Научная статья на тему 'ОБЗОР, АНАЛИЗ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ ВЕТРОУСТАНОВОК В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ'

ОБЗОР, АНАЛИЗ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ ВЕТРОУСТАНОВОК В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
53
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕПЛОГЕНЕРАТОР / МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА / ШЕСТЕРЁНЧАТЫЙ НАСОС / КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ / МОЩНОСТЬ / ЦИРКУЛЯЦИЯ

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Петько Виктор Гаврилович, Фомин Максим Борисович, Рахимжанова Ильмира Агзамовна, Колесников Александр Борисович, Садчиков Александр Сергеевич

В статье рассмотрены вопросы тепло- и электроснабжения производственных и бытовых объектов от ветроустановок с непосредственным преобразованием механической энергии ветротурбин в тепловую энергию путём жидкостного трения активаторов, совершающих вращательное движение. Произведён обзор конструктивных схем существующих ветроустановок такого назначения и их принципа действия. Предпочтение отдаётся ветроустановкам с прямым соединением валов ветротурбины и активатора без промежуточного редуктора, как наиболее простым надёжным и экономичным. При этом для минимизации размеров теплогенератора, что актуально именно для тихоходных активаторов, соединённых с ветротурбиной по безредукторной схеме, предложена защищённая патентом конструкция ветроустановки с теплогенератором на базе шестерёнчатого насоса. Для ветротурбин с горизонтальной осью вращения, имеющих вращающуюся головку, разработано устройство связи контуров теплогенератора и системы отопления. Рассмотрена возможность повышения бесперебойности электроснабжения автономных объектов от ветроустановок, основным назначением которых является производство тепла. Тепловой энергией при этом потребитель обеспечивается от аккумулятора тепла, значительно более энергоёмкого и дешёвого по сравнению с электрическим аккумулятором. Предложена схема оптимизации загрузки ветроустановки в условиях переменного графика электропотребления.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Петько Виктор Гаврилович, Фомин Максим Борисович, Рахимжанова Ильмира Агзамовна, Колесников Александр Борисович, Садчиков Александр Сергеевич

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

REVIEW, ANALYSIS AND PROSPECTS FOR THE USE OF HEAT-GENERATING WIND TURBINES IN HEATING AND HOT WATER SUPPLY SYSTEMS

The article deals with the issues of heat and power supply of industrial and household facilities from wind turbines with direct conversion of mechanical energy of wind turbines into thermal energy by means of fluid friction of activators performing rotational motion. An overview of the design diagrams of existing wind turbines of this purpose and their principle of operation is made. Preference is given to wind turbines with direct connection of the shafts of the wind turbine and the activator without an intermediate gear, as the most simple, reliable and economical. At the same time, to minimize the size of the heat generator, which is important specifically for low-speed activators connected to a wind turbine without a gear scheme, a patent-protected design of a wind turbine with a heat generator based on a gear pump has been proposed. For wind turbines with a horizontal axis of rotation, having a rotating head, a communication device for heat generator circuits has been developed and heating systems. The possibility of increasing the uninterrupted power supply of autonomous objects from wind turbines, the main purpose of which is the production of heat, is considered. In this case, the consumer is provided with thermal energy from a heat accumulator, which is much more energy-intensive and cheap than an electric accumulator. A scheme for optimizing the loading of a wind turbine under conditions of a variable power consumption schedule is proposed.

Текст научной работы на тему «ОБЗОР, АНАЛИЗ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ ВЕТРОУСТАНОВОК В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ»

Марина Анатольевна Васильева, кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет». Россия, 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, zmarvas@mail.ru

Виктория Викторовна Делигирова (Гунько), кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет». Россия, 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, gunko.82@list.ru

OlegF. Kuznetsov, honorary surveyor of the Russian Federation. Orenburg State University. 13, Pobedy Ave., Orenburg, 460018, Russia.

Anastasia P. Ivanova, Doctor of Technical Sciences, Professor. Orenburg State University. 13, Pobedy Ave., Orenburg, 460018, Russia; Orenburg State Institute of Railways - a branch of Samara State University of Railways. 28/1 -28/2, Ave. Br. Korostelevs, Orenburg, 460004, Russia, ivaanastassia27@mail.ru

Marina A. Vasilyeva, Candidate of Technical Sciences. Orenburg State University. 13, Pobedy Ave., Orenburg, 460018, Russia, zmarvas@mail.ru

Victoria V. Deligirova (Gunko), Candidate of Technical Sciences. Orenburg State University. 13, Pobedy Ave., Orenburg, 460018, Russia, gunko.82@list.ru

Научная статья

УДК 621.3

doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-190-196

Обзор, анализ и перспективы использования теплогенерирующих ветроустановок в системах отопления и горячего водоснабжения

Виктор Гаврилович Петько1, Максим Борисович Фомин1,

Ильмира Агзамовна Рахимжанова1, Александр Борисович Колесников2,

Александр Сергеевич Садчиков2, Ирина Валерьевна Колесникова3

1 Оренбургский государственный аграрный университет

2 ООО «Тюльганский электромеханический завод»

3 Оренбургский государственный университет

Аннотация. В статье рассмотрены вопросы тепло- и электроснабжения производственных и бытовых объектов от ветроустановок с непосредственным преобразованием механической энергии ветротурбин в тепловую энергию путём жидкостного трения активаторов, совершающих вращательное движение. Произведён обзор конструктивных схем существующих ветроустановок такого назначения и их принципа действия. Предпочтение отдаётся ветроустановкам с прямым соединением валов ветротурбины и активатора без промежуточного редуктора, как наиболее простым надёжным и экономичным. При этом для минимизации размеров теплогенератора, что актуально именно для тихоходных активаторов, соединённых с ветротурбиной по безредукторной схеме, предложена защищённая патентом конструкция ветроустановки с теплогенератором на базе шестерёнчатого насоса. Для ветротурбин с горизонтальной осью вращения, имеющих вращающуюся головку, разработано устройство связи контуров теплогенератора и системы отопления. Рассмотрена возможность повышения бесперебойности электроснабжения автономных объектов от ветроустановок, основным назначением которых является производство тепла. Тепловой энергией при этом потребитель обеспечивается от аккумулятора тепла, значительно более энергоёмкого и дешёвого по сравнению с электрическим аккумулятором. Предложена схема оптимизации загрузки ветроустановки в условиях переменного графика электропотребления.

Ключевые слова: теплогенератор, механическая характеристика, шестерёнчатый насос, коэффициент использования, мощность, циркуляция.

Для цитирования: Обзор, анализ и перспективы использования теплогенерирующих ветроустановок в системах отопления и горячего водоснабжения / В.Г. Петько, М.Б. Фомин, И.А. Рахимжанова [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 190 - 196. doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-190-196.

Original article

Review, analysis and prospects for the use of heat-generating wind turbines in heating and hot water supply systems

Viktor G. Petko1, Maxim B. Fomin1, Ilmira A. Rakhimzhanova1, Alexander B. Kolesnikov2,

Alexander S. Sadchikov2, Irina V. Kolesnikova3

1 Orenburg State Agrarian University

2 OOO "Tyulgansky Electromechanical Plant"

3 Orenburg State University

Abstract. The article deals with the issues of heat and power supply of industrial and household facilities from wind turbines with direct conversion of mechanical energy of wind turbines into thermal energy by means of fluid friction of activators performing rotational motion. An overview of the design diagrams of existing wind

turbines of this purpose and their principle of operation is made. Preference is given to wind turbines with direct connection of the shafts of the wind turbine and the activator without an intermediate gear, as the most simple, reliable and economical. At the same time, to minimize the size of the heat generator, which is important specifically for low-speed activators connected to a wind turbine without a gear scheme, a patent-protected design of a wind turbine with a heat generator based on a gear pump has been proposed. For wind turbines with a horizontal axis of rotation, having a rotating head, a communication device for heat generator circuits has been developed and heating systems. The possibility of increasing the uninterrupted power supply of autonomous objects from wind turbines, the main purpose of which is the production of heat, is considered. In this case, the consumer is provided with thermal energy from a heat accumulator, which is much more energy-intensive and cheap than an electric accumulator. A scheme for optimizing the loading of a wind turbine under conditions of a variable power consumption schedule is proposed.

Keywords: heat generator, mechanical characteristic, gear pump, utilization factor, power, circulation.

For citation: Review, analysis and prospects for the use of heat-generating wind turbines in heating and hot water supply systems / V.G. Petko, M.B. Fomin, I.A. Rakhimzhanova et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 90(4): 190 - 196. (In Russ.). doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-190-196.

Технологические процессы в промышленности и сельском хозяйстве, связанные с нагревом тех или иных продуктов или обогревом помещений, являются наиболее энергоёмкими и требуют в связи с этим для их осуществления значительных материальных и финансовых затрат. Поэтому заманчиво выглядит идея использовать для таких процессов альтернативные источники энергии, особенно для объектов, удалённых от централизованных источников энергоснабжения. Наиболее перспективной для этой цели является энергия ветра. При этом применяются, как правило, ветроустановки, в которых энергия ветра преобразуется в электрическую, а затем в тепловую [1 - 3]. Однако более простыми и, следовательно, более дешёвыми и надёжными в эксплуатации являются ветровые установки (ВУ) с прямым преобразованием механической энергии ветротурбины в тепловую энергию путём трения вращающихся или движущихся поступательно рабочих органов активатора о жидкость при её перемешивании или дросселировании. Естественно, что использоваться они могут только при их размещении в непосредственной близости от объектов теплоснабжения. Ниже рассмотрены конструкции, принципы действия, достоинства и недостатки таких ветроустановок.

Материал и методы. Самой простой из них является ветроустановка с кривошипо-шатунным механизмом, в которой при возвратно-поступательном движении поршня осуществляется перемешивание жидкости и вследствие этого её нагрев. При соответствующих зазорах между стенками цилиндра и поршня обеспечивается требуемый момент сопротивления вращению ветротурбины, при котором коэффициент использования мощности ветропотока имеет максимальное значение при всех возможных скоростях ветра. Однако такая ветротеплоэнергетическая установка, техническая реализация которой хотя в принципе и возможна, не получила сколь-либо широкого распространения из-за громоздкости системы передачи энергии от вала турбины к поршню, зависимости момента сопротивления от угла поворота ветротурбины, недолговечности

пары поршень - цилиндр, а также повышенного уровня звукового воздействия.

Наиболее приемлемыми в техническом плане являются ветроустановки с гидромеханическим генератором тепла, рабочий орган которого (активатор) совершает вращательное движение. При этом необходимо, чтобы ветротурбина и теплогенератор были согласованы по мощности, а именно: при оптимальной по коэффициенту использования энергии ветра частоте вращения наблюдалось бы равенство мощностей теплогенератора и ветротурбины [4]. Это равенство для одной скорости ветра будет сохраняться и для любой скорости ветра, а следовательно, и для любой оптимальной частоты вращения ветротурбины в том случае, если мощностные Р = f(ю) и механические М = f(ю) характеристики ветроколеса и теплогенератора идентичны. При преобразовании механической энергии, подводимой к валу теплогенератора, в тепловую энергию за счёт жидкостного трения именно так и происходит [5].

Причём система реализуется наиболее просто и менее затратно при прямом соединении валов теплогенератора и ветротурбины [6, 7]. На рисунке 1 приведена конструктивная схема такой ветроустановки.

Она содержит ветротурбину 1, закреплённую на горизонтальном валу 2. На башне 3 с поворотной головкой 4 установлен бак теплогенератора 5 с размещённым в нём ротором (активатором) 6. Связь контура циркуляции теплогенератора с контуром теплоприёмника осуществляется через устройство связи 7.

Работа ветроустановки осуществляется следующим образом. Механическая энергия ветротурбины 1 при наличии ветра передаётся через вал 2 на лопасти ротора 6. За счёт трения лопаток ротора о жидкость она нагревается и под действием центробежной силы устремляется в контур теплоприёмника, в качестве которого могут выступать батареи системы отопления. Движение осуществляется в прямом направлении через напорные трубопроводы 11 и 14, патрубок 9, герметическое соединение патрубков 9 и

12, патрубок 12. В обратном направлении она движется по пути: обратный трубопровод 15 -патрубок 13 - герметичная кольцевая ёмкость 18 - патрубок 8 - обратный трубопровод 10. Устройством связи 7 обеспечивается сочленение контуров теплогенератора и теплоприёмника при любом взаимном их положении и любом давлении жидкости (воды или тосола) в контуре теплоприёмника.

Представляет интерес генерация ветроуста-новкой электрической энергии в количестве, достаточном для электроснабжения потребителей, и лишь при избытке мощности ветротурбины направлять её на выработку тепла. Это позволяет в приоритетном порядке, а следовательно, более надёжно и бесперебойно обеспечивать потребителей электрической энергией даже при достаточно слабом ветре. Основная же мощность ветротурбины направляется на получение тепла, которое легче аккумулировать на случаи слабых скоростей ветра.

Рис. 1 - Схема ветроустановки для генерации тепла

Рис. 2 - Ветроэнергетическая установка для производства тепла и электрической энергии

Примером такой ветроустановки является ветроустановка для производства тепла и электрической энергии по авторскому свидетельству СССР № 1346848 [8]. Её схема приведена на рисунке 2.

Установка содержит ветротурбину 1, установленную на валу 2, и крыльчатку 3 гидронасоса. Крыльчатка 3 связана гидравлически с турбинным колесом 4, установленным на валу 5 электрического генератора 6. Крыльчатка 3 и турбинное колесо 4 размещены в конфузоре 7, находящемся в баке 8. Турбинное колесо 4 установлено на валу 5 подвижно, концентрически валу и снабжено гидроцилиндром 9, размещённым между баком 8 и генератором 6. В гидроцилиндре имеется поршень 10, связанный с турбинным колесом 4 штоком 11. Шток имеет диск 12, размещённый с внутренней стороны бака 8. Гидроцилиндр оснащён гидронасосом 13, соединённым с гидроцилиндром трубопроводом 14 с установленным в нём обратным клапаном 15 и обратным трубопроводом 16 с размещённым в нём соленоидным клапаном 17. Причём сливной трубопровод 16 подключён к трубопроводу 14 через соленоидный клапан 17. Гидроцилиндр, выполняющий роль приводного механизма, имеет также центробежный регулятор 18, размещённый на валу 5, и реле 19 управления. Реле электрически связано с электронасосом 13, регулятором 18 и соленоидным клапаном 17. Бак 8 находится внутри ёмкости 20. Между ним и валом 2 установлена гильза 21, к которой подключена всасывающая труба 22. Ёмкость 20 имеет подводящую трубу 23, а бак 8 - отводящую трубу 24.

Работа установки осуществляется в следующей последовательности. При малой скорости ветра турбинное колесо 4 смещено в правую часть конфузора. Мощность установки при этом составляет 15.. .20 % от номинального значения. Возрастание скорости ветра приводит к вклю-

чению регулятором 18 и реле 19 насоса 13 и перемещению поршня 10 влево вместе с колесом 4 и штоком 11. Это приводит к увеличению зазора между крыльчаткой колеса 4 и конфузора 7 и уменьшению давления потока от крыльчатки 3 на колесо 4. При этом мощность установки практически не изменяется. Уменьшение частоты вращения ветроколеса 1 приводит к отключению электронасоса 13. В результате давление правее поршня 10 уменьшается, колесо 4 смещается в исходное положение. При открытом клапане 17 часть жидкости по трубопроводу 16 сливается в ёмкость 20.

При повышенных скоростях ветра шток 11 перемещается влево и диск 12 основную часть энергии преобразует в тепло. Нагретая вода по трубе 24 из бака 8 подаётся потребителю, а пополнение взамен ушедшей осуществляется из водопровода по трубе 23. Утечка воды через зазоры между валом 2 и штоком 11 возвращается в ёмкость 20.

Недостаток данной ветроустановки заключается в том, что передача мощности ветроколеса на генератор осуществляется через систему насос - турбина, коэффициент полезного действия которой чрезвычайно низок. Это исключает возможность преобразования всей энергии ве-троколеса в электрическую энергию.

От этого недостатка в некоторой степени свободна ветроэнергетическая установка, содержащая ветротурбину с горизонтальным валом, соединённым с крыльчаткой теплогенератора и электрогенератором [9]. Крыльчатка размещена в одном из отсеков бака. В другом отсеке бака, сообщающемся с первым, установлен шаровой питательный клапан. Однако и ей присущ существенный недостаток. Он заключается в том, что оптимальное согласование по максимуму коэффициента использования мощности ветрового потока механических характеристик ветротурбины и крыльчатки теплогенератора нарушается из-за дополнительной нагрузки на ветротурбину со стороны электрогенератора. Именно эта нагрузка в подавляющем большинстве случаев является приоритетной по сравнению с тепловой нагрузкой и выводит ветротурбину из оптимального режима. Это в конечном итоге приводит к недоиспользованию энергии ветра.

Значительно благоприятнее в этом отношении выглядит ветроэнергетическая установка по патенту № 2421628 [10]. Технический результат в ней достигается за счёт того, что при подключении к электрогенератору электрической нагрузки определённой мощности оптимальная загрузка ветроколеса сохраняется за счёт автоматического снижения на такую же величину мощности, развиваемой теплогенератором.

Схема этой ветроэнергетической установки изображена на рисунке 3.

Установка содержит ветротурбину 1 с горизонтальным валом, соединённым с электрогенератором 2 (посредством ременной или какой-либо другой механической передачи) и размещённой в баке 4 теплогенератора крыльчаткой 3. Бак соединён с контуром циркуляции рабочей жидкости. Прямой 5 и обратный 6 трубопроводы присоединены к внешней части бака теплогенератора, а центральная часть бака соединена трубопроводом 7 с верхней частью расширительной ёмкости 8. В контуре циркуляции введён циркуляционный насос 9 с приводом от автоматического устройства управления (на чертеже не показано) и исполнительный орган 10, изменяющий гидравлическое сопротивление контура циркуляции. Всасывающий трубопровод 12, установленный по ходу циркуляции до исполнительного органа 10 и эжектора 11, присоединён к нижней части расширительной ёмкости 8. На валу крыльчатки 3 имеется сальник 13. Произведённая тепловая энергия передаётся потребителю 14.

Работает установка следующим образом. При отсутствии нагрузки на зажимах электрогенератора мощность ветротурбины целиком расходуется на преодоление момента сопротивления крыльчатки теплогенератора. В результате механического воздействия происходит нагрев

Рис. 3 - Принципиальная схема

ветроэнергетической установки

жидкости и с помощью циркуляционного насоса 9 подача её по трубопроводу к потребителю тепла 14. Причём диаметр крыльчатки и размер бака теплогенератора рассчитаны таким образом, что мощность для привода крыльчатки равна оптимальной мощности ветроколеса для данной скорости ветра. Мощность ветроколеса пропорциональна кубу скорости ветра, а следовательно, и кубу частоты вращения его вала, но и мощность на привод крыльчатки также пропорциональна кубу частоты вращения (механические характеристики ветроколеса и крыльчатки совпадают). Следовательно, оптимальная нагрузка ветро-колеса будет сохраняться при любой скорости ветра. В этом случае (отсутствие нагрузки на зажимах генератора) автоматическое устройство управления (оптимизатор загрузки ветроколеса, реализованный, например, по принципу поддержания оптимального соотношения скорости ветра и частоты вращения ветроколеса) выдаёт сигнал на полное открытие исполнительного органа 10. Рабочая жидкость (например, вода) эжектором закачивается через всасывающий трубопровод 12 из расширительной ёмкости 8 в бак 4 теплогенератора и полностью его заполняет. Теплогенератор работает при этом на полную мощность, соответствующую оптимальной загрузке ветроколеса. Излишки жидкости через трубопровод 7 поступают снова в расширительную ёмкость.

Появление нагрузки на зажимах электрогенератора приводит к тому, что суммарная мощность электрогенератора и теплогенератора становится больше оптимальной мощности ветроколеса. Частота вращения и коэффициент использования ветротурбиной энергии ветра снижаются. При этом оптимизатор загрузки ветротурбины вырабатывает сигнал на закрытие исполнительного органа. Вследствие повышения его гидравлического сопротивления жидкость, проходя через эжектор, устремляется по трубопроводу 12 в обратном направлении, заполняя расширительный бак. В результате количество воды в системе циркуляции уменьшается и в центре бака 4 теплогенератора за счёт центробежной силы образуется воздушный пузырь. Мощность теплогенератора вследствие этого снижается до величины, при которой суммарная мощность электрогенератора и теплогенератора снова устанавливается на оптимальном уровне. При этом оптимизатор загрузки прекратит снижение мощности теплогенератора, прекратив дальнейшее прикрытие исполнительного органа. Аналогично система поддержания оптимальной мощности срабатывает при любом изменении нагрузки электрогенератора или скорости ветра, чем обеспечивает максимальное использование ветроэнергетической установкой энергии ветра.

Недостатком рассмотренных ветроустановок с теплогенератором на основе использования ротора свободного вращения для того, чтобы моменты ветротурбины и ротора были уравновешены именно при оптимальной скорости вращения, должны иметь неприемлемо большие габаритные размеры.

Значительным преимуществом перед ними в этом отношении имеют ветроустановки, оснащённые теплогенератором на базе шестерёнчатого насоса. Одной из таких установок является ветроустановка для нагрева воды по авторскому свидетельству США ^ 4366779 [11]. Она содержит, башню с поворотной головкой и установленную на ней ветротурбину, связанную кинематически с валом гидромеханического теплогенератора в виде шестерёнчатого насоса. Насос имеет всасывающий и нагнетающий трубопроводы, причём на нагнетающем трубопроводе установлено нерегулируемое дросселирующее устройство.

Шестерёнчатый насос, как и насос любого другого вида, не может осуществлять подъём горячей воды на высоту его реального расположения в ветроустановке, а следовательно, не может осуществлять и нагрев воды. Это является основным недостатком данной ветроустановки. Кроме того, в ней отсутствует возможность настройки гидравлического сопротивления дросселирующего устройства при пуско-наладке на оптимальный по коэффициенту использования мощности ветрового потока режим работы ве-троколеса.

Результаты исследования. В результате проведённого анализа и оценки достоинств и недостатков существующих ветроэнергетических установок для получения тепла нами была разработана ветроустановка с теплогенератором на основе шестерёнчатого насоса, защищённая патентом на изобретение RU №2694267 [12].

Схематично она изображена на рисунке 4.

На башне 1 установлена поворотная головка 2 с ветротурбиной 3. Горизонтальный вал 4 ветротурбины является одновременно входным валом гидромеханического теплогенератора 5. Контур циркуляции теплоприёмника (на чертеже не показан) сочленяется с контуром циркуляции рабочей жидкости теплогенератора через устройство связи 6. Теплогенератор 5 -это шестерёнчатый насос, ведущая шестерня 7 которого установлена на входном валу теплогенератора и связана с ведомой шестерней 8. На напорном трубопроводе 9 теплогенератора установлен дросселирующий вентиль 10 для регулирования гидравлического сопротивления контура циркуляции. Теплогенератор и трубопроводы теплоизолированы (теплоизоляция на чертеже не показана).

Вид сверху

К теплоприёмнику

Рис. 4 - Ветроустановка с теплогенератором шестерёнчатого типа

Работает ветроустановка следующим образом. Если шестерни теплогенератора вращаются в направлении, показанном на рисунке, жидкость перемещается по их периметру с левой части корпуса в правую. В напорном трубопроводе создаётся давление, тем большее, чем в большей степени прикрыт дросселирующий вентиль. При пуско-наладке при определённой скорости ветра давление устанавливается оператором таким, чтобы частота вращения ветротурбины стала равна оптимальной для данной скорости ветра (примерно в два раза меньше частоты вращения холостого хода). При неизменном положении вентиля частота вращения ветротурбины ввиду идентичности механических характеристик ветро-турбины и теплогенератора будет автоматически выходить на оптимальный уровень и для любой другой скорости ветра.

Общий для шестерёнчатого насоса и тепло-приёмника, не связанный с атмосферой контур циркуляции жидкости позволяет осуществлять размещение теплогенератора на высоте, значительно превосходящей максимальную высоту всасывания жидкости, в том числе при повышенной температуре. Кроме того, использование регулируемого (в частном случае в виде вентиля)

дросселирующего устройства позволяет осуществлять настройку гидравлического сопротивления контура циркуляции на оптимальный по коэффициенту использования энергии ветра режим работы ветроколеса.

Выводы. Проведённый обзор существующих конструкций тепловетроэнергетических установок позволяет сделать заключение о перспективности их использования для целей отопления и горячего водоснабжения ввиду простоты их технической реализации и обеспечения оптимального режима работы. Организация же приоритетного отбора части мощности ветроустановки для получения электрической энергии позволит существенно повысить и бесперебойность электроснабжения объекта теплофикации.

Литература

1. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. М.: Энергоатом издат, 1983. 200 с.

2. Гавриленко А.Б., Минин В.А., Оловников Л.С. Гидравлические тормоза. М.: Гостехиздат, 1961. 244 с.

3. Агрегат ветроэлектрический унифицированный типа АВЭУ6-4М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М.: ВЕТРОЭН, 1986. 34 с.

4. Петько В.Г., Рахимжанова И.А., Фомин М.Б.. Испытание теплогенератора для ВЭУ Теоретический и научно-практический журнал // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2010. № 2 (26). С. 60 - 62.

5. Петько В.Г., Фомин М.Б.. Экспериментальное исследование гидромеханического теплогенератора. // Совершенствование инженерно-технического обеспечения технологических процессов в АПК: матер. междунар. науч.-технич. конф. Вып. № 9. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2009. 180 с.

6. Пат. на изобретение №2431762. Ветроустановка для нагрева воды / В.Г. Петько, М.Б. Фомин, П.Н. Сло-бодсков, Г.Р. Бакирова. Патентооблад. Фомин М.Б; опубл. 20.10.2011. Бюл. № 29.

7. Петько В.Г., Фомин М.Б., Рахимжанова И.А.. Теплоснабжение объектов АПК с использованием энергии ветра. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2010. № 3 (27). С. 55 - 56.

8. А.С. СССР № 1346848, F03D 9/00. Ветроэнергетическая установка для производства тепла и электрической энергии / В.А. Попов; опубл. 23.10.87. Бюл. № 39.

9. А.С. СССР № 1236151, кл. F03D 9/00. Ветроэнергетическая установка / В.А. Попов, В.В Одинцова; опубл. 07.06.86 Бюл. № 21

10. Пат. на изобретение № 2421628. Ветроэнергетическая установка / В.Г. Петько, М.Б. Фомин, Г.Р. Бакирова; Патентооблад.: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный аграрный университет» (RU); опубл. 20.06.2011 Бюл. № 17.

11. Пат. на изобретение США US № 4366779 A1 (KNECT; JOHNE E). 04.01.1983.

12. Пат. на изобретение №2694267 Ветроустановка для теплоснабжения производственных и бытовых объектов / В.Г. Петько; патентооблад. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет» (RU); опубл. 11.07.2019. Бюл. № 20.

1

Виктор Гаврилович Петько, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, vgpetko@mail.ru

Максим Борисович Фомин, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, mbfom@mail.ru

Ильмира Агзамовна Рахимжанова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, ahmetova_i@mail.ru

Александр Борисович Колесников, генеральный директор. ООО «Тюльганский электромеханический завод». Россия, 460512, г. Оренбург, пос. Каргала, ул. Заводская, 1, kolesnikov.temz@gmail.com

Александр Сергеевич Садчиков, главный инженер. ООО «Тюльганский электромеханический завод». Россия, 460512, г. Оренбург, пос. Каргала, ул. Заводская, 1, sadchikov.temz@gmail.com

Ирина Валерьевна Колесникова, кандидат философских наук, доцент. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет». Россия, 460018, Оренбургская область, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, ivk777@bk.ru

Victor G. Petko, Doctor of Technical Sciences, Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, vgpetko@mail.ru

Maxim B. Fomin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, mbfom@mail.ru

Ilmira A. Rakhimzhanova, Doctor of Agricultural Sciences, Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, ahmetova_i@mail.ru

Alexander B. Kolesnikov, General Director. Tyulgansky Electromechanical Plant. 1, Factory St., pos. Kargala, Orenburg, 460512, Russia, kolesnikov.temz@gmail.com

Alexander S. Sadchikov, chief engineer. Tyulgansky Electromechanical Plant. 1, Factory St., pos. Kargala, Orenburg, 460512, Russia, sadchikov.temz@gmail.com

Irina V. Kolesnikova, Associate Professor. Orenburg State University. 13, Pobedy Ave., Orenburg, 460018, Russia, ivk777@bk.ru

-Ф-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.