Ветровая турбина типа Дарье (Darrieus) с прямым и обратным контуром подачи воздуха в рабочую часть

В этой конструкции каждый ротор обдувается встречными потоками, так что лопасть во всех азимутальных положениях двигается по потоку и это повышает аэродинамическую эффективность лопасти. Закон регулирования углов установки лопастей выбирается так, чтобы обеспечить наивыгоднейший угол атаки лопасти для всех азимутальных положений, любых скоростей ветра и вращения ротора. Такой закон позволяет реализовать режим само запуска турбины этого типа. Наличие диффузорного ускорителя потока через рабочую часть значительно повышает коэффициент мощности турбины (выше Бец лимита).

Классическая турбина Дарье реализует максимальный коэффициент мощности порядка 0,35. Предлагаемый проект направлен на реализацию конструкции турбины с коэффициентом мощности более единицы. Это предполагается достичь введением инновационных конструктивных разработок, которые увеличивают скорость потока на входе в турбину, дополнительно увеличивают расход воздуха через рабочую часть турбины (при постоянной площади сечения рабочей части), а также регулируют углы лопасти во время вращения для обеспечения максимальной аэродинамической эффективности рабочих лопастей при всех реальных эксплуатационных условиях.

Известно, что классическая турбина Дарье имеет существенный недостаток, который заключается в том, что она не позволяет реализовать режим само запуска при любых скоростях ветра. Другими словами, эта турбина требует затрат энергии для вывода её на рабочие обороты. Это существенно снижает эффективность турбины и усложняет её обслуживание и регулировку. В предлагаемом проекте режим само запуска будет реализован двумя путями:

  1. Проектированием закона управления углами установки лопастей, который обеспечивает получение позитивного крутящего момента лопастей, достаточного для вращения ротора при любых скоростях ветра и оборотах ротора.
  2. Выбором конструкций роторов и рабочих лопастей, а также специальным проектированием аэродинамического профиля лопастей.

Лопасти классической турбины Дарье работают в условиях переменной аэродинамической нагрузки, что приводит к усталостному разрушению. Лопасти проектируемой турбины работают на постоянным угле атаки во всех азимутах и, следовательно, находятся пол воздействием постоянной аэродинамической нагрузки. Это значительно уменьшает усталостный износ и увеличивает срок службы конструкции.

Цель проекта заключается в построении действующего образца воздушной турбины с коэффициентом мощности более единицы. На проектируемую конструкцию 21.03.2014г. подана Международная заявка(РСТ/LV2014/000004).Номер международной публикации WO2014/148879 A1. Оплачена 08.01.2015 и пока отказа не получили, изобретение отвечает критерию изобретательского уровня и промышленно применимо.На данный момент наш ветро-ор(двухпоточный Дарье с равными мощностями потоков) называем — УСТАНОВКОЙ. По сравнению с традиционными ветрогенераторами того же типа и такого же размера рабочей части установка обеспечивает больший расход воздуха при одной и той же скорости ветра. Соответствующие методы расчёта изложены в работе:

V. Sannikov, Aerodynamic calculation VAWT Darrieus H - type, equipped with innovative ways to increase power above the Betz limit. (With MATLAB program)

NextGen Wind - New Single Wind Turbine, 0,5MW, 1MW, 2MW, 5MW ...

Это осуществляется, с одной стороны, специальным устройством (диффузором) на выходе турбины, которое уменьшает давление (повышает разряжение) на выходе турбины. С другой стороны, при постройке УСТАНОВКИ будет реализован специальный рельеф местности на входе в турбину (конфузор), который увеличивает скорость ветра на входе в турбину. Для практической реализации этих устройств будут использованы экспериментальные результаты и результаты численных расчётов обтеканий плоских пластин и диффузоров различной формы с линзами для определения параметров потока.

Для реализации оптимального рельефа местности на входе в турбину разработан метод расчёта этого рельефа для достижения желаемого увеличения скорости ветра. Метод основан на теории конформных преобразований и позволяет построить желаемое поле скоростей потока суммированием потенциалов простейших потоков.

Кроме устройств, ускоряющих поток перед турбиной и в рабочей части турбины инновационность проекта дополняет двухконтурная схема подачи воздуха к роторам. Эта схема позволяет лопастям работать только в попутном потоке, что значительно повышает их аэродинамическую эффективность.

Для реализации режима само запуска инновационной турбины разработан закон регулирования углов установки лопастей во время вращения (Blade Pitch Angle) с целью достижения постоянного угла атаки лопасти для любых азимутов и любых условий эксплуатации (обороты, скорость ветра, параметров ускорителей потока).

Для теоретического обоснования и возможности проведения параметрического расчёта инновационного проекта турбины разработан метод аэродинамического расчёта этой турбины. Метод основан на Blade Element Momentum Theory. Эта теория усовершенствована для инновационной турбины Дарье. Составлена программа расчёта в среде МАТЛАБ. По предварительным расчётам коэффициент мощности предлагаемой инновационной турбины Дарье может достигать величины 1.3, что превышает его значение для классической турбины Дарье в 3 раза.

Основные публикации по теме проекта:

  1. Sannikov V. Method for calculating non stationary aerodynamic derivatives of H - type Darrieus turbine working blades under conditions of harmonic changes in kinematic parameters.

DOI: 10.13140/RG.2.2.18811.11041 07/2017
https://www.researchgate.net/profile/Vladimir_Sannikov

NextGen Wind - New Single Wind Turbine, 0,5MW, 1MW, 2MW, 5MW ...

  1. Sannikov V. Method of aerodynamic calculation VAWT Darrieus H - type, equipped with innovative tools to increase power coefficient above one. Method Juny 2017.

DOI: 10.13140/RG.2.2.21956.83840 06/2017
https://www.researchgate.net/profile/Vladimir_Sannikov

  1. V. Sannikov, Method calculating of VAWT Darrieus H – type using flow augmentation system to increase power above the Betz limit. (With MATLAB program). Method July 2017.

https://www.researchgate.net/profile/Vladimir_Sannikov

DOI: 10.13140/RG.2.2.35899.6224807/2017 NextGen Wind - New Single Wind Turbine, 0,5MW, 1MW, 2MW, 5MW ...

  1. Active project: Development of innovative two rotor VAWT type Darrieus with reverse air supply and with devices for increasing air flow. Girts Filippov, Jurij Kiselev, Vladimir Arkadievich Sannikov.

https://www.researchgate.net/profile/Vladimir_Sannikov

  1. Active project:Design of innovative Darrieus wind turbine with a reverse air supply and with devices for increasing power coefficient more than one, Girts Filippov, Jurij Kiselev, Vladimir Sannikov. https://www.researchgate.net/profile/Vladimir_Sann...
  1. Sannikov V.Calculation of power ramjet hydraulic turbine Technical ReportJune 2014. DOI: 10.13140/RG.2.1.2248.2081

https://www.researchgate.net/profile/Vladimir_Sannikov

  1. Санников В. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ВЕТРОВОЙ ТУРБИНЫ DARRIEUS H-ТИПА ОСНАЩЁННОЙ НОВЫМИ СРЕДСТВАМИ УВЕЛИЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ВЫШЕ БЕЦ ЛИМИТА.

NextGen Wind - New Single Wind Turbine, 0,5MW, 1MW, 2MW, 5MW ...

  1. Санников В. Отчёт о научно – исследовательской работе «Разработка методов расчёта аэродинамики ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения роторов, снабжённой конфузорным или диффузорным усилителем ветра для этапа эскизного проектирования».

NextGen Wind - New Single Wind Turbine, 0,5MW, 1MW, 2MW, 5MW ...

Эту работу под названием: Calculation aero dynamical characteristics of vertical axis wind turbine with wind amplifiersю. Technical Report May 2013 можно найти так:

https://www.researchgate.net/profile/Vladimir_Sannikov

  1. Sannikov Vladimir. Method for numerical calculation the power of wind turbine rotor having a blades in the shape of an arc profiles

URL source: NextGen Wind - New Single Wind Turbine, 0,5MW, 1MW, 2MW, 5MW ...

https://www.researchgate.net/profile/Vladimir_Sannikov

DOI: 10.13140/RG.2.1.4607.5041

  1. Санников В. Разработка метода аэродинамического расчёта воздушной турбины типа Darrieus с регулируемыми по азимуту углами установки лопастей и с обратным контуром подачи воздуха.

URL sours: NextGen Wind - New Single Wind Turbine, 0,5MW, 1MW, 2MW, 5MW ...

Эту работу под названием "Calculation aero dynamical characteristics of vertical axis wind turbine with wind amplifiers". Technical Report April 2013 можно найти так:

https://www.researchgate.net/profile/Vladimir_Sannikov

Таким образом, предварительные расчёты на основе общепринятой и признанной в научном мире BEM теории показали, что можно создать турбину Дарье с эффективностью в два раза превышающей лимит Бетца. Это говорит о том - что у нас имеется новый способ получения энергии с помощью ветровой турбины. Для проведения параметрических расчётов такой инновационной турбины нашим коллегой из Рижского Аэронавигационного института проф. Санниковым разработано соответствующее программное обеспечение в среде МАТЛАБ. И в честь этого учёного этот новый предел для воздушной турбины мы назвали - лимит Санникова. На нашем сайте - http://www.nextgenwind.eu приведены результаты расчётов нашей инновационной турбины. Анализ этих результатов позволяет оценить влияние всех конструктивных параметров и эксплуатационных факторов на максимальную мощность турбины. Особо следует отметить, что в результате теоретических исследований нам удалось получить новый математический аппарат для исследований воздушных турбин предлагаемого типа. Применение этого аппарата позволяет оптимизировать конструкцию турбины и все внешние устройства, исследовать и проектировать законы управления рабочими лопастями для повышения мощности и для реализации режимов само запуска турбины. Кроме этого, разработанный математический аппарат позволяет проектировать самую главную инновацию нашей турбины – обратный контур подачи воздуха в рабочую части турбины и многие другие аспекты проектирования турбины.

Основные преимущества нашей турбины в сравнении с классическими турбинами:

1.Значительно больший коэффициент мощности. Классическая турбина 0,4…0,45. Наша – 0, 8…1,2.

2. Реализация режима само запуска и выхода на рабочий режим (производство энергии).

Этот режим начинается при 0,5 м/с и работает при штормовых 35 м/с.

Традиционные ветрогенераторы начинают при 3,5 м/с и останавливаются при 25 м/с.

3. Лопасть нашего ветрогенератора не перемещается против ветра, что значительно

повышает аэродинамическую эффективность лопасти.

4. Генераторы у нас ближе к земле, что обеспечивает простое обслуживание, а также

возможность добавить больше дополнительных генераторов, которые при больших ветрах

производит больше энергии.

5. Лопасти, которые находятся на кольцевой платформе, будут двигаться по

принципу магнитной подушки, как магнитные поезда. У нас не будет механического

воздействия трения, которое продлит срок эксплуатации оборудования.

6. Генераторы будут на той же самой кольцевой платформе и будут работать

без коробки передач (gearbox), что повышает КПД установки.

7. Имеется возможность использования механических маховиков для накапливания энергии.

Будет использована технология, которую сто лет назад первый разработал А. Уфимцев.

  1. Предлагаемая конструкция позволяет создавать установки с мощностью порядка 100 Mwt.

Все эти преимущества невозможно применить в существующей ветроэнергетике. Поэтому мы считаем, что ветроэнергетика без диффузоров и искусственных конфузоров местности не целесообразна экономически.

Увеличение скорости потока используя диффузоры с линзами на выходе турбины и искусственную конфузорность местности на входе ветрогенератора, увеличивает скорость потока до 30%. Получаем другой лимит Бетца/Санникова. В мире нет ветрогенератора, лопасти которого работают только в попутном потоке воздуха при всех азимутальных положениях. Большая часть энергии тратится на преодоление аэродинамического сопротивления лопастей. У нас эти потери меньше. Придумали искусственные конфузоры местности вокруг ветрогенератора - это увеличивает скорость потока до 20%. Созданный математический аппарат позволят рассчитывать аэродинамические силы и моменты, действующие на лопасть во время вращения, количество (объёмный расход) воздуха, проходящего через рабочую часть турбины в зависимости от режима работы турбины и скорости ветра, параметры (высоту и рельеф) конфузорного усилителя ветра на местности перед турбиной, параметры диффузорного усилителя скорости потока на выходе турбины, законы управления углами установки лопастей во время вращения и в зависимости от азимутального положения лопасти, скорости ветра и скорости вращения ротора. Результаты таких расчётов в таблицах и графиках на нашем сайте демонстрируют возможности нашей технологии. По заданным начальным условиям можно вычислить: какой тип установки, с какими линзами, на каком рельефе местности, с какими лопастями поставить в данном месте и сколько мы получим энергии. Из этих расчетов следует, что наш ветрогенератор может работать с любым среднегодовым ветром и получать нужную нам мощность(10 Kwt — 50Mwt и т.д.).

http://www.nextgenwind.eu/prototype.html

Наш сайт http://www.nextgenwind.eu/

Тематика Энергопрорыв-2018: «Microgrid vs. линии электропередач (Улучшающие технологии)»

Рейтинг проекта 0

Команда

+ Вступить в команду
Показать еще

Обсуждения

В чем нуждается проект

Получить приз 5мил.рублей. И иметь возможность реализовывать проект в Сколково.

Комментарии

Комментариев пока нет.

Добавление комментария