ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 7
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ............................... 17
1.1. История развития ветроэнергетики ....................................................... 17
1.2. Конструктивные особенности существующих ВЭУ и анализ
их работы ......................................................................................................... 26
1.3. Основы использования энергии ветра .................................................. 30
ГЛАВА 2. ИСПЫТАНИЕ ДЕТАЛЕЙ МОДЕЛЕЙ ВЕТРОТУРБИНЫ
В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЕ 3 – АТ - 17,5/3 ...................................... 39
2.1. Описание испытываемых моделей ........................................................ 39
2.2. Характеристика аэродинамической трубы 3-АТ-17,5/3. ..................... 43
2.3. Приборы, используемые при испытаниях моделей ВО ВЭУ в аэродинамической трубе 3-АТ-17,5/3 ............................................................................... 50
2.4. Характеристики частей моделей ВО ВЭУ, испытываемых в аэродинамической трубе ........................................................................................................ 55
2.4.1. Испытания моделей ветронаправляющих экранов .......................... 55
2.4.1.1. Визуализация путей протекания воздушных потоков в системе
ветронаправляющих экранов различной комплектации ............................ 57
2.4.1.2. Определение направления движения и скорости воздушного
потока в объеме расположения отсутствующего ротора ........................... 64
2.4.1.2.1. Характеристика моделей и условий эксперимента .................... 64
2.4.1.2.2. Результаты испытаний по определению направления движения
и скорости воздушного потока в объеме расположения отсутствующего
ротора. .............................................................................................................. 70
2.4.2. Определение аэродинамических коэффициентов лопастей
ВО ВВЭУ ......................................................................................................... 82
2.4.2.1. Общие сведения. Справочные материалы ...................................... 82
2.4.2.2. Определение аэродинамических коэффициентов цилиндрического сегмента ................................................................................................................ 82
3
2.4.2.3. Определение аэродинамических коэффициентов цилиндрического сегмента со стабилизирующей плоскостью ..................................................... 85
2.4.2.4. Определение аэродинамических коэффициентов лопасти
с профилем в виде полуэллипса в сочетании с другими
конструктивными элементами ...................................................................... 90
ГЛАВА 3. ИСПЫТАНИЯ МОДЕЛЕЙ ВЕТРОТУРБИНЫ В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЕ 3-АТ-17,5/3 ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА
............................................................................................................................. 111
3.1. Конструкции испытываемых моделей ВО ВЭУ ................................ 111
3.2. Экспериментальное определение вращающего момента, действующего на
модель застопоренного ротора ................................................................... 116
3.2.1. Экспериментальное определение вращающего момента, действующего на
модель трехлопастного застопоренного ротора, оборудованного лопастями 1-ой
и 2-ой модели ................................................................................................ 116
3.2.2. Определение аэродинамических коэффициентов Сm модели, состоящей
из трехлопастного ротора в окружении шести ветронаправляющих экранов шириной 150 мм ................................................................................................ 121
3.3. Определение аэродинамических коэффициентов Сm модели, состоящей из
четырехлопастного ротора .......................................................................... 124
3.3.1. Экспериментальное определение вращающего момента, действующего на
модель четырехлопастного застопоренного ротора, оборудованного лопастями
1-ой и 2-ой модели ....................................................................................... 124
3.3.2. Определение аэродинамических коэффициентов Сm модели четырехлопастного ротора в окружении шести ветронаправляющих экранов шириной 150
мм ................................................................................................................... 128
3.4. Испытания моделей ветротурбины в аэродинамической трубе
3-АТ-17,5/3 по определению мощности……………………………………...131
3.4.1. Методика экспериментального определения мощности модели, оборудованной металлическими лопастями ............................................................... …..131
4
3.4.2. Экспериментальное определение мощностей моделей
со стеклопластиковыми лопастями различной конструктивной
комплектации ................................................................................................ 133
3.4.2.1. Экспериментальное определение мощности модели с тремя
малыми стеклопластиковыми лопастями и шестью
ветронаправляющими экранами ................................................................. 135
3.4.2.2. Экспериментальное определение мощности модели с четырьмя
малыми стеклопластиковыми лопастями и шестью ветронаправляющими экранами ............................................................................................................... 143
3.4.2.3. Экспериментальное определение мощности модели с пятью
малыми стеклопластиковыми лопастями и шестью ветронаправляющими экранами ............................................................................................................... 153
3.4.3. Экспериментальное определение мощности модели различной конструктивной комплектации…………………………………………….165
3.4.3.1. Экспериментальное определение мощности модели с тремя
большими стеклопластиковыми лопастями и шестью ветронаправляющими
экранами ........................................................................................................ 165
3.4.3. Экспериментальное определение мощности модели с четырьмя
большими стеклопластиковыми лопастями и шестью
ветронаправляющими экранами ................................................................. 175
3.4.4. Экспериментальное определение мощности модели с пятью
большими стеклопластиковыми лопастями и шестью
ветронаправляющими экранами ................................................................. 188
3.4.4.1 Сводный анализ эффективности работы моделей различной
конструктивной комплектации, испытанных в аэродинамической
трубе 3-АТ-17,5/3 ......................................................................................... 189
ГЛАВА 4. ИСПЫТАНИЯ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ В ПРИРОДНЫХ
УСЛОВИЯХ ...................................................................................................... 202
4.1. Описание опытной установки .............................................................. 202
5
4.2. Приборы и приспособления, используемые при экспериментальных исследованиях ВО ВЭУ в природных условиях ................................................ 204
4.3. Результаты экспериментальных данных, полученных при испытании установок различной конструктивной комплектации ..................................... 206
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОПТИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ВО ВЭУ И СРАВНЕНИЕ
ВЫЧИСЛЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ
ДАННЫМИ ....................................................................................................... 220
5.1. Разработка методики расчета по определению оптимальной угловой скорости вращения ветротурбины ВО ВЭУ ........................................................ 220
5.1.1 Сравнение вычисленной оптимальной угловой скорости вращения ветротурбины с экспериментальными данными моделей, испытанных
в аэродинамической трубе .......................................................................... 224
5.1.2. Сравнение вычисленной оптимальной угловой скорости вращения ветротурбины с экспериментальными данными установки, испытываемой в природных условиях ................................................................................................ 227
5.2. Разработка методики расчета по вычислению оптимального вращающего
момента ветротурбины и сравнение вычисленных значений с экспериментальными показателями ...................................................................................... 234
5.2.1. Сравнение вычисленного вращающего момента моделей ветротурбины с
экспериментальными данными ................................................................... 236
5.2.2. Сравнение вычисленного оптимального вращающего момента
ветротурбины с экспериментальными данными установки, испытываемой в
природных условиях .................................................................................... 239
5.3. Вычисление оптимальной мощности ВО ВЭУ и сравнение вычисленных
значений с экспериментальными данными ............................................... 247
5.3.1. Сравнение вычисленной мощности моделей ветротурбины с экспериментальными данными ....................................................................................... 248
5.3.2. Сравнение вычисленной мощности ветротурбины с экспериментальными
данными установки, испытываемой в природных условиях ................... 251
6
5.4. Определение геометрических параметров вертикально-осевой ветроэнергетической установки, позволяющие эффективно работать при скоростях от 0,5
до 15 м/с ......................................................................................................... 265
5.5. Анализ влияния массы вертикально-осевой ветротурбины на эффективность ее работы ............................................................................................. 276
5.6. Вычисление природной скорости ветра для запуска вертикально-осевой ветротурбины в работу .................................................................................... 283
5.6.1. Разработка формул для определения природной скорости ветра для запуска вертикально-осевой ветротурбины в работу .................................. 285
ГЛАВА6. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
В УСЛОВИЯХ ВЕТРОВОГО РЕЖИМА РОССИИ ..................................... 288
ГЛАВА 7. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПОВЫШАЮЩИЕ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОЙ
ВЕТРОТУРБИНЫ ............................................................................................ 299
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .............................................................................................. 305
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................ 308
ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………323
