Ершин Ш.А.1, Ершина А.К.2, Тулепбергенов А.К.1
КазНУ им. аль-Фараби1, КазГосЖенПИ2, г.Алматы, Республика Казахстан
Принципиальная схема конструкции ветротурбины Бидарье с лопастями тропоскино (вращение валов в разные стороны).
Для проверки теоретических результатов был проведен специальный эксперимент. Научно-исследовательским институтом «Гидроприбор» была спроектирована и изготовлена действующая лабораторная модель ветротурбины карусельного типа, могущая работать в режиме Дарье и Бидарье. На аэродинамической трубе этого института были проведены 4 серии испытаний в обоих режимах, в результате которых установлено, что СУММАРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРА У БИДАРЬЕ НА 40% ВЫШЕ, ЧЕМ У ДАРЬЕ (СМ. ЗАШТРИХОВАННУЮ ОБЛАСТЬ НА РИС. ИМЕЕТСЯ АКТ ИСПЫТАНИЙ).
Теперь разберемся с КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра).
КИЭВ – это отношение мощности, развиваемой ветряным двигателем, к мощности воздушного потока ометаемой площади, в которой вращается двигатель. Работа всех двигателей определяется к.п.д., причем каждый двигатель имеет оптимальный режим при котором имеет максимальный к.п.д., при других режимах к.п.д. снижается. В ветроэнергетике к.п.д. заменили на КИЭВ. Винт рассчитывается на скорость ветра 10 – 12 м/сек и при расчетной скорости в аэродинамической трубе определяют КИЭВ.
В природе нет такого среднегодового ветра даже в ветряных зонах и ветер дует порывами, причем порывы ветра меняют не только скорость, но и направление. В результате при слабых ветрах винт не может разогнаться до своей быстроходности, при порывистых ветрах винт болтает из стороны в сторону, но КИЭВ остается постоянным. КИЭВ определяет только работу ветряного двигателя в идеальных условиях при расчетной скорости ветра, которых нет в природе. Для чего создают ветряные двигатели, для того, чтобы получить наибольший КИЭВ в идеальных условия или для того, чтобы получить дешевую электроэнергию или ометаемой площади на земле не хватает? За рубежом доказали, что ветряные двигатели, лопасти которых перекрывают большую часть ометаемой площади (многолопастные турбины, парусные двигатели, двигатель Савониуса) в приземных условиях за год собирают энергии в 2 – 3 раза больше, чем винты малого диаметра, хотя КИЭВ у них ниже. Я провел эксперимент, сделал вентилятор, который дает ветер 5 м/сек, сделал два двух лопастных винта одинаковой длинны и ширины.
Один винт сделал по теории с профилем крыла Clark Y, который создавался для ветряных двигателей. Второй винт сделал из куска водопроводной трубы с вогнутыми лопастями. Вогнутая лопасть работает также как парус. Винты разного вращения. Затем скрутил их вместе и поставил к вентилятору. При ветре 5 м/сек винт с вогнутыми лопастями побеждает классический винт.
Но лучше при ветре 5 м/сек работает 5 – лопастная турбина с вогнутыми лопастями (смотри видеоролик). Сейчас строят винты большого диаметра и получают из бесплатного ветра убыточную электроэнергию. Ветряная энергия, полученная винтами большого диаметра в 1,7 – 2 раза дороже, чем энергия, полученная на тепловых электростанциях. Двигатель Дарье создает более дешевую электроэнергию, но их редко строят, потому что в развитых странах создана индустрия по производству винтов большого диаметра, создана спец техника для строительства этих двигателей, в этой области работает много людей и перестраивать производство никто не собирается.
Но зачем в России строить такие двигатели и кто будет платить убытки, если в России есть горы и сопки, которые являются природными мачтами.
В России других энергоносителей хватает. Ветроэнергетика нужна в первую очередь на Севере и Дальнем Востоке. Я работал раньше в Торговом Флоте и принимал участие в серном завозе энергоносителей. Навигация длится всего 2 месяца. Все энергоносители поставлялись в бочках. За два месяца суда успевали пробиться на Север с помощью ледокола, выгрузить бочки и вернуться назад, времени на загрузку пустых бочек не было. Поэтому весь Север завален пустыми бочками и с каждым годом кучи бочек растут. Перевозка бочек обходится намного дороже, чем стоимость энергоносителей.
Крупную электростанцию тоже нельзя построить, потому что поселки разбросаны на сотни километров. Единственным альтернативным источником является ветер, которого там хватает. Я создаю двигатели парусного типа с вертикальной осью вращения, потому что парус начинает работать с минимальной скорости ветра и работает при любом ветре. Из двигателей с вертикальной осью вращения можно очень просто и дешево строить электростанции. Далее показан самый простой двигатель парусного типа с вертикальной осью вращения.
1-вертикальная ось
2-рычаги
3-подшипники, закрепленные на рычагах
4-лопатки
5-упоры
6-ограничители
На вертикальной оси 1 в верхней и нижней части закреплены рычаги 2, на которые закреплены скользящие подшипники 3. В подшипники 3 вставлены оси, на которые закреплены лопатки 4, причем ось лопатки смещена относительно центра лопатки. На рычагах 2 закреплены упоры 5 и ограничители 6. В положении [А] лопатка 4 прижимается к упору 5 за счет ветра, потому что ось лопатки смещена относительно центра лопатки. В положении [В] лопатка 4 находится перпен
дикулярно ветру. Ветер оказывает давление на лопатку 4 (на рис. 5.1 направление ветра показано стрелками), создавая вращающий момент. В положении [С] лопатка 4 разворачивается за счет ветра и прижимается к ограничителю 6, создавая вращающий момент при движении двигателя против ветра (принцип работы лопаток против ветра будет описан далее). В положении [Д] лопатка 4 находится по ветру, оказывая минимальное сопротивление.
На рис. 5.2 показана векторная диаграмма, объясняющая работу ветряного двигателя при движении лопаток против ветра. Вектор ветра [а] и вектор ветра [в], который создается за счет движения двигателя, складываются и получается вектор (кажущегося) ветра [с], который создает давление на лопатку 4. На лопатке 4 создается вектор силы [F], который раскладывается на два вектора [F1] и [F2]. Вектор [F1] направлен вдоль рычага. Вектор [F2] создает вращающий момент при движении лопаток против ветра. Сила [F2] возникает, когда угол D между рычагом 2 и ограничителем 6 больше 90 и меньше 180. Этот угол D лучше всего сделать 110-130 градусов.
Лопатки против ветра работают при скорости ветра, больше чем скорость ветра. Лопатка делается в виде прямоугольной рамки, на которую ставится парус. Лучше рамку сделать из двух половинок и парус зажать между двумя половинками, предварительно сделать необходимый прогиб паруса. Затем половинки соединить с помощью болтов с гайками или саморезами, если рамки деревянные. По углам для прочности нужно закрепить укосины из прочного и легкого материала. В качестве паруса можно использовать прочную пленку.
Этот двигатель простой, дешевый, для него не нужно строить мачту, редуктор и генератор ставятся внизу.
Двигатель самоуправляемый и для него можно легко сделать защиту от сильных ветров. У лопаток оси смещены относительно центров лопаток, поэтому убирая упоры и ограничители, все лопатки повернутся по ветру, создавая минимальное сопротивление. Убрать упоры и ограничители можно несколькими способами. Можно использовать в качестве упоров и ограничителей тонкие бруски, которые при сильном ветре оторвет или сломает. Можно в качестве упоров и ограничителей натянуть шнур, который при сильном ветре оторвет. Можно упоры и ограничители сделать на пружинах также, как устроен электрический выключатель.
Но у двигателя есть и свои недостатки. Когда лопасть разворачивается, то происходит удар об ограничитель. Если лопатку сделать легкой и отрегулировать ось лопатки относительно центра лопатки, а на ограничитель поставить резиновый амортизатор, то удар практически не заметен. За один оборот, парус переворачивается два раза, поэтому это может привести к быстрому износу паруса, но двигатель тихоходный и если поставить латы, то можно продлить срок службы паруса. Можно поставить плоскую лопасть, но к.п.д. снизится. Сейчас появились легкие, прочные и дешевые пленки, которые можно использовать в качестве паруса. Представленный в начале двигатель работает по такому же принципу, только парус собирается из плоских лопаток, которые могут работать очень долго (смотри видеоролик). Работает он стабильнее, чем двигатель с гибким парусом.
Эти двигатели тихоходные и на них ставятся скользящие подшипники, которые не нужно смазывать. Смазки зимой замерзают. Есть еще один двигатель парусного типа с вертикальной осью, который сейчас находится в процессе патентования. Этот двигатель с системой наведения на ветер, т.е. система наведения удерживает угол атаки, при котором парус развивает максимальную мощность как по ветру, так и против ветра. К.П.Д. у этого двигателя выше, но он более сложный и сложно сделать защиту от сильных ветров. Из двигателей с вертикальной осью можно дешево и просто строить электростанции.
доброе время суток! как с Вами можно связаться?
мой адрес tsiv@mail.ru.
Доброй ночи!
Подскажите с кем конкретно можно обсудить изготовление ветряков какие описаны выше?
Есть интерес, т.к. необходимо обеспечить удаленный объект автономным электро снабжением.
Оставьте контакты или свяжитесь со мной по тел.+79825936911, E-mail: dm_borisov@mail.ru
Если память не изменяет: Николай Марков — nickol.marckov.1959@yandex.ru