CC BY
16Секция 4 ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Председатель - Арефьев Игорь Борисович,
доктор .техн. .наук, профессор Санкт-Петербургский государственный университет путей сообщения имп. Александра 1. Россия, Санкт-Петербург, Akademia Morska w Szczecinie. Poland,
Ученый секретарь - Афанасьева Ольга Владимировна,
канд. техн. наук, доцент Санкт-Петербургский горный университет
УДК 333
doi:10.18720/SPBPU/2/id21-94
Leon Bazil,
д-р экон.наук, профессор
СИСТЕМЫ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВЫХ ТУРБИН - БУДУЩЕЕ
ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ
Stevens Institute of Technology (USA), leonabazil@gmail.com
Аннотация. Выступление предлагает оценить системные свойства вертикально-осевых ветряных турбин. Автор напоминает об замечательном открытии финским инженером Савониусом простой и надежной конструкции турбины. Такие турбины значительно легче по сравнению с горизонтально-осевыми турбинами изготавливаются, транспортируются, монтируются и обслуживаются. Но главным их преимуществом является возможность создавать из них надежные и экономичные энергетические системы в различных комбинациях с другими типами турбинам и генераторов.
Ключевые слова: энергетические системы, вертикально-осевые, горизонтально-осевые ветряные турбины, электрогенераторы.
Leon Bazil,
Doctor of Economics, Professor
VERTICAL-AXIAL TURBINE SYSTEMS - THE FUTURE OF
WIND POWER
Stevens Institute of Technology (USA), leonabazil @ gmail .com
Abstract. The presentation proposes to evaluate the systemic properties of vertical-axis wind turbines. The author recalls the remarkable discovery by the Finnish engineer
Savonius of a simple and reliable turbine design. Such turbines are much lighter in comparison with horizontal-axis turbines to be manufactured, transported, assembled and maintained. But their main advantage is the ability to create reliable and economical energy systems from them in various combinations with other types of turbines and generators.
Keywords: power systems, vertical-axis, horizontal-axis wind turbines, electric generators.
Введение
Ветряные турбины являются древнейшим типом привода машин и механизмов и наиболее перспективным воспроизводимым источником энергии. Имеется большое разнообразие их конструкций - от деревянных ветряных мельниц и до роторов, изготовленных из современных композитных материалов. Существует две основополагающих конструкций ветряков: верткально-осевая и горизонтально-осевая. В современной ветроэнергетике традиционно преобладают горизонтально-осевые турбины типа пропеллеров.
1. Преимущества вертикально-осевых турбин
Имеется ряд трудностей применения горизонтально-осевых турбин в связи с их техническими, экономическими, экологическими и даже эстетическими недостаткми. Верткально-осевые турбины лишены большинства этих недостатков. При этом они имеют ряд неоспоримых преимуществ:
• Могут быть установлены на водной поверхности и на любой местности независимо от розы ветров стационарно или на судах и передвижных платформах.
• Могут быть изготовлены из различных материалов (из дерева, пластмассы, металла, композитов).
• Могут монтироваться в системы из компонентов и модулей любой размерности, необходимой для транспортировки, монтажа и обслуживания.
• Выдерживают высокий опрокидывающий момент благодаря низко расположенному центру тяжести, особенно при модульном монтаже.
• Могут быстро укрываться от ураганных ветров, опускаясь в подземные шахты на суше или под воду на море.
Наиболее пригодными для создания ветроэлектрических систем нам представляются турбины Савониуса [1]. Вертикально-осевая турбина была запатентована финским инженером Сигурдом Савониусом в 1925 году как ветровая и гидравлическая. Вертикально-осевые турбины неза-
служенно забыты почти на век. Турбина Савониуса состоит из двух криволинейных лопастей укрепленных на вертикальной оси которая может вращать электрогенератор. Современные гидравлические турбины работают на вертикальных роторах. Генератор может быть расположен на одном валу под турбиной или получать вращение от турбины через механическую коробку передач. Основными преимуществами турбин Савониуса являются относительная простота конструкции и соответственно их надежность (рис. 1).
Savonius wind turbine
Рис. 1. Ветряная турбина Савониуса
2. Модульные структуры энергетических систем
Основным системным преимуществом вертикально-осевых турбин является возможность построения на их основе энергетических систем любой структуры и размера. Это достигается композицией индивидуальных турбин и их модулей различной структуры в системы на любой географической местности — на равнине, в горах и на море. Такой подход характерен для развития всех современных конструкций путем их упрощения [2, 3].
Индивидуальные турбины могут устанавливаться для отдельных потребителей для малых бизнесов на фермах и агропромышленных комплексах. Наиболее перспективно развитие их в энергетическую систему по мере роста энергопотребления. Это достигается построением модулей различной структуры и размерности — от 2-х до 6 турбин стандартной или переменной мощности. Рост системы с минимальнго до любого размера происходит путем добавления отдельных турбин и/или их модулей гибкими сочленениями. Морские ветроэнергетические системы строятся на понтонах и закрепляются на якорях с герметически защищенными генераторами находящимися под водой (рис.2). При ожидании ураган-
ных ветров или цунами турбина также притапливается на безопасную глубину.
ш
Рис. 2. Плавучий ветрогенератор Савониуса
Наиболее практичен модуль из трех турбин расположенных в вершинах равнобедренного треугольника и соединенных жесткими ребрами на суше или гибкими понтонами на море. По мере роста энергетической системы к первоначальному модулю присоединяются новые турбины и элементарные модули 2-х или 3-х мерности. Для энергетических систем на море рекомендуются 4-х и 6-турбинные модули (рис. 3) благодаря их высокой устойчивости при больших колебаниях волнения моря и возможности быстрого и безопасного притопления при ураганных ветрах [4, 5].
Рис. 3. Морская система из шести модулей вертикально-осевых турбин
3. Архитектура ветроэнергетических систем
Вертикально-осевые турбины могут формировать архитектурно выразительные комплексы в море и на равнинах, а также каскады на пересеченной местности и в горах. Они могут плотно перекрыть ветровые потоки путем установки цепочки турбин перпендикулярно преобладающему направлению розы ветров. Каскадный эффект может быть также достигнут при установке цепочки турбин на железнодорожных платформах, меняющих их ориентацию при сезонных изменениях преобладающего направления ветра (рис. 4).
Рис.4. Варианты расположения вертикально-осевых турбин на суше и на транспорте
Заключение. Смешанные энергетические системы
Вертикально-осевые турбины могут быть надстроены над гидравлическими турбинами как резервные или дополнительные приводы к существующим генераторам в периоды пониженного напора воды. Это может обеспечивать нужды населения и сельское хозяйство в периоды засухи и стихийных бедствий. Вертикально-осевые турбины удобны для подъема термальных вод и могут использовать модули вертикального оборудования для добычи нефти и газа.
Системная концепция построения национальных энергетических систем преобладает в индустриально развитых странах [6].
Список литературы
1. Patent number US1697574 "A Rotor adapted to be driven by wind or flowing water" /Ротор выполнен с возможностью управляться с помощью ветра или протекающей воды./ Filing date Aug 13, 1925 Inventors Savonius Sigurd Johannes.
2. Bazil, Leon. Business Games for Management and Economics: Learning by Playing. World Scientific Publishers. - Singapore, 2012. - 370 pp.
3. Brooks, F., Design for Design. Essays from a Computer Scientist. - New York: Addison-Wesley, 2010. - 534 pp.
4. Борн, Денис . Первый в мире плавучий ветряк уже в работе /The world's first floating wind turbine already in the works/ 10.09.2009 http://www.3dnews.ru/579456.
5. Ветровые плавающие электростанции Hywind /Floating wind electric power plants Hywind/ http://www.sciencedebate2008.com/floating-power-plants.
6. Энергетическая концепция Германии - 2050 / Energy Concept of Germany -2050/. Часть 3. 13.10.2012 Перевод с немецкого специально для «Exrus.eu» Карины Аскеровой http HYPERLINK "http://ru.exrus.eu/Energeticheskaya-
kontseptsiya-Germanii-2050-Chast-3-id5079b21b6ccc199c6900148d"HYPERLINK "http://ru.exrus.eu/Energeticheskaya-kontseptsiya-Germanii-2050-Chast-3.
УДК 333.72
doi:10.18720/SPBPU/2/id21-95
Афанасьева Ольга Владимировна,
доцент, канд. техн. наук, доцент
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ МЕТОДАМИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
Россия, Санкт-Петербург, ФГБОУВО «Санкт-Петербургский горный университет, afanaseva_ov@pers.spmi.ru
Аннотация. Методы системного анализа эффективно используются при решении широкого класса проблем. В статье приводятся результаты применения системного подхода при исследовании вибрационных процессов в двигателях внутреннего сгорания. Применение кластерного анализа позволило повысить точность вычисления коэффициентов в критериальном уравнении, положенном в основу методики вибродиагностирования двигателя. Представлен пример кластеризации при помощи пакета прикладных программ STATGRAPHICS PlusforWindows.
Ключевые слова: кластерный анализ, двигатель внутреннего сгорания, крите-ральное уравнение, вибрация.
Olga V. Afanaseva, Assoc. Prof., Ph.D
IMPROVING THE PRECISION OF ENGINE VIBRATION STUDIES BY SYSTEM ANALYSIS METHODS
Russian Federation, Saint-Petersburg Mining University, afanaseva_ov@pers.spmi.ru
Abstract. Systems analysis methods are effectively used to solve a wide class of problems. The article presents the results of the systematic approach application in the study of vibration processes in internal combustion engines. The use of cluster analysis made it possible to increase the coefficients calculating accuracy in the criterion equation, which
