Научная статья на тему 'Когенерационный ветропарк для крестьянского хозяйства'

Когенерационный ветропарк для крестьянского хозяйства Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
144
41
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА / ТЕПЛОВАЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ / ВЕТРОЭНЕРГОУСТАНОВКА / ИНДУКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ / КОГЕНЕРАЦИЯ / ВЕТРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР / СТАТОР / РОТОР / ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Жарков Антон Викторович

Статья посвящена малой приусадебной ветроэнергетике. На конец 2014 года во всем мире было установлено 945000 небольших ВЭУ мощностью более 830 MВт: в Китае 41%, США 30% и Великобритании 15%. Во всем мире наблюдается увеличение средней установленной мощности малых ВЭУ с 0,66 кВт в 2010 г. до 0,77 кВт в 2011 г. Цель работы: представить обоснование когенерационной технологии с использованием индукционных преобразователей энергии ветра в теплоту (ИПЭВТ) для энергообеспечения производственных процессов крестьянского хозяйства и техническое описание запатентованного нами когенерационного ветропарка. Более 40% энергии фермеру нужны в виде низкопотенциальной теплоты. Показана целесообразность комбинированного производства тепловой и электрической энергии. Предлагаемый нами когенерационный ветропарк содержит несколько ветротепловых установок с ИПЭВТ и хотя бы один автономный электрогенератор. Обмотки возбуждения каждого ИПЭВТ через регулируемый выпрямитель присоединены к статорной обмотке электрогенератора. Безредукторный маломощный ветроэлектрогенератор содержит соосно расположенные ротор со стальным магнитопроводом, соединенный с выходным валом ветродвигателя, и дисковый статор с якорными катушками. Ротор выполнен двухдисковым многополярным с равномерно закрепленными по кругу на периферии дисков постоянными неодимовыми магнитами, зеркально расположенными друг к другу разноименными полюсами. Статор с якорными катушками без сердечника расположен с воздушным зазором между дисками многополюсного ротора. Статор изготовлен в виде симметрично расположенных по внутреннему периметру статорного диска плоских якорных катушек трапецеидальной формы, залитых компаундом. Катушки соединены согласно последовательно в обмотки. Запатентованный нами когенерационный ветропарк может использоваться для обогрева парников и теплиц крестьянского хозяйства в холодное время года и для генерации дополнительной электроэнергии в остальное время.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Жарков Антон Викторович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Когенерационный ветропарк для крестьянского хозяйства»

УДК 620.92

КОГЕНЕРАЦИОННЫЙ ВЕТРОПАРК ДЛЯ КРЕСТЬЯНСКОГО ХОЗЯЙСТВА

©2017г. А.В.Жарков

Статья посвящена малой приусадебной ветроэнергетике. На конец 2014 года во всем мире было установлено 945000 небольших ВЭУ мощностью более 830 МВт: в Китае - 41%, США - 30% и Великобритании - 15%. Во всем мире наблюдается увеличение средней установленной мощности малых ВЭУ - с 0,66 кВт в 2010 г. до 0,77 кВт в 2011 г. Цель работы: представить обоснование когенерационной технологии с использованием индукционных преобразователей энергии ветра в теплоту (ИПЭВТ) для энергообеспечения производственных процессов крестьянского хозяйства и техническое описание запатентованного нами когенерационного ветропарка. Более 40% энергии фермеру нужны в виде низкопотенциальной теплоты. Показана целесообразность комбинированного производства тепловой и электрической энергии. Предлагаемый нами когенерационный ветропарк содержит несколько ветротепловых установок с ИПЭВТ и хотя бы один автономный электрогенератор. Обмотки возбуждения каждого ИПЭВТ через регулируемый выпрямитель присоединены к статорной обмотке электрогенератора. Безредукторный маломощный ветроэлектрогенератор содержит соосно расположенные ротор со стальным магнитопроводом, соединенный с выходным валом ветродвигателя, и дисковый статор с якорными катушками. Ротор выполнен двухдисковым многополярным с равномерно закрепленными по кругу на периферии дисков постоянными неодимовыми магнитами, зеркально расположенными друг к другу разноименными полюсами. Статор с якорными катушками без сердечника расположен с воздушным зазором между дисками многополюсного ротора. Статор изготовлен в виде симметрично расположенных по внутреннему периметру статорного диска плоских якорных катушек трапецеидальной формы, залитых компаундом. Катушки соединены согласно последовательно в обмотки. Запатентованный нами когенерационный ветропарк может использоваться для обогрева парников и теплиц крестьянского хозяйства в холодное время года и для генерации дополнительной электроэнергии в остальное время.

Ключевые слова: энергия ветра, тепловая и электрическая энергия, ветроэнергоустановка, индукционный преобразователь, когенерация, ветроэлектрогенератор, статор, ротор, выпрямитель.

The article is devoted to a small wind power at a farm. At the end of 2014 in the world it was installed 945000 small wind turbine with capacity of over 830 mW: in China - 41%, USA - 30% and UK -15%. There is a worldwide increase in the average installed capacity of small wind turbines - from 0,66 kW in 2010 to 0,77 kW in 2011. The aim of this paper is provide justification of cogeneration technologies with the use of inductive converters of wind energy into heat (ICWEH) to supply the production processes of the farm and technical details patented cogeneration wind farm. More than 40% of the energy must be in the form of low-grade heat. The feasibility of combined production of heat and electrical energy was shown in the article. Proposed cogeneration wind park contains multiple wind heat units with ICWEH, and at least one autonomous generator. Winding of each ICWEH through a regulated rectifier are attached to the stator winding of the generator. Gearless low-power wind power contains a coaxially located rotor with iron core connected with an output shaft of a wind turbine, and the stator disk with the anchor coils. Dual rotor is multipolar disc with equally fixed in a circle on the periphery of disc permanent neodymium magnets, mirror-located to each other opposite poles. The stator with anchor coreless coils is located with an air gap between the multipolar rotor disks. The stator is made in the form of symmetrically located along the inner circumference of the stator disc anchor flat coils of trapezoidal shape, filled with compound. The coils are connected according sequentially in the windings. Patented cogeneration wind farm can be used for heating greenhouses at a farm in the cold season and to generate additional electricity in the rest of the time.

Keywords: wind energy, thermal and electric energy, wind turbine, inductive transducer, cogeneration, wind power, stator, rotor, rectifier.

Введение. Ветроэнергетика на протяжении ряда лет остается наиболее динамично развивающейся отраслью. Мощность ВЭУ к концу первого полугодия 2016 г. достигла 456 ГВт, а к концу года - 500 ГВт, которые могут генерировать около 4,7% мирового спроса на электроэнергию. Прирост мощностей за полугодие составил 21,7 ГВт (против 21,6 ГВт за такой же период предыдущего года). По росту рынка лидирует тройка стран: Германия, Индия и Бразилия [1].

По состоянию на конец 2014 года во всем мире было установлено 945000 небольших ВЭУ

мощностью 830 МВт. Это на 10,9% больше по сравнению с 2013 г., когда зарегистрировано 749 МВт. Наибольшая доля малых ВЭУ по-прежнему находится в трех странах: в Китае -41% мировых мощностей, США - 30% и Великобритании - 15%. Китай явно продолжает оставаться лидером по добавленным ВЭУ - около 64000 ед., достигнув 689000 ед., установленных к концу 2014 года [1].

Во всем мире наблюдается увеличение средней установленной мощности ВЭУ с 0,66 кВт в 2010 г. до 0,77 кВт в 2011 г., в частности: в Китае - с 0,37 до 0,45 кВт, в США - с 1,24

до 1,31 кВт, в Великобритании - с 2,0 до 3,3 кВт. Вновь установленные ВЭУ в 2011 г. имели среднюю мощность 1,6 кВт. Ш/ЕА прогнозирует, что к 2020 г. общая установленная мощность малых ВЭУ в мире достигнет 5 ГВт, а рынок новых небольших ВЗУ - около 1 ГВт [2].

Цель статьи. Представить обоснование когенерационной технологии с использованием индукционных преобразователей энергии ветра в теплоту (ИПЭВТ) для энергообеспечения производственных процессов крестьянского хозяйства и техническое описание запатентованного нами когенерационного ветропарка.

Обоснование когенерационной технологии. Перед владельцами небольших ВЭУ возникает проблема: что делать с ветровой электроэнергией, когда в ней нет необходимости, а ветер дует. Вместе с тем, более 40% энергии фермеру нужны в виде низкопотенциальной теплоты.

В ТГАТУ запатентовано более десяти установок ИПЭВТ, схожих по конструкции, однако отличающихся эффективностью [3]. В использовании ИПЭВТ есть две проблемы: откуда брать ток для питания индукционных обмоток возбуждения, и что делать с тепловой энергией в теплое время года, когда отпадает в ней потребность.

Общая схема преобразования энергии возобновляемых и нетрадиционных источников (ВНИЗ) в потребляемую форму энергии обычно состоит из нескольких преобразователей. Общий КПД преобразований находится как произведение [3]

П =ТЦ*Г|2*...*Т1>> 0)

где г|1, т]2| ...г|| - КПД соответствующего преобразователя.

Конечный КПД любого преобразователя энергии меньше 1. Поэтому, чем меньшее количество преобразований испытывает энергия, тем меньше будут её потери. Однако не все преобразования равнозначны по их эффективности. Преобразование электрической энергии в теплоту весьма эффективный процесс. Например, КПД любого электронагревателя близок к 100%. Но преобразование топлива в электроэнергию - процесс малоэффективный (г|=30-40%). Поэтому использование электроэнергии, произведенной на базе органического топлива, для отопления или получения технологической теплоты, противоречит здравому смыслу с точки зрения общей эффективности энергетики.

Такое использование может быть еще как-то оправдано в быту, обусловленное удобством и комфортностью, но не в производственных процессах. Одно и то же количество энергии в форме теплоты или в форме электрической (механической) энергии далеко не эквивалентно. Для получения 1 МДж теплоты достаточно 1 МДж электроэнергии. Однако, если фермеру понадобится 1 МДж механической энергии, то 1 МДж теплоты его не сможет удовлетворить.

Для бесперебойного снабжения фермерских хозяйств энергией следует отдавать предпочтение комбинированному использованию ВЭУ с другими ВНИЗ (солнечные коллекторы, биогазовые установки, теплообменники и тепловые насосы) и аккумулированием энергии [3].

Результаты и их обсуждение. В использовании разработанных нами ИПЭВТ [3] есть две проблемы: откуда брать ток для питания индукционных обмоток возбуждения; что делать с тепловой энергией в теплое время года, когда потребность в ней отпадает.

Для решения первой проблемы можно использовать ИПЭВТ с самовозбуждением [4]. Что же касается комплексного решения этих проблем, предлагается перейти к когенерационной технологии.

В Законе Украины «О когенерации» сказано:

- Когенерационная установка - комплекс оборудования, работающего по способу комбинированного производства электрической и тепловой энергии или превращающего сбросной энергетический потенциал технологических процессов в электрическую и тепловую энергию;

- Комбинированное производство электрической и тепловой энергии (когенерация) -способ одновременного производства электрической и тепловой энергии в пределах одного технологического процесса в результате сжигания топлива.

Позже Постановлением НКРЭ утвержден Порядок комбинированного производства тепловой и электрической энергии «... с использованием нетрадиционных или возобновляемых источников энергии».

Итак, на наш взгляд, для приусадебной ветроэнергетики наиболее приемлема когенерационная технология. В холодное время года когенерационная ветроэнергетическая установка (КВЕУ) превращает энергию ветра непосредственно в теплоту и частично в электричество -

для питания обмоток возбуждения ИПЭВТ, а в теплое время - параллельно в теплоту и электричество, в зависимости от потребности в них. В перспективе предполагается получать тепловую энергию за счет ветротеплонасосной технологии [5].

Технологические требования к когене-рационной установке. Мощность ветродвигателя определяется по формуле [5]:

P = Cpn-D2pЩ-, (2)

о

где Ср- коэффициент мощности, максимальное значение 16/27=0,593. Практически, в зависимости от качества изготовления ветродвигателя, принимают Ср=0,3—0,4; D - диаметр ветроколеса; р - плотность воздуха, кг/м3 (р » 1,2 кг/м3); Uo - расчетная скорость ветра, м/с;

Из формулы (2) следует, что мощность ветродвигателя пропорциональна скорости ветра. Максимальное использование энергии ветра возможно только при работе ветроколеса с постоянной быстроходностью Z=const, которая определяется как отношение линейной скорости

концов лопастей U=Ru к скорости ветра U0 [6]:

(3)

Ua Vo где R - радиус ветроколеса;

ш - угловая скорость вращения ветроколеса, рад/с.

Оптимальная быстроходность определяется по формуле [6]:

где п - количество лопастей ветроколеса.

Для трехлопастного ветроколеса оптимальное значение быстроходности 20 =4. Тогда оптимальная скорость вращения ветроколеса определится по формуле

<°о=г0\ (5)

Из формулы (5) следует, что для эффективного использования энергии ветра надо, чтобы скорость вращения ветроколеса менялась с изменением скорости ветра. В то же время для обычных генераторов (синхронных или асинхронных - не имеет значения) надо поддерживать постоянную частоту вращения. Итак, ветродвигатель и электрогенератор для эффективности своей работы предъявляют

противоположные требования. Из-за этого они «не выбирают» ветровую энергию при малой скорости ветра и при слишком большой. К тому же обычные генераторы требуют повышенной частоты вращения, для чего обычно используют мультипликаторы, которые в свою очередь, существенно снижают общий КПД ветроэнергетической установки. Учитывая все сказанное, для эффективного использования энергии ветра в крестьянском (фермерском) хозяйстве предлагается разработанный нами когенерационный ветропарк.

Предлагаемая полезная модель относится к ветроэнергетике, а именно - к когенераци-онным ветропаркам.

Известна ветротепловая установка (ВТУ), в состав которой входит электронагреватель, действие которого основано на возбуждении вихревых токов. Вертикально расположенный ротор электронагревателя приводится во вращение от горизонтального вала крыльчатых ветродвигателей через конический редуктор, которые размещены на крыше жилого дома [Пат. USA 4421967, опубл. 20.12.83]. Недостатком известной ВТУ является низкая надежность и негативное влияние на самочувствие жителей из-за её расположения на крыше жилого дома.

Известен также безредукторный ветроаг-регат [Пат. USA 3740565, опубл. 1973], содержащий горизонтально установленный магнитоэлектрический генератор с сегментным ротором и круговым статором. Недостатком названного ветроагрегата является его сложность и громоздкость, что требует большого объема строительных и монтажных работ.

Известен электрический генератор плоской конструкции [7], статор которого выполнен из тороидального сердечника, жестко соединенного с неподвижным валом, на обеих сторонах тороидального сердечника расположены обмотки, а ротор - из двух соединенных многополюсных дисков, которые расположены в полости корпуса. Недостатком электрического генератора плоской конструкции является сложность агрегатирования с приводными устройствами из-за исполнения корпуса вращающимся, неудобство токоотвода через вал статора и невозможность непосредственного преобразования энергии ветра в теплоту.

Известен также ветровой теплогенератор с самовозбуждением [4], содержащий индуктор в виде обмотки возбуждения, расположенной в

кольцевой канавке на статоре, и ротор, связанный с валом ветродвигателя, установленные соосно с зазором между прилегающими торцами магнитопроводов. В прилегающих торцах магнитопроводов образованы радиальные зубцы с постоянным шагом, зубцы статора разделены кольцевой канавкой на внешние и внутренние, равные по площади. Внутренние зубцы сдвинуты относительно внешних наполовину зубчатого шага, дополнительные обмотки идентичного выполнения расположены симметрично на зубцах статора, соединены параллельно и через последовательно соединенные выпрямитель и регулировочный резистор присоединены к выводам обмотки возбуждения.

Недостатком известного устройства является низкий КПД из-за дополнительных потерь мощности в регулирующем резисторе и в якорных обмотках из-за их расположения на зубцах стального магнитопровода, а также зависимость величины генерируемой ЕРС от окончательного намагничивания зубцов, что затрудняет круглогодичное использование устройства для генерации электроэнергии.

Наиболее близким аналогом заявляемого устройства, выбранным в качестве прототипа, является малоинерционный индукционный преобразователь механической энергии ветра в теплоту (ИПЭВТ) [8], содержащий неподвижный индуктор в виде двух стальных дисков с зубчатым строением прилегающих поверхностей с обмотками возбуждения, расположенными в кольцевых канавках прилегающих поверхностей своего магнитопровода (стального диска), и металлический дисковый ротор, расположенный с двойным зазором между ними, жестко связанный с валом ветродвигателя, соосно расположенных в резервуаре с теплоаккумулирующей жидкостью, причем зубчатые поверхности прилегающих торцов стальных дисков расположены зеркально, а их индукционные обмотки возбуждены постоянным током в одном направлении. Недостатком устройства, взятого за прототип, является отсутствие надежного автономного источника питания индукционных обмоток ИПЭВТ.

В основу изобретения поставлена техническая задача создания когенерационного вет-ропарка с автономным источником возбуждения ИПЭВТ для обогрева парников и теплиц.

Поставленная задача решается тем, что когенерационный ветропарк с автономным ис-

точником возбуждения ИПЭВТ, содержащий неподвижный индуктор в виде двух стальных дисков с зубчатым строением прилегающих поверхностей с обмотками возбуждения, расположенными в кольцевых канавках прилегающих поверхностей стальных дисков, и металлический дисковый ротор, расположенный с двойным зазором между ними, жестко связан с валом ветродвигателя, соосно расположенных в резервуаре с теплоаккумулирующей жидкостью, причем зубчатые поверхности прилегающих торцов стальных дисков расположены зеркально, а их индукционные обмотки возбуждены постоянным током в одном направлении.

Согласно изобретению, полезная модель содержит синхронный ветроэлектрогенератор [9] на постоянных (неодимовых) магнитах возбуждения с аксиальным магнитным полем, ротор выполнен двухдисковым, многополярным, с равномерно закрепленными по кругу периферии дисков постоянными (неодимовыми) магнитами, а статор с якорными катушками без сердечника расположен с двойным зазором между дисками многополюсного ротора. К выходу ветроэлек-трогенератора присоединены выпрямитель переменного тока, содержащий двухполуперйодный диодный мост со сглаживающим конденсатором на выходе, к которому через электронный ключ блока регулирования параллельно присоединены обмотки возбуждения каждого ИПЭВТ, датчик температуры окружающей среды.

Также поставленная задача решается за счет того, что дисковый ротор ИПЭВТ - стальной, с двух сторон покрытый тонким слоем металла с повышенной электропроводностью [10]; статор ветроэлектрогенератора [9] изготовлен в виде симметрично расположенных по внутреннему периметру статорного диска плоских якорных катушек трапецеидальной формы, залитых компаундом, катушки соединены согласно последовательно.

Протекание выпрямленного тока по обмоткам возбуждения создает осевой магнитный поток. Соосное расположение стальных дисков с зубчатым строением прилегающих поверхностей в магнитном потоке создает в зазоре переменную магнитную индукцию: максимальную между зубцами и минимальную между пазами. Вращение металлического роторного диска в переменном магнитном поле индуцирует в нем вихревую ЭДС и вихревой ток. Покрытие стального дискового ротора с обеих сторон слоем

металла с высокой электропроводностью, например, медью или дюралюминием, устраняет его залипание, способствует увеличению вихревых токов в поверхностной части дискового ротора и более интенсивной теплоотдаче. Стальная сердцевина ротора уменьшает магнитное сопротивление между зубчатыми стальными дисками. Выполнение резервуара с теп-лоаккумулирующей жидкостью цилиндрическим и расположение на ободе дискового ротора лопастей (не показано) под углом к общей оси с рабочим усилием до выходного патрубка обеспечивает дополнительное перемещение жидкости и ее теплоотдачу, что способствует скорейшему обогреву объекта [7].

Выполнение ротора ветроэлектрогенера-тора двухдисковым, многополярным, с равномерно закрепленными по кругу периферии дисков постоянными неодимовыми магнитами возбуждения с аксиальным магнитным полем, обеспечивает его надежность и компактность. Использование якорных катушек без сердечника устраняет залипание ротора, уменьшает момент сдвига и обеспечивает запуск при слабом ветре. Изготовление якорных катушек плоскими, трапецеидальной формы, уменьшает зазор между роторными дисками и расширяет диапазон использования скорости ветра. Согласно последовательное соединение якорных катушек в статорные обмотки обеспечивает увеличение ЭДС на выходе.

Выпрямитель переменного тока обеспечивает питание обмоток возбуждения каждого ИПЭВТ, конденсатор сглаживает пульсации тока, блок управления обеспечивает замыкание электронным ключом силовой цепи возбуждения при появлении сигнала от датчика температуры окружающей среды.

Техническая сущность и принцип работы предложенного когенерационного ветропарка с автономным источником возбуждения индукционных преобразователей объясняется графическим материалом на четырех рисунках [11].

Когенерационный ветропарк содержит несколько ВТУ 1, и, по крайней мере, один автономный ветроэлектрогенератор 2 [9], с регулируемым выпрямителем переменного тока 3 на выходе. Каждая ВТУ (рисунок 1) содержит ветродвигатель 4 и ИПЭВТ 5, который состоит из неподвижных стальных дисков 6, 7 с зубчатым строением прилегающих зеркально расположенных торцевых поверхностей и обмоток

возбуждения 8 в кольцевых канавках 9 каждого стального диска 6, 7. На выходном валу 10 ИПЭВТ 5 жестко закреплен металлический дисковый ротор 11 с возможностью свободного вращения между неподвижными, соосно расположенными стальными дисками б, 7 в цилиндрическом резервуаре 12 с теплоаккумулирую-щей жидкостью. Вал 13 ветродвигателя 4 через кинематическую передачу 14 соединен с выходным валом 10 ИПЭВТ 5. Металлический дисковый ротор 11 выполнен из малоуглеродистой стали с высокой магнитной проницательностью, покрыт с обеих сторон слоем металла с высокой электропроводностью (не показано). Стальные диски 6, 7 и металлический дисковый ротор 11 установлены соосно и помещены в цилиндрический резервуар 12 с входным 15 и выходным 16 патрубками. Резервуар 12 изготовлен из немагнитного материала, например, из термопластика, и заполнен жидкостью. В прилегающих торцах стальных дисков 6, 7 выполнены радиальные пазы 17 с постоянным шагом и шириной, равной ширине зубцов 18. Зубчатые поверхности прилегающих торцов нижнего 6 и верхнего 7 стальных дисков расположены зеркально (то есть зуб против зуба, а паз против паза), а их индукционные обмотки 8 возбуждены постоянным током в одном направлении. Стальные диски 6, 7 закреплены в цилиндрическом резервуаре 12 на опорах 19. Ветроэлектрогенератор 2 (рисунок 2), содержит корпус 20, который может быть установлен как вертикально, так и горизонтально, вал 21, установленный на подшипниках 22, которые закрыты с обеих сторон крышками 23. На валу 21 расположен двухдисковый ротор 24, на стальных дисках которого равномерно по окружности закреплены постоянные (неодимовые) магниты 25 с зеркально расположенными друг к другу разноименными полюсами. Между роторными дисками 24 с зазором расположен неподвижный статор 26 (рисунок 3) с плоскими якорными катушками 27 трапецеидальной формы без сердечника. Якорные катушки 27 соединены согласно последовательно в обмотки, установленные в плоскости статора перпендикулярно оси выходного вала 21, и залиты компаундом. Концы обмоток 27 выведены в клеммную коробку 28. Статор 26 с якорными катушками 27 жестко закреплен в корпусе 20 шпильками 29. Вал 21 ветроэлектрогенератора 2 кинематически соединен с выходным валом 30 ветродвигателя

(не показан). К статорным обмоткам 27 ветро-электрогенератора 2 присоединен выпрямитель переменного тока 3 (рисунок 4), который содержит двухполупериодный диодный мост 31 со сглаживающим конденсатором 32 на выходе, к

Устройство работает следующим образом [11]. От ветрового потока ветродвигатели 4 через выходные валы 13 приводят в действие свои ИПЭВТ 5. Одновременно выходной вал 30 ветродвигателя (не показан) передает крутя-

которому через электронный ключ 33 блока регулирования 34 параллельно присоединены обмотки возбуждения 8 каждого ИПЭВТ 5 (см. рисунок 1), датчик температуры окружающей среды 35.

щий момент через кинематическую связь валу 23, который вращает закрепленные на нем стальные роторные диски 24 с закрепленными на них неодимовыми магнитами 25. Так как магниты 25 расположены зеркально с разноимен-

Рисунок 1 - Ветротепловая установка с ИПЭВТ (пат. 22765)

ными полюсами друг к другу, то создают осевой магнитный поток, который замыкается через стальные роторные диски 24 и плоские якорные катушки 27. При вращении роторных дисков 24 магнитный поток неодимовых магнитов 25 по очереди пронизывает якорные катушки 27 и индуцирует в них ЕДС. Для увеличения выходной ЭДС якорные катушки 27 соединены согласно последовательно в статорные обмотки, концы которых выведены в клеммную коробку 28. Напряжение со статорной обмотки 27 поступает на

диодный мост 31 выпрямителя переменного тока 3, пульсация тока сглаживается конденсатором 32. Температура окружающей среды через датчик 35 контролируется блоком регулирования 34. Когда температура среды ниже установленного значения, блок регулирования 34 открывает электронный ключ 33, регулируя ток в обмотках возбуждения 8 ИПЭВТ 5 в зависимости от отклонения температуры воздуха от установленного значения.

Риснок 2 - Ветроэлектрогенератор на неодимовых магнитах (пат. 104467)

Рисунок 3 - Статор с якорными катушками (пат. 104467)

Рисунок 4 - Управляемый выпрямитель для питания обмоток возбуждения ИПЭВТ от ветроэлектрогенератора (пат. по заявке № 201612945)

Стальные диски 6, 7 ИПЭВТ 5 (см. рисунок 1) намагничиваются магнитным полем возбуждения в одном направлении одновременно. Из-за зубчатого строения торцов стальных дисков 6, 7 магнитная индукция в зазоре будет не-

однородной и изменяться от минимального значения В& mm между пазами 17 до максимального значения Вбтах между зубцами 18. Таким образом, при вращении в неоднородном магнитном поле индукция в металлическом роторе 11

пульсирует, не меняя знака от Bö max к Bs min. Её можно представить в виде двух составляющих [10]:

переменной с амплитудой

Вб~ = 0,5 (Вб max _ Bö min)

и постоянной, равной

Вб= =0,5 (Вбтах + Bs min).

Переменная составляющая магнитного поля индуцирует в дисковом роторе 11 преимущественно в наружном слое с высокой электропроводностью [10], ЭДС и вихревые токи частотой

f=Zn,

где Z - количество зубцов на каждом магнито-проводе 6,7 ИПЭВТ; п - частота вращения дискового ротора 11,

с-1.

Вихревые токи по закону Джоуля-Ленца нагревают дисковый ротор 11, преимущественно его поверхность, а от него нагревается жидкость в резервуаре 12, которая может использоваться для обогрева сооружений, парников и теплиц. Постоянная составляющая магнитного потока никаких ЭДС не индуцирует, поэтому эта часть магнитного потока не принимает участия в преобразовании энергии ветра в теплоту [11].

Выводы. Разработанный и запатентованный нами когенерационный ветропарк [11] может использоваться для обогрева парников и теплиц крестьянского хозяйства в холодное время года и для генерации дополнительной электроэнергии в остальное время.

Литература

1 GWEC Global Wind Report 2016 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gwec.net/wp-content/uploads.

2. World Wind Energy Report 2012_final [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.wwindea.org/wwea-half-year-report-wor1dwind.

3. Жарков, В.Я. Малая ветроэнергетика: проблемы и пути решения / В.Я. Жарков II Вестник аграрной науки Дона. - 2013. - № 3 (23). - С. 45-57.

4. Пат. 64568А UA. МПК7 F03D7/06. Впровий теплогенератор з самозбудженням / В.Я. Жарков, A.B. Жарков, О.О. Тищенко. - заявл. 26.06.2003; опубл. 16.02.2004, Бюл. № 2.

5. Пат. 107616 UA. МПК F25B29/00, F24J3/00, F03D1/00. Присадибна в1тротеплонасосна установка / A.B. Жарков. - заявл. 27.01.2016; опубл. 10.06.2016, Бюл. №11.

6. Jon Twidell and Tony Weir. Renewable Energy Resources. - London and New York: Taylor & Francis, 2006. -601 p.

7. Пат. 8454 UA. МПК H02K21/26, H02K16/00. Генератор плоско'!' конструкци / H.M. Мх1тарян, С.О. Кудря,

B.Ф. Будьонний, Ю Н. nepMiHOB. - заявл. 16.11.2004; опубл. 15.08.2005, Бюл. №8.

8. Пат. 22765 UA. МПК F03D7/06. МалоЫерцмний ¡ндукцмний перетворювач механнно) енерги BiTpy в теп-лову / В.Я. Жарков, А.В.Жарков, О.С. Йолюн, С.П. Слеп-KiH. -заявл. 21.12.2006; опубл. 25.04.2007, Бюл. № 5.

9. Пат. 104467 UA. МПК F03D7/06, F03D1/06. Без-редукторний малопотужний вароелектрогенератор / В.Я. Жарков, В.А. Чорненький, Б.С. Новах, A.B. Жарков, -заявл. 08.01.2014; опубл. 10.02.2016, Бюл. №3.

10. Атрошенко, О.С. Вдосконалення ¡ндукцмного перетворювача механики енергп BiTpy в теплову / О.С. Атрошенко, A.B. Жарков, В.Я. Жарков II З&рник наукових праць VIII М1жнародноТ науково-техн1чноУ кон-ференцн acnipaHTiB та студент!в «Автоматизац1я техноло-пчних об'еклв та npoqeciB». - Донецьк: ДонНТУ, 2008. -

C. 209-211.

11. Пат. UA по заявц1 U201612945. МПК H02K21/26, H02K16/00, F03D3/06, F03D9/00, F03D7/06, F03D1/06. Когенерацмний вгропарк з автономним джерелом збуд-ження ¡ндукцмних перетворювач1в / A.B. Жарков, Б.С. Новах, Ю.В. Шалипна та iH. - Заявл. 19.12.2016.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

References

1 GWEC Global Wind Report 2016 [Jelektronnyj re-surs], - Rezhim dostupa: http://www.gwec.net/wp-content/uploads.

2. World Wind Energy Report 2012_final [Jelektronnyj resurs], - Rezhim dostupa: http://www.wwindea.org/wwea-half-year-report-worldwind.

3. Zharkov V.Ja. Malaja vetrojenergetika: problemy i puti reshenija [Small wind energy: problems and solutions] Vestnik agrarnoj nauki Dona, 2013, No 3. (23), pp. 45-57.

4. Zharkov V.Ja., Zharkov A.V., Tishhenko O.O. Pat. 64568A UA. MPK7 F03D7/06. Vitrovij teplogenerator z samozbudzhennjam [Wind heat generator with self-excitation], zajavl. 26.06.2003, opubl. 16.02.2004, Bjul. No 2.

5. Zharkov A.V. Pat. 107616 UA. MPK F25B29/00, F24J3/00, F03D1/00. Prisadibna vitroteplonasosna ustanovka [Wind heat generator at a farm], zajavl. 27.01.2016, opubl. 10.06.2016, Bjul. No 11.

6. Jon Twidell and Tony Weir. Renewable Energy Resources, London and New York: Taylor & Francis, 2006, 601 p.

7. Mhitarjan N.M., Kudrja S.O., Bud'onnij V.F., Perminov Ju.N. Pat. 8454 UA. MPK N02K21/26, N02K16/00. Generator ploskoi konstrukcii [Generator of flat construction design], zajavl. 16.11.2004, opubl. 15.08.2005, Bjul. No 8.

8. Zharkov V.Ja., Zharkov A.V., Jolkin O.S., Slep-kin CP. Pat. 22765 UA. MPK F03D7/06. Maloinercijnij indukcijnij peretvorjuvach mehanichnoi energii vitru v teplovu [Low-inertia inductive transducer of mechanical wind energy into thermal energy], zajavl. 21.12.2006, opubl. 25.04.2007, Bjul. No 5.

9. Zharkov V.Ja., Chornen'kij V.A., Novah B.S., Zharkov A.V. Pt. 104467 UA. MPK F03D7/06, F03D1/06. Bezre-duktomij malopotuzhnij vitroelektrogenerator [Gearless low-power wind power generator], zajavl. 08.01.2014, opubl. 10.02.2016, Bjul. No 3.

10. Atroshenko O.S., Zharkov A.V., Zharkov V.Ja. Vdoskonalennja indukcijnogo peretvorjuvacha mehanichnoi energii vitru v teplovu [Improving of inductive converter of mechanical wind energy into thermal energy]: zbirnik nauko-

vih prac' VIII Mizhnarodnoï naukovo-tehnichnoï konferenciï aspirantiv ta studentiv «Avtomatizacija tehnologichnih ob'ektiv ta procesiv», Donec'k, DonNTU, 2008, pp. 209-211.

11. Zharkov A.V., Novah B.S., Shaligina Ju.V. Pat. UA po zajavci u201612945. MPK N02K21/26, N02K16/00,

F03D3/06, F03D9/00, F03D7/06, F03D1/06. Kogeneracijnij vitropark z avtonomnim dzherelom zbudzhennja indukcijnih peretvorjuvachiv [Cogeneration wind farm with an independent source of excitation of the inductive converters] ta in., zajavl. 19.12.2016.

Сведения об авторе

Жарков Антон Викторович - инженер, ООО «ЮБС-Холод», соискатель, Таврический государственный агротех-нологический университет (г. Мелитополь, Украина). Тел.: 38-050-34-34-180. E-mail: tosha_vict@mail.ru.

Information about the author Zharkov Anton Viktorovich - engineer, LLC «UBS-Cold», postgraduate student, Taurian State Agrotechnologial University (Melitopol, Ukraine). Phone: 38-050-34-34-180. E-mail: tosha_vict@mail.ru.

УДК 637.116

АДАПТАЦИЯ МАШИННОГО ДОЕНИЯ В ГОРНЫХ УСЛОВИЯХ © 2017 г. А.Б. Барагунов

Рассматриваются проблемы машинного доения коров, возникающие в условиях горных хозяйств. Серийные доильные аппараты, предназначенные для машинного доения коров в условиях до 1000 м над уровнем моря, под воздействием пониженного атмосферного давления, отклоняются от заданного режима доения. Снижается скорость выведения молока, возрастает величина вакуумметрического давления, и, как следствие, повышается частота заболеваемости коров маститом. Сделана попытка математически описать процесс машинного доения при изменяющихся условиях хозяйствования (до 1000 м над уровнем моря и выше). По опытным и расчетным данным приведены графические зависимости на различных высотах над уровнем моря расположения хозяйственной деятельности молочного производства. В процессе математического и графического анализа выявлена закономерность постоянства количества пульсов за весь процесс молоковыведения в равнинных и горных условиях хозяйствования при понижении атмосферного давления (от 10 до 30 кПа). Предлагается конструктивное решение - усовершенствованная конструкция пульсатора. Устройство обладает адаптивным свойством к изменению атмосферного давления, в зависимости от изменения расположения хозяйственной деятельности по высоте над уровнем моря. На данную конструкцию получен патент на изобретение. Изготовлен опытный образец. Доильный аппарат АДВ-Ф-1А, укомплектованный усовершенствованной конструкцией пульсатора, успешно прошел испытания и эффективно эксплуатируется на горных пастбищах (от 1000 до 3200 метров над уровнем моря) Северо-Кавказского и Южного федеральных округов. Данная конструкция показала положительные результаты в производственных условиях. Предлагается внедрить разработанную конструкцию, которая является экономически целесообразным решением существующих недостатков машинного доения в горных условиях хозяйствования.

Ключевые слова: горные пастбища, корова, машинное доение, количество пульсов.

The article deals with the problems of machine milking of cows that arise in the conditions of mountain farms. Serial milking machines designed for machine milking of cows in conditions up to 1000 m above sea level, under the influence of low atmospheric pressure, deviate from the preset milking mode. The rate of elimination of milk decreases, the magnitude of the vacuum pressure increases and, as a consequence, the incidence of cows with mastitis increases. It was made an attempt to describe mathematically the process of machine milking under varying conditions of management (up to 1000 m above sea level and above). A constructive solution is proposed - an improved pulsator design. The device has an adaptive property to change atmospheric pressure, depending on the change in the location of the fam in height above the sea level. A patent for the invention was obtained for this design. A prototype has been manufactured. The milking machine ADV-F-1A equipped with the improved design of the pulsator has successfully passed tests and is effectively operated on mountain pastures (from 1000 to 3200 meters above sea level) of the North Caucasus and South Federal Districts. This design showed positive results in production conditions. It is proposed to implement the developed design, which is an economically feasible solution to the existing shortcomings of machine milking in mining conditions of management.

Keywords: mountain pastures, cow, machine milking, the number of pulses.

Введение. Машинное доение коров относится к основной операции в технологической линии молочного животноводства. Содержание дойного поголовья осуществляется несколькими способами: привязное в стойлах коровника, беспривязное на территории животноводческого

комплекса или фермы, отгонное - в зимний период поголовье находится на ферме, а в летний стадо переводится на пастбища с размещением технологического оборудования в близлежащей местности. Перечисленные способы содержания зависят от кормовой базы, местности хо-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.