Материал: Инновационные технологии и материалы. сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых

ку, системе газификации и запорной арматуре. В настоящий момент промышленность не выпускает криогенных баков, рассчитанных на 10 - 20 бар, нет малогабаритных криогенных насосов для подачи жидкого азота под давлением 10 бар. В литературе слабо освящены вопросы использования воздушных теплообменников в системе газификации жидкого азота. Здесь на первый план выходят вопросы борьбы с обмерзанием воздушных теплообменников.

В2009г. В Технопарке Воронежского Государственного Университета был создан опытный экземпляр пневмопривода на жидком азоте

иприменѐн на автомобиле ОКА ВАЗ1111 (авторы Максименко А.А., Ховив Д.А., Лобанов М.В., Зайцев С.В.), он учавствовал на 3 Воронежском промышленном форуме в 2010г. Опыт эксплуатации данного автомобиля выявил его сильные и слабые стороны: недостаточную мощность привода (как следствие невысокую скорость), обмерзание воздушных теплообменников при длительной езде, отсутствие системы рекуперации, обогрева салона и высокий расход жидкого азота (1л на 1км пробега). Но вместе с этим он отличается низким уровнем шума, высокими тяговыми характеристиками, полностью готов к применению на автодорогах общего пользования, сохранены все стандартные элементы управления автомобилем. Запас хода при скорости 30 км/ч составляет порядка 50 км. Подтверждена жизнеспособность и перспективность данного направления работ.

Взаключение перечислим основные преимущества применения криогенных силовых установок в автомобилях:

-полная экологическая чистота;

-недорогая технология производства и обслуживания СУ;

-эффективный КПД пневмодвигателя может достигать 50…60 % [1], что значительно превышает максимальный КПД двигателей внутреннего сгорания;

-пневмодвигатель обладает также высоким пусковым моментом

илучшей приемистостью по сравнению с ДВС;

-возможность рекуперации энергии при торможении, пожаробезопасность;

-доступность и относительно низкая стоимость рабочего тела (сжиженный или сжатый азот, воздух);

-экономическая целесообразность (стоимость 1 км пробега криоавтомобиля сопоставима

со стоимостью пробега для автомобиля с ДВС, если учесть вред, наносимый населению и окружающей среде выхлопами ДВС);

146

-возможность использования на борту высокоэффективных сверхпроводящих устройств

-существенным преимуществом пневмодвигателя на ДВС является более высокий КПД (50-60%) по сравнению с ДВС (30-40%) на стенде и 10-20% в городском цикле езды [2].

Литература

1.Разработка криогенной силовой установки для экологически чистого автомобиля/ БондаренкоС.И., КудрявцевИ.Н., ЛевинА.Я., ЛевченкоН.М.,Муринец-МаркевичБ.Н., ПятакА.И. // Вопросы атомной техники и науки. 2004, с. 152-157.

2.Эффективность использования пневмодвигателя в автомобиле. / Кудрявцев И.Н.,Пятак А.И.,Бондаренко С.И.,Левин А.Я.,Муринец-Маркевич Б.Н., Пламмер М.Ч. // Альтернативная энергетика и экология. № 2 (22), 2005, с 82-88.

УДК 621.311.245

АВТОНОМНАЯ РОТОРНАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

М.И.Смородинов Воронежский государственный технический университет

E-mail: smorodinov21@mail.ru

Актуальность. В последнее время человечество успешно разрабатывает так называемые источники возобновляемой энергии (ветроэнергетические установки (ВЭУ), солнечные батареи, энергии приливов-отливов, геотермальные источники и т.д.), которые не наносят ущерб окружающей среде.

Благодаря наилучшей отдаче от капиталовложений самым привлекательным источником является установка, преобразующая энергию ветра в электрическую. Дома вы или вас нет, установка питает все работающие приборы (холодильник, сигнализацию и освещение) совершенно бесплатно и заряжает аккумуляторы, которыми можно воспользоваться во время пиковых нагрузок, например, утром и вечером, когда мощности ветроэнергетической установки недостаточно, тем более, при отсутствии ветра. Кроме того,

147

вложение денег в ВЭУ избавит от проведения линии электропередач и газа, позволит иметь бесплатную энергию.

Цель.Создание опытного образца ветрогенератора нового поколения и разработка систем энергообеспечения на основе высокоэффективных автономных энерстановок мощностью от 500 ВТ до 5 КВТ.

Задачи. Разработать конструкцию типового ветрогенератора, обладающего высоким КПД, компактностью и модульностью исполнения, автоматической стабилизаций по ветру без применения сложных и громоздких технических механизмов.

Методика. Исследование аэродинамических характеристик модуля преобразования ветровой энергии в энергию кручения вала генератора с целью создания максимально эффективного ротора для широкого диапазона скоростей ветрового потока.

Установки данного типа предназначаются для генерации электроэнергии в регионах с плохими топографическими особенностями, со слабыми ветровыми показателями, с не постоянным, часто меняющимся направлением ветра. Центрально-черноземный регион наиболее соответствует этим условиям (среднегодовая скорость ветра – 4-6 м/с).

Предлагается создание ветрогенератора роторного типа с вертикальной осью вращения. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения имеют важные преимущества перед ветрогенераторами с горизонтальным расположением оси. Для них отпадает необходимость в устройствах для ориентации на ветер, упрощается конструкция и уменьшается гироскопические нагрузки, вызывающие дополнительные напряжения в лопастях, системе передач и прочих элементах установок с горизонтальной осью вращения.

К таким установкам относятся устройства с пластинами, чашеобразными или турбинными элементами, а также роторами Савониуса с лопастями S-образной формы, на которые действует также и подъемная сила. Устройства такого типа обладают большим начальным моментом, но меньшей быстроходностью и мощностью по сравнению с обычным ротором.

Данный ротор относится к ветрогенераторам, использующим подъемную силу, которая появляется на выгнутых лопастях, имеющих в поперечном сечении профиль крыла. Ротор имеет сравнительно небольшой начальный момент, и большую быстроходность, в силу этого - относительно большую удельную мощность, отне-

148

сенную к его массе или стоимости. Такие роторы могут иметь различную форму (Φ-, -, Υ- и ромб-образную) с одной, двумя или большим числом лопастей.

Область применения.

1.Электроснабжение, водоснабжение и отопление отдельно стоящих зданий и сооружений

2.Энергоснабжение многоэтажных многоподъездных домов

3.Водоснабжение и очистка от загрязнений, солей

4.Осушение заболоченных участков

5.Обеспечение водой в засушливых районах

6. Зарядка аккумуляторных батарей 7.Мониторинг нефте и газо-проводов, охрана территорий 8.Охрана территорий 9.Охрана границ и питание узлов телеметрии

10.Объединение нескольких установок в ветро-парки.

Врезультате проведѐнных первоначальных исследований предлагаются следующие основные характеристики ветрогенератора малой мощности.

Диаметр ротора – 2.1 м;

Высота крыльев ротора – 3 м * 3 шт.; Стартовая скорость ветра – 1,5 м/с; Выходное напряжение – 36 В / 220 В / 50 Гц;

Максимальная мощность при ветре 10 м/с – 0.5 КВТ; Выработка при ветре 5 м/с – 96 КВТ в месяц Максимальная скорость ветра – 45 м/с.

Контроллер турбины микропроцессорный, интеллектуальный, с отслеживанием пиковых нагрузок.

Материал лопастей – карбоно-волоконный композит. Защита превышения оборотов ротора – аэродинамический

автоматический тормоз.

Бесщеточный ниодимовый генератор (КПД – 80 % - 91 %).

Вкачестве основной конструктивной схемы была выбрана схема с тремя лопастями, расположенными под углом 120 градусов относительно друг друга.Для увеличения устойчивости необходимо использовать 3 раскоса, которые так же расположены под углом 120 градусов.

149

Внешняя обшивка

Заполнитель

(энергоплекс)

Законцовка (углеволокно)

Конструкция лопасти ВЭУ

Для данной установки как вариант выбрали 20% симметричный двояковыпуклый аэродинамической профиль, который обладает минимальным сопротивлением воздуха, и оптимальными прочностными характеристиками. Ширина лопасти составляет 0,1 м , а длина лопасти составляет 3.7 м.

Проведены аэродинамические расчѐты конструкции на нескольких скоростных режимах, которые подтвердили работоспособность конструкции.

Выводы. Создание малогабаритных ветроэнергетических установок является перспективным вариантом альтернативной энергетики. Такие установки могут выполняться как в стационарном, так и в мобильных вариантах. Экономические расчѐты показали доступность такой системы даже для бытового использования.

150