Welcome to
May 25, 2017  
 .:Billing


 .:Language
Выберете язык интерфейса:



 .:О нас

Home. Наши предложения

Этапы развития наших исследований

Ген.д-р, к.т.н.,
Евгений Дмитриевич Сорокодум


Контакты

Пресса о нас

Видео о нашей лаборатории


Ветро- и гидроэлектростанции с колеблющимися крыльями





Ветро- и гидроэлектростанции с к

 

Сотни фирм разрабатывают и изготавливают ветро- и гидрогенераторы разного типа с вращающимися рабочими элементами (турбинами, лопастями и т.п.). Но большого сбыта для этих возобновляемых источников энергии нет.

Причин много:

1. Недостатки в связи с использованием стационарной аэро-гидродинамики:

  1. Низкая эффективность экстракции кинетической энергии течений и ветра (10-40%).
  2. Ветро-гидрогенераторы начинают работать только с относительно высоких скоростей течений и ветра.
  3. Концы лопастей винта движутся с очень большой скоростью, что приводит в воде к срыву обтекания и образованию кавитации, а в воздухе - к срыву обтекания и к сверхзвуковой скорости на концах лопастей.

2. Недостатки конструкторские.

  1. Современные типы конструкций ветрогенераторов не позволяют экстрагировать мощность выше 10 Мвт.
  2. Вращающаяся лопасть может иметь максимально возможный коэффициент использования кинетической энергии ветра (течений) при данном угле атаки лопасти только для определенной скорости ветра (воды). При скоростях выше и ниже этой скорости коэффициент использования энергии ветра резко падает. Также угол оптимальной атаки должен специально подбираться по размаху лопасти (это частично выполняется с помощью специальной конфигурации лопасти). В результате этого падает коэффициент использования кинетической энергии ветра и получается низкий коэффициент использования энергии ветра или течений.
  3. Даже при оптимальном угле атаки каждого элемента лопасти отбор энергии набегающего потока уменьшается по мере приближения к центру винта. В результате центральная область винта малоэффективна в отборе энергии течений.
  4. Центробежные силы будут перемещать набегающий поток к краям винта, тем самым уменьшая коэффициент использования энергии течений.
  5. Скорость оборотов лопастей очень низкая. Требуются редукторы, чтобы повысить обороты до величин, необходимых для электрогенератора. Это приводит к усложнению, утяжелению, удорожанию и понижению надежности конструкции.
  6. Требуются специальные устройства для поворота лопастей во флюгерное положение при больших скоростях ветра. Это приводит к усложнению и удорожанию конструкции, понижению ее надежности.
  7. Требуются специальные устройства для ориентации винта по ветру. Все это приводит к усложнению и удорожанию конструкции, понижению ее надежности.
  8. Большая трудоемкость и стоимость изготовления лопастей винта.
  9. В связи с большим диапазоном изменения скоростей, давлений, объемных скоростей протекания воздуха или воды, выпускается много типоразмеров ветро-и гидрогенераторов и насосов.

3. Недостатки эксплуатационные.

  1. Имеют большие габариты.
  2. Ветрогенераторы создают низкочастотное акустическое поле, на частотах выше частоты вращения лопастей (лопастная частота), что отрицательно влияет на человека и животных.
  3. Гидрогенераторы быстро наматывают на свои лопасти водоросли, сети и, вследствие этого, выходят из строя. Вращающиеся лопасти очень опасны для людей и животных.

Если не устранить эти недостатки, не поднять уровень научно-исследовательских и конструкторских работ, то эти возобновляемые источники энергии не решат мировые проблемы энергетики в больших масштабах!

В связи с наступающим глобальным энергетическим кризисом во всем мире продолжаются разработки ветро-гидрогенераторов. В большинстве своем эти разработки направлены на придумывание различных хитроумных механических устройств. У многих изобретателей и конструкторов создается иллюзия, что эффективность устройств можно поднять, а стоимость можно понизить за счет этих хитроумных устройств. Но этого не происходит, несмотря на большие временные и финансовые расходы. Пора уже понять, что традиционные ветро-и гидрогенераторы уже практически достигли своих предельных возможностей и для дальнейшего существенного улучшения их характеристик необходимо пересмотреть общие концепции, используемые при разработках.

До сегодняшнего дня используются следующие общие концепции:

1. Кинетическая энергия водных течений и ветра обычно экстрагируется на основе использования физических процессов классической стационарной аэро-гидродинамики.

2. Из окружающей среды используется только кинетическая энергия ветра или водного потока (тепловая энергия, энергия же давления атмосферы или водного столба и др. как дополнительные или основные виды энергии не используются).

Существенное улучшение характеристик ветро-и гидроэлектростанций, их упрощение и удешевление может произойти, если начать разрабатывать их на основе применения новых концепций:

1. Использовние физических процессов колебательной аэрогидродинамики.

2. Использовние тепловой энергии, энергии давления атмосферы или водного столба и др. как дополнительную или основную энергию (об этом см. другие страницы нашего сайта).

Физические процессы колебательной аэрогидродинамики могут быть:

1. Колебательное движение рабочего органа (крыла, цилиндра и др.) поперек потока, приводимого в движение за счет аэродинамической подъемной силы.

2. Колебательное движение рабочего органа вдоль потока, приводимого в движение за счет аэродинамических сил сопротивления или нестабильности скорости набегающих течений.

В данной странице будет рассматриваться ветро- и гидрогенераторы с колеблющимися крыльями.

Ветро- и гидрогенераторы с колеблющимся цилиндрическим телом, упругой пластинкой будет рассматриваться на странице http://www.vortexosc.com/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=71

Ветро- и гидрогенераторы с колеблющимися крыльями

имеют следующие преимущества:

В отборе энергии от потока участвует равномерно вся поверхность крыла (см. правую часть рис.1). В отличие от этого, поверхность винта участвует неравномерно (см. левую часть рис.1). Поэтому коэффициент использования энергии течений с помощью колеблющегося крыла выше, чем у обычных винтов (см. рис. 2).

Рис. 1
Рис. 2. Распределение экстракции энергии от течений вдоль лопасти вращающегося винта и вдоль поверхности колеблющегося крыла.
  • Отсутствие высоких скоростей на концах крыла.
  • Установка гидроэлектростанций бесплотинная. Это намного удешевляет и ускоряет создание этих электростанций.
  • Угол атаки легко может устанавливаться в оптимальный режим. Благодаря этому, высокий коэффициент эффективности поддерживается при любой скорости потока.
  • Легко управляется и согласуется с микропроцессорной системой управления. Легко выполнять оптимальное управление.
  • Проще конструкция ориентации по потоку воды или по ветру.
  • Простое согласование колебания крыла с насосами и устройствами колебательного типа.
  • Меньше размеры по высоте; легко согласуется с горизонтальным рельефом земли или дна реки.
  • Отсутствие шума на лопастных частотах.
  • Высокая надежность.
  • Простота и дешевизна конструкции. При использовании гидравлики или пневматики не требуется редуктор.
  • Возможность изготовления в виде модулей, и компактная их установка.

Ветро- и гидрогенераторы с колеблющимися крыльями. Аналоги.

Многие из этих недостатков отсутствуют у ветро-гидрогенераторов, использующих для экстракции кинетической энергии энергию течений или ветра с помощью колеблющегося крыла. Попытки создать такие возобновляемые источники энергии ранее уже предпринимались, но уровень этих работ отличался слабым знанием аэрогидродинамики при колебании крыльев и низким уровнем конструкторских разработок. Но сейчас ситуация начинает резко изменяться. Сейчас все больше фирм начинает разработки ветро-гидрогенераторов, экстрагирующих кинетическую энергию ветра или водных течений с помощью колеблющихся рабочих органов (крыльев, пластин, цилиндров, тросов и др.).

Econologica is the initiative of Dr. Simon Farthing, an applied mathematician and certified mechanical engineer in Sidney, British Columbia, Canada. http://www.econologica.org/index.html


Flutter-vanes: Arnold-Cooper System –Bench Test, DG


Впервые в мире, Английская фирма The Engineering Business Ltd ( http://www.engb.com/ ) создала гидрогенератор (проект Stingray), экстрагирующий энергию подводного течения с помощью колеблющегося крыла.

В 2002 году спущена под воду и уже год успешно работает гидроэлектростанция с колеблющимся крылом на 150 киловатт.

Достижения The Engineering Business Ltd есть огромный успех! Эти работы заложили начало эры нового типа гидро- и ветро- генераторов! Эти работы имеют большую перспективу!

 

BioPower Systems Pty. Ltd. is a renewable energy systems company. We are currently developing ocean power conversion technologies intended for commercial-scale installations. For more information please contact:

BioPower Systems Pty. Ltd. http://www.biopowersystems.com/



Gene Kelley, above, shows off his WindWing, which he and fellow W2 Energy partners believe can replace current propeller-driven wind turbines. According to Kelley, the WindWing can produce much more energy at a fraction of the cost. Photo by Karen Quincy Loberg

W2 Energy Development Corp. Website :http://w2energycorp.com/home

Заключение

1. Начали появляться ветро-гидрогенераторы экстрагирующие кинетическую энергию ветра и водных течений с помощью колеблющихся крыльев.

2. Эти генераторы имеют низкий коэффициент отбора энергии, сложную конструкцию и большую стоимость. Причины этого следующие:

- Разработка этих генераторов проводится на основе использования квазистационарной колебательной аэро-гидромеханики (при колебании используется стационарная аэро-гидродинамика). Теория нелинейной аэро-гидродинамики только зарождается. Многие ученые и конструктора или не знают о существовании нелинейных колебательных аэро-гидродинамических явлений, или игнорируют эти явления.

- Разработка конструкции этих генераторов проводится на основе использования методов расчета стационарной механики. Это есть очень большая ошибка. Такие конструкции будут сложные, дорогие, ненадежные и будут иметь большие потери энергии и много вредных вибраций. Надо разрабатывать эти конструкции как единую колебательную систему.

- Требуются специальные методики эксперимента, расчета и конструирования этих генераторов. Таких методик и опыта очень мало.

3. Ветро-гидрогенераторы с колеблющимися крыльями могут быть очень эффективными и дешевыми. Но для этого надо поднять наши знания и умение (для устранения недостатков по п.2).

4. Надо сделать срочно сделать научную кооперацию между фирмами, разрабатывающими ветро-гидрогенераторы с колеблющимися крыльями.

Наши исследования и разработки

Можно существенно развить успех применения колеблющихся крыльев фирм приведенных выше.

В основу наших высоких технологий положена работа ветро-гидрогенератора в области нелинейных колебательных аэрогидродинамических режимов и конструирование устройства как единой колебательной системы (НОУ-ХАУ).

Наши результаты:

1. Разработана схема расчета кинетических, динамических и энергетических характеристик колеблющегося крыла в режиме квазистационарного обтекания.

2. Собрана база экспериментальных результатов колебания крыла в нелинейном колебательном режиме.

3. Разработана методика экспериментального исследования кинематических, динамических и энергетических характеристик колеблющегося крыла как колебательной системы.

4. Разработаны принципы передачи и согласования механической энергии от набегающего потока к электрическому генератору.

5. Разработан способ преобразования механической энергии в электрическую энергию.

6. Разработан метод и программа расчета устройства как единой колебательной системы.

7. Собрана база патентов по ветро-гидрогенераторам с колеблющимся рабочим органом (крыльям, цилиндрам, пластинкам и др. формам) за 80 лет.

8. Разработаны начала теории ветро-гидрогенераторов с колеблющимся крылом.

9. Разработан метод расчета упругого тела для передачи энергии.

 

Преимущества использования нелинейных колебательных аэрогидродинамических режимов:

1. Увеличится коэффициент подъемной силы. Срыв обтекания крыла происходит при значительно больших углах атаки. Как следствие этого увеличится отбор энергии потока, и работа генератора начнется при меньших скоростях потока.

Рис.1.

2. Применение более эффективных законов колебания крыла. Отбор энергии одновременно с помощью подъемных сил и сил трения, действующих на крыло. Это приведет к увеличению отбора кинетической энергии потока.

Рис.2.

3. Снижение гидродинамического и аэродинамического сопротивления с помощью применения элементов волнового обтекания и колебаний.

4. Использование присоединенной упругости (упругость, вызванная вихревой структурой жидкости около колеблющегося крыла). Это приведет к увеличению объема текущей среды, участвующей в аэрогидродинамическом взаимодействии с колеблющимся крылом и, как следствие этого, в увеличении эффективной гидравлической площади и коэффициента отбора энергии потока.

5. За счет структуры вихрей около колеблющегося крыла можно увеличить эффективную гидравлическую площадь в несколько раз, см. рис. 3-5.

Рис. 3
Рис. 4.
Рис. 5.

Это приведет к увеличению съема энергии при тех же амплитудах колебания крыла. Одновременно силовая нагрузка на единицу эффективной гидравлической площади уменьшится, что приведет к увеличению коэффициента использования энергии набегающего потока. В результате использовании эффектов п. п. 4 и 5 можно получить из течений энергию намного большую, чем могут получить обычные ветро-гидро генераторы. Это приведет к понижению удельной установочной стоимости и себестоимости электроэнергии.

Конструирование устройства как единой колебательной системы даст следующие преимущества:

1. Приведет к повышению отбора энергии из потока и удешевлению конструкции.

2. Использование присоединенной упругости вместо (или дополнительно) упругих элементов конструкции крыла. Это приведет к упрощению и удешевлению конструкции.

3. Использование специального распределения упругих и массовых характеристик крыла для согласования внешнего источника энергии с входными характеристиками передаточно-согласующего элемента. Благодаря этим элементам увеличится отбор кинематической энергии потока.

4. Применение специальных передаточно-согласующих элементов для согласования динамических и кинематических характеристик потока с нагрузкой (с потребителем энергии). Это приведет к согласованию передачи энергии от источника энергии к электрогенератору (в противном случае энергия вернется назад в поток). Также с помощью этих элементов создается сложная пространственная траектория крыльев, которая производит отбор энергии не только с помощью подъемной силы, но и с помощью сил трения.

5. Применение адаптивной микропроцессорной системы управления приведет к получению максимальной мощности на выходе установки.

6. Использование физических эффектов для получения дополнительной кинетической энергии от скрытой тепловой энергии и потенциальной энергии столба воды или давления атмосферы:

Ветро-гидро электростанции с колеблющимися крыльями, с учетом наших результатов и предложений, будут иметь по сравнению с традиционными (см. рис.6), намного лучшие аэрогидродинамические и энергетические характеристики.

 

Рис. 6. Различные типы ветрогенераторов с вращающимися рабочими органами (из книги Лавруса).

 

На рис. 7 приведены значения коэффициента использования энергии ветра для различных ветрогенераторов с вращающимися рабочими органами (цифровое обозначение на рис. 7 соответствует рис. 6).

Рис. 7. Коэффициент использования энергии ветра различных типов ветрогенераторов.

 

На рис. 7 также приведены ориентировочные значения коэффициента использования энергии ветра для ветрогенераторов с колеблющимися рабочими органами. Из рис. 7 следует, что наиболее эффективные ветрогенераторы могут быть созданы, если перейти от квазистационарного режима колебания к нелинейному.

Ветро-гидро генераторы с колеблющимися рабочими органами могут в несколько раз снизить установочную стоимость и цену электроэнергии. Можно освоить выпуск генераторов предлагаемого типа от 0.1 Квт до 100 Мвт. Применять их можно для получения энергии от ветра, течений малых и больших рек, приливно-отливных и других морских течений.

Мы знаем как разработать преобразователи энергии ветра, течений и волн на основе глубокого использования нелинейной колебательной аэро-гидродинамики и колебательной механики.

 

Наши предложения

Мы знаем как:

1. Увеличить эффективность экстрагирования кинетической энергии ветра и водных течений на основе использования нелинейной колебательной аэродинамики.

2. Увеличить эффективность экстракции, передачи и согласования механической энергии с электрическим генератором с помощью специальных принципов и элементов. При этом конструкция устройства станет проще, дешевле и надежнее.

3. Увеличить эффективность экстрагирования кинетической энергии в широком диапазоне скорости ветра и течений, в том числе при малых скоростях (с помощью системы адаптивного оптимального управления).

4. Делать ветро-гидрогенераторы очень большой мощности (с рабочими элементами длиной от сотен метров до километра).

 

На основе наших теоретических и экспериментальных исследований мы можем провести научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу по созданию первых образцов новой высокоэффективной техники. Мы ищем инвесторов и партнеров для создания первых образцов этой новой техники.

1. Исследовать и разработать.

1.1. Экспертный анализ ваших ветро-гидрогенераторов и разработка рекомендаций по улучшению их характеристик и конструкции.

1.2. Разработка программы обработки экспериментальных данных при экстракции энергии течений с помощью колеблющегося крыла.

1.3. Обработка экспериментальных данных при экстракции энергии течений с помощью колеблющегося крыла.

1.4. Расчет геометрических, кинематических, динамических и энергетических характеристик ветро-гидрогенератора с колеблющимся крылом.

1.5. Расчет и конструирование передаточно-согласующих элементов для передачи энергии от колеблющегося крыла к электрогенератору.

1.6. Обзор ветро-гидрогенераторов с колеблющимся крылом.

1.7. Атлас аэро-гидродинамических характеристик колеблющегося крыла (теоретический).

1.8. Атлас гидродинамических характеристик колеблющегося крыла (по экспериментальным данным).

1.9. Обзор патентов по ветро-гидрогенераторам с колеблющимся крылом (копии патентов).

 

 

 

 

2. Написать научный отчет по ветро- и гидрогенераторам с колеблющимся крылом (написать монографию).

 

Реферат:

2.1. Дается анализ известных конструкций ветро-гидрогенераторов, экстрагирующих энергию течений и ветра с помощью колеблющегося крыла или других рабочих органов.

2.2. Дается физическая и математическая модель экстракции энергии течений с помощью колеблющегося крыла (квазистационарная модель). Приводиться сравнение теоретических и экспериментальных результатов. Рассматриваются различные режимы колебания крыла в потоке.

2.3. Даются начала теории экстракции энергии течений с использованием нелинейных колебательных аэро-гидродинамических процессов. Приводиться сравнение теоретических и экспериментальных результатов.

2.4. Даются методы и программы измерения экспериментальных данных при колебании крыла в потоке. Приводится методика анализа кинематических, динамических и энергетических характеристик колеблющегося крыла.

2.5. Даются приложения (копии патентов, компьютерные программы).

Монография дается в виде книги и компакт-диске с активными программами.

Ориентировочно объем около 500 листов и приложение около 600 листов.

Монография рассчитана на конструкторов и ученых, занимающихся исследованием и разработкой ветро-гидрогенераторов, экстрагирующих энергию с помощью колеблющегося крыла или других рабочих органов (научный отчет, около 500 страниц, с компьютерными программами).

 

 

3. Разработать ветрогенераторы с колеблющимся крылом мощностью 0.1 Квт до 10 Мвт.

 

 

4. Разработать ветрогенераторы с колеблющимся упругим крылом (с рабочими элементами длиной от десятков до сотен метров) мощностью 100 Квт -50 Мвт.

 

 

 

 

5. Разработать гидрогенераторы с колеблющимся крылом мощностью 0.1 Квт до 10 Мвт.

 

 

 

6. Разработать гидрогенераторы с колеблющимся упругим крылом (с рабочими элементами длиной от десятков до сотен метров) мощностью 100 Квт -100 Мвт.

 

 

 









Copyright © "Vortex Oscillation Technology Ltd" Все права защищены.

Опубликовано на: 2004-09-12 (22928 Прочтено)

[ Вернуться назад ]
Content ©

 
Копирование и перепечатка материалов, статей и файлов с данного сайта допускается только с письменного согласия Сорокодума Е.Д. и ООО "Вихре-Колебательные Технологии" (С) 2000-2013
Copying and reprinting materials, articles and files from this site is permitted only with the written consent of Sorokodum Evgeny and "Vortex Oscillation Technology Ltd." (C) 2000-2013