КАЗАХСТАНСКИЕ КОНСТРУКТОРЫ ИЗОБРЕЛИ ВЕТРОКОЛЕСО, ПРЕВЫШАЮЩИЕ ПО МОЩНОСТИ В 2-3 РАЗА УСТАНОВКИ С ПРЯМЫМИ ЛОПАСТЯМИ
Основным элементом ветроэнергетической установки, превращающим кинетическую энергию ветряного потока, является конструктивная особенность ветрового колеса.
Недостатком традиционно применяемых ветроколес является прямое силовое вращение основного вала ветродвигателя, что обычно требует удлинения длины лопастей для повышения мощностей ветроустановки. В настоящее время конструктивные совершенствования ротора достигли пределов технической возможности (длина лопастей до 60 метров, масса более 7 тонн).
Казахстанские конструкторы Шайкенов Б. и Шайкенов Е.Б. изобрели новую форму ветроколеса. В изобретенной конструкции ротора лопасть состоит из двух частей: короткой с коленным изгибом корневой части и длинной крыловидной части. В свою очередь короткая часть состоит из осевого и рукавного участков. Осевой участок крепится к головке установки, а рукавной участок соединяется с осевым, под углом 30-600, создавая коленный изгиб. К рукавному участку, через вал с шарнирными устройствами, устанавливается длинная крыловидная лопасть.
Новая конструкция ветроколеса в силу особого устройства системы рычага с двумя плечами и двумя точками опоры, находящегося в одной стороне, создает эффективную кинематику ветрового потока с высоким коэффициентом действия. При испытании ветроустановки с лопастями с коленным изгибом и с установкой с прямыми лопастями на полигоне в Капчагае, при одинаковой силе ветра данное ветроколесо показало ускорение вращения от 0,5 до 3,5 раза быстрее, чем ветроколесо с прямыми лопастями, и на такую же величину больше вырабатывал электроэнергию.
Это открывает новые возможности для ветроэнергетики. Новая конструкция ветроколеса позволяет использовать мощные генераторы энергии, дает возможность уменьшения длины лопастей, снижения массы гондолы и опоры ветродвигателей, снизить себестоимость киловатт-часов энергии на затраченные материалы и установки.
ВЕТРОКОЛЕСО С КОЛЕННЫМ ИЗГИБОМ ЛОПАСТЕЙ –БУДУЩЕЕ ВЕТРОЭНЕГЕТИКИ
Макет установки новой конструкции ветроколеса с коленным изгибом, установлен на павильоне «Лучшая практика» на первом этаже, напротив Шара с северной стороны.
Основным элементом ветроэнергетической установки, превращающим кинетическую энергию ветрового потока, является конструктивные особенности ветрового колеса.
Ветроколесо – это рычаг. В настоящее время конструктивные совершенствования ротора достигли пределов технической возможности (длина лопастей до 80-112 метров, масса более 7 тонн).
Основой традиционно применяемых ветроколес является прямое силовое вращение главного вала ветродвигателя. Передача кинетической силы ветра от лопасти происходит через точку ее прикрепления к головке установки и сила F рычага равна расстоянию между точкой опоры и центром основного вала (рис. 1).
В нашей конструкции ротора «Қайқы желқалақ», лопасть имеет форму наподобие хоккейной клюшки (рис. 4). В изобретенной конструкции ротора, лопасть состоит из двух частей: короткой с коленным изгибом (рис. 4.2.3) корневой части и установленной к ним под углом длинной крыловидной лопасти (4.11).
В чем заключается преимущества нашей конструкции от традиционных лопастей с прямыми осями?
Наша конструкция ветроколеса использует новую систему рычага, которая создает эффективную кинематику ветрового потока с высоким коэффициентом действия. В конструкции «Қайқы желқалақ» момент силы F1 усиливается дополнительно с присоединением к ней осевого участка F2 (рис. 4.2). Осевой участок короткой части лопасти является тем звеном, который составляет момент дополнительной силы (F = F1 + F2). Сообщаемая дополнительная сила пропорционально увеличению длины осевого участка (рис. 4.2), который в зависимости от запланированной мощности ветроустановки составляет 0,20-5 м.
Техническими результатами изобретения являются:
- повышение коэффициента использования энергии ветра, увеличения мощности ветрогенератора, снижение расхода материалов, за счет уменьшения длины лопастей, снижения массы гондолы и опоры ветродвигателей;
- снижение себестоимости вырабатываемой ветростанциями электроэнергии, способствует снижению загрязнения природы отходами теплоэлектростанций и атомных реакторов, что сделает ветроэнергетику более конкурентоспособным по сравнению с другими источниками энергии.
Патенты.По результатам конструкторских изысканий получены 6 патентов Казахстана и 2 патента Европейской патентной организации, на основе которых получены национальные патенты 8 стран Европы: Германии, Дании, Англий, Нидерландов Франции, Испании, Турции, России, а также патенты Японии, Южной Кореи, Индия, Китая и США.
Испытание.Проводилось испытание ветроколеса «Қайқы желқалақ» сравнительно с ротором с прямыми лопастями на ветровых полигонах вблизи г. Капчагая и Нурлы (Енбекшиказахский р-н) в 2017-2020 гг. Для испытания ротора Angled blade и ротора с прямыми лопастями использовали генератор AeroCraft 750, производство Германии.
Динамические показатели генераторов: выработки тока, оборота вращения, зарядки аккумуляторов и потребляемая мощность нагрузки ежедневно фиксировались через регулятор ACLR в компьютере по программе Excel.
При скорости ветра 5-6 м/сек у ротора «Қайқы желқалақ» выработка тока и обороты вращения превышает ротора с прямыми лопастями на 15-17%, при скорости ветра 8-9 м/сек это различие могут достигать 25-30%, а при скорости ветряного потока свыше 11-13 м/сек, различия этих показателей возрастают до 50-70%.
Демонстрация.Модель нашей конструкции как лучшая инновация Казахстана был выбран для показа на ЭКСПО – 2017 на павильоне «Лучшая практика», в настоящее время размещен в павильоне «Жер-Алем» на 5 этаже по Ветроэнергетике.
Авторы
Б.Шайкенов Е.Б.Шайкенов