Воронежский государственный технический университет

СЕКЦИЯ 3

ТЕХНОЛОГИЧНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

И ПРОЦЕССЫ

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Н

В Г Т У

Т2001

УДК 621.311.24

П. Ю. Беляков, В. В. Доильницин

экспериментальное исследование энергетических

характеристик ветродвигателя с циклоидным ротором

Одним из направлений экономии невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов в условиях кризиса Российской энергетики является их частичная замена альтернативными возобновляемыми источниками энергии и, в частности, энергией ветра. Решение проблемы связано с совершенствованием теории и практических методов преобразования альтернативной энергии в удобные для употребления формы - электрическую, механическую или тепловую. Однако в доступной литературе публикуются весьма скудные сведения по теории, методам расчета и характеристикам ветроагрегатов. Практически только в старых изданиях имеется подробная информация по одному типу - классическим крыльчатым ветродвигателям с горизонтальной осью вращения.

В лаборатории технологии использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии при кафедре электромеханических систем и электроснабжения Воронежского государственного технического университета разработана и построена экспериментальная аэродинамическая установка, позволяющая производить продувку масштабных моделей ветротехнических устройств и аэродинамических профилей. Научно-исследо-вательская работа по данному направлению ведется в рамках темы ГБ 2000.1 «Исследование и разработка теоретических основ и практических аспектов технологии использования энергии нетрадиционных возобновляемых источников на территориях с низкими скоростями ветра и средней солнечной активностью».

Одним из последних экспериментов, проведенных на данной установке, является исследование энергетических характеристик ветродвигателя с ротором циклоидного типа, информация о котором обнаружена в ходе информационно-патентного поиска [1,2]. Как известно [3] основной энергетической характеристикой ветродвигателя является зависимость

где η_ив - коэффициент использования энергии ветра; ω - угловая частота вращения ротора в рад/с; R - радиус ротора в м; v - скорость воздушного потока в м/с.

В ходе экспериментов при различных скоростях воздушного потока фиксировались частота вращения и момент нагрузки на валу макета ротора с двумя вертикальными крыльями веретенообразного профиля с синхронизирующей передачей цепного типа.

Коэффициент использования энергии ветра определялся в соответствии с соотношением

где Р_вэу - мощность установки, определяемая по формуле

где ω - угловая частота; М - момент на валу установки в н·м;

Р_в - мощность воздушного потока, протекающего через ометаемую площадь ротора, определяемая по формуле

где ρ - плотность воздуха в текущих условиях окружающей среды в кг/м³;

S - ометаемая площадь ротора в м².

Обработка данных, произведенная на персональном компьютере с использованием стандартного программного обеспечения Microsoft Excel, позволила получить графики и аппроксимирующие выражения для основных энергетических характеристик ротора.

Анализ полученной в результате экспериментов информации позволяет сделать следующие выводы:

• ротор циклоидного типа является тихоходным (быстроходность под нагрузкой, не смотря на комплексное использование при работе всех аэродинамических сил, находится в пределах 0…0,81);

• максимальное значение коэффициента использования энергии ветра η_ив, полученное в ходе исследований не превысило 0,075, хотя с увеличением скорости воздушного потока наблюдается тенденция к его повышению (при скоростях воздушного потока, превышающих 3,2 м/с возможности нагрузочного устройства были исчерпаны, и в настоящее время проводится его модернизация);

• при низких скоростях ветра ветроустановка с ротором данного типа более эффективна, чем быстроходное крыльчатое ветроколесо с горизонтальной осью вращения, так как обладает более высоким η_ив.

Литература

1. Пат. 2070659 RU, МПК³ С1 6 F 03 D 3/02, 7/06. Ветряной агрегат / Л. И. Архипов, С.Ф. Бокарев, В.Ф. Горяченко и др. (РФ); 94029816/06; Заявлено 02.28.94; Опубл. 20.12.96 // Бюл. № 35.

2. Пат. 2044920 RU, МПК³ С1 6 F 03 D 3/00, 7/06. Ветродвигатель / К.П. Благовещенский (РФ); 96025167/06; Заявлено 05.05.93; Опубл. 27.09.95 // Бюл. № 27.

3. Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки / 2-е изд., перераб., М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1967. - 536 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.313.292