Учебная работа. Разработка и создание парусной ветроустановки

Учебная работа. Разработка и создание парусной ветроустановки

2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РК ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКАЯ ОБЛАСТЬ Г. УСТЬ-КАМЕНОГОРСК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ “№44 ШКОЛА-ЛИЦЕЙ имени ОРАЛХАНА БОКЕЯ”

Курсовой проект

Тема проекта: Разработка и создание парусной ветроустановки

Научный управляющий:

Жилкашинова Альмира Михайловна,

к.ф.-м.н., зав. лаборатории энергосбережения

и другой энергетики

Государственной научной лаборатории

коллективного использования ВКГУ им. С. Аманжолова

Усть-Каменогорск 2013

Содержание

1. Абстракт

2. Введение

3. Аналитический обзор

4. объект исследования

5. Результаты работы и их обсуждение

6. Заключение

7. Перечень использованной литературы

вал мощность износостойкость ветроэнергетическая установка

1. Абстракт

Цель исследования: разработка и создание парусного ветрогенератора, также разработка новейших износостойких материалов, использующихся при производстве ветроустановки (ВЭУ).

догадка: Исходя из убеждений научного эффекта, будут оптимизированы рабочие характеристики ВЭУ и построены зависимости скорости ветра и вращения вала от вырабатываемой мощности данной ВЭУ; исходя из убеждений технического эффекта, будет сотворена действенная инноваторская ВЭУ, которая сумеет создавать электроэнергию, отдельные элементы которой будут произведены сделаны на базе лаборатории.

Этапы, процедура исследования:

— Изготовка отдельных деталей (головка откидного болта ветроколеса, фланец, стопорный болт вала, поворотная площадка мачты) и исследование комплекса физических и хим черт данного материала деталей для улучшения их технических черт;

— Сборка и пуск парусного ветрогенератора. Проведение пуско-наладочных и монтажных работ. Создание и оценка производственной себестоимости, произведенной электроэнергии с целью определения конкурентных преимуществ;

— Отработка рабочих режимов ветроустановки, выход на номинальную мощность;

методика опыта: В процессе работы были применены традиционные программки проектирования для разработки конструкции ветроустановки, также способы механической обработки железных и пластмассовых деталей ветроустановки (фрезерно-токарные, сварочные работы). Новизна исследования и степень самостоятельности: Ветровой генератор, отличающийся тем, что он употребляет парусные лопасти из крепкой синтетики, закрепленные на ветроколесе, соединенным с многополюсным генератором на неизменных магнитах.

Создатель проекта воспринимал конкретное роль во всех шагах проекта и без помощи других изготавливал отдельные детали ветроустановки, также проводил ряд эксплуатационных испытаний по подготовке грунта в месте установки ветрогенератора.

Результаты работы и выводы: Разработан и сделан парусный ветрогенератор, произведена его установка на крыше корпуса института и оптимизированы его рабочие характеристики (демонтаж предшествующей схемы асинхронный генератор-редуктор и установка новейшего генератора на неизменных магнитах без использования системы редукции).

Области практического использования результатов: Данная установка служит для производства. Сначала данные малые ветроустановки будут увлекательны для обитателей отдаленных районов, хозяев фермерских и крестьянских хозяйств, также приграничных таможенных постов. Не считая того, данный ветрогенератор может послужить в качестве выставочного материала на международную выставку «Экспо-2017».

2. Введение

Еще в Старом Египте за три с половиной тыщи лет до нашей эпохи применялись ветровые движки для подъема воды и размола зерна. За 50 с излишним веков ветряные мельницы практически не изменили собственный вид. к примеру, в Великобритании имеется мельница, построенная посреди XVII в. Невзирая на собственный преклонный возраст, она исправно трудится и по сей денек. В Рф до революции насчитывалось примерно 250 тыс. ветряных мельниц, общая мощность которых составляла около 1,5 млн. кВт. На их размалывалось до 3 миллиардов. пудов зерна в год.

Рис.1. Персидская ветряная мельница

Рис.2. Греческая ветряная мельница

С возникновением ветряных мельниц, была облегчена одна из самых томных крестьянских работ — вращение томных каменных жерновов, перетирающих зерно в муку. сейчас это делал ветер, крутя крылья мельницы. одна из первых ветряных мельниц была найдена в Персии — в ней крылья были надеты на ту же ось, что и жернова. Всем была хороша персидская мельница, но вот неудача — она могла работать только при сильном устойчивом ветре. Когда его порывы затихали, вращать жернова приходилось по старинке — при помощи быков, а то и рабов. И вот, примерно 600 лет вспять, началось стройку мельниц башенного типа с большущими крыльями, расположенными горизонтально к поверхности земли. Одна из первых таковых мельниц возникла в Голландии, давно славившейся изобретательными мастерами. В 1745 году некоторый Эдмунд Ли осчастливил мельников изобретением новейшего типа крыльев — древесных каркасов, обтянутых материей. Выдумка оказалась так успешной, что применяется в ветряных мельницах и на данный момент.

Рис.3. Ветряная мельница Эдмунда Ли

Ветряные мельницы оказались красивыми источниками даровой энергии. Логично, что со временем их стали применять не только лишь для размола зерна. Ветряки вращали дисковые пилы на огромных лесопилках, поднимали грузы на огромные высоты, использовались для подъема воды. Вместе с водяными мельницами они оставались, фактически, самыми массивными машинками прошедшего. В той же Голландии, к примеру, где ветряков было больше всего, они удачно работали до середины нашего века. часть их действует и в истинное время. Что любопытно, мельницы в средневековье вызывали у неких суеверный ужас — так непривычными были даже простые механические приспособления. Мельникам причисляли общение с нечистой силой. Время текло, и люди все почаще думали о ветре как о источнике бесплатной энергии. Наступил таковой шаг развития технологии, когда стали строить электрогенераторы. И в Дании в 1890 году выстроили 1-ый ветрогенератор для производства электро энергии. Такие ветрогенераторы устанавливались в недоступных местах, куда было неловко либо нерентабельно передавать ток с обыденных электростанций. В конце концов, ветровые турбины стали давать четверть всей подходящей датской индустрии энергии. Меж 1920 и 1930 годами ветровые генераторы стали появляться в Австралии и США (Соединённые Штаты Америки — ток, который ветрогенератор давал в электронную сеть Севастополя, мощностью собственной не превосходил 100 кВт.

Рис.4. Ветрогенератор в Калифорнии

Типы верогенертаторов

Создано огромное количество ветрогенераторов. Зависимо от ориентации оси вращения по отношению к направлению потока ветрогенераторы могут быть классифицированы последующим образом (набросок 5-7):

* с горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветрового потока;

* с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветра (подобные водяному колесу);

* с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветрового потока.

Рис.5. Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения

Рис.6. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения с внедрением силы сопротивления и подъемной силы

Рис.7. Ветрогенераторы остальных типов

Разработаны также устройства для преобразования энергии ветра в электроэнергию без внедрения передвигающихся частей. К ним относится, к примеру, устройство, в каком для выработки электронной энергии на базе термоэлектрического эффекта Томсона применяется процесс остывания в ветровом потоке.

а) Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения

Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения могут применять для преобразования энергии ветра подъемную силу либо силу сопротивления. Устройства, использующие подъемную силу, лучше, так как они могут развить в несколько раз огромную силу, чем устройства с конкретным действием силы сопротивления. Крайние, не считая того, не могут передвигаться со скоростью, превосходящей скорость ветра. Вследствие этого лопасти, на которые действует подъемная сила (ветроколеса), могут быть наиболее быстроходными (быстроходность -отношение окружной скорости элемента поверхности к скорости ветра) и иметь наилучшее соотношение мощности и массы при наименьшей цены единицы установленной мощности.

Ветроколесо быть может выполнено с разным количеством лопастей; от однолопастных ветрогенераторов с контргрузами до многолопастных (с числом лопастей до 50 и наиболее). Ветроколеса с горизонтальной осью вращения делают время от времени фиксированными по направлению, т.е. они не могут вращаться относительно вертикальной оси, перпендикулярной направлению ветра. Таковой тип ветрогенераторов употребляется только при наличии 1-го, господствующего направления ветра. В большинстве же случаев система, на которой укреплено ветроколесо (так именуемая головка), производится поворотной, ориентирующейся по направлению ветра. У малых ветрогенераторов как правило используются для данной цели хвостовые оперения, у огромных — ориентацией управляет электроника. Для ограничения частоты вращения ветроколеса при большенный скорости ветра употребляется ряд способов, в том числе установка лопастей во флюгерное положение, внедрение клапанов, установленных на лопастях либо крутящихся совместно с ними, также устройства для вывода ветроколеса из-под ветра при помощи бокового плана, размещенного параллельно плоскости вращения колеса.

Лопасти могут быть конкретно закреплены на валу генератора, либо же крутящий момент может передаваться от его обода через вторичный вал к генератору, либо иной рабочей машине.

Из рисунка 8 видно, как установленная мощность Руст, развиваемая ветроколесом с горизонтальной осью вращения, зависит от его размеров.

Рис.8. Мощности ветрогенераторов разных размеров при скорости ветра 7,6 м/с

Перпендикулярное направление деяния ветра на установки с горизонтальной осью вращения оказалось малоэффективным, потому что также просит использования систем ориентации и сравнимо сложных способов съема мощности, что ведет к потере их эффективности. Они не имеют преимуществ по сопоставлению с иными типами ветродвигателей с горизонтальной и вертикальной осью вращения.

б) Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

Такие роторы имеют принципиальные достоинства перед ветрогенераторами с горизонтальным расположением оси. Для их отпадает необходимость в устройствах для ориентации на ветер, упрощается система и уменьшаются гироскопические перегрузки, вызывающие доп напряжения в лопастях, системе передач и иных элементах установок с горизонтальной осью вращения.

К таковым установкам относятся устройства с пластинами, чашеобразными либо турбинными элементами, также роторами Савониуса с лопастями S-образной формы, на которые действует также и подъемная сила. Устройства такового типа владеют огромным исходным моментом, но наименьшими быстроходностью и мощностью по сопоставлению с обыденным ротором.

В 1920 г. во Франции Дарье предложил новейший тип ротора, интенсивной разработкой которого начали заниматься с 1970 г. на данный момент ветрогенератор Дарье может рассматриваться в качестве основного соперника ветрогенераторов крыльчатого типа.

Ротор Дарье относится к ветрогенераторам, использующим подъемную силу, которая возникает на выгнутых лопастях, имеющих в поперечном сечении профиль крыла. Ротор имеет сравнимо маленький исходный момент, и огромную быстроходность, в силу этого — относительно огромную удельную мощность, отнесенную к его массе либо цены. Такие роторы имеют различную форму (Ц-, Д-, Х- и ромб-образную) с одной, 2-мя либо огромным числом лопастей.

Крылья пропеллера должны быть легкими и в то же время довольно крепкими. Они делаются из дерева, стали либо искусственных материалов — таковых как фиберглас.

Современные ветрогенераторы естественно, наиболее производительны чем ветряки. количество вырабатываемого ими электро энергии зависит от силы ветра и площади лопастей пропеллеров. К примеру, увеличивая в два раза площадь лопастей, можно получить в четыре раза больше электро энергии.

Малые и средние ветровые турбины как правило пичкают электричеством острова либо маленькие отдаленные поселения. В США (Соединённые Штаты Америки — к примеру, ветрогенератор на полуострове Каттиханк Айлэнд, расположенном недалеко от побережья штата Массачусетс, производит довольно энергии для снабжения двухсотен человек — всего населения острова. В нашей стране ветрогенераторы используются, в главном, на севере — на Кольском полуострове, в Якутии и даже на антарктических научных станциях.

сейчас в США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке), Англии, Дании и Канаде выполняются ветровые турбины мощностью 1 МВт электроэнергии (этого хватает, чтоб одномоментно вскипятить 500 чайников). Самые огромные ветрогенераторы в мире — британская LS-1 на полуострове Оркни и южноамериканская MOD5-B на Гавайских островах. Лопасти британской турбины имеют размах 60 метров, она производит примерно 3 МВт электроэнергии. Южноамериканская еще больше: размах лопастей 96 метров.

Но навряд ли ветровая энергетика будет развиваться по пути гигантизма. Быстрее, будущее принадлежит средним турбинам, наиболее комфортным в производстве и эксплуатации. Вроде бы ни были значительны и сильны современные ветрогенераторы, они пока не могут вполне обеспечить потребности больших городов. Маленькие ветровые электростанции удачно действуют в почти всех странах мира. В США (Соединённые Штаты Америки — к примеру, где огромное количество ферм и малых городов размещено в недоступной местности, всячески поощряется стройку ветрогенератор в 1,5 киловатта. На одном из Северо-Фризских островов в Германии уже много лет работает установка для опреснения морской воды, а на полуострове Пельворм даже сотворен полигон для испытаний различных моделей ветроустановок. В нашей стране ветрогенераторы малой мощности удачно используются в южных животноводческих хозяйствах для механизации подъема воды. Практика показала, что внедрение их обходится в 4 раза дешевле, чем внедрение дизельных движков, и в 10 раз дешевле подвоза воды авто.

Непостоянство силы ветра просит надежной аккумуляции (сохранения) энергии на периоды затишья. Но имеющиеся батареи электроэнергии весьма дороги и могут работать с неплохой отдачей только с малыми ветрогенераторами. Вследствие этого энергию ветра лучше аккумулировать в самом продукте, который она производит, — в смолотой муке, размельченных кормах, воде, наполнившей водонапорную башню. Все это увеличивает Ценность внедрения ветровой энергии конкретно в сельском хозяйстве.

Одно из плюсов ветроустановок состоит в том, что они действуют вроде бы в унисон с нашими потребностями. В большинстве регионов земного шара более мощные ветра дуют в осеннюю пору и сначала зимы — как роз тогда, когда человек больше всего нуждается в свете и тепле. И напротив, времена затишья — в главном в летнюю пору — совпадают с периодами сокращения употребления энергии (мы говорим, очевидно, о бытовом потреблении). Но это и остальные достоинство смотрятся бледновато по сопоставлению с главным недочетом: чтоб прирастить мощность ветроустановки, нужно увеличивать размер лопастей, другими словами, утяжелять систему. Но тогда для работы ветрогенератора будет нужно еще большая скорость ветра, а означает, сузятся районы внедрения установки.

Постановка трудности.

Республика Казахстан находится на шаге устойчивого социально-экономического развития. Каждогодний прирост внутреннего валового (ВВП (Валовой внутренний продукт — макроэкономический показатель, отражающий рыночную стоимость всех конечных товаров и услуг, то есть предназначенных для непосредственного употребления, произведённых за год во всех отраслях экономики на территории государства)) продукта составляет порядка 8 процентов. Главный прирост ВВП (Валовой внутренний продукт — макроэкономический показатель, отражающий рыночную стоимость всех конечных товаров и услуг, то есть предназначенных для непосредственного употребления, произведённых за год во всех отраслях экономики на территории государства) обеспечивается за счет горнодобывающей и нефтегазовой отраслей. Приняты муниципальные программки по диверсификации экономики и развития не сырьевых отраслей индустрии и сельского хозяйства. Президентом страны поставлена задачка входа страны в 50 более конкурентных государств мира. В то же время экономика страны характеризуется высочайшим потреблением энергии. Высочайшая энергоемкость экономики приводит к нерациональному использованию топливно-энергетических ресурсов, понижает конкурентно способность экономики и приводит к существенному загрязнению окружающей среды. В Стратегии индустриально — инноваторского развития Республики Казахстан поставлена задачка понижения энергоемкости экономики вдвое к 2015г. Как следствие высочайшего употребления энергоресурсов происходит существенное загрязнение окружающей среды. По удельным выбросам парниковых газов на единицу ВВП (Валовой внутренний продукт — макроэкономический показатель, отражающий рыночную стоимость всех конечных товаров и услуг, то есть предназначенных для непосредственного употребления, произведённых за год во всех отраслях экономики на территории государства) (6,11 кг СО2/USD) Казахстан занимает третье пространство в мире. Казахстан является участником Киотского Протокола и должен вести работы по понижению выбросов парниковых газов. В данной связи, для обеспечения устойчивого социально-экономического развития Республики Казахстан нужны усилия по увеличению энергоэффективности экономики и сохранению окружающей среды. Одним из путей сокращения употребления горючего и вредного воздействия на окружающую среду является внедрение возобновляемых источников энергии.

В данной связи животрепещущим и своевременным является проект по созданию новейших типов действенных ВЭУ.

Актуальность трудности.

В истинное время в РК работы по использованию энергии ветра ведутся в большей степени на территориях с неплохими ветровыми критериями (Алматинская область, Акмолинская, Мангистаускаяи.т.д.). Разработка и создание ВЭУ для большей части местности Казахстана со среднегодовой скоростью ветра наименее 6 м/с, частыми перепадами его скорости и политропной розой ветров требуют поиска новейших технических решений, обеспечивающих энергоэффективность ВЭУ с совокупе с их низкой стоимостью и маленькими массогабаритными размерами. Разработанный ветрогенератор с горизонтальной осью вращения в однофазном выполнении предназначен для бесперебойного снабжения электроэнергией мощностью до 220 В. При наличии среднегодовой скорости ветра наиболее 2,5 м/с довольно ветроустановки мощностью 5 кВт для электроснабжения потребителей домов, особняков и т.д. В периоды мощного и длительного ветра избытки вырабатываемой электроэнергии могут употребляться для отопления помещений.

Не считая того, особо животрепещуща эта неувязка стоит в преддверии Интернациональной выставки «Экспо 2017» в г. Астана, результаты данного проекта могут послужить в качестве выставочного материала российскей разработки.

Цель исследования: разработка и создание парусного ветрогенератора, также разработка новейших износостойких материалов, использующихся при производстве ВЭУ.

задачки:

— Сборка и установка ВЭУ;

— эксплуатация, оценка и оптимизация рабочих характеристик ВЭУ;

— построение зависимостей скорости ветра и вращения вала ВЭУ от вырабатываемой мощности;

— Модернизация и улучшение рабочих черт ВЭУ в процессе его работы, оценка конкурентных преимуществ ВЭУ;

— разработка технологии производства износостойких упрочняющихся материалов для ВЭУ на базе опытно-промышленной площадки.

догадка: Исходя из убеждений научного эффекта, будут оптимизированы рабочие характеристики ВЭУ и построены зависимости скорости ветра и вращения вала от вырабатываемой мощности данной ВЭУ; исходя из убеждений технического эффекта, будет сотворена действенная инноваторская ВЭУ, которая сумеет создавать электроэнергию, отдельные элементы которой будут произведены сделаны на базе лаборатории.

объект исследования: Парусный ветрогенератор.

Предмет исследования: процесс преобразования ветрового потока в электроэнергию и подвод электроэнергии к пользователю.

Новизна: Ветровой генератор, отличающийся тем, что он употребляет парусные лопасти из крепкой синтетики, закрепленные на ветроколесе, соединенным с многополюсным генератором на неизменных магнитах.

3. Аналитический обзор

Перспективы развития ветроэнергетики Казахстана обоснованы высочайшим потенциалом ветровой энергии в РК и «Стратегией территориального развития Республики Казахстан до 2015 года», согласно которой намечены мероприятия по проработке вопросца развития ветроэнергетики в регионах, владеющих значимым потенциалом ветровой энергии. Казахстан только богат ветровыми ресурсами. Порядка 50% местности Казахстана имеет среднегодовую скорость ветра 4-5 м/с, а ряд районов имеет скорость ветра 6м/с и наиболее, что предназначает весьма отличные перспективы для использования ветроэнергетики. По оценкам профессионалов, Казахстан, одна из государств мира, с более пригодными критериями для развития ветроэнергетики. Ветреные места размещены в Прикаспии, в центре и на севере Казахстана, на юге и юго-востоке Казахстана.

Энтузиазм к развитию ветроэнергетики разъясняется последующими факторами:

— возобновляемый ресурс энергии, не зависящий от глобальных рынков горючего;

— отсутствие выбросов вредных веществ и парниковых газов в атмосферу;

— развитый мировой рынок ветроустановок;

— конкурентноспособная стоимость установленной мощности (1000-1400 долл. США (Соединённые Штаты Америки — момент в мире существует огромное количество типов ветроустановок горизонтального и вертикального выполнения. Парусные ветряки могут быть реализованы как с горизонтальной, так и вертикальной осью вращения ветроколеса. Основная часть сухопутных парусников является наследниками старого критского ветроколеса, разные варианты которого продолжают применять в ветряных мельницах Испании, Греции и в остальных странах Средиземноморья [1-3].

По сопоставлению с лопастями традиционных мельниц, к примеру, голландских либо русских, парусные лопасти проще в изготовлении, эксплуатации либо ремонте. У паруса есть одна принципиальная изюминка, которой нет у традиционной лопасти. Парус фактически одномоментно подстраивается под силу и направление ветра, что обеспечивает возможность работы парусного ветряка в широком спектре скоростей ветра, от самых малых до буревых. Потому что паруса размещаются по периферии ветроколеса, то даже при слабеньком ветре такое ветроколесо передает на ось электрогенератора приметную мощность, тогда как сечение лопасти у традиционного лопастного ветряка миниатюризируется от центра к периферии, потому лопастные ветряки, не способны утилизировать слабенький ветер. В конструкции парусных ветряков есть много положительных свойств. Общая схема хоть какой ветроустановки показана на рисунке 1 [4-7].

Набросок 1 — Общая схема ветроустановки

Парусные ветроустановки различаются от обычных лопастных ветроустановок дешевизной, абсолютной экологичностью, способностью применять энергию слабеньких ветров. например, традиционный лопастной ветрогенератор малой мощности недозволено поставить на пасеке из-за вероятности смертоубийства пчел и иной живности. Отсутствуют звуковые возмущения, вибрации и остальные отрицательные стороны обычных ветряных систем. Парусные ветрогенераторы лучше всего подступают для сельской местности. Сельскому жителю, имеющему подворье, повсевременно приходиться запаривать корм звериным либо обогревать теплицы. Не считая того, для нужд хозяйства нужна и механическая энергия, например, для водоподъема либо прессования самана. Эта информация дает довольно полное представление, что парусные ветроустановки могли бы при массовом применении в сельской местности и в маленьких городках решить почти все трудности.

4. Результаты работы и их обсуждение

Разработан ветрогенератор с горизонтальной осью вращения в трехфазном выполнении созданный для бесперебойного снабжения электроэнергией мощностью до 220 В. Предлагаемый парус ветроустановки, изготовлен из агротекса и весьма стремительно подстраивается под направление дующего ветра, что дает возможность работы парусного ветрогенератора при разных скоростях ветра. Можно будет избежать неравномерности в скорости ветра по высоте, потому что любой парус, работая на общую ось, гибко сам будет подстраивается под силу и направление локального воздушного потока. Не считая того, как проявили наблюдения на лабораторном макете, при движении ветра, паруса делают меж собой систему воздушных каналов, воздух в каких перенаправляется в таком направлении, что обеспечивается повышение мощности ветроколеса, потому что повышение скорости воздуха меж парусами приводит к падению давления меж ними, а означает, в эти зоны будет устремляться воздушные потоки, «пролетающие» с ветроколесом (аэродинамический эффект). По результатам наших наблюдений агротекс за ранее нужно обработать веществом полиуретана на базе сложного полиэфира. В течение полугода были произведены тесты материала парусов на стойкость к погодным условиям и по подготовительным расчетам, срок службы составит не наименее 3 — х лет. По данным «Казгидромет» в нашем городке средняя скорость ветра по фронтам составляет 3,9 м/с, а средне годичная скорость ветра — 2,3 м/с, но в отдельных местах городка и пригорода средне годичная скорость ветра добивается — 5м/с. Как видно, из приведенных данных данной скорости будет довольно для неизменного вращения парусов ветроустановки (малая скорость ветра при которой паруса будут вращаться-1,9м/с).

В нашем проекте для защиты от больших скоростей ветра употребляются метод запрокидывания ветроколеса ввысь вследствие давления ветра конкретно на элементы конструкции самого ветроколеса. На лопастные ветроустановки при резких порывах ветра действуют доп перегрузки в поворотных шеях опор, а в предлагаемой нами установки любой парус крепится на 2-ух опорах, что в свою очередь, приводит к уменьшению перегрузки. Не считая того, рассчитанная несущая способность мачты указывает, что радиус и материал трубы подобран с 10-ти кратным припасом прочности (расчеты были произведены при помощи программки StructureCAD). Свой вес ВЭУ введен программкой по плотности и геометрическим чертам всех составляющих частей рис. 2).

Технические характеристики ветрогенератора:

— высота установки 6 м;

— поперечник лопастного колеса — 1,5 м;

— количество лопастей — 8 шт;

— рекомендованные батареи — 3000 ампер-часов (12В, 150AHх20);

— время до полной зарядки аккумов — около 12 часов;

— рабочая температура — от -(минус) 40С до +50С;

— тип электрогенератора — многополюсный генератор на неизменных магнитах;

— тип конвертора (преобразователя напряжения) — синусоидальный;

— материал лопастей — агротекс, покрытый в два слоя полиуретаном;

— электронное оборудование — инверторы напряжения 220 Вольт, зарядное устройство, батареи 12Вт.

Набросок 2 — процесс расчета несущей возможности мачты в программке StructureCAD

Ветрогенератор состоит из главных частей лопастного колеса, привода и мачты (рис.3). Лопастное колесо ветрогенератора состоит из 8 (восьми) лопастей, закреплённых на фланце при помощи болтовых соединений (рис. 4).

Любая лопасть состоит из креплений и крыльчаток. Крепления лопасти сделаны из металлической трубы Ш20 мм и имеют Г-образную форму изогнутую относительно вертикальной оси под углом 70°.

В конструкции ветрогенератора употребляется аксиальный дисковый 24-полюсной генератор на неизменных магнитах из сплава Fe-Nd-B. Неодимовые магниты посильнее ферритовых в 7 раз, что значительно увеличивает КПД генератора. генератор состоит из 2-ух железных дисков из низкоуглеродистой стали с наклеенными магнитами, агрессивно соединеными меж собой через распорную втулку. В зазоре меж дисками размещены недвижные плоские катушки без сердечников. ЭДС индукции возникающая в половинках катушки обратна по направлению и суммируется в общую ЭДС катушки. ЭДС индукции возникающая в проводнике передвигающемся в неизменном однородном магнитном поле определяется по формуле

E=B·V·L,

где: B-магнитная индукция, V-скорость перемещения, L-активная длина проводника.

Набросок 3 — Схема трехфазного генератора, развернутая на плоскость.

Набросок 4 — Схема трехфазного генератора

Собранный привод устанавливается на поворотную площадку мачты при помощи болтовых соединений, создав сборочную единицу головки привода. Поворотная площадка мачты сварная система, которая устанавливается на верхнюю часть мачты, также имеются два места под установку электроэлементов. К ребрам жесткости поворотной площадки мачты крепятся два токосъемника при помощи резьбовых соединений. Из-за различных полюсов тока в сети токосъемники выполнены 2-ух типов недлинного и длинноватого. Токосъемники представляет собой стержень, состоящий из железной и неметаллической части, на железную часть посажен подшипник.

Набросок 5 — Вид парусного ветрогнератора, расчетной мощностью 5 кВт

Набросок 6 — Верхняя часть мачты (ветроколесо) парусного ветрогнератора

Мачта ветрогенератора состоит из 2-ух частей верхней и нижней, соединенных меж собой резьбовыми соединениями, в резьбовом соединении использованы откидные болты, через головку откидных болтов проходят растяжки. Растяжки нужны для стойкости конструкции ветрогенератора при работе.

Механические тесты образцов неких деталей ветроустановки будут проведены при помощи узнаваемых и испытанных способов, таковых как, испытание на растяжение, сжатие, истирание в процессе износа и оценка твердости материалов.

5. Заключение

В итоге реализации проекта было выбрано пространство установки ветрогенератора — крыша корпуса лаборатории. Данное пространство было выбрано исходя из его ветропотенциала, который оценивался методом измерения скорости ветра при помощи анемометра в течении года. Разработан эскиз ветрогенератора расчетной мощностью 5 кВт с горизонтальной осью вращения в трехфазном выполнении, созданный для бесперебойного снабжения электроэнергией. В опытно-промышленной площадке лаборатории сделаны некие ответственные детали ветроустановки: головка откидного болта ветроколеса, фланец, стопорный болт вала, поворотная площадка мачты методом термообработки изделий опосля фрезерно-токарных работ.

Таковым образом, разработанная система парусного ветрогенератора дозволит отлично применять энергию ветра за счет использования большенный площади ветрового потока, за счет сравнимо неспешного движения парусных частей неопасного для человека и звериных, не делает шумовых инфразвуков и радиопомех, работает в приземных воздушных потоках. Турбулентность приземного воздушного потока не достаточно влияет на эффективность работы установки.

6. Использованная литература

1. Бут Д.А. Бесконтактные электронные машинки: Учеб. Пособие для электромех. и электроэнерг. спец. вузов. -М.: Высш. Шк., 1990. — 416 с: ил, с. 287 — 298.

2. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике — М., «Машиностроение», 1969 — с.99.

3. ГОСТ Р 51991-2002. Нестандартная энергетика. Ветронергетика. Установки ветроэнергетические. Общие технические требования.

4. Фатеев Е. М. / Как создать самому ветроэлектрический агрегат/: Государственное энергетическое издание, Москва, 1949 г.,314 с.

5. Фатеев Е.М. / Ветродвигатели ветроустановки / Сельхозиздание, Москва, 1948 г., 186 с.

6. Безруких П.П., Безруких ПЛ. (мл.).Что может отдать энергия ветра: Ответы на 33 вопросца. М.: Недра, 2002. 39 с.

7. Power performance measurements of electricity producing wind turbines, 1st ed., 12/2005.

]]>