МАКЕТ ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ НАСТРОЙКИ ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ НА ЗАДАННЫЕ ВЕТРОВЫЕ УСЛОВИЯ
WIND-POWERED ENGINE MOCKUP FOR ADJUSTMENT OF WIND-POWERED ENGINE FOR SPECIFIED WIND CONDITIONS

Предлагаемое изобретение относится к области малой энергетики, в частности к ветродвигателям, и может быть использовано при проектировании ветроэнергетических установок.
Из патентной литературы известна система регулирования мощности ветроэнергетической установки путем активного динамического изменения коэффициента мощности и размера рабочей площади: по мере увеличения скорости потока рабочая площадь уменьшается путем относительного перемещения сегментов лопастей, кроме того, регулируют угол атаки лопастей (ЕР №1777410, F03D 7/00).
Также известен способ управления работой ветродвигателя с вертикальной осью вращения и устройство для осуществления этого способа, который заключается в том, что при ветре раскручивают лопасти ротора и подключают рабочую машину (а.с. №1703855, F03D 7/06).
Недостаток аналогов заключается в том, что управление работой ветродвигателя осуществляется на функционирующей установке, т.е. выбор оптимального варианта количества лопастей на роторе и угла их наклона, от чего зависит и скорость вращения ротора и КПД, происходит методом «проб и ошибок» на уже эксплуатируемом оборудовании.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является ветродвигатель, в котором на кронштейнах зафиксирована пластина в форме кольца, на котором расположены установочные отверстия для крепления установочными элементами лопаток ротора (патент US 796836).
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности выработки электроэнергии, путем предварительной настройки ветродвигателя на заданные ветровые условия и отработки различных вариантов его конструктивного исполнения на макете.
Поставленная задача решается тем, что в макете ветродвигателя для настройки ветродвигателя на заданные ветровые условия, содержащем ротор с лопатками, фиксирующимися установочными элементами в установочных отверстиях кольца, закрепленного при помощи кронштейнов на оси вращения ротора, установочные элементы выполнены быстросъемными для варьирования количества лопаток ротора и угла их наклона к оси вращения ротора так, что начало лопаток ротора совпадает с внутренним диаметром кольца, наружный диаметр которого соответствует такому отклонению лопаток ротора, когда расстояние от центральной оси до окончания лопатки ротора максимально, при этом лопатки ротора с лопатками статора макета ветродвигателя направлены навстречу друг другу.
На фиг.1 представлена схема расположения макета ветродвигателя в аэротрубе, на фиг.2 - схема макета ветродвигателя, на фиг.3 - график зависимости мощности ВЭУ от угла наклона лопаток.
Макет 1 ветродвигателя для настройки ветродвигателя на заданные ветровые условия, ротор 2 и статор 3 которого имеют соответственно лопатки 4 и 5. Ротор 2 вращается вокруг оси 6.
На оси вращения 6 при помощи кронштейнов 7 закреплено кольцо 8, имеющее установочные отверстия 9, в которых при помощи быстросъемных установочных элементов 10 крепятся лопатки 4 ротора 2.
Лопатки 4 ротора 2 размещены на кольце 8 таким образом, что их начало совпадает с окружностью 11 малого диаметра кольца 8, а окружность 12 большого диаметра кольца 8 соответствует такому отклонению лопаток ротора, когда расстояние от центральной оси до окончания лопатки ротора максимально. При этом лопатки 4 ротора 2 с лопатками 5 статора 3 макета 1 ветродвигателя направлены навстречу друг другу.
Макет 1 ветродвигателя помещают в аэродинамическую трубу 13, настроенную на определенную скорость ветра. Затем быстросъемными установочными элементами 10 производят перестановку лопаток 4 ротора 2, меняя угол их наклона 14 к оси вращения 6, а также изменяют (увеличивают или уменьшают) их количественный состав.
Таким образом, происходит выбор оптимального варианта компоновки ветродвигателя, который переносят на действующую модель.
Рассмотрим варианты настройки ветродвигателя:
Макет 1 ветродвигателя, включающий 12 лопаток 4 ротора, помещаем в аэротрубу 13, продуваемую со скоростью 10 м/сек. С оси 6 снимаем следующие показания: скорость 60 об/мин, мощность - 420 Вт.
Повторяем продувку с той же скоростью, но с 9-ю лопатками - скорость вращения - 120 об/мин, мощность - 315 Вт.
Следующее уменьшение количества лопаток до 8 дает скорость вращения 250 об/мин, мощность - 280 Вт.
В связи с тем, что рекомендуемая скорость вращения ротора 2 должна быть в пределах 100÷150 об/мин, то выбираем ветродвигатель с 9-ю лопатками ротора.
Выбранный ветродвигатель с 9-ю лопатками ротора устанавливаем в аэротрубу 13, скорость продувки остается прежней - 10 м/сек, меняется только угол наклона лопаток от 0° до 45°, в зависимости от которого измеряем мощность и строим график. Из построенного графика зависимости мощности от угла наклона: при α=8° получаем наиболее выгодное значение мощности.
Таким образом, при скорости ветра 10 м/сек, количестве 9 лопаток 4 ротора 2 и угле их наклона α=8° ветродвигатель достигает наибольшей эффективности выработки электроэнергии.
Предлагаемая конструкция макета ветродвигателя для настройки ветродвигателя на заданные ветровые условия позволяет варьировать количество лопаток ротора и угол их наклона к оси вращения ротора, производя отработку различных конструктивных исполнений ветродвигателя.
Помещая макет ветродвигателя в аэротрубу и создавая при этом определенные ветровые условия, получаем возможность, без дополнительных производственных затрат, влиять на главный показатель - эффективность выработки электроэнергии.