ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской разработки.

По эффективности работы и оригинальности конструкций предлагаемые ВЭУ не имеют аналогов в мировой практике, так как они разработаны на основе трех патентов РФ на изобретение и двух свидетельств на полезную модель. Предлагаемые конструкции ВЭУ просты в исполнении, так как при их разработке учитывались уже существующие технологии изготовления металлических конструкций, однако по мощности они не уступают лучшим мировым образцам, а по эффективности превосходят их.

Изготовление конструкций ВЭУ доступны многим предприятиям России, а конструкции аналогичных ВЭУ, разработанных лучшими аэрокосмическими фирмами США (nationalaeronauticandspaceadministration)nasaнедоступны не только нашим предприятиям, но и американским, например, изготовление пропеллера диаметром 185 метров.

Преимущество предлагаемых ВЭУ по сравнению с лучшими мировыми образцами:

1. Работа ВЭУ не зависит от изменения направления ветра. При непостоянстве направления движения воздушного потока ВЭУ ведет себя как живой организм, изменяя положение ветронаправляющих экранов, а для ВЭУ с лопастями типа «Колокол» и изменение положения стабилизирующей плоскости, приспосабливаясь к изменяющейся ветровой ситуации.

2. Наличие ветронаправляющих экранов способствует увеличению скорости прохождения ветрового потока через ветровую турбину. Кроме того, ветронаправляющие экраны изменяют направление движения ветра, сосредоточивая его на лопастях ветротурбины, создавая при этом благоприятные условия для ее вращения.

3. Модульный принцип конструкций ВЭУ дает возможность собирать установку из отдельных блоков, способных самостоятельно работать. Эта особенность позволит без особого труда наращивать мощность уже построенных ВЭУ, дополняя установку новыми модулями.

4. Предлагаемая конструкция ВЭУ может работать при скоростях ветра от 3-4 м/с до 20 м/с, а большинство зарубежных ВЭУ начинают работать только при скорости 5-6 м/с.

5. Скорость обтекания конца лопастей менее 330 м/с (меньше скорости звука), что не допускает образования ударных волн, не препятствует обитанию и перелету птиц. Предлагаемые ВЭУ могут располагаться в непосредственной близости от жилья, что может существенно уменьшить расходы на передачу электроэнергии на большие расстояния.

6. Эффективность работы предлагаемых ВЭУ значительно выше, чем у известных ветродвигателей.

Для подтверждения преимущества, указанного в пункте 6, выполним сравнительный расчет по определению мощности разработанного и известного ветродвигателей с одинаковой площадью роторов.

Выполняя расчеты, воспользуемся техническими характеристиками ВЭУ, полученными при проведении испытаний нескольких опытных образцов различной конструкции, которые были выполнены на основе изобретений и по содержанию зарегистрированных полезных моделей. Испытания моделей проводились в аэродинамической трубе 3-АТ-17,5/3 научно-исследовательской и проектно-строительной фирмы "Уникон".

Пример расчета

Дано: ВЭУ с четырьмя стационарными лопастями типа "Банан" с шестью ветронаправляющими экранами; радиус ротораr=0,11 m;площадь миделя ротора А = 0,0598 м ². Характеристики, полученные при испытаниях модели: скорость ветраv= 6,7 м/с; обороты ветротурбины n = 131 об/мин; С_m= 0,284.

Решение

1). Определяем скоростной напорq= p*v²/ 2 = 1,225*6,7 ²/ 2 = 27,495.

2). Определяем крутящий момент

m_кp= c _m*a*r*q = 0,284*0,0598*0,11* 27,495 = 0,05136кгм.

3). Определяем угловую скорость вращения ветротурбины

w=p*n/30=3,14*131/30=13,72.

4). Мощность установки Р=М*w= 0,05136*13,72=0,70466 кг*м/с = 6,908 Вт Традиционная установка той же площади при максимальном коэффициенте использования энергии ветраx= 0,45.

Мощность традиционной установки

p=x*p*a*v³*0,5=0,45*1,225*0,0598*6,7 ³ *0,5=4,957 Вт

Отношение мощности разработанной установки к мощноститрадиционной составит

n_разр/n_трад= 6,908 / 4,957 = 1,393 или на 39,36 %

Пример расчета

Дано: ВЭУ с четырьмя лопастями типа "Колокол", которые снабжены подвижной свободно поворачивающейся вокруг вертикальной оси стабилизирующей плоскостью, с шестью ветронаправляющими экранами; радиус ротораr = 0,11 m;площадь миделя ротора А=0,0598 м ². Характеристики, полученные при испытаниях модели: скорость ветраv= 4,8 м/с; обороты ветротурбиныn=170 об/мин; С_m=0,264.

Решение

1). Определяем скоростной напорq=p*v²: 2 = 1,225*4,8 ²: 2 =14,112

2). Определяем крутящий момент

М _кр=c _m*a*r*q=0,264*0,0598*0,l1*14,112=0,0245 кгм.

3).Определяем угловую скорость вращения ветротурбины

w=p*n/30=3,14*170/30=17,79.

4). Мощность установки

Р=М*w= 0,0245*17,79=0,436 кг*м/с = 4,274 Вт.

Традиционная установка той же площади при максимальном коэффициенте использования энергии ветраx= 0,45.

Мощность традиционной установки

p=x*p*a*v ³ *0,5= 0,45*1,225*0,0598*4,8 ³ *0,5=1,823 Вт.

Отношение мощности разработанной установки к мощности традиционной составит

n_разр/n_трад=4,274 / 1,823 = 2,345 или на 134,45%.

Повышение мощности ВЭУ и коэффициента использования энергии ветра, полученных в каждом из примеров расчета, происходит за счет применения ветронаправляющих экранов и высокоэффективных лопастей ветротурбины.

Помимо разработки и испытания моделей ВЭУ были проведены некоторые работы по расчету и конструированию поддерживающей конструкции и ротора. Расчеты проводились на ветровую нагрузку 0,85 кПа при скорости ветра 69 м/с. В результате проведенных расчетов выявлено, что при мощности ВЭУ от 1 кВт до 50 кВт экономичнее использовать рамную конструкцию, от 50 кВт до 300 кВт сетчато-цилиндрическую, а от 300 кВт и выше следует применять структурно-стержневую конструкцию с внутренними стойками.

Конструкция ВЭУ мощностью 25 кВт имеет общую высоту Н = 27,0 м, внешний диаметр d = 12,0 м, диаметр ветротурбины d = 6,0 м, площадь миделя ветротурбины Ат = 130 кв. м. Поддерживающая конструкция состоит из двух модулей-верхнего и нижнего, каждый из которых сверху заканчивается диафрагмой жесткости в виде горизонтальных ригелей с подкосами. Рама состоит из шести стоек, на которые навешиваются ветронаправляющие экраны в виде сваренных между собой контактной сваркой двух листов профилированного стального настила марки h114-750-0,8 по ГОСТ 24045-86. Ширина ветронаправляющих экранов принимается по формуле b = (d/4)-0,1 м. Общий расход стали на ВЭУ мощностью 25 кВт составляет 41 т, из них профилированного настила-8,12 т.

Конструкция ВЭУ мощностью 50 кВт имеет такую же конструкцию с размерами Н = 35,0 м, d = 16,0 м, d = 8,0 м, Ат = 264,0 кв. м. Ветронаправляющие экраны шириной 3,9 м выполняются из четырех слоев профилированного настила марки н75-750-0,8. Общий расход стали на ВЭУ мощностью 50 кВт составляют 99 т, из них на проф.настил-21,9 т.

Представляемые на конкурс разработки ВЭУ являются абсолютно чистыми источниками энергии. Вращение ветротурбины у них значительно медленнее, чем у известных ВЭУ, что является безопасным для обитания и перелетов птиц, а также не вызывает появления инфразвуковых волн, вредных для животных и человека.

Основные гарантируемые технико-экономические характеристики объекта:

1) эффективность предлагаемых ВЭУ выше не менее чем на 30 % лучших мировых образцов;

2) простота изготовления, позволяющая выполнить ВЭУ на небольших заводах металлоконструкций.

Стадия освоения объекта: наличие конструкторско-технической документации, изготовление и испытание моделей, строительство опытно-промышленного образца. Имеется техническая и экономическая возможность выпуска ВЭУ на предприятиях Кемеровской области.

Потенциальная потребность рынка в ветроэнергетических установках безгранична, особенно потребность возрастает в местах с высокими скоростями ветра.

Конструкции ВЭУ защищены тремя патентами РФ - № 2074980 приоритет от 08.02.94, № 2116501 приоритет от 07.04.97, № 2135823 приоритет от 07.07.98 и двумя свидетельствами на полезные модели № 7453 приоритет от 15.09.97, № 8740 приоритет от 24.02.98.

В конструкциях ВЭУ имеются ноу-хау, без знания которых затруднено несанкционированное их применение.