Повышенный научный интерес к разработке ветрогенератора с повышенным коэффициентом полезного действия, при его взаимодействии с низкопотенциальными ветровыми потоками, преобладающими на большей территории нашей страны, является ключевым и основополагающим и, кроме того, имеет большое практическое значение.
Актуальность заключается не только в необходимости разработки установки, преобразующей ветровую энергию в электрическую, способной эффективно преобразовывать низкоскоростной ветровой поток в механическое движение при низком ветровом потенциале, а так же в повышении коэффициента полезного действия ротора ветроколеса ветрогенератора в условиях взаимодействия с низкопотенциальными ветровыми потоками.
Особенностью ветровых потоков на большей части территории России является низкие показатели среднегодовых скоростей ветра, которые составляют менее 5м/с [1].
Стоит так же отметить, что при разработке отдельное внимание уделяется повешению показателей надёжности и долговечности установки, а так же уменьшению её удельной массы и, конечно, повышению производительности. Конечным результатом разработки, проектирования и расчета полезной модели ротора ветроколеса является снижение общей составляющей сил противодействия вращению ротора, возникающих при работе, путем разгрузки подшипниковых узлов методом взаимного противодействия одноименных магнитных полей постоянных магнитов.
Ротор (рис.1) содержит ось вращения, обозначенную на схеме 1, которая установлена в радиальных подшипниках, обозначенных цифрами 2 и 3, установленных по прессовой посадке в подшипниковом корпусе 4 и 5, закреплёнными в верхнем 6 и нижнем 7 неподвижных основаниях, соединёнными между собой при помощи стоек 8.
Лопасти, обозначенные на схеме цифрами 11 и 12 закреплены между верхним 9 и нижним 10 торцевым диском, и жестко связанными с осью вращения 1.
На нижнем неподвижном основании 7 установлено магнитное кольцо 13, напротив которого, соосно ему, на подвижном нижнем торцевом диске 10, в нижней его части, установлено съемное верхнее магнитное кольцо 14. На магнитных кольцах 13 и 14 устанавливаются пояса, которые состоят из постоянных магнитов 17 и 18 одноименными полюсами друг напротив друга, которые для своего точного относительного позиционирования помещаются в магазины 15 и 16, закрепляемые на магнитных кольцах 13 и 14.
Рис.1
Принцип работы ротора заключается в том, что при вращении перед наветренной частью лопасти, при движении навстречу ветровому потоку, давление повышается, а на заветренной понижается. Главная причина уменьшения силы сопротивления тела, движущегося в воздушном потоке, является уменьшение разности давлений между наветренной и заветренной частями. Поэтому, когда на ротор воздействует воздушный поток, попадающий в зону местного сужения между внутренней и наружными стенками двух лопастей, он, по закону Бернулли, дополнительно ускоряясь, входит во внутреннюю часть лопасти движущейся в направлении потока и часть своей кинетической энергии направляет во внутреннюю часть противоположно направленной лопасти, в область пониженного давления, уменьшая тем самым величину перепада давления между наветренной и заветренной частями лопасти.
Применение параболической формы лопастей в установке значительно уменьшает потери и поток скользит по постепенно нарастающим кривым лопастей, минуя острые углы и кромки. Тем самым достигается более плавное и безотрывное обтекание.
Технический результат достигается за счет того, что в роторе, содержащем вертикальную ось вращения, лопасти закреплены между верхним и нижним торцевыми дисками; форма лопасти, в сечении перпендикулярном оси вращения ротора, выполнена в виде цилиндрической поверхности второго порядка образующей которой является парабола; лопасти установлены с зазором между внутренней кромкой и вертикальной осью вращения; лопасти своими внешними кромками повернуты навстречу набегающему потоку; наружные боковые стенки лопасти отклонены вовнутрь лопасти по направлению от нижнего торцевого диска к верхнему торцевому диску; ось ротора, жестко связанная с торцевыми дисками и лопастями, выполнена на магнитной опоре, состоящей из двух фиксирующих ротор ветроколеса от смещений в радиальном направлении миниатюрных радиальных подшипников, расположенных в верхней и нижней части оси и двух, разгружающих подшипники, магнитных поясов, состоящих из постоянных магнитов, расположенных одноименными полюсами друг напротив друга, смонтированных соосно в нижней части ротора на неподвижном основании и подвижном нижнем торцевом диске.
Таким образом, основные преимущества предлагаемой полезной модели ротора ветроколеса ветрогенератора, выполненного на магнитном подвесе заключаются в повышении коэффициента использования энергии ветра, уменьшении концевых потерь, достижение более плавного и быстрого обтекания.
Список литературы
- Бубенчиков А. А., Бубенчикова Т. В. Оценка применения ветроколес без нагрузки в теле ускорителя потока для ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения // Омский научный вестник. 2018. № 2 (158). С. 33-37.
- Шефтер Я.И Использование энергии ветра // Энергоатомиздат, 1983, - 200 с., ил.; 2-е издание, переработанное и дополненное.
- Е. М. Фатеев Ветродвигатели и ветроустановки // ОГИЗ, Москва, 1947 г. – 543 с.
- Татевосян А. А. Выбор оптимальной конструкции, экспериментальное исследование и математическое моделирование магнитного поля низкооборотного синхронного генератора на постоянных магнитах // Омский научный вестник. 2018. № 6 (162).
