CC BY
0УДК 621.11
Аманов А.
Преподаватель,
Международный университет нефти и газа им. Ягшигельды Какаева
Туркменистан, г. Ашхабад
Тойрыев А.
Преподаватель,
Международный университет нефти и газа им. Ягшигельды Какаева
Туркменистан, г. Ашхабад
Бердиниязов К.
Преподаватель,
Международный университет нефти и газа им. Ягшигельды Какаева
Туркменистан, г. Ашхабад
Чарыев Р.
Студент,
Международный университет нефти и газа им. Ягшигельды Какаева
Туркменистан, г. Ашхабад
СОЗДАНИЕ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ПРОЧНОСТИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ВЕТРОВЫХ ТУРБИН
Аннотация: В данной статье рассматривается проблема снижения долговечности и прочности вертикальных ветровых турбин, что является серьезным препятствием для их широкого применения. Предлагается решение данной проблемы путем создания новых материалов и внедрения
передовых технологий, обеспечивающих повышение долговечности и надежности вертикальных ветрогенераторов.
Ключевые слова: вертикальные ветровые турбины, долговечность, прочность, материалы, технологии, ветрогенераторы.
В настоящее время вопрос о поиске альтернативных источников энергии становится все более актуальным. Одним из перспективных направлений является использование энергии ветра, в частности, вертикальных ветровых турбин. Однако широкому применению этих устройств препятствует ряд проблем, одной из которых является снижение их долговечности и прочности. В данной статье предлагается решение этой проблемы путем создания новых материалов и внедрения технологий, направленных на повышение надежности и долговечности вертикальных ветрогенераторов.
Вертикальные ветряные турбины (VAWT) становятся все более популярными как потенциальные перемены в сфере возобновляемых источников энергии. Их компактный дизайн и способность улавливать ветер с разных направлений делают их идеальными для городских условий и районов с менее постоянным режимом ветра. Однако обеспечение долговечности и прочности этих VAWT, позволяющих выдерживать суровые погодные условия и длительную эксплуатацию, остается ключевой задачей. Эта статья погружается в захватывающую область новых материалов и технологий, которые расширяют границы проектирования VAWT, прокладывая путь к более надежному и эффективному будущему вертикальной ветровой энергии.
Сталь была основным материалом для строительства VAWT. Однако его ограничения - вес и склонность к утомлению - становятся очевидными. Поиск более прочных и легких VAWT требует изучения современных материалов:
Композитные материалы. Армированные волокном композиты, такие как углеродное волокно или стекловолокно, предлагают привлекательную альтернативу. Эти материалы обладают высоким соотношением прочности к весу, что делает их легче стали, обеспечивая при этом превосходную прочность и усталостную устойчивость. Это означает, что VAWT могут выдерживать более высокие скорости ветра и меньше изнашиваться во время работы. Представьте себе VAWT с композитными лопастями, которые могут слегка гнуться при сильном ветре, снижая нагрузку на конструкцию по сравнению с жесткими стальными лопастями. Кроме того, меньший вес композитных материалов может упростить установку и снизить требования к фундаменту, что делает их идеальными для установки на крыше в городских условиях.
Композиты на биологической основе: Устойчивое развитие является ключевым фактором в секторе возобновляемых источников энергии. Исследователи изучают потенциал композитов на биологической основе, полученных из натуральных волокон, таких как лен или бамбук. Эти материалы представляют собой более экологичную альтернативу традиционным композитам, сохраняя при этом впечатляющее соотношение прочности и веса. Хотя композиты на биологической основе, возможно, еще не соответствуют характеристикам своих аналогов из углеродного волокна, достижения в области материаловедения и технологий производства открывают перспективы на будущее. Представьте себе VAWT, чьи лезвия изготовлены из биокомпозитного материала, такого как лен, и представляют собой экологически чистую альтернативу традиционным материалам местного производства.
Умные материалы: Исследователи изучают потенциал включения «умных» материалов в дизайн VAWT. Эти материалы могут менять свои свойства в ответ на внешние раздражители, такие как скорость ветра или температура. Например, сплавы с памятью формы исследуются для
использования в лопатках VAWT. Эти сплавы могут слегка деформироваться при высоких ветровых нагрузках, а затем возвращаться к своей первоначальной форме, как только напряжение спадет, что потенциально повышает устойчивость лопасти к порывам ветра. Кроме того, исследуются материалы, обладающие способностью к самовосстановлению. Представьте себе VAWT, в котором микротрещины, вызванные воздействием ветра, могут автоматически залечиваться, что снижает затраты на техническое обслуживание и продлевает срок службы VAWT.
Передовые материалы — это лишь одна часть головоломки. Инновации в дизайне имеют решающее значение для создания надежных VAWT:
Аэродинамическая оптимизация: лопасти VAWT испытывают сложные ветровые нагрузки при вращении. Моделирование вычислительной гидродинамики (CFD) и испытания в аэродинамической трубе используются для оптимизации формы и профиля лопастей VAWT, чтобы минимизировать сопротивление и максимизировать захват энергии ветра, обеспечивая при этом структурную целостность. Такое моделирование может помочь инженерам спроектировать лопасти, которые испытывают меньшую нагрузку в разных точках по длине, что в целом приведет к большей долговечности VAWT. Кроме того, исследуется биомимикрия, черпающая вдохновение из замыслов природы. Например, изучение формы и движения крыльев птиц может дать ценную информацию для оптимизации конструкции лопастей VAWT как с точки зрения эффективности, так и структурной целостности. Представьте себе лопасти VAWT, вдохновленные изогнутым профилем крыла ястреба, позволяющие эффективно улавливать ветер и минимизировать нагрузку на конструкцию.
Модульная конструкция. Разбивка VAWT на более мелкие модульные компоненты может дать несколько преимуществ. Модульная конструкция упрощает транспортировку, особенно в городских условиях с ограниченным пространством. Кроме того, модульная конструкция облегчает обслуживание
и ремонт. Представьте себе VAWT, в котором можно быстро и эффективно заменить одно поврежденное лезвие, сводя к минимуму время простоя и максимизируя выработку энергии. Кроме того, модульные конструкции могут улучшить масштабируемость, позволяя создавать VAWT различной мощности для удовлетворения различных потребностей. Представьте себе модульную систему VAWT, в которую можно добавить дополнительные лопасти для увеличения выработки энергии по мере роста спроса.
Фундамент VAWT играет решающую роль в его стабильности. Традиционные бетонные фундаменты, хотя и эффективны, могут быть дорогими и трудоемкими в строительстве, особенно в городских районах с ограниченным пространством. Появляются новые подходы:
Микросваи: эти тонкие высокопрочные сваи можно забивать глубоко в землю, обеспечивая надежное крепление VAWT даже в местах со сложными почвенными условиями. Микросваи предлагают более быструю и менее разрушительную альтернативу традиционным бетонным фундаментам, что делает их идеальными для городских условий. Представьте себе VAWT, надежно закрепленный на месте с помощью микросвай, что сводит к минимуму нарушение окружающей инфраструктуры и ускоряет процесс установки.
Таким образом, создание новых материалов и внедрение передовых технологий является перспективным направлением для повышения долговечности и прочности вертикальных ветровых турбин. Применение композитных материалов, упрочнение поверхностей, внедрение интеллектуальных систем мониторинга и оптимизация конструкции турбин позволит увеличить их срок службы, снизить износ деталей и повысить эффективность использования энергии ветра.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. А. С. Муджумдар, Р. Рамачандран и С. К. Наяк, «Долговечность и надежность ветряных турбин с вертикальной осью: обзор», Renewable and Sustainable Energy Reviews 41 (2015): 1368-1382.
2. Дж. П. Бартон и Д. Г. Инфилд, «Ветряные турбины с вертикальной осью как надежные возобновляемые источники энергии», Renewable Energy 34 (2009): 274-280.
3. П. Н. Черемисинов, «Композитные материалы для лопастей ветряных турбин», Journal of Composite Materials 32 (1998): 159-177.
4. Л. Тан и др., «Экспериментальное исследование долговечности композитных лопастей ветряных турбин в эксплуатационных и экстремальных условиях», Composite Structures 140 (2015): 76-86.
5. Ю. Ван и др., «Повышение долговечности лопастей ветряных турбин за счет модификации поверхности», Surface and Coatings Technology 232 (2013): S14.
Amanov A.
Lecturer,
International Oil and Gas University Turkmenistan, Ashgabat
Toyryyev A.
Student,
International Oil and Gas University Turkmenistan, Ashgabat
Berdiniyazov K.
Student,
International Oil and Gas University Turkmenistan, Ashgabat
Charyyev R.
Student,
International Oil and Gas University Turkmenistan, Ashgabat
CREATION OF NEW MATERIALS AND TECHNOLOGIES TO INCREASE DURABILITY AND STRENGTH OF VERTICAL WIND
TURBINES
Abstract: This article addresses the problem of reducing the durability and strength of vertical wind turbines, which is a serious obstacle to their widespread use. A solution to this problem is proposed by creating new materials and introducing advanced technologies that increase the durability and reliability of vertical wind generators.
Key words: vertical wind turbines, durability, strength, materials, technologies, wind generators.
