доклад. Доклад исследовательского отдела компании ооо арктик Санрайз

• Название: Доклад исследовательского отдела компании ооо арктик Санрайз
• Анкор: доклад
• Дата: 21.04.2022
• Размер: 146.9 Kb.
• Имя файла: доклад.docx
• Тип: Доклад; #488697

Доклад исследовательского отдела компании «ООО Арктик Санрайз»

Подготовил:
ведущий исследователь
Акберов Асим

На сегодняшний день есть много альтернативных источников энергии, но для развития Арктического региона России ветроэнергетика подходит лучше всего. Требования для ветряных мельниц достаточно высокие, поэтому наша команда исследователей рассчитала примерные показатели нашего виденья модели ветрогенератора.

1. Вид ветрогенератора

Есть несколько видов ветряных мельниц, например, вертикальные мельницы (рис.1)



Рис. 1 (Вертикальная мельница)

Но наша команда решила остановиться именно на горизонтальном, более классическом в понимании ветрогенераторе, так как горизонтальные часто производят значительно больше энергии, чем вертикальные установки, от них исходит меньше вибраций, находятся на большей высоте, да и в целом они намного эффективнее вертикальных (более высокий КПД).



Рисунок 2 (Горизонтальный ветрогенератор)

2. Характеристики ветрогенератора

Основной параметр, определяющий пользу ветромельницы – это мощность. Также для эффективной работы генератора стоит вычислить количество лопастей, угол атаки на разные части лопастей, частоту оборотов и ширину лопастей. Нужные для расчета величины указаны на рис.3:



Рисунок 3 (Данные для вычислений)

Давайте пробежимся по ним:

• 
  Геометрические параметры модели (длина лопасти, внешний и внутренний диаметры вала, диаметр ветроколеса) были рассчитаны по пропорции с реальными ветрогенераторами относительно выданного ТЗ.
  
• 
  Количество лопастей было взято именно 3, так как чем больше лопастей, тем выше крутящий момент и тем ниже скорость вращения за счет увеличения лобового сопротивления. При двух лопастях, ветротурбина станет вращаться очень быстро, но с недостаточным крутящим моментом. Кроме того, есть проблема шума и высокого уровня изнашивающих конструкцию вибраций. По сравнению с трехлопастным вариантом четырехлопастная давала бы небольшой прирост крутящего момента, но вращалась бы еще медленнее. Чем меньше скорость, тем сложнее система механизмов, передающих вращение валу генератора. Да и дополнительная лопасть будет стоить немалых денег из-за затрат на установку и материалы.
  
• 
  Быстроходность винта определяется по количеству лопастей (в данном случае 3), соответственно, степень быстроходности равна 5.
  
• 
  Скорость ветра была взята по карте ветров для Норильска в зимнее время для симуляции реального ветрогенератора. Плотность воздуха была выбрана для высоты от 0 до 2 км в зимнее время.
  
• 
  Коэффициент использования энегрии ветра (киэв) – величина схожая с КПД, показывает, какая часть воздушного потока используется генератором. Максимальное значение в теории 0,593, но на практике этого достигнуть невозможно. Среднее число для горизонтальных ветротурбин 0,4.
  

Теперь углубимся в ключевые характеристики (рис.4):



Рисунок 4 (Рассчитанные хар-ки ветрогенератора)

• 
  Мощность ветрогенератора была рассчитана по формуле , где – плотность воздуха, S - площадь, омываемая ветроколесом, V – скорость ветра, k – киэв.
  
• 
  Углы атаки лопасти на конце и середине нужны для увеличения эффективности генератора, это способствует самому вращению. Угол на конце был вычислен сначала через произведение скорости ветра на быстроходность : , далее, чтобы найти тангенс угла давайте представим прямоугольный треугольник с катетами 5 и 22,5, тангенс угла равен отношению 5 и 22,5. Затем находим арктангенс ( в радианах) и переводим его в градусы через выражение . Угол атаки на середину лопасти в 2 раза больше, так как быстроходность там в два раза меньше.
  
• 
  Ширина лопасти в разных частях регулируется для поддерживания движения колеса от сил ветра. Значения ширины у ступицы, в середине и в конце были найдены по пропорции шотландского ученого Хью Пигота, где ширина равняется проценту от величины радиуса ветроколеса (7% - конец; 10% - середина; 14% - ступица)
  
• 
  Частота вращения влияет на количество выработанной энегрии за какую-то единицу времени. Нужно отслеживать данную величину и ограничивать для избежания аварий. Сначала выражается угловая частота из формулы , (с учетом перевода в рад/с), затем выражается частота по формуле
  

3. Материал лопастей

Нами были выбраны ПВХ трубы, так как они дешевые, этот пластик относится к экологичным, трубы этого типа хорошо переносят перепады температуры и давления. Они выдерживают температуру до минус 20 градусов. Их можно устанавливать и в зимний период. Они легкие и их легко можно придать нужную форму.