CC BY
87
11. Никитин Е.Е. Концепция управления энергоэффективностью систем теплоснабжения поселенный / Е.Е. Никитин, Ин-т газа НАН Украины. - К. : Изд-во "Энерготехнологии и ресурсозбережение". - 2009. - № 2.
12. Муштаев В.И. Сушка дисперсных материалов. - М. : Изд-во "Химия", 1988. - С. 352.
13. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. - М. : Изд-во "Химия", 1980. - С. 248.
Атаманюк В.М., Гумницкий Я.М., Мосюк М.И. Кинетика внутри-дифузного процесса сушки измельченной "энергетической" вербы
Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению коэффициента внутренней диффузии влаги из пор и капилляров частиц измельченной быстрорастущей "энергетической" вербы при фильтрационной сушке.
Atamanyuk V.M., HumnyckHy Ya.M., Mosyuk M.I. Kinetics of internal diffusive process of drying of the ground up "power" willow
The results of theoretical and experimental studies to determine the coefficient of internal diffusion of moisture from the pores and capillaries of the diffusion of the crushed particles rapidly growing "energy" willow during the dry filtration.
УДК 621.(548+311.24) Доц. Р.В. Зшько, канд. техн. наук -
НУ "Львiвська полiтехнiка "
ОСОБЛИВОСТ1 РОБОТИ В1ТРЯК1В З ЛОПАТЯМИ В1ТРИЛЬНОГО ТИПУ
Запропоновано класифжащю впродвигушв з урахуванням тенденцш !х розвит-ку. Проведено ж^вняння характеристик впродвигушв з лопатями гвинтового i вгт-рильного типу. Визначено потужшсть, яку вщбирае дшянка лопат елементарно! площi тихохщного впроколеса вприльного типу.
Ключовг слова: лопат вприльного типу, автономш впроенергетичш установки, класифжащя, оптимiзацiя профшю поверхш лопата
Вступ. 1снування нашо! цивЫзацп полягае в нагромадженш 1 перет-воренш енергп за р1зних вид1в д1яльносп. Будь-яка д1яльнють людини е дь яльнютю економ1чною, оскшьки економжа - це процес обм1ну м1ж людьми порщями енергп або !х шформацшними в1ддзеркаленнями у вигляд1 так звано! вартосп, бо вартють - це шформащя про витрачену на виробництво товару або послуги енергп. За останшх 30-35 роюв споживання енергп в свт подвоюеться кожш 10 роюв, цим тдтверджуеться, що науково-техшчний 1 економ1чний розвиток - це, насамперед, розвиток енергетичний.
З1 зростанням величини перероблено! енергп зростае валовий продукт, а брак енергп 1 неправильний !! перерозподш призводить до фшансових 1 економ1чних криз. Тому економ1чно! стабшьносп можна досягти через на-уково-техшчний розвиток, важливою складовою частиною якого е розвиток енергетичного комплексу.
Енергоспоживання, що збшьшуеться, протягом останшх десятилпъ задовольняеться здебшьшого завдяки використанню традицшних енергонось !в - вугшля, нафти, газу, торфу, води (пдроенергетика) та атомно! енергп. Швидке зростання енергоспоживання, пашка на ринках енергоноспв у вигля-д1 стр1мкого здорожчання палива 1 енергп, посилення геопол1тичних, еконо-м1чних 1 еколопчних проблем паливно-енергетичного комплексу потребують бшьш обгрунтованого 1 ретельного опрацьовування принцитв використання
природних ресуршв i стратеги розвитку енергетики. Тому з кожним роком дедалi актуальний пошук i освоення альтернативних нетрадицшних джерел енергп, до яких, зокрема, належить вiтроенергетика.
Огляд л1тературних джерел. У лггературних джерелах [1-3] наведено описи конструкцш найпоширенiших вiтрових двигушв. Але немае класифжа-цп, яка б дала змогу побачити загальну картину розвитку конструкцiй вирод-вигушв загалом. Наявнi дослiдження проводять для двигушв з гвинтовими лопатями [4]. Вiтровi двигуни з iншими типами вирових колiс дослiджують експериментально, або розглядають на рiвнi аналiзу конструкцш [5, 6].
Мета роботи. Класиф^вати впродвигуни. Розглянути особливостi роботи виродвигушв iз лопатями вiтрильного типу.
Основна частина. Класифжацп наведено в державних стандартах [3]. Вони враховують основш конструкцп бiльшостi впродвигушв, але не врахо-вують нових тенденцiй в конструкщях вiтроустановок. До того ж не завжди проведено детальну класифжащю, наприклад з елементно1 бази приводу. Тому доцшьно впорядкувати i розширити наявнi класифжацп (рис. 1).
Рис. 1. Класифжацш втрових двигушв
Виряш двигуни можна подшити на два велик! класи - мобшьш i ста-цiонарнi.
До мобшьних вiтряних двигунiв належать класичнi верила i крила. 1х можна використовувати тшьки для приведення в рух транспортних засобiв, оскiльки роботу вони можуть здiйснювати лише при перемщенш в просторi. Причому без переналаштування це перемiщення завжди буде лшшним - за напрямом вiтру або тд деяким кутом до нього. А оскшьки 1х конструкцiя достатньо жорстка i зазвичай допускае лише досить обмежеш можливостi
настройки, то i перемщатися вони можуть тшьки разом з тим об'ектом, на якому вони встановленi або частиною якого вони е.
Стацiонарнi виряш двигуни можуть виконувати корисну роботу ста-цiонарно, залишаючись на одному мющ. Рухаються тiльки !х робочi елемен-ти, якi пiд дiею потоку повiтря перемiщаються по замкненш траекторп, здiйснюючи циклiчнi рухи. Саме цей клас вiтряних двигунiв заслуговуе роз-гляду насамперед, оскiльки може використовуватися не тшьки для перемь щення транспортних засобiв, отримуючи саме мехашчну форму енергп, але i для безпосереднього вироблення найбiльш ушверсального i зручного для ви-користання електрично! енергп. До цього класу вiтродвигунiв належать рiзнi вiтроколеса - починаючи вiд крил класичного виряного млина i закiнчуючи сучасними роторними конструкщями з вертикальною вiссю обертання.
Зараз спостер^аеться двi тенденцп у вироенергетищ: використання великопотужних вiтроустановок, яю працюють у складi вiтроенергетичних станцш i застосування невеликих автономних вироенергетичних установок (АВЕУ) для забезпечення конкретного споживача. В цьому випадку потуж-нiсть АВЕУ обмежуеться 10-20 кВт i використовуються такi установки, нап-риклад, для окремих фермерських господарств, невеликих промислових ви-робництв, вщдалених вiд енергопостачання туристичних баз, дачних посе-лень тощо. Тут можна виокремити переваги АВЕУ:
1. АВЕУ мало! потужносл встановлюють близько вщ житлових та вироб-ничих примщень. Саме тому АВЕУ повинш бути тихохщними, оскшьки таю установки е бшьш еколопчно чистими (частота та штенсившсть хвиль, що випром1нюе впроколесо (ВК) тд час роботи, мат).
2. Для малих господарств доцшьно використовувати енергоустановки по-тужшстю до 10.. .20 кВт.
3. ВК тихохщних АВЕУ технолопчно виготовляти простше.
4. Тихохщш АВЕУ ефективш за швидкост виру 3.. .5 м/с.
5. Можлив1сть легко адаптувати параметри АВЕУ тд конкретне географ1ч-не м1сце розташування з його характерними вирами.
6. Можлив1сть використання модульно! конструкцп.
7. Термш окупност тихохвдного АВЕУ - до 3 роюв.
8. Соб1варпсть одше! кВт*год не набагато бшьша, шж у електромереж1. Ефективне використання вiтрякiв вимагае пристосування конструкцп
вiтряка до конкретних умов експлуатацп - вщповщно! територп. Це необхщ-но, щоб врахувати вировий потенцiал територп, де працюватиме АВЕУ. Роз-подiл енергетичних ресурсiв потоку повпря (ПП) можна проаналiзувати по ктматичнш картi Укра!ни.
Склавши карти розподшу ефективних швидкостей вiтру, можна визна-чити, в яких районах найдоцшьшше встановлювати АВЕУ того або шшого типу. Наприклад, на пiдставi розрахункiв можна оцiнити, яку частку сумар-но! потужностi втрачае АВЕУ за межею iнтервалу робочих швидкостей i яку - завдяки наявност верхньо! межi. Якщо повторюванiсть швидкостей бшьша, то варто рекомендувати встановлювати в даному пунктi малопотуж-шшу АВЕУ. На основi аналiзу кшматичних карт для Укра!ни можна умовно видшити середньорiчнi швидкостi вiтру (табл. 1).
Табл. 1. Частка середньорiчних швидкостей втру на територп Украти
Потоки повпря швидк1сть потоку повпря, м/с Сеpедньopiчнi швидкост1, %
Слабi до 3 70-80
Середт 3-5 15-20
Сильш 5-14 5-7
Дуже сильш 14-21 2-3
штормов! 21-25 1
З табл. 1 видно, що доцiльно орieнтуватися на слабкi i середнi впри.
Проаналiзувавши iнформацiю Ф1рм-виро6ник1в, можна пор1вняти характеристики АВЕУ з лопатями гвинтового i вiтpильнoгo типу (табл. 2).
Табл. 2. Характеристики АВЕУ з лопатями гвинтового i втрильного типу
Тип лопат1| ^ ■ Т
гтт ■ -------Лопатев1 В1трильнии
Швидкост!_______
Мшмальна швидюсть ПП (швидк1сть рушання) V3p, м/с 2,5-4 0,5-1,5
Максимальна швидюсть експлуатацiИна, Vmax експл, м/с 25-45 15-30
Шшдюсть максимально! потужнос^, VNmax , м/с 8-15 6-15
У ГОСТ Р 51237-98 "Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения" описано термш "ометаемая площадь ВК: (Swept area) Геометрическая проекция площади ВК на плоскость, перпендикулярную вектору скорости ветра". Оскшьки нема аналопчного укра!нського стандарту, можна запропонувати термш облова площа ВК.
Хоча дiаметpи о61гових площ однаков^ ро6оч1 органи в1др1зняються кoнстpукцieю i poзмipами. Тому i робоча площа в них неоднакова. Гвинтове ВК накладене на обзову площу перекривае приблизно т1льки 10 % вше! об^ово! площ1. Вiтpильне ВК в аналопчних умовах закрие маИже всю обшову площу.
Р1зниця характеристик визначаеться здебiльшoгo "запoвненiстю" обь гово! площ1, яку описують лoпатi. Коли лопат обертаються достатньо швид-ко, вся площа використовуеться достатньо ефективно i мало залежить в1д кшькосп i площ1 лопатеИ. Але за слабких в1тр1в в1трильн1 в1тряки здатш пе-ретворити в корисну роботу дуже слабкi ПП. У pазi посилення в1тру вони втрачають перевагу, i за сильних в1тр1в програють гвинтовим. Втрати на тер-тя ростуть разом з швидк1стю.
За конструктивними характеристиками АВЕУ з лопатями гвинтового i вприльного типу також в1др1зняються м1ж собою (табл. 3).
Табл. 3. Конструктивы характеристики АВЕУ з лопатями гвинтового
i вiтрильного типу
Гвинтов1 Вприльш
1нерцшшсть при opiентуваннi на впер шерцшш, використову-ють систему керування маИже миттево налаштовують-ся на силу i напрям в1тру
ТехнoлoгiчнiИ процес виготовлення лопатеИ складниИ простиИ
Еколопчшсть створюють iнфpазвук не створюють инфразвуку
Розг1нн1И пристр1И починаючи з 3 кВт непoтpiбниИ
Самoopiентацiя немае е
У гвинтових швидкохвдних ВК, починаючи зi швидкосп 10 м/с - ком-лева (широка) частина лопат рухае лопать (як верило), а за наявносп сильного вiтру кiнцевi профЫ (досягаючи великих швидкостей) використовують висок швидкостi потокiв обтiкання, що вже з'явилися. На великих швидкос-тях обтжання i необхiдно профiлювати i "закручувати" (за розмахом) лопать. Наявна потужнють - енергiя ПП, що припадае на всю обзову площу, розпо-дiляеться так: центральна частина гвинтового колеса - двигун (рушш), а пе-риферiйна частина - перетворювач енергп (вже високих) швидкостей виру в крутний момент вала генератора.
Подвшне перетворення наявно! енергп дае змогу ефективно викорис-товувати енерпю ПП вiд 10-12 м/с, вирiшуючи заразом проблему швидкохщ-носп генераторiв.
У гвинтовому ВК мiж лопатями струмини повiтря без перешкод пот-рапляють на протилежний бж ВК - вирiвнюючи тиск. За вщсутносп рiзницi (перепаду) тиску немае i роботи. Основний недолiк гвинтового ВК (для ма-лих вг^в): окреслена юнцями лопатей обiгова площа використовуеться ма-лоефективно.
ВК вiтрильного типу обертаються повол^ але мають велику потуж-нiсть i момент. Вщдалене щодо осi обертання розташування вприл дае змогу утилiзувати струмини слабкого ПП. Примусового розкручування вiтрило не потребуе. Тканина верила дуже гнучко "пiдлаштовуеться" пiд будь-який по-впряний потiк, що дае змогу використовувати потужнють (енерпю) виру з максимально можливим ККД без застосування спещально! системи управлш-ня. Орiентуеться ВК за впром самостiйно, а завдяки малiй iнерцi! i високш "флюгерносп" ВК здiйснюе це швидко i без втрати потужностi. Для в^иль-ного ВК нерiвномiрностi в швидкосп ПП по висотi не впливають на ефектив-нiсть роботи, оскшьки кожне вiтрило великого радiусу, працюючи на загаль-ну вiсь, гнучко само налаштовуеться пiд силу i напрям локального ПП.
Окрiм цього, в^ила в "робочому" станi створюють мiж собою систему повпряних каналiв (щiлин), повiтря в яких перенаправляеться в такому напрям^ що забезпечуе збiльшення потужностi ВК, зокрема внаслщок ефекту приеднаних мас, оскшьки збшьшення швидкостi повiтря мiж вприлами приводить до спаду тиску мiж ними, а вiдповiдно, в щ зони спрямовуватиметься ПП, що "пролп'ають" поряд з ВК. Тобто ефективна площа перетину ПП, яка формуватиме тдсумкову потужнiсть ВЕУ бшьша вiд вiтрильного ВК.
Вiдомо, що потужнють ВЕУ прямо пропорцшна обтевш площi i кубу швидкостi виру. Максимальна потужнiсть вiтряка з обтевш площею 1 м2. за швидкосп вiтру 10 м/с приблизно становить:
N_ р^ _ и-мо^ _ 600 ^ _ 600Нм _ 600 ^.
У 2 2 с3 с
Оскшьки вприльний вiтряк швидше повертаеться за вiтром, нiж гвин-товий, самостшно обертаеться за вiтрiв, слабших за 1 м/с, то за однаковий час експлуатацп вприльний впряк за пе! ж обiгово! площi забере з ПП бiльше енергп, шж класичний гвинтовий.
Вiтрильний виряк внаслiдок змiни напряму вiтру на 1800 зберiгатиме попереднiй напрям обертання. Гвинтовий через свою шерцшнють пропускае значну частину ПП, а на слабк ПП, що прямують вздовж ош вiтроколеса не в змозi реагувати. У разi змiни напряму сильного виру на 1800 гвинтове ВК змшить свое обертання на зворотне.
ВК вприльного типу вважаеться кшьцевим нескшченним щiлинним крилом. У вприльному ВК елементарна струмина ПП набшае на площину вп-рила, вщхиляеться на 900 (якщо утримувати колесо), виходить (на периферiю) i випускаеться через щiлину (задня нешдкршлена кромка вiтрила). Через цi щшини йде вже вiдпрацьований ПП (вш пiдпираеться порцiями повiтря, що знову прибувають) - за межi обтово1 площi (пришвидчуючись). Або, якщо колесо не утримувати, струмина вщхилиться на менший кут, вiддавши енер-пю вiтрилу, яке своею чергою, передасть корисну енергiю на вал генератора.
Збшьшення швидкостi повiтря в щшинах мiж вiтрилами приводить до спаду тиску мiж ними, а отже, в щ зони спрямовуватиметься ПП, що руха-ються поряд з ВК. Як наслщок, пiдвищений тиск з навпряного боку ВК i роз-рiдження з пiдвiтряного боку. Рiзниця енергп цього перепаду тиску i визна-чае кiлькiсно роботу впряка. Вiтрило реагуе на будь-який ПП i створюе необ-хщний перепад тиску. Вiтрило здiйснюе роботу i коли рухаеться, i коли сто-1ть, чинячи опiр виру. У цьому випадку, вся потужнють ПП перетворюеться на роботу верила по вiдхиленню повiтряного потоку, що потрапляе на обзову площу. Верило на великих вiтрах виконуе бшьше корисно1 роботи.
Малi швидкостi ПП не дають змогу ефективно працювати лопатям, профiль яких базуеться на ефектах аеродинамжи. Тому в цих випадках ви-даеться за доцшьне використовувати лопатi з профiлем, який базуеться на розвертанш вектора швидкосп ПП при його безпосередньому контакт з по-верхнею лопатi. Для створення рушшно! сили лопать повинна обертатися не скорше ПП, який потрапляе на елементарш 11 площинки. Оскiльки швидкiсть ПП мала, тому i ВК для роботи в таких ПП називають тихохiдним впроколе-сом (ТВК). Дослiдженню роботи ТВК з прямолшшною твiрною робочо1 по-верхнi лопатi присвячена робота [7]. Прямолшшнють твiрноl значно спрощуе технолопю виготовлення лопатi, що значно впливае на показник вартост одиницi встановлено! потужностi ВЕУ. Але для ВЕУ невелико! потужносп цей вплив зменшуеться.
У роботi [7] серед шшого покладаеться, що ВК мае велику кiлькiсть лопатей (24 та бшьше). Це дозволило авторам цих робгг визначити оптималь-ну орiентацiю елементарно! площини лопатi лише в мющ розташування 11 маху, збершаючи цю орiентацiю по всш прямолiнiйнiй ширинi елементу лопатг При цьому вiддалi точок видшено1 елементарно1 смужки лопатi вiд ош обертання ВК рiзнилися мiж собою незначно, тому що кшьюсть лопатей була велика. Зменшення кiлькостi лопатей ВК до 9-12 збшьшуе цi рiзницi. Тому вздовж радiуса кiнцевi частини лопатi з прямолшшною твiрною 11 робочо1 поверхш мають не оптимальну орiентацiю (рис. 2). З метою збшьшення ко-ефщента корисно1 ди ВК пропонуемо лопать, в якiй оптимальна орiентацiя 11 елементiв пiдтримуеться не лише в мющ розташування маху, але i на всьому колi довшьного промiжного радiусу ВК (рис. 3).
ó opiaintOtfiя площадки елементариог ó api сит ai ¡¡я площадки éлементарно1
ШСЩ1 в npocmopi; n:io¡t(i в npocmopi;
в - лопать i прямолгнШноЮ meipnom ¡i в лопать постшного профит робочо! рооочо! поверх/¡i поверх/ti на í¡ paüiyci
У po6oTÍ [7] отримана залежнють, що дае змогу визначати потужнiсть d2Nzjz, яку вщбирае дiлянка лопатi елементарно! площi dlz • dz тихохiдного ВК, що мае горизонтальну Bicb обертання з горизонтального ПП (рис. 3). Во-на мае вигляд:
d2Nzi = AizcosazjVn\ A2 + A3lzda dt У dz
Vn (A2cosazl + A3sinazl)-<deiz cosazl -v ' ' ' dt
- df [ z sin (az + в) cos azlz + lz cos (az + в) sin azjz ]
, (1)
• dlzdz
де: Ai = pn sin(az + в); A2 = cosacos(az + в) + sinacospsin(az +в;
A3 = sin a sin р; pn, Vn - питома маса та горизонтальна швидюсть ПП, що на-6irae на лопать; az - кут профiлю лопатi на вiдстанi z вiд осi обертання ВК;
- швидкiсть змiни кута профшю 3Í змiною вiдстанi до ош обертання ВК;
dz
в,<de - кут та швидкiсть повороту само! лопат навколо власно! ош обертан-dt
ня (навколо маху); a - кут мiж вектором швидкосп ПП та вiссю обертання
ВК; р,dp - кут повороту та кутова швидюсть обертання ВК; lz - вщстань dt
мiж вiссю власного обертання лопат та центром видшено! дiлянки елементарно! площi dz • dlz; az,lz - кут мiж нормаллю до видшено! дiлянки лопат елементарно! площi dz • dlz та горизонтальною площиною.
Залежнiсть (1) описуе вiдбiр потужностi дiлянкою лопат елементарно! площi ВК з горизонтальною вюсю обертання вiд горизонтального ПП при !х довiльних вщноснш орiентацil, кутах профiлю лопатi та швидкост обертання ВК. Водночас, одним iз найважливiших завдань е забезпечення максимально можливого вщбору потужностi зi слабких за потужнютю ПП. У цьому випадку необхвдно забезпечити перпендикулярнiсть вектора ПП до площини розташування ВК (тобто а = 0). Крiм цього, лопат розташовують
так, щоби площа перекриття ВК була максимальною (тобто, в = 0 та de = 0).
dt
Зазвичай, для поширених тишв профЫв лопатей ТВК значення azlz мале, тому допустимо вважати, що cosazlz = 1, а sinazlz = 0. Довжину dlz дшянки ло-патi елементарно! площi dz • dlz можна представити як zdy, де ц - централь-ний кут ВК. ТВК вiдрiзняються вiд швидкохiдних ВК великою кшьюстю лопатей, як практично повнiстю перекривають собою всю площу ВК. Тому ш-тегрувати залежнiсть (1) по ц доцшьно в межах вiд "0" до "2п". Тодi потуж-нiсть, що вщбирають з потоку повiтря вс лопатi смужкою елементарно! ви-соти dz, яка розташована на вщсташ z вiд осi обертання ВК, дорiвнюе
dNz = 2npz2 dP sin azVn cos az • \vn cos az - dP z sin az | dz . (2)
dt У dt )
Потужнiсть, яку вщбирае ТВК загалом з ПП, дорiвнюе
N = 2npn í z2 dPsinazVn cosaz ■■(vn cosaz - dPz sinaz | dz, (3)
R dt У dt )
де ИВ, ЯЗ - внутршнш та зовшшнш радiуси ВК.
За вiдомих швидкосп горизонтального ПП ¥„, його питомо! маси рп, вибраних розмiрiв ВК - ЯВ, ЯЗ потужшсть, яку вiдбираe ВК з потоку, зале-
жить вiд кутово! швидкостi ВК —, яку можна розглядати як невщомий па-
йг
раметр, та кута профшю лопатi аг, який можна розглядати як невщому фун-кщю вiд поточного значення радiуса ъ. Це дае змогу залежнiсть (3) розглядати як функщонал з невщомим параметром виду
( 'йф йг
I ^
й2 ,
(4)
йф
де внутршнши дужками видiлено невiдомий параметр .
йг
Отже, задача механiки щодо оптимiзацu швидкостi обертання ТВК та профшьного кута його лшшчастих лопатей за критерiем максимально мож-ливого вiдбору потужностi зi слабких ПП зводиться до математично! задачi
пошуку екстремуму функцiонала (4), що мiстить невiдомий параметр —. На
йг
пiдставi варiацiйного числення задача пошуку екстремуму функцюнала розв'язуеться побудовою диференцiального рiвняння Ейлера [8]. Аналiз структури пiдiнтегрального виразу залежносп (3) свiдчить, що вiн не залей а 2 т -ри /—
жить вiд-. iодi рiвняння Ейлера набувае такого вигляду:
д¥ да2
= 0.
(5)
Беручи часткову похiдну вiд тдштегрально! функцп залежностi (3) по а2, i на пiдставi (5), прирiвнюючи !! до нуля, будемо мати:
йфф-—■ гg а - 2гg а - 2 ■—■ г%а°п +1 = 0. йг Уп йг Уп
Розв'язок цього алгебра!чного рiвняння за формулою Кардана дае змогу отримати залежнють оптимального кута аОп профiлю лопатi вщ !! поточного радiуса ъ:
■008
—агссо8 3
31 2 к 2+Л
31 3 )
-к2 +') 1
+0
64 ,б 32 , 4 16 , 2 —к 6 +—к 4 +—к 2729 81 27
27
2
±—ж 3
+2, 3
1 &ф ъ
1Г
входять параметрами.
(6)
йф
де — = —:---, в яку швидкють ПП ¥п та кутова швидкiсть обертання ВК
к & Уп йг
Б'
Пiдставляючи функщю оптимального кута а°" профiлю лопат в (3), отримаемо максимальне значення функцюнала, тобто максимальне значення потужносп N°n, яку може вдабрати ВК з лопатями, що мають оптимальний кут профiлю а°п:
R3
N°n = 2жрп f z2—sin a°nV„ cos a°n \ Vn cos a°n - d—z sin a°n I dz. (7)
RB dt У dt )
Для визначення оптимально! a>¡°n кутово! швидкостi d'— обертання ВК
dt
необхщно прирiвняти до нуля часткову похщну вiд N°n по d—, тобто
dt
dN°n
dN— = 0, (8)
3<n
або чисельно, перебором визначити значення a>j°n, при якому N°n з (7) наби-рае максимального значення.
Отже, залежносп (6-8) дають змогу оптимiзувати кут профшю ль нiйчасто! лопатi ТВК та швидюсть його обертання за критерiем максимально можливого вiдбору потужностi зi слабких ПП.
Як зазначено у [9], не менш важливою задачею, шж вiдбiр максимально можливо! потужносп зi слабких ПП, е задача захисту лопатей ВК вщ сильних ПП, вщбору з них лише максимально! проектно! потужносп. Цього можна досягнути двома шляхами: або збшьшуючи кут в - кут повороту лопат навколо маха, або збшьшуючи кут а - кут мiж вектором швидкост ПП та вюсю обертання ВК, повертаючи його. Другий шлях доцiльно використову-вати для ВК невеликого дiаметра i малих швидкостей його обертання. В цьому випадку е можливють робити лопатi неповоротними.
Аналогiчно до того, як залежшсть (3) була проштегрована (залежнiсть
5), можна проштегрувати i залежнiсть (1), в якш <d—Kmk°n та az = аОп. 1нтегру-
dt
ючи чисельно, завжди можна визначити необхщш значення кутiв в або а для того щоб потужшсть, що вiдбирaеться ВК з ПП була в межах допустимих величин.
Для перевiрки прaвомiрностi аналггичних пiдходiв, прaвильностi от-риманих математичних залежностей було розроблено дев'ятилопатевий макет ВЕУ та випробувано його в aеродинaмiчнiй трубi Нaцiонaльного ушверсите-ту "Львiвськa полiтехнiкa". Результати експериментiв показали прaвомiрнiсть прийнятих припущень та достатню для потреб практики точнiсть результапв, отриманих aнaлiтичнo.
Висновки. Запропоновано класифжащю вiтродвигунiв з урахуванням тенденцiй !х розвитку. Проведено порiвняння характеристик впродвигушв з лопатями гвинтового i вприльного типу. Визначено потужнiсть, яку вщбирае дiлянкa лопaтi елементарно! площi тихохщного вiтроколесa вiтрильного типу.
Л1тература
1. Gumula S. Energetyka wiatrova / S. Gumula, T. Knap, P. Strzelczyk, Z. Szczerba. - Krakow : AGH. 2006. - 402 s.
2. Manweell J.F. Wind Energy Explained, Theory, Design and Application / J.F. Manweell, J.G. McGovan, A.L. Rogers. - Chichester : John Willey &Sons, LTD, 2002. - 590 p.
3. ГОСТ Р 51990-2002. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Классификация.
4. Kira Grogg. Harvesting the Wind: The Physics of Wind Turbines Carleton College: Physics and Astronomy Comps Papers, 2005. - 10 p.
5. Бычков Н.М. Ветродвигатель с эффектом Магнуса. Теплофизика и аэромеханика / Н.М. Бычков. - 2005. - Т. 12. - № 1. 159- 175.
6. Научно-технический портал. Изобретения. [Электронный ресурс]. - Доступный з http://www.ntpo.com/patents_electricity/electricity_2/electricity_123.shtml. Перевiрено 11.09.2011.
7. Зшько Р.В. Моделювання роботи впроенергетично!' установки з лопатями постшного профшю на радiусi впроколеса / Р.В. Зшько, М.Б. Кудлик, Т.1. Круць, 1.С. Лозовий // Комп'ютерш науки та шформацшш технологи (CSIT-2008) : III Мiжнар. наук.-техн. конф., 25-27 вересня 2008 року. - Львiв : Вид-во НУ "Львiвська полггехнжа". - С. 269-272.
8. Янг Л. Лекции по вариационному исчислению и теории оптимального управления / Л. Янг. - М. : Изд-во "Мир", 1974. - 488 с.
9. Твайдел Дж. Возобновляемые источники энергии : пер. с англ. / под ред. В.А. Короб-кова / Дж. Твайдел, А. Уейр. - М. : Энергоатомиздат, 1990. - 392 с.
Зинько Р.В. Особенности работы ветряков с лопастями парусного
типа
Предложена классификация ветродвигателей с учетом тенденций их развития. Проведено сравнение характеристик ветродвигателей с лопастями винтового и парусного типа. Определена мощность, которую отбирает участок лопасти элементарной площади тихоходного ветроколеса парусного типа.
Ключевые слова: лопасти парусного типа, автономные ветроэнергетические установки, классификация, оптимизация профиля поверхности лопасти.
Zinko R.V. Features of work of wind turbines are with the blades of the wind-driven type
It is offered classification of wind engines taking into account their progress trends. of Comparing of descriptions of wind engines with the blades of spiral and wind-driven type. Certainly power which is taken away by the area of blade of elementary area of slow wind wheel of the wind-driven type.
Keywords: blades of the wind-driven type, autonomous wind energy station, classification, blade surface optimization.
УДК 674.815-41 Доц. Р.Г. Салабай, канд. техн. наук; доц. Р.О. Козак,
канд. техн. наук; асист. 1.1. Салабай - НЛТУ Украши, м. Львiв
АНАЛ1З ВИРОБНИЦТВА СТРУЖКОВИХ ПЛИТ В УКРА1Н1
Наведено обсяги виробництва стружкових плит в Укра!ш за 1990-2010 рр. Про-аналiзовано динамжу !х виготовлення: зростання/зниження обсяпв виробництва за цей перюд.
Ключовг слова: стружковi плити, обсяги виробництва, виробники плит, динам^ ка виготовлення.
Стружковi плити (СП) - найпоширешший матерiал, який застосову-ють у виробнищга меблiв, будiвництвi, вагоно-, судно- та автомобшебуду-ванш, а також у багатьох шших галузях та побуть
