Разработка и изготовление ветроэнергетической установки с дифференциально изменяемым шагом лопастей мощностью 1 - 2 кВт с инерционным накопителем энергии в короткопериодическом движении, управляемой интеллектуальным контроллером нагрузки

Объект исследования - альтернативный источник электрической энергии в виде ветроэнергетической установки с лопастями изменяемой геометрии, инерционным накопителем энергии, управляемой интеллектуальным контроллером. Цель исследования - разработка новых конструктивных и технологических решений, позволяющих осуществить наладку серийного производства конкурентоспособных, ветроэнергетических установок мощностью 1 - 2 кВт, с лопастями изменяемой геометрии, инерционным накопителем энергии и интеллектуальным контроллером, превосходящих по техническим и эксплуатационным характеристикам отечественные и зарубежные аналоги. Назначение научно-технического продукта (изделия) - выработка качественной электрической энергии из энергии ветрового потока. В результате выполнения НИОКР: определены цели и задачи исследований; разработана концепция проектируемых ветроэнергетических установок и на ее основе спроектированы и изготовлены три альтернативных образца ВЭУ; доработана методика аэродинамического расчета, на ее основе проведен расчет воздушных винтов с лопастями изменяемой геометрии; разработана комбинированная адаптивная система управления шагом воздушного винта, обеспечивающая эффективное использование энергии порывов ветра, на фоне низкой средней скорости. Разработаны: теория включения в автоматическую систему ВЭУ форсирующего звена и инерционного накопителя энергии; методика подбора потребного момента инерции маховика и частоты его вращения для аккумулирования потребного количества энергии между отдельными порывами ветра; новая конструкция и новая технология изготовления малых шкивов зубчатых ременных передач, позволяющие существенно уменьшить габариты передачи при заданном передаточном отношении. Отработан технологический процесс изготовления лопастей воздушного винта из композиционных материалов на основе стеклотканей и эпоксидных смол. Разработана принципиально новая теория лезвийной обработки отдельных участков лопастей воздушного винта, изготовленных из полимерных композиционных материалов, спроектирован необходимый для этого режущий инструмент. Разработана концепция совместной работы узла дифференциального изменения шага лопастей и инерционного накопителя энергии в короткопериодическом движении. Произведен расчет момента инерции и частоты вращения маховика для разрабатываемого промышленного образца ВЭУ. Подготовлены три варианта конструкции ВЭУ, выполнено их сравнение по габаритным размерам и параметру «цена - качество». Детально разработаны все узлы образца, планируемого к мелкосерийному промышленному производству. Экспериментальным путем на специально разработанной лабораторной установке определен коэффициент лобового сопротивления воздушного винта на различных режимах его работы, и на его основе произведен расчет опоры ВЭУ. В процессе ходовых испытаний выполнены отладка и доработка систем. Отработана методика безопасного монтажа узлов и всей ВЭУ по месту установки. Проведены ходовые испытания, подтвердившие правильность конструктивных и технологических решений. Осуществлена доработка конструкции ВЭУ с учетом особенностей, выявленных в процессе ходовых испытаний. Разработана концепция дальнейшей модернизации системы управления шагом лопастей винта. Подготовлена конструкторская и технологическая документация, позволяющая наладить мелкосерийное промышленное производство разработанных образцов. В целом в процессе выполнения НИОКР разработаны, изготовлены и испытаны два экспериментальных образца, а затем и промышленный образец ветроэнергетической установки мощностью 1 - 2 кВт, с лопастями изменяемой геометрии, инерционным накопителем энергии и интеллектуальным контроллером нагрузки.