности проведения эффективных экспериментальных и теоретических исследований на основе выбранного оптимального направления;

оценка точности и возможности достижимости оптимальной конфигурации, при которой достигаются заявленные в Техническом задании физические характеристики и параметры;

проведение натурных экспериментальных исследований макетов движущих элементов ветряной турбины.

Реализация поставленных целей и задач по проекту позволила сделать такой общий вывод. По результатам сравнения с другими аналогичными системами, выпускаемыми в Росси и за рубежом показано, что разработанная нами модель установки является самой экономичной и перспективной для использования в реальном секторе экономики. Из приведенных расчетов следует, что применение в конструкции ВЭУ «мод.1110» технических решений, изложенных выше, может позволить получать собственную электроэнергию дешевле предлагаемой электрическими сетями, а также иметь при этом значительный доход.

Техническое задание устанавливает требования по статьям в ведущих изданиях, защищенным и представленным к защите диссертациям, а также по заявкам на патенты. Будет опубликовано 8 статей в ведущих изданиях (3 за 2011 г. и 5 за 2012 г.), не менее 2-х защищенных и представленных к защите диссертаций, а также заявки на 3 патента.

1. Обобщение и оценка полученных результатов Данный раздел посвящен обобщенному анализу результатов, полученных на этапах I-III.

В исследованиях, проведенных на этих этапах, было детально изучено состояние вопроса в рассматриваемой проблеме, предложены теоретические модели и алгоритмы, проведены натурные экспериментальные исследования с обработкой результатов измерений. Для формулирования общих выводов и рекомендаций по результатам проведенной НИР необходимо провести обобщение и оценку с выделением того главного, что было получено на каждом из этапов. При обобщении математических моделей применительно к движущим элементам ротора турбины ВЭУ были получены новые научные результаты, которые также нашли отражение в данном разделе. Кроме того, в этом разделе нашел отражение анализ выполнения требований Технического Задания на НИР, а также дана оценка полноты решения задач и достижения поставленных целей.

Одним из главных результатов работы по проекту является разработка проектного макета (по ГОСТ горизонтально-осевой ветряной турбины мощностью 10 кВт, 2.002-72) предназначенной для комбинированного электро- и теплоснабжения потребителей, общий вид которой приведен в Приложении А.

Итогом работы по проекту стало не только получение собственно научных результатов согласно ТЗ, но также подготовка 3-х кандидатских диссертаций. Часть полученных в них результатов включена в отчеты по данному проекту. В частности, разделы 4.2 и 5.2 Отчета за этап III были подготовлены исполнителем по проекту Гуриновым А.С. по результатам его диссертационной работы. Раздел 1.4 данного Отчета в части, касающейся «Задачи устойчивости правильного вихревого пятиугольника вне круга», был подготовлен исполнителем по проекту Островской И.В. по результатам ее диссертационной работы.

Результаты Бабиной Л.В. в части накопления и анализа статистики по отключению стационарного электрического питания в трех сельских районах Ростовской области вошли в данный раздел Отчета. Соответствующие материалы приведены в Приложении 18.3 ОМ «Справка о числе диссертационных работ».

Более подробно содержание всего указанного материала отражено ниже. Обобщение и оценка основаны на следующем перечне проведенных на предыдущих этапах I – III научных исследований:

Сделаны аналитический обзор литературных источников в области аэродинамики и аэроакустики ВЭУ, обзор по характеристикам движущих элементов ВЭУ, проведены патентные исследования, маркетинговые исследования.

Разработаны предварительные технические требования к ветряной турбине.

Разработана математическая модель ветряной турбины и выявлены факторы, оказывающие наибольшее влияние на ее аэродинамические характеристики.

На основе проведенного анализа выбрано и обосновано принятое направление исследований.

Произведено предварительное сопоставление ожидаемых показателей после внедрения результатов НИР с существующими показателями изделий-аналогов.

Разработано несколько моделей для исследования характеристик движущих элементов ветряных турбин.

Произведен ввод в эксплуатацию научного оборудования для проведения исследовательских испытаний.

Разработана эскизная конструкторская документация на проектный макет горизонтально-осевой ветряной турбины мощностью 10 кВт и её цифровая 3D модель.

Разработан метод поиска оптимальной аэродинамической конфигурации для движущих элементов ротора ветряной турбины.

Дана оценка возможных методик поиска оптимальной аэродинамической конфигурации для движущих элементов ротора турбины ВЭУ.

Проведены численные эксперименты по поиску оптимальной геометрии ветряной турбины.

Разработана эскизная конструкторская документация на макет в масштабе М 1: движущих элементов ВЭУ малой мощности.

Произведен поиск оптимальных проектных решений для достижения технико экономических показателей на примере профилей двух разных типов.

Дано сравнение расчета технико-экономических характеристик разрабатываемой ВЭУ мощностью 10 кВт с зарубежным аналогом.

Разработана программа и методика исследовательских испытаний ветряной турбины малой мощности.

Разработаны основы технологии получения движущих элементов ветряной турбины.

Проведены полевые экспериментальные исследования движущих элементов на макете в масштабе М 1:5 ветряной турбины малой мощности.

По результатам экспериментальных исследований доработаны движущие элементы.

Произведена корректировка разработанной эскизной конструкторской документации на проектный макет ВЭУ мощностью 10 кВт и её цифровой 3D модели.

Проведены дополнительные патентные исследования.

Проведены экспериментальные исследования движущих элементов на макете в масштабе М 1:5 ВЭУ малой мощности, изготовленных по скорректированной документации.

Подробный анализ проведенных на этапах I – III исследований, перечисленных выше, позволяет произвести следующее систематическое обобщение полученных результатов.

1.1 Обобщение результатов исследований.

Обобщение результатов исследований по Обзору современного состояния рассматриваемой проблематики В результате проведенного анализа опубликованных источников установлено, что ветряные установки с горизонтальной осью вращения (ГО) обладают рядом преимуществ по сравнению с вертикально-осевыми (ВО). Эти преимущества объясняются следующими факторами:

1) - информация скрыта 2) - информация скрыта 3) В соответствии с классической теорией идеального ветряка, разработанной Н.Е.

Жуковским [1], КИЭВ для идеального ветродвигателя составляет КИЭВ = 0,593, что подтверждено также многочисленными экспериментальными данными Бейтса, полученными по результатам продувок в аэродинамической трубе. Наибольшие значения КИЭВ сегодня реально достигнуты именно на установках с ГО:

а) значение КИЭВ = 0,56 для 3-лопастной ветряной турбины Е66 фирмы Enercon, (ФРГ) Ганновер 2004 г.;

б) результаты исследований по данному проекту позволяют достичь значения КИЭВ около 0,52 для установок малой мощности порядка 10 кВт. До этого, согласно анализу опубликованных данных, для малых ВЭУ мощностью до 20 кВт, реально достигнутые на сегодня значения КИЭВ находились в области 0,4 – 0,45. При этом в опубликованных источниках нет никаких подтверждений о достижении движущими элементами вертикально осевых установок коэффициента использования энергии ветра более 0,45.

4) - информация скрыта Приведенный выше анализ подтверждает сделанный вывод о преимуществах ГО ВЭУ, которые и были взяты за основу в данном проекте.

Анализ методов проектирования оптимальной конфигурации для движущих элементов ротора показал, что если еще 30 лет назад основные методики основывались на продувке в аэродинамических трубах, то с быстрым развитием компьютерной техники на первое место вышли методы компьютерных расчетов аэродинамики и аэроакустики. Этот подход был заложен в качестве базовой методики расчетов и при выполнении данного проекта, где в качестве расчетной среды выбран КЭ пакет ANSYS CFX. При этом построение расчетной сетки выполнялось в универсальном сеточном пакете ANSYS ICEM CFD. Используются точные модели Навье-Стокса для нестационарного движения вязкого воздуха с применением МКЭ. При этом использовалась модель сжимаемого теплопроводного вязкого газа. В расчете аэродинамики это позволяет построить точные зависимости для силовых характеристик, действующих на ротор. Впоследствии это использовалось для выбора оптимальной конфигурации и оптимальных режимов работы ВЭУ. В расчете аэроакустики, как и в аэродинамике, отмечена важность подавления вихревых структур, срывающихся с вращающейся лопасти. Оптимальная аэродинамика, как правило, приводит к существенному снижению уровню шума, генерируемого работающей ВЭУ. Отмечается, что помимо составляющей шума, кратной по частотам частоте вращения турбины, имеется довольно высокий уровень турбулентного шума вихрей, срывающихся с лопастей.

Обзор опубликованных данных по характеристикам движущих элементов позволил выявить наличие зарубежных аналогов к разрабатываемой в данном проекте модели малой ВЭУ мощности 10 кВт, а также определить основные параметры таких аналогов. Они использованы для оценки эффективности методик, принятых к работе в данном проекте.

Проведенный Обзор патентных исследований показал, что ряд компаний активно занимаются вопросами увеличения аэродинамической эффективности движущих элементов и снижением уровня шума. Это достигается за счет: оптимального выбора обводов аэродинамического профиля лопасти с целью создания необходимого распределения давления по его поверхности;

изменения кривизны профиля лопасти с целью его адаптации под текущее состояние ветрового потока и нагрузок на генератор;

применения в конструкции лопастей управляемых аэродинамических поверхностей на передней и задней кромках;

применения в конструкции лопастей неуправляемых поверхностей, являющихся подавителями вихревых структур;

применение в конструкции лопастей различных аэродинамических надстроек в концевой части лопасти. Патентный обзор позволил выбрать наиболее эффективные научно технические идеи, предшествующие созданию проектного макета ветряной турбины мощностью 10 кВт, который удовлетворяет требованиям Технического задания по различным технико-экономическим показателям и обеспечивает конкурентоспособность.

Проведенный Обзор маркетинговых исследований показал, что: Ветроэнергетический потенциал России характеризуется низкими среднегодовыми скоростями ветра. В реализации ветропотенциала экономически заинтересованы не только домохозяйства и предприятия в зоне децентрализованной электроэнергии, но и потребители в районах с централизованной системой энергоснабжения. Экономический потенциал потребителей может быть реализован ВЭУ различного типа, все основные типы малых ВЭС уже выпускаются в России, на рынке есть также зарубежные аналоги. Основными ограничениями их использования являются высокие стартовые скорости ветра (от 2,5 до 4 м/с). В России в сегменте 5-20 кВт представлены как проектировщики, так и производители ВЭС малой мощности (не менее 14), кроме того рынок насыщен ВЭУ иностранного производства;

к числу крупных производителей относятся «Сапсан-энергия ветра», НПО «Электро Сфера» и «Евро Стандарт Сервис», которые производят и устанавливают несколько единиц ВЭУ в год мощностью 5- кВт. Сложившийся уровень цен составляет от 30 до 120 тыс. руб. за кВт мощности, без учёта дополнительного оборудования. Наиболее дорогими являются модели ведущих российских производителей и импортируемые из Северной Америки и Европы. В России происходит постепенное наращивание присутствия зарубежных производителей, в первую очередь китайских. Ежегодные продажи ВЭУ мощностью 5-20 кВт составляют 20-30 единиц в год, на общую сумму не более 500 тыс. долларов. Расширение рынка малых ВЭУ в ближайшие 3-5 лет может стать положительная динамика экономического потенциала, за счет: роста тарифов;

увеличения бюджетных расходов на децентрализованную энергетику;

разработки новых месторождений полезных ископаемых в Сибири и на Арктическом шельфе;

роста благосостояния населения.

Обобщение результатов исследований по Предварительным техническим требованиям к ветряной турбине Отмечается, что область применения ВЭУ: а) крестьянские (фермерские) хозяйства, б) сельские усадьбы с личным подсобным хозяйством, в) загородные дома, г) малые промысловые бригады, д) метеостанции, е) объекты ретрансляции сотовой связи и другие потребители. ВЭУ должна эксплуатироваться в районах со среднегодовой скоростью ветра 4, м/с и более. Цели и задачи: а) Снижение стоимости электроэнергии не менее чем на 30% (руб./кВтч);

Снижение срока окупаемости не менее чем на 40%.

ВЭУ должна состоять из: Ветряной турбины;

Системы передачи мощности;

Системы генерирования и преобразования электрической энергии;

Системы регулирования ветровой турбины;

Системы ориентации;

Системы управления;

Системы безопасности;

Опорной системы;

Системы аккумулирования электроэнергии.

Требования к техническим характеристикам ВЭУ: Среднегодовая скорость ветра на высоте (10 ±1) м должна составлять (4,0±0,3)м/с;

Проектная годовая выработка электроэнергии - не менее 24000 кВт·ч;

Общее годовое число часов работы ВЭУ не менее ХХ00;

Годовое число часов использования ВЭУ с установленной мощностью генератора – не менее ХХ00;

Установленная мощность генератора 10,0 кВт;

Удельная металлоемкость – не более ХХХ кг/кВт;

Полный расчетный срок службы ВЭУ – 20 лет;

Уровень шума на расстоянии 50 м от ВЭУ на высоте 1,5 м от уровня земли – не более 60 дБА.

Разрабатываемые движущие элементы должны обеспечить конкурентоспособность ветряной турбины по сравнению с «Bergey Windpower Co» EXCEL-S, GEV 7/10, ЛМВ 10/7, в части: 1) увеличения годовой выработки электроэнергии при среднегодовой скоростью ветра на высоте (10 ±1) м не менее чем на 20% при V ветра (4,0 ±0,2) м/с и не менее чем на 40% при скорости ветра (5,0 ±0,2) м/с;

снижения эквивалентного уровня звука (уровня шума) на территории, прилегающей к жилым домам не менее 10 -14 дБА в полосах частот (31,5 – 8000) Гц.

Требования к ветряной турбине: КИЭВ не менее 0,50;

Должна обеспечиваться возможность изготовления лопастей в мелкосерийном производстве.

Разработаны требования к системе генерирования и преобразования электрической энергии, а также показатели качества электроэнергии.

Разработаны требования к системе регулирования, системе ориентации, системе управления и системе безопасности ВЭУ, требования к опорной системе, требования к системе аккумулирования электрической энергии.

Обобщение результатов исследований по математической модели ветряной турбины Показано, что теория реального ветряка Г.Х. Сабинина [2] - информация скрыта Для тестирования теории Г.Х. Сабинина разработана альтернативная цифровая математическая 3D модель турбины ВЭУ на основе МКЭ. Для ее работы предварительно создается КЭ сетка для выбранной геометрии турбины ВЭУ. Построение расчетной сетки проводится в универсальном сеточном пакете ANSYS ICEM CFD. Была выбрана сетка, которая позволяет создавать ячейки, близкие по форме к границам расчетной области, что позволяет хорошо разрешать пограничные слои. Для осуществления численного расчета использовался программный пакет ANSYS CFX версии 11.0, с автоматической процедурой распараллеливания задачи с целью ускорения расчетов на использованных многопроцессорных системах и кластерах рабочих станций. Проводился нестационарный расчет при заданной скорости набегающего потока воздуха. При этом используется модель информация скрыта.

В качестве модели турбулентности - информация скрыта При таком подходе точный МКЭ расчет для одной комбинации параметров задачи занимал несколько дней непрерывного счета на многопроцессорных системах. В качестве математической модели расчета аэроакустики (уровня шума) выбрана теория Лайтхилла Керла. При этом учитывается влияние твердой поверхности лопасти на структуру звукового поля.

Обобщение результатов исследований по факторам, оказывающим наибольшее влияние на аэродинамические и аэроакустические характеристики ВЭУ Было выявлено, что ВЭУ с числом лопастей более трех не получили применения, и оптимальным выбором на сегодня считается две или три лопасти.

Было выявлено, что важными факторами, влияющими на аэродинамику, являются:

распределение длины хорды и изменение угла крутки по размаху. При старте ротора разгон является оптимальным, если хорда имеет наибольшую величину у основания ротора, монотонно уменьшаясь вдоль размаха к кончику лопасти. Угол крутки при этом также должен быть максимальным у основания, монотонно уменьшаясь к кончику. Детальный анализ показывает, что динамика движущих элементов существенно зависит от типа выбранного профиля.

Также установлено, что, уменьшая скорость кончика лопасти, можно добиться существенного снижения уровня шума. Так, снижение числа Маха в 2 раза снижает уровень шума до 8 дБ. Далее, доказано, что уменьшение относительной толщины лопасти должно существенно снижать уровень шума. Опубликованные экспериментальные данные показывают, что уменьшение толщины профиля снижает уровень шума равномерно по слышимому частотному диапазону. Дополнительного снижения уровня шума можно добиться, при одной и той же мощности, сочетая увеличение диаметра с одновременным уменьшением скорости кончика лопасти.

Отмечено влияние формы лопасти на уровень генерируемого шума. Однако она гораздо сильнее влияет на аэродинамические характеристики, чем на уровень шума. Следует также отметить, что изменение формы лопасти практически не меняет уровень шума в низкочастотной области.

Установлено, что снижение уровня шума ВЭУ возможно путем подавления вихревых структур, образующихся на несущих поверхностях, т.к. при этом снижается турбулентный шум вихрей. Это делает целесообразным применение в конструкции лопасти ВЭУ открылков и других конструкций для подавления перетекания вихрей через боковые кромки.

Обобщение результатов исследований по выбору и обоснованию принятого направления исследований и по сопоставлению ожидаемых показателей с существующими аналогами На основании анализа опубликованных данных, представленного выше, были осуществлены выбор и обоснование принятого направления исследований. В итоге был обоснован выбор для дальнейших исследований, как наиболее эффективных, установок с горизонтальной осью вращения. Было установлено, что оптимальная аэродинамика требует решения задачи оптимальной геометрии лопасти. Оптимизация возможна по выбору наиболее подходящего профиля, а также по оптимизации геометрии профиля. Важна также оптимальность трехмерной поверхности лопасти.

5) Особо следует сказать об анализе вихревых структур, которые всегда сопровождают движение лопасти турбины ВЭУ. Устойчивости сложных конфигураций вихревых структур посвящен специальный подпункт в Отчете за этап I. Здесь же отметим, что в [3] представлен метод расчета завихренности в следе за пропеллерной ВЭУ. Он сочетает использование уравнений Навье-Стокса и теории несущей линии. Сами лопасти заменены несущими линиями, в соответствующих точках которых приложены массовые силы. В [4] отмечается, что обычно ветротурбины, установленные в районах с естественными ветровыми условиями, испытывают сложные нагрузки на лопасти, инициируемые турбулентным потоком воздуха. В статье описывается метод численного расчета влияния характеристик турбулентности потока на аэродинамические нагрузки, действующие на лопасти ветротурбины. Приводятся схемы распределений давлений, действующих на лопасть (по размаху и по хорде). Даются расчетные и экспериментально определенные зависимости коэффициентов мощности и лобового (осевого) сопротивления от относительной окружной скорости вращения лопасти.

Иллюстрируется изменение опрокидывающего момента лопасти (у корня лопасти) по времени.

Показывается значимость фактора вихрей на аэродинамику.

В связи с важностью данной тематики представляется обоснованным выбор направления, состоящего в изучении устойчивости вихревых структур с большим числом вихрей в ограниченных замкнутых областях.

6) Как отмечено выше, детальный анализ показывает, что оптимизация геометрии лопасти может приводить к ощутимому эффекту как в аэродинамике, так и в аэроакустике.

Другими словами, это заметно сказывается также на уровне шума, генерируемого движущими элементами ВЭУ. Поэтому обоснованным является направление по расчету структуры звукового поля, генерируемого вращающимися лопастями ротора турбины ВЭУ.

7) Следует отметить, что реализация исследований по направлениям пунктов 3, 4 и требует длительных вычислений на современных компьютерах. Для эффективной реализации такого подхода необходим быстрый алгоритм расчета нестационарного обтекания лопасти произвольной формы в плане потоком вязкой жидкости. В связи с этим обоснованным является разработка быстрых алгоритмов расчета 3-мерного обтекания вязким потоком.

По результатам сопоставления сделаны выводы о предполагаемых преимуществах разрабатываемой ВЭУ мощностью 10 кВт. Отмечено, что низкая эффективность существующих ВЭУ рассматриваемого класса связана с тем, что традиционные установки рассчитаны на скорости 10 – 13 м/с, а при таких скоростях ветра интегральная повторяемость этих скоростей в российских условиях составляет от 0,8% годового фонда времени (BWC «Excel-S» 10кВт, «Bergey Windpower Co», США) до 2,7% (ВЭУ-5(6), ООО «ГРЦ «Вертикаль», 2,7%). Кроме того, существенным препятствием на пути внедрения существующих ветряных турбин является уровень излучаемого шума (звука).

В отличие от этого конфигурация ротора турбины, разрабатываемая в данном проекте, будет работать в режиме максимальной эффективности как раз в области наиболее повторяющихся 2–8 м/с скоростей ветра. С учетом этого ВЭУ нового типа обеспечат повышение интегральной эффективности использования электроэнергии до уровня 80%.

Проведен также сравнительный анализ экономической эффективности ВЭУ – на примере типовой фермы КРС с законченным производственным циклом. По результатам сравнений было установлено, что: Использование ВЭУ производства США в ветровых условиях на территории РФ не обеспечивает необходимого объема выработки электроэнергии;

зарубежное оборудование, имеет слишком высокую стоимость;

применение в разрабатываемой нами конструкции ВЭУ новых технических решений позволит получать электроэнергию дешевле предлагаемой электрическими сетями, а также иметь существенный финансовый доход. Таким образом, создание и организация серийного производства ВЭУ для климатических условий большей части территории РФ целесообразно и экономически эффективно.

Общие выводы по улучшению показателей эффективности разрабатываемой модели ВЭУ мощностью 10 кВт состоят в следующем:

1) Увеличение годовой (месячной, дневной) выработки электроэнергии, для районов размещения со среднегодовой скоростью ветра V ср.г. на высоте (10 ±1) м не менее чем на 20% при V ветра (4,0±0,2) м/с и не менее чем на 40% при V ветра (5,0±0,2) м/с.

2) Снижение эквивалентного уровня звука (уровня шума) и эквивалентного уровня звука, излучаемого ветряной турбиной расположенной на территории, непосредственно прилегающей к жилым домам не менее 10 -14 дБА в полосах частот (31,5 – 8000) Гц.

3) Снижение стоимости цены электроэнергии, в сравнении с другими автономными источниками электроэнергии не менее чем на 30% (руб./кВтч).

4) Снижение срока окупаемости автономной энергоустановки, в сравнении с другими автономными источниками электроэнергии не менее чем на 40%.

5) Уровень звука, создаваемый одиночной ВЭУ на расстоянии 50 м от ветроагрегата на высоте 1,5 м от уровня земли, не должен превышать 60 дБА.

Обобщение результатов исследований по разработке моделей движущих элементов ВЭУ и по вводу в эксплуатацию научного оборудования для проведения испытаний Было разработано несколько моделей для исследования характеристик движущих элементов ветряных турбин. В результате установлено, что актуальным является исследование вопроса устойчивости совокупности вихрей в ограниченных и неограниченных областях.

Более детально была исследована проблема расчета уровня шума, генерируемого вихревой структурой при вращении лопасти. Установлено, что описанная выше теория Л-К позволяет выписать акустическое давление в произвольной точке наблюдения в квадратурах, если известно распределение скоростей частиц в воздухе. Это представление имеет точный характер. Структура звукового поля состоит из суперпозиции источников, диполей и квадрупольных элементов.

Обработка акустического сигнала при этом может быть произведена с использованием цифровых фильтров, что позволяет разложить звуковой сигнал по октавным частотным полосам в слышимом диапазоне частот, с несущими частотами 31,5 – 8000 Гц.

Детально исследовано - информация скрыта Очень подробно исследована аэродинамическая эффективность движущих элементов роторов ветряных турбин. Проводился глубокий сравнительный анализ всех известных систем ВО и ГО систем. Выявлены аэродинамические силы, действующие на системы этих типов.

Данный анализ подтвердил общий вывод, описанный выше, о преимуществах ГО установок Более подробно исследованы конструктивные особенности отличия в работе ГО и ВО ветроустановок. Анализ аэродинамики показывает, что у ГО систем лопасти должны быть закручены, а также должны сужаться к концу, что существенно уменьшает массу изделия. У ВО установок движущие элементы имеют равную хорду и отсутствие крутки по всей длине.

Сравнивая конструктивно-силовые схемы движущих элементов ГО и ВО турбин, отмечено, что если движущие элементы ГО турбины непосредственно соединяются со втулкой ротора, то движущие элементы ВО турбины нуждаются в наличии траверс, для выноса собственно движущего элемента на переферию трассы. Такая конструкция обладает низкой эффективностью, что является неизбежной платой за конструктивную простоту.

Выявлены методы, которыми может быть достигнуто технологическое и экономическое совершенство конструкций движущих элементов ветряных турбин.

Подробно исследованы технологии изготовления лопасти ВЭУ.

В результате исследований определены основные характеристики и произведен ввод в эксплуатацию научного оборудования. Оно предназначено для проведения исследовательских испытаний макетов в масштабе М 1:5 движущих элементов ветряной турбины малой мощности.

В перечень научного оборудования входят: 1) поворотная платформа ветряной турбины с генератором;

2) мачта ветряной турбины;

3) анемометрическая мачта;


4) измерительная система МЦРТП-9;

5) анемометр-адаптер АТТ-1000;

6) метеорологическое оборудование;

7) блок управления нагрузками;

8) источник питания, аккумуляторная батарея. Приведены технические характеристики оборудования.

Обобщение результатов исследований по разработке эскизной конструкторской документации на проектный макет горизонтально-осевой ветряной турбины мощностью 10 кВт и её цифровой 3D модели В соответствии с требованиями Технического задания разработан проектный макет ГО ветряной турбины мощностью 10 кВт и её электронной 3D модели.

ВЭУ «мод. 1110» предназначена для выработки электрической энергии переменного тока в автономном режиме работы на участках размещения со среднегодовой скоростью ветра 4, м/с на высоте 10 м. Ротор ГО типа диаметром 10,0 метров, установлен за башней, ориентация на ветер — свободная.

Аэродинамическая поверхность выполнена из композиционного материала c D-образным лонжероном. Втулка ротора турбины и конструкция поворотной платформы – из конструкционной стали с горячим оцинкованием поверхностей.

Скорость ветра установки: начала выработки электроэнергии — 2,5 м/с, максимальная — 25 м/с. Частота вращения ротора переменная, расчетная — 90 об/мин.

Конструкция ротора турбины предусматривает два (аварийный и рабочий) тормоза. Один с управлением микропроцессорным блоком системы управления, другой – механическим выключателем сверхскорости, установленным на втулке.

ВЭУ может быть оснащена генераторами двух типов: вентильно-индукторным генератором или трехфазным асинхронным генератором мощностью 10кВт, с приводом от повышающего редуктора. Редуктор — двухступенчатый соосный цилиндрический с передаточным отношением 1:16.

Работа ВЭУ и её связь с сетью контролируется микропроцессорным блоком системы управления. Система управления предназначена для регулирования управляющих параметров и диагностики технического состояния агрегатов ВЭУ.

Опорная конструкция — стальная шарнирнозакрепленная труба с оттяжками. Высота опорной конструкции до оси втулки турбины - 18м, диаметр опорной конструкции - 0,289м.

Расчетная годовая выработка электроэнергии — 24 000 кВтчасов. Расчетный срок службы — 20 лет.

В состав основных агрегатов и систем макета ВЭУ входят:

Ветряная турбина;

1.

Система передачи мощности;

2.

Система генерирования и преобразования электрической энергии;

3.

Система регулирования ветряной турбины;

4.

Система ориентации;

5.

Система управления;

6.

Опорная система;

7.

Система аккумулирования электроэнергии и коммутации с нагрузками 8.

потребителей.

Каждый из перечисленных элементов исследован в подробностях и деталях.

Ветряная турбина проектного макета включает два движущих элемента (лопасти), создающих вращающий момент и втулку для передачи момента на главный вал.

Аэродинамическая поверхность движущих элементов имеет несимметричный профиль, постоянный вдоль всего размаха, трапециевидную форму в плане и переменную крутку.

Характеристики аэродинамического профиля подобраны из условия оптимальной аэродинамики и аэроакустики. Движущие элементы стыкуются с втулкой, которая выполнена с креплением движущих элементов в специальных шарнирах, состоящих из двух радиальных и одного осевого подшипников, позволяющих вращаться вдоль продольной оси, изменяя угол установки.

Передача мощности в конструкции ВЭУ производится через упругую муфту и повышающий редуктор, который основан на зубчатой механической передаче мощности с КПД, равным 0,85...0,99.

Быстроходный вал редуктора соединен с вентильно-индукторным генератором ВИГ 132 10 (либо подобным асинхронным генератором с короткозамкнутым ротором), между которыми размещен барабанный ленточный стояночный тормоз. Частота вращения в системе изменяется от 0 до 1500 об/мин.

При разработке системы генерирования и преобразования электрической энергии была обеспечена совместимость режимов работы ветряной турбины и элементов системы для получения максимально возможного КПД преобразования энергии ветра в электрическую энергию высокого качества во всем диапазоне рабочих скоростей ветра с учетом его пульсирующего характера. В систему генерирования и преобразования электрической энергии входят следующие компоненты: генератор с системой управления, накопитель энергии (аккумуляторы), инвертор. В настоящее время определяется эффективность установки в составе ВЭУ как асинхронного генератора, так и вентильно-индукторного.

Энергия, вырабатываемая в генераторе, предается на аккумуляторные батареи. Инвертор - устройство для преобразования постоянного тока (поступающего из аккумуляторных батарей) в переменный ток с изменением величины напряжения. Инвертор представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде.

Система ориентации существенно влияет на надежность, выработку и другие эксплуатационные показатели агрегата. Так, при недостаточной чувствительности механизма ориентации угол между осью вращения турбины и вектором скорости ветрового потока может оказаться достаточно большим, что приведет к снижению мощности. Так, при потери мощности составляют около ХХ%. Длительная работа быстроходного ветроколеса в режиме косой обдувки нежелательна. В то же время, при очень большой скорости переориентации увеличиваются гироскопические нагрузки, что требует усиления конструкции движущих элементов, главного вала и других узлов. В проекте принят пассивный тип с ориентацией по ветру (подобная система используется на ВЭУ: Aircon 10, WindJammer Выбор системы ориентации был обусловлен такими 10K,WT 800,ВЭГ-10/60).

характеристиками как: мощность ветродвигателя, тип, размерность и динамические свойства ветряной турбины, её расположение относительно башни, стоимость, надежность и быстродействие механизмов поворота поворотной платформы. Преимуществами данного вида системы ориентации являются большая точность ориентации, достаточно простая конструкция механизма, а так же разгрузка опорной конструкции (башни) от скручивающих моментов.

Разработанная автоматизированная система управления (АСУ) включает устройство регулирования частоты вращения турбины, защиту электрических цепей ВЭУ от токов короткого замыкания и перегрузок, устройство управления пуском в работу, устройство отключения и остановку ВЭУ (при снижении скорости ветра ниже минимальной;

при скорости ветра выше максимальной рабочей скорости, при возникновении недопустимо высокого уровня вибраций основных частей ветроагрегата. АСУ включает в состав инвертор (в том числе с электронным управлением) и устройство управления зарядкой аккумуляторных батарей.

Система мониторинга снабжена жидкокристаллическим дисплеем, на который выводится информация о текущих параметрах работы ВЭУ. Система мониторинга обеспечивает контроль следующих параметров:

• Метеорологических;

• Механических;

• Электрических.

Опорная конструкция имеет высоту до оси втулки турбины — 18м, диаметр опорной конструкции — 0,289м. Опорная конструкция трубчатая, состоит из трех секций — нижней, средней, верхней и собственно опоры. Для удержания опорной конструкции в вертикальном положении к ней прикрепляются оттяжки (8 шт.), которые крепятся к анкерным болтам фундамента. Верхний фланец верхней секции опорной конструкции предназначен для крепления к поворотной платформе, через опорно-поворотное устройство.

Электронная (цифровая) 3D модель турбины ВЭУ Описанная в разделе 1.3 цифровая математическая 3D модель была сильно детализирована на последующих этапах. Для численного расчета аэродинамических характеристик движущих элементов ветряной турбины постоянно использовался метод конечных элементов (МКЭ).

В ходе работы моделировалась ветряная турбина с движущими элементами диаметром — 10 м, расположенными в задней части обтекателя. Частота вращения турбины соответствует расчетной скорости ветра. Вся конструкция установлена на 18-метровой мачте. Геометрия расчетной области представляет собой усеченный конус, ось которого совпадает с осью вращения лопасти. Радиус меньшего основания конуса, расположенного вверх по течению воздуха от лопасти, составляет 00 м, радиус большего основания, расположенного вниз по течению от лопасти, — 00 м, расстояние между основаниями — 00 м. На большем основании - информация скрыта.

Построение расчетной сетки выполнялось в универсальном сеточном пакете ANSYS ICEM CFD. Этот пакет дает возможность построения расчетных сеток трех основных типов.

Декартовая сетка, наиболее простая в создании, но позволяющая создавать только прямоугольные ячейки, что может привести к худшему разрешению пограничного слоя, была отброшена. Структурированная гексаэдрическая сетка позволяет учитывать особенности структуры исследуемого течения уже на этапе построения сетки, но создание ее наиболее трудоемко. Для построения структурированной гексаэдрической сетки ее блоки должны создаваться вручную, при этом достижение приемлемого качества для сложной трехмерной модели представляет собой достаточно сложную задачу - информация скрыта.

За основу был взят нестационарный расчет при заданной скорости набегающего потока воздуха и частоты вращения лопастей ветроустановки. При этом вводится вращающаяся система координат, связанной с лопастью ветроустановки (дополнительные инерционные силы, появляющиеся во вращающейся системе координат, учитываются в пакете ANSYS CFX автоматически). В такой системе координат лопасть покоится, обтекатель приводного вала вращается, но остается в исходном объеме пространства (поскольку является телом вращения).

Хотя обычно при исследовании дозвуковых течений газа сжимаемость газа учитывается, только если скорости воздуха в потоке достигают 0,3 Маха, для более полного учета факторов, влияющих на аэродинамику, использовалась модель сжимаемого теплопроводного вязкого газа. В ANSYSCFX это реализуется выбором модели газа Air Ideal Gas (использующей параметры воздуха) в сочетании с выбором модели теплопроводности Total Energy.


Для учета - информация скрыта.

Обобщение результатов исследований по поиску оптимальной аэродинамической конфигурации движущих элементов ротора и по оценке вариантов возможных методик поиска оптимальной конфигурации Для разработки методики оптимизации геометрии лопасти за основу были приняты качественные свойства движущих элементов ротора. Вращающаяся лопасть ВЭУ является двухсторонней закрученной поверхностью.

- информация скрыта.

Обобщение результатов исследований по разработке эскизной конструкторской документации на макет в масштабе М 1: С целью получения технической информации для ее использования при создании полноразмерной конструкции был создан макет в масштабе М 1:5 движущих элементов ветряной турбины малой мощности. Данный макет рассматривался в качестве испытательного образца для отработки научно-технических концепций. Кроме того, на нем удалось более полно отработать решение задачи поиска оптимальной геометрии для ротора турбины ВЭУ с профилями разных типов.

Разработанный макет движущих элементов устанавливался на поворотную платформу с генератором и мачтами технологического оборудования и являлся уменьшенной в масштабе М 1:5 копией полномасштабной ветряной турбины, соответствуя ей по конструктивно аэродинамическим решениям. При этом были соблюдены критерии подобия по режиму течения потока. При этом режим течения воздушного потока в окрестности движущих элементов ВЭУ считался необходимым и достаточным условием подобия.

При разработке эскизной конструкторской документации на макет в масштабе М 1: движущих элементов ветряной турбины малой мощности была использована система 3D – моделирования КОМПАС. Она дает возможности:

– быстрого получения конструкторской и технологической документации, необходимой для выпуска изделий;

– передачи геометрии изделий в расчетные пакеты;

– передачи геометрии в пакеты управляющих программ для оборудования с ЧПУ;

– создания дополнительных изображений изделий.

Обобщение результатов исследований по поиску оптимальных проектных решений для достижения технико-экономических показателей При поиске оптимальных проектных решений для полномасштабной ВЭУ мощностью кВт были произведены численные расчеты в среде ANSYS CFX с распараллеливанием задачи на многопроцессорных системах и кластерах рабочих станций. Рассчитывались три варианта движущих элементов ветроустановки, два из которых (варианты А и Б) основаны на профиле ХХХХ-0000 и один – на профиле ХХХХ-0001 (вариант В). Для всех профилей распределение толщины лопасти и ее закрутки вдоль размаха лопасти предварительно оценивалось с помощью теории Г.Х. Сабинина. Данная геометрия вводилась в КЭ пакет для проведения точных расчетов.

Первым шагом является построение геометрии лопасти. Для этого требуется в нескольких сечениях задать форму крылового профиля, его размеры и угол крутки. После этого на полученный каркас лопасти натягивается B-spline поверхность, строится расчетная сетка и загружается в ANSYS CFX.

Шаг нестационарного расчета выставлялся равным 0.01 сек (проверка с шагом 0.001 сек показала, что результат расчета не изменяется при дальнейшем уменьшении шага). Основные аэродинамические параметры лопасти могут мониториться в процессе расчета, что давало возможность контролировать формирование стабильного режима обтекания. Обычно стабильный режим обтекания устанавливался примерно за 0.4 -1.0 секунды, после чего картина обтекания только немного корректировалась, без существенных перестроек.

Для численного расчета лопасти А была построена конечно-элементная сетка. Оказалось, что, что начиная с седьмого сегмента, вращающий момент становится отрицательным, из чего следует непригодность данного варианта лопасти. Этот же вывод был сделан на основании следующих соображений. Для получения заявленных характеристик, п. 8.1.1. ТЗ Госконтракта, необходимым уровнем эффективности движущих элементов является значение коэффициента мощности 0,52, при котором, значение вращающего момента достигнет значения 1218 Нм.

Полученное суммарное значение 58,7 Нм позволяет сделать однозначный вывод, что рассматриваемая конфигурация лопасти неудачна и должна быть отброшена или переделана.

Вариант Б, также основан на профиле ХХХХ-0001, но имеет другие значения углов крутки. Для численного расчета лопасти Б была построена конечно-элементная сетка с призматическим слоем на поверхности лопасти. Результаты расчета для лопасти Б показали, что по-прежнему, начиная с седьмого сегмента, вращающий момент становится отрицательным, более того, суммарный вращающий момент, действующий на лопасть так же отрицателен. Таким образом, вариант Б также непригоден.

Вариант В. Он основан на профиле ХХХХ-0002. Для численного расчета лопасти В была построена составная конечно-элементная сетка. Профиль изогнут существенно сильнее, и имеет вытянутую острую кромку, что не дает возможность построить для него сетку в ICEM CFD. Поэтому вблизи лопастей строилась структурированная сетка, а остальное пространство заполнялось тетраэдрами. В итоге суммарное количество элементов сетки для варианта В существенно больше, чем для предыдущих вариантов. Это заметно увеличило время счета (до недели непрерывных вычислений на вычислительном кластере). Как и для профилей А и Б, каждая лопасть была разбита на 10 сегментов. Оказалось, что вариант В имеет очень хорошие аэродинамические характеристики при выбранном режиме обтекания. В итоге поиск оптимальной конфигурации привел к профилю ХХХХ-0002, причем изменение хорды и угла установки (крутки) вдоль размаха лопасти привело к наивысшему значению коэффициента использования энергии ветра, никогда ранее не достигавшемуся на установках мощности порядка 10 кВт. Полученные результаты можно считать прорывными в данной области.

Заметим, что эффективность найденного в результате поиска оптимального решения по конфигурации является оптимальной не только с аэродинамической, но и с аэроакустической точки зрения, что подтверждается распределением уровня генерируемого шума по октавным частотным полосам в диапазоне частот 31,5 Гц - 8 кГц. Оказалось, что при этом уровень шума в децибелах, в основном, не превышает 55 дБ. Эта закономерность нарушается лишь в области средних частот, однако в области наиболее опасных нижних частот снижение является даже более эффективным, чем в области высоких частот.

Обобщение результатов исследований по программе и методике испытаний ВЭУ малой мощности и по технологии получения движущих элементов Целью и задачами испытаний являлось: определение степени достоверности результатов численного эксперимента в среде ANSYS CFX в соответствии с пунктами 5.1.2 - 5.1.5 ТЗ, а также подтверждение правильности выбранных конструктивных и аэродинамических решений и экспериментальное подтверждение основных расчетных характеристик опытных образцов движущихся элементов турбины.

Результаты испытаний записывались в цифровом виде на твердом диске ноутбука с помощью программного обеспечения Power Graph 3.3, с использованием 9-ти датчиков, измеряющих следующие параметры: 1) время, 2) скорость ветра, 3) температура воздуха, 4) давление, 5) вращающий момент;

6) выходное напряжение;

7) сила тока;

8) угловая скорость вращения ротора;

9) осевое усилие.

Затем эти данные обрабатывались как стандартными методами обработки сигналов.

Измерение уровня генерируемого шума должно было производиться в виде отдельного испытания с помощью микрофона и шумомера, что давало дополнительный параметр измерения в виде: 10) уровень шума.

В разработанной технологии получения движущих элементов были приняты во внимание безлонжеронная конструкция – как с заполнителем, так и без заполнителя. Описаны также конструкция профиля с лонжероном и хвостовой частью. а также с двумя и более лонжеронами. Описаны методы изготовления лонжерона: метод намотки, выкладкой, формованием, а также лонжерон из пенопласта.

После анализа преимуществ и недостатков различных методик нами была выбрана конструкция двухлонжеронной лопасти с переходом к однолонжеронной в конце (при приближении к острой кромке).

Далее сделан обзор композиционных материалов, пригодных для изготовления движущих элементов ВЭУ. Описаны эпоксидные смолы, армирующие материалы, карбоволокниты, бороволокниты, органоволокниты.

При анализе методов изготовления выделены известные методы: 1) метод намотки, 2) метод выкладки. Разработана технология изготовления пресс-формы для формования движущего элемента ветряной турбины.

Метод проектирования движущего элемента был разработан применительно к лопастям ВЭУ mod.1110 в масштабе М 1:5 ветряной турбины малой мощности. Для этих профилей с лопастями, предназначенными для малой турбины в масштабе М 1:5, подробно описана цифровая 3D модель для расчетов в среде ANSYS CFX – по аналогии с расчетами для полномасштабной ВЭУ.

Основной акцент сделан на самый эффективный профиль ХХХХ-0002. С целью более полного соответствия натурным испытаниям с изготовленными лопастями в цифровую 3D модель были внесены - информация скрыта.

По расчетным данным были изготовлены аэродинамические поверхности с профилем ХХХХ-0001 и с профилем ХХХХ-0002. Конструкции обоих типов движущих элементов турбин идентичны и выполнены по наборной каркасной технологии с применением одного лонжерона круглого сечения, передней и задней кромок и набора нервюр. Наружная поверхность движущего элемента была обшита стеклопластиковой оболочкой и покрыта эмалью светлых тонов.

Обобщение результатов исследований по проведению полевых испытаний на макете в масштабе М 1:5 ВЭУ малой мощности Как было отмечено в предыдущих разделах, натурные полевые экспериментальные исследования движущих элементов на макетах, выполненных в масштабе М 1:5 ветряной турбины малой мощности, были проведены с целью определения степени достоверности численных расчетов в среде ANSYS CFX и правильности принятых конструктивно аэродинамических решений.

Конструктивно ВЭУ 018 представляла собой ветряную турбину малой мощности с рабочим диапазоном ветров 3,0…12,0 м/с. - информация скрыта.

Исследовательские испытания проводились на площадке расположенной в юго-юго западном направлении от г. Ростова-на-Дону, на побережье Таганрогского залива Азовского моря. Серия исследовательских была проведена в соответствии с разработанной Программой и методикой испытаний, которые описаны в предыдущих пунктах.

На основании предложенной методики было выполнено моделирование экспериментальной ветротурбины диаметром 2м на разных углах косой обдувки. Было установлено, что обтекание с несоосностью, приводит к существенной неравномерности углов атаки и соответственно распределению сил на лопастях в процессе вращения. Расчет крутящего момента показал, - информация скрыта.

Обработка данных, полученных по результатам измерения основных физических параметров, состояла в обработке больших массивов данных, которые были записаны в цифровом виде на твердом диске персонального компьютера. Из измеряемых параметров наибольший интерес с точки зрения аэродинамики и аэроакустики при работе ВЭУ представляют:

- скорость ветра V, м/с;

- крутящий момент М, нм;

- угловая скорость вращения, об/мин, пересчитывается в рад/с по формуле (2/60) 0,105;

- электрическое напряжение на выходе генератора U, в;

- электрический ток на выходе генератора I, а;

- уровень шума L, дБ.

Как описано выше в базовой модели, основные расчеты были произведены как для полноразмерной ВЭУ мощностью 10 кВт, так и для малой ВЭУ в масштабе М 1:5.

Экспериментальные натурные исследования были произведены для малой ВЭУ в масштабе М 1:5. Поскольку КПД преобразования механической энергии в электрическую не входит в цели данного проекта, то мощность вырабатываемой энергии нами подсчитывалась как мощность производимой механической мощности.

Было произведено также сравнение теоретических и экспериментальных результатов по уровню шума в децибелах. Расчеты производились в октавном диапазоне частот, соответствующих или 8-ми или в более полном виде (с заходом в область инфразвука) 11-ти октавным полосам: 8, 16, 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Численные расчеты как полноразмерной установки 10 кВт, так и для модели малой ВЭУ в масштабе 1: производились фильтрацией полного сигнала по этим 11-ти октавным полосам. При проведении натурных экспериментов уровень шума записывался в дБ для полного сигнала.

Микрофон при измерении силы звука располагается на оси вращения ротора на расстоянии 1 м от плоскости вращения, соответственно вниз по потоку – если плоскость вращения лопастей расположена перед кожухом, и вверх по потоку – если данная плоскость расположена за кожухом.

Обобщение результатов исследований по доработке движущих элементов по результатам экспериментальных испытаний Проведенная серия натурных экспериментовслужила для тестирования эффективной аэродинамики и аэроакустики движущих элементов ротора турбины ВЭУ. В том же время, на результаты полученных экспериментальных данных оказывают влияние также условия косого обдува;

неидеальность задней острой кромки профиля;

неидеальность в реализации точного угла установки;

и другие подобные факторы. Это приводит к определенному расхождению между теоретическими расчетами и натурными измерениями. Для преодоления вторичных факторов подобного рода была произведена доработка движущих элементов и методов их расчета.

Крутящий момент, обусловленный наличием аэродинамических сил, зависит от характера обтекания ветротурбины и, в первую очередь, наличием косой обдувки.

Аэродинамические силы при этом рассчитываются, исходя из результирующей скорости потока, обтекающего этот профиль.

- информация скрыта.

Обобщение результатов исследований по корректировке разработанной эскизной конструкторской документации Как отмечено в предыдущем разделе, по результатам проведенных испытаний, как натурных, так и численных, было установлено сильное влияние ряда конструктивно технологических параметров на выходные характеристики.

Использование аэродинамического профиля ХХХХ-0002 в конструкции движущих элементов ГО ВЭУ мощностью 10 кВт, разрабатываемой в рамках настоящей НИР, показало его высокую аэродинамическую и аэроакустическую эффективность.

- информация скрыта.

В такой ситуации применение наборной каркасной технологии с использованием одного или двух лонжеронов, передней и задней кромок и набора нервюр, как это было сделано в конструкции движущих элементов на макете в масштабе М 1:5 ВЭУ малой мощности, становится невозможным. Это приводит к несоответствию между исследуемой конфигурацией движущего элемента турбины в среде ANSYS CFX и изготовленными образцами макетов в масштабе М 1:5.

Для устранения этого несоответствия была проведена корректировка разработанной эскизной конструкторской документации на проектный макет горизонтально-осевой ветряной турбины мощностью 10 кВт, а также ее электронной 3D модели.

В эскизную конструкторскую документацию на проектный макет были внесены изменения по части шероховатости, волнистости аэродинамической поверхности, радиусу скругления задней кромки.

Данная корректировка касалась не только аэродинамических свойств, но и затрагивала вопросы аэроакустики. С этой целью был проведен нестационарный численный расчет аэроакустики с малым временным шагом 0, 00005 сек при следующем режиме обтекания:

- информация скрыта.

Система - со свободной ориентацией по ветру, поэтому плоскость вращения – вниз по потоку от вертикальной мачты.

При расчете выбрана одна фиксированная точка на расстоянии 1м вниз по потоку от плоскости вращения лопасти, расположенная на оси вращения. Расчеты по обработке акустического сигнала выполнены в программе на языке Фортран, которая реализует алгоритмы обработки, изложенные в предыдущих разделах. На входе использовались результаты по акустическому давлению, посчитанному в МКЭ среде ANSYS CFX и выраженные в Па. В результате расчетов на суперкомпьютере-кластере в течение 2-х недель непрерывного счета удалось получить массив входных данных из 6001 точек по времени:, при этом полный временной интервал с указанным шагом по времени равен примерно 0.3 с. В итоге результаты расчетов можно считать с приемлемой точностью в частотном диапазоне от 31,5 до 2000 Гц. Если допускать погрешность вычислений порядка 1 дБ, то кривая уровня шума, достигая максимума в 80 дБ, затем монотонно спадает до значений порядка 72-73 дБ.

При этом максимальный уровень шума находится на пороге инфразвука и должен совпадать с частотой вращения ротора. Это совпало с результатами расчетов. При этом уровень шума на земле = 55 дБ, если учитывать лишь частоты до 2 кГц, для которых вычисления в ANSYS можно считать корректными.

Обобщение результатов по проведению дополнительных патентных исследований При проведении дополнительных патентных исследований было установлены используемые компаниями-производителями методики изготовления движущих элементов (аэродинамических поверхностей лопастей) турбины. Была выявлена специфика производство армированных волокнами лопастей ветроколес большого диаметра. Также были изучены методики получения формы лопасти для ротора ветряной турбины. Были проанализированы технологии производства оболочек движущих элементов ветряных турбин с помощью формовки за счёт вакуумного переноса смолы.

Анализ также показал, что предварительные проработки путей повышения точности при изготовлении контура профиля движущих элементов (лопастей) ветряных турбин малой мощности во многом совпадают с общемировыми тенденциями развития, что в свою очередь существенно усложнит задачу поиска оптимального технического решения, не нарушающего права других участников рынка.

В процессе поиска были выбраны наиболее эффективные научно-технические идеи, предшествующие созданию проектного макета ветряной турбины мощностью 10 кВт, который удовлетворит требованиям ТЗ по различным технико-экономическим показателям и обеспечит конкурентоспособность.

Обобщение результатов по изготовлению и экспериментальным исследованиям движущих элементов на макете в масштабе М 1:5 ветряной турбины малой мощности, изготовленных по скорректированной документации.

В предыдущих разделах была подробно рассмотрена возникшая конструктивно технологическая задача наличия задней кромки с толщиной, в несколько раз превышающей допустимую норму. Был также намечен путь решения поставленной технической задачи, через принципиальное изменение технологии изготовления движущих элементов и применение пресс-формы (стапеля). Поскольку в части решения конструктивно-технологической задачи требования к аэродинамическим поверхностям полномасштабного проектного макета и макета в масштабе М 1:5 идентичны, то была проведена корректировка разработанной эскизной конструкторской документации на макет движущих элементов турбины малой мощности.

Выполняя требования ТЗ, была проведена корректировка эскизной конструкторской документации на макеты движущих элементов в масштабе М 1:5 ветряной турбины. В эскизную конструкторскую документацию на проектный макет были внесены изменения.

Сборочный чертеж был дополнен изображением типовой сборки задней кромки с обшивкой и нервюрой по всему размаху аэродинамической поверхности.

Технические требования были дополнены записями по шероховатости, волнистости, толщине задней кромки, и на допуск установки аэродинамической поверхности движущего элемента (лопасти) турбины.

В этой связи было принято решение о проведении в среде ANSYS CFX дополнительных численных экспериментов с учетом технологических возможностей производственных предприятий. Был разработан ряд моделей расчета с различными исходными данными.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.