Конкурс молодежных творческих работ по применению возобновляемых источников энергии в городской среде

Разработка и перспективы применения в строительных технологиях ветряных двигателей с вертикальной осью вращения

ВУЗ:
ТГАСУ
Номинация:
Название проекта:
Разработка и перспективы применения в строительных технологиях ветряных двигателей с вертикальной осью вращения
2
  • Сергей Михалап
    Вибрация ветрогенераторов это огромная проблема но в этой конструкции она решена в этом я уверен ведь, ветрогенератор который представлен стоит от моей спальни в 10 метров и я не слышу как он вращается даже когда был ветер до 8 -11 м\с. К сожалению решение я тут не могу рассказать подробно. А по поводу использование ветрогенератора в многоквартирных домах, у меня куча идей, Освежения подъездов и это реально все переходят на светодиодное освещения а оно требует очень мало энергии так же можно отдавать избыточную энергию в городскую сеть. Для монтирования ветрогенератора в густо населенных районах нужно задуматься о безопасности людей вдруг лопасть оторвётся (а она весит от 9 кг). И решение этой проблеммы тоже есть кпд правда примерно на 12 % ниже. Ветрогенераторы можно использовать в отдаленных местах в тайге на севере где энергию получают от дизель станций. Так же ветрогенератор можно ставить на авто магистралях поток ветра от маши будет только увеличивать выработку тока
  • Egor Lebedev
    Сергей! Использование ветряных двигателей для частных домов кажется вполне логичным. А что можно сказать по поводу городских многоэтажек? Энергию ветра можно направить на освещение подъездов или есть оригинальные идеи использования? Также основной проблемой ветряных двигателей является вибрация. Будут ли жители дома испытывать дискомфорт?
  • Сергей Михалап
    Егор предполагаемая цена ветрогенератора 180 тыс. рублей в экономическом расчете эта сумму увеличели до 300 тыс. р. Расчёт производился таким образом брали цену 1 КВт = 3,5 рубля и умножали на среднее выработку электроэнергии в зависимости от скорости ветра (более подробную формулу я могу прислать вам на почту). Вы задали вопрос сколько ветрогенераторов надо на загородный дом с крышей 100 кв.м. тут все будет зависеть от потребления электроэнергии домом и цели использования ветрогенератора. Для своего дома я решил, что ветрогенератор у меня будет играть вспомогательную роль. То есть если мощности или заряда в аккумуляторах не будет хватает, то включается переключатель и ток берется из городской сети
  • Egor Lebedev
    Грамотный, логичный и убедительный проект! Вы не только очень подробно описали преимущества своей идеи, но и даже показали этапы сборки ветряного двигателя. На 20-м слайде в своей презентации вы представили график окупаемости вашего устройства. Сколько стоит один такой ветряной двигатель? Как производился расчет? А на 12-м слайде вы показали пример использования ветрогенераторов на крышах складов и я обратил внимание, что вы достаточно скромно разместили только 3 установки на такой большой крыше... Если мы будем рассматривать стандартный загородный дом с площадью крыши, например, 100 кв.м. Сколько ветряных двигателей поместится на такую крышу?
Название проекта

 

НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ

С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ ВРАЩЕНИЯ

 

По оценкам различных авторов [1], общий ветроэнергетический потенциал Земли равен 1200 ГВт. Природа предоставляет огромные возможности получение «чистой» энергии взамен тепловой, атомной и энергии гидроэлектростанций в условиях оскудения невозобновляемых ресурсов и (или) экологического вреда этих технологий [2].

Для увеличения энергоэффективности жилых и производственных зданий предлагается применение ветрогенератора (рис 1). Выработка электроэнергии происходит путем преобразования энергии ветра в механическую и, затем, в электрическую энергию. Особенностью такой установки является наличие специальной конструкции ветродвигателя с вертикальной осью вращения рабочего органа (заявка на патент на полезную модель «Ветродвигатель» № 2013117482).

 

 

 

 

 

 

                                                         а                                                        б

Рис. 1. Ветровой генератор электроэнергии, смонтированный на крыше

индивидуального жилого дома (а) с вертикальной осью

вращения рабочего органа (б)

Применение разработанного технического решения в условиях сурового климата имеет явные преимущества перед известными конструкциями рабочего органа с горизонтальной осью вращения.

Обеспечивается возможность размещения узла крепления мачты, ее подшипников и механизма передачи вращения на электрогенератор в помещениях чердаков или технических этажей (в комфортных температурных условиях).

Обеспечивается увеличение эффективности ветродвигателя, особенно при малых скоростях воздушного потока и значительное уменьшение шума при работе.

Обеспечивается вращение рабочего органа в одну сторону независимо от направления ветра.

Это достигается тем, что в ветродвигателе, содержащем вал, на котором расположены одна или несколько лопастей, механически прикреплённых к валу, лопасти расположены по винтовой линии. При этом сами лопасти в поперечном сечении имеют аэродинамическую поверхность, а поверхность создаваемая лопастями при вращении имеет форму резьбы. Кроме того, шаг резьбы определяется соотношением , а угол подъёма резьбы  где р – шаг резьбы; Н – высота лопасти (высота резьбы); n – количество лопастей (число заходов резьбы); R – радиус закругления наружной и внутренней поверхности задней кромки лопасти в поперечном сечении.

Радиус передней кромки лопасти определяется соотношением . Наружный диаметр поверхности вращения лопастей образующих резьбу равен 2R.

Лопасти изготавливают из экструдированного полистирола. Внутри лопастей расположены жёсткие несущие вставки. Профиль аэродинамической поверхности может быть выполнен двояковыпуклым, симметричным, несимметричным, ламизированным.

Поверхность лопастей может быть покрыта композитной оболочкой, выполненной, например, из стекловолокна, углеродного волокна, либо любого другого волокна или их смеси, на которую наносится лакокрасочное покрытие.

Конструкции лопастей ветрогенератора показаны на рис. 2.

Концы лопастей имеют аэродинамическую поверхность в перпендикулярной плоскости к поперечному сечению лопасти, аналогичную передней поверхности лопасти.

 

Рис. 2. Вид лопастей рабочего органа ветрогенератора

 

Данная конструкция ветрогенератора способна выдавать мощность электроэнергии P = 2,6 КВт при следующих технических характеристиках: высота лопастей 2 метра; радиус, создаваемый лопастями равен 1,8 метрам; скорость ветра равна 3 м/с.

Таким образом, предложенное техническое решение целесообразно использовать в регионах с преимущественно низкой скоростью ветра, например, Западная Сибирь, где преимущественная скорость ветра 3÷5 м/с. Более того предлагаемую конструкцию рекомендуется устанавливать на крыше здания, в силу низкого уровня шума, низкого веса и отсутствия вибрации ветродвигателя.

Всё выше приведённое, позволяет в свою очередь удешевить и ускорить монтаж и эксплуатацию ветродвигателя, поскольку нет необходимости строить отдельную дорогостоящую мачту, на которой располагается рабочий орган с горизонтальной осью вращения.