Разработка ветроэнергетического агрегата с вертикальной осью, модификации обеспечивающей эффективное функционирование в распределенной сети типа smart grid

Объект исследования: ветроэнергетическая установка (ВЭУ) с вертикальной осью, имеющая статор (направляющий поток) и ротор. Цель: проведение расчетных и экспериментальных исследований опытного образца ветроустановки. Расчеты производили на математической модели опытного образца в программе Fluent, а также на основе продувки уменьшенной модели в аэродинамической трубе и получения расчетных значений на их основе для полноценного образца ветроустановки. Экспериментальные значения показателей получены на самой опытной установке в полевых условиях. Результаты расчетов и экспериментов показали соответствие теории течения газа в каналах статора и ротора. Основные конструктивные и технико-эксплуатационные характеристики: мощность ВЭУ - 1,5 кВт (при скорости ветра 8 м/с), шум в режиме крейсерской мощности - не более 40 дБ, надежность работы в условиях порывов ветра и шторма - до 50 м/с, способность передавать мощность в распределенные сети, минимальная скорость ветра для работы ВЭУ - 2 м/с, универсальность и взаимозаменяемость деталей трансмиссии, частота генератора соответствует требуемым параметрам оператора мощности, неразборные соединения выполнены путем ручной аргонодуговой сварки, разборные соединения - болтовые, винтовые и подшипниковые, электропитание от ВЭУ на выходе из инвертора - 220 вольт ± 5%, частота - 50 Гц, оснащение защитными экранами и предохранительными приспособлениями, температура эффективного функционирования - от -30 до +40°С, наличие заземляющих устройств, надежно защищенных от коррозии и самоотвинчивания, способ защиты от поражения электрическим током - 1-й класс, габариты - высота 2 м, диаметр 2 м (мощность 1,5 кВт при номинальной скорости), вес - не более 500 кг в собранном виде. ВЭУ предназначена для преобразования энергии ветра в электрическую энергию для обеспечения работы любых устройств совокупной мощностью не более 1,5 кВт. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных характеристик установки. Разработан возможный вариант конструкции ротора на магнитной подвеске. Представлена финальная версия конструкторской документации. Даны рекомендации по разработке линейки различных типов конструкций ВЭУ при больших мощностях. На базе имеющейся физической модели построена математическая модель течения газа (воздуха) в каналах статора и ротора в программе Fluent, и получен большой объем данных. Изготовлена модель установки и продута в аэродинамической трубе. Результаты продувки модели в аэродинамической трубе показали торможение потока перед установкой в два раза. Рассмотрены возможные варианты увеличения мощности без изменения заданных габаритных размеров установки, вариант установки с экранами. Спроектирована опытная установка. Изучены варианты конструкций статора и ротора и их крепления. Проведены разработка конструкции рамы ВЭУ и крепления к ней статора и ротора установки, выбор генератора и преобразователя энергии (к сетевым параметрам) для опытного образца. Подготовлены конструкторская документация и рабочие чертежи на опытную модель ВЭУ, которые были переданы на экспериментальное изготовление опытного образца. Выбран материал для лопастей и дисков статора и ротора. Изготовлен опытный образец под конструкторским надзором за изготовлением и сборкой. Проведена апробация опытного образца в естественных условиях. На основе первичных полевых испытаний внесены дополнения к установке мультипликации с коэффициентом передачи 1 : 3.