Исследование тепловой защиты вращающихся частей ветротурбины Дарье
В статье рассмотрена проблема естественной вентиляции воздуха внутри полых частей ветроагрегата карусельного типа., опирающаяся на использование работы центробежных сил. Экспериментально установлена зависимость коэффициента гидравлического сопротивления внутренней полости крылового профиля NASA от ч...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61339 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование тепловой защиты вращающихся частей ветротурбины Дарье / А.К. Ершина, Ш.А. Ершин, Р.К. Манатбаев // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 139-143. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61339 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Ершина, А.К. Ершин, Ш.А. Манатбаев, Р.К. 2014-04-30T16:55:27Z 2014-04-30T16:55:27Z 2007 Исследование тепловой защиты вращающихся частей ветротурбины Дарье / А.К. Ершина, Ш.А. Ершин, Р.К. Манатбаев // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 139-143. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61339 621.311.24 В статье рассмотрена проблема естественной вентиляции воздуха внутри полых частей ветроагрегата карусельного типа., опирающаяся на использование работы центробежных сил. Экспериментально установлена зависимость коэффициента гидравлического сопротивления внутренней полости крылового профиля NASA от числа Рейнольдса. В статті розглянуто проблему природної вентиляції повітря у порожнистих частинах вітроагрегата карусельного типу. Експериментально встановлено залежність коефіцієнта гідравлічного опору внутрішньої порожнини крилового профіля NASA від числа Рейнольдса. The problem of air ventilation inside of hollow parts of rotary type wind turbines is considered. The work of centrifugal forces is used at ventilation in such type of wind turbines. Dependence hydraulic resistance factor of an internal cavity of NASA airfoil section from Reynolds’s number is defined experimentally. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Исследование тепловой защиты вращающихся частей ветротурбины Дарье Investigation of thermal protection of rotating parts wind turbine Darie Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Исследование тепловой защиты вращающихся частей ветротурбины Дарье |
| spellingShingle |
Исследование тепловой защиты вращающихся частей ветротурбины Дарье Ершина, А.К. Ершин, Ш.А. Манатбаев, Р.К. |
| title_short |
Исследование тепловой защиты вращающихся частей ветротурбины Дарье |
| title_full |
Исследование тепловой защиты вращающихся частей ветротурбины Дарье |
| title_fullStr |
Исследование тепловой защиты вращающихся частей ветротурбины Дарье |
| title_full_unstemmed |
Исследование тепловой защиты вращающихся частей ветротурбины Дарье |
| title_sort |
исследование тепловой защиты вращающихся частей ветротурбины дарье |
| author |
Ершина, А.К. Ершин, Ш.А. Манатбаев, Р.К. |
| author_facet |
Ершина, А.К. Ершин, Ш.А. Манатбаев, Р.К. |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| container_title |
Промышленная теплотехника |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Investigation of thermal protection of rotating parts wind turbine Darie |
| description |
В статье рассмотрена проблема естественной вентиляции воздуха внутри полых частей ветроагрегата карусельного типа., опирающаяся на использование работы центробежных сил. Экспериментально установлена зависимость коэффициента гидравлического сопротивления внутренней полости крылового профиля NASA от числа Рейнольдса.
В статті розглянуто проблему природної вентиляції повітря у порожнистих частинах вітроагрегата карусельного типу. Експериментально встановлено залежність коефіцієнта гідравлічного опору внутрішньої порожнини крилового профіля NASA від числа Рейнольдса.
The problem of air ventilation inside of hollow parts of rotary type wind turbines is considered. The work of centrifugal forces is used at ventilation in such type of wind turbines. Dependence hydraulic resistance factor of an internal cavity of NASA airfoil section from Reynolds’s number is defined experimentally.
|
| issn |
0204-3602 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61339 |
| citation_txt |
Исследование тепловой защиты вращающихся частей ветротурбины Дарье / А.К. Ершина, Ш.А. Ершин, Р.К. Манатбаев // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 139-143. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT eršinaak issledovanieteplovoizaŝityvraŝaûŝihsâčasteivetroturbinydarʹe AT eršinša issledovanieteplovoizaŝityvraŝaûŝihsâčasteivetroturbinydarʹe AT manatbaevrk issledovanieteplovoizaŝityvraŝaûŝihsâčasteivetroturbinydarʹe AT eršinaak investigationofthermalprotectionofrotatingpartswindturbinedarie AT eršinša investigationofthermalprotectionofrotatingpartswindturbinedarie AT manatbaevrk investigationofthermalprotectionofrotatingpartswindturbinedarie |
| first_indexed |
2025-11-26T02:45:00Z |
| last_indexed |
2025-11-26T02:45:00Z |
| _version_ |
1850608970875535360 |
| fulltext |
В настоящее время перед человечеством стоит
глобальная проблема не допустить изменения
климата Земли в результате парникового эффек;
та. Поэтому одной из главнейших задач совре;
менности является использование возобновляе;
мых источников энергии как наиболее совер;
шенный и экологически чистый способ получе;
ния электроэнергии. Приняты Рамочная Кон;
венция (1992 г.) об изменении климата Земли и
Киотский протокол (1997 г.). Этим и объясняется
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 139
В статті розглянуто проблему при)
родної вентиляції повітря у порожнистих
частинах вітроагрегата карусельного
типу. Експериментально встановлено
залежність коефіцієнта гідравлічного
опору внутрішньої порожнини крилово)
го профіля NASA від числа Рейнольдса.
Виявлено граничні значення кутової
швидкості обертання турбіни при зада)
них конструктивних і динамічних пара)
метрів. Як приклад розглянуто вітроаг)
регат потужністю 6)7кВт.
В статье рассмотрена проблема ес)
тественной вентиляци воздуха внутри
полых частей ветроагрегата карусельно)
го типа., опирающаяся на использова)
ние работы центробежных сил. Экспери)
ментально установлено зависимость
коэффициента гидравлического сопро)
тивления внутренней полости крылово)
го профил NASA от числа Рейнольдса.
Выявлено предельные значения угловой
скорости вращения турбины при задан)
ных конструктивных и динамических па)
раметрах. В качестве примера рассмот)
рен ветроагрегат мощностью 6)7кВт.
The problem of air ventilation inside of
hollow parts of rotary type wind turbines is
considered. The work of centrifugal forces
is used at ventilation in such type of wind
turbines. Dependence hydraulic resistance
factor of an internal cavity of NASA airfoil
section from Reynolds’s number is defined
experimentally. Limiting values of angular
velocity of turbine rotation are obtained at
the given constructive and dynamic
parameters. As an example wind turbine by
power of 6)7kw is teken.
УДК 621.311.24
ЕРШИНА А.К.1, ЕРШИН Ш.А.2, МАНАТБАЕВ Р.К.2
1Казахский государственный женский педагогический институт, Алматы, Казахстан
2Казахский национальный университет им. аль[Фараби, Алматы, Казахстан
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ
ВРАЩАЮЩИХСЯ ЧАСТЕЙ ВЕТРОТУРБИНЫ ДАРЬЕ
А0 – работа в кольцевом канале;
A1 – работа центробежных сил на перемещение
воздушной массы вдоль маха;
А2 – работа внутри рабочих лопастей;
d0 – эквивалентный диаметр кольцевого канала;
dэ – эквивалентный диаметр крылового профиля
NASA–0021;
S0 – поперечное сечение кольцевого канала;
S1 – поперечное сечение крылового профиля
NASA 0021;
Nв – мощность турбины
u – среднерасходная скорость подогретого воздуха;
РI – давление на месте соединение вала враще;
ния с махами;
РII – давление на месте соединения маха с рабо;
чей лопастью;
l0 – длина кольцевого канала (вала);
l1 – длина маха;
l2 – длина рабочих лопастей;
F – ометаемая поверхность;
W – скорость ветра;
ρ –плотность воздуха;
λ0 – коэффициент гидравлического сопротивле;
ния кольцевого канала (вала);
λ1 – коэффициент гидравлического сопротивле;
ния маха;
λ2 – коэффициент гидравлического сопротивле;
ния половины рабочей лопасти;
ω – угловая скорость;
ξ – коэффициент использования энергии ветра.
Нижние индексы:
0 – обозначение величин, соответствующих валу;
1 – обозначение величин, соответствующих маху;
2 – значение рабочих лопастей;
ср – среднее значение;
э – эквивалентный диаметр.
140 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
пристальное внимание многих государств к раз;
витию ветроэнергетики.
В последнее время большинство зарубежных
фирм стало отдавать предпочтение новому типу
ветротурбин с вертикальной осью вращения сис;
темы Дарье. Работает турбина за счет возникно;
вения подъемной силы на рабочих лопастях, рав;
ноудаленных от общей оси вращения. Лопасти
располагаются равномерно по кругу радиуса r0
относительно центрального вертикального вала
вращения и соединены с ним одним из двух спо;
собов: с помощью махов или «тропоскино» [1,2].
В отличие от пропеллерной ветротурбины тех;
нология изготовления симметричных крыловых
профилей много проще. Их изготовление освое;
но, например, в АО НИИ «Гидроприбор», ЗАО
«Азияэнергопроектмонтаж» и др. Поэтому в Ка;
захстане наибольший интерес проявляется,
именно, к разработке ветротурбин Дарье и усо;
вершенствованию его конструкций с целью по;
вышения коэффициента использования энергий
ветра. Одна из таких установок называется Бида;
рье, и показана на рис.1 (г. Уральск), имеет коэф;
фициент использования энергии ветра на
60...70% больше, чем любая существующая вет;
роустановка. На рис. 2 приведен ветроагрегат Да;
рье системы тропоскино, созданный ЗАО «Азия;
энергопроектмонтаж» в г. Щучинске.
Территория нашей республики имеет сильно
отличающиеся климатические условия. В южных
областях и прикаспийской части страны с мяг;
ким климатом можно использовать ВЭУ без спе;
циальных мер защиты от неблагоприятных мете;
офакторов. Северные, центральные и восточные
регионы с резко континентальным климатом и
суровыми зимами нуждаются в особых ВЭУ.
Здесь часты многодневные снежные бури и голо;
ледные явления, и именно в периоды наиболь;
шей нужды в тепловой и электрической энергии
ВЭУ могут быть выведены из строя вследствие
заносов мокрым снегом с последующим резким
Рис. 1. Ветротурбина Бидарье. Рис. 2. Ветроагрегат Дарье
системы тропоскино.
понижением температуры воздуха и образовани;
ем тяжелого ледового покрова на них. Есть боль;
шая опасность, что с ними случится то же, что и
с линией электропередачи, показанной на рис.3.
Поэтому важно иметь свою технологию, свое
производство, свой опыт работы для разработки
новых перспективных ВЭУ, в том числе и спо;
собных работать в сложных метеоусловиях. Од;
ним из простых и надежных мер является тепло;
вая защита вращающихся элементов ВЭУ.
В статье приводятся результаты эксперимен;
тального исследования теплообмена рабочих ло;
пастей работающего ветроэнергетического аппа;
рата Дарье с окружающей средой. Теплоотдача
каналов в окружающую среду определяется как
внутренней гидродинамикой каналов различной
формы, так и внешними условиями теплообме;
на. С этой целью на кафедре механики Казах;
ского национального университета им. аль;Фа;
раби в течение ряда лет проведены исследования
течений внутри каналов, имеющих форму сим;
метричного крылового профиля NASA;0021, ис;
пользуемого в реальном аппарате. В результате
установлена зависимость коэффициента гидрав;
лического сопротивления такого канала от числа
Рейнольдса
λ = 4,62Re–0.49.
Одновременно были проведены исследования
теплоотдачи элемента крылового профиля
NASA;0021 в зависимости от скорости и угла ата;
ки воздушной среды на рабочую лопасть при вра;
щении турбины Дарье. Схема установки показа;
на на рис 4.
В открытой рабочей части лабораторной аэро;
динамической трубы (3) с прямоугольным выхо;
дом (0,3×0,12 м2) (см. рис. 4), перед которым ус;
танавливался элемент крылового профиля.
Элемент крыла выполнен пустотелым из тонкой
медной пластины толщиной 0,1 мм. Во внутрен;
нюю полость элемента лопасти (1) подается из
муфельной печи (2) подогретый воздух при не;
скольких значениях его расхода.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 141
Рис. 3. Состояние линии электропередачи после
снежной бури в Павлодарской области.
Рис. 4. Схема экспериментальной установки.
1 – элемент лопасти NASA 0021;
2 – муфельная печь; 3 – лабораторная
аэродинамическая труба; 4 – ротаметр РМ;
5 – медь константановые термопары; 6 – лед;
7 – гальванометр; 8 – пылесос;
9 – трансформатор.
Измерялись расход подогретого воздуха, раз;
ность температуры на входе и на выходе из поло;
сти крыла, а также скорость воздушного потока,
набегающего на элемент крыла с различными
скоростями (0<u<36,67 м/с) и углами разворота
крыла (α = 0o...20о) по отношению к направле;
нию потока.
На основании обобщения и обработки опыт;
ных данных получена для средней теплоотдачи
элемента крылового профиля критериальная за;
висимость
Nu = 0,051Re0,75. (1)
Как выяснилось, влияние угла атаки на тепло;
отдачу очень слабое, в пределах точности измере;
ний. Что касается влияния скорости ветра на
процесс теплообмена с крыловым профилем, то
оно определяется степенью быстроходности тур;
бины, т.е. отношением линейной скорости вра;
щения турбины к скорости ветра. Так как угловая
скорость вращения турбины растет пропорцио;
нально скорости ветра, то степень быстроходно;
сти турбины не изменяется. Вследствие этого по;
стоянное значение степени быстроходности
турбины входит в коэффициент, стоящий перед
числом Рейнольдса. Формула (1) аналогична из;
вестным зависимостям [3] для каналов сложного
поперечного сечения.
Вентиляционное перемещение воздуха внутри
полых элементов турбины возникает вследствие
действия центробежных сил при круговом дви;
жении махов. Отсюда нетрудно подсчитать пере;
пад давления на концах маха (см. рис.5)
.
Этот перепад давления вызывает перемещение
воздушной среды в сторону рабочих лопастей
вращающейся турбины. При этом, течение вяз;
кой жидкости в канале махов испытывает сопро;
тивление трения
или .
Тогда работа центробежных сил на перемеще;
ние воздушной массы вдоль маха за вычетом ра;
боты на преодоление сил вязкого сопротивления
записывается в виде:
,
где цифра 2 суммирует работу обоих махов (в
случае трехлопастной турбины 2 следует заме;
нить на цифру 3). Естественная вентиляция вет;
ротурбины возможна, если работа А1 будет боль;
ше или равна сумме работ по преодолению
сопротивления трения в кольцевом канале и ра;
бочей лопасти
, .
λ ρ
=
3
2 2 2
2
4
э
l u
A
d
λ ρ
=
3
0 0 0
0
0
2
l u
A
d
⎛ ⎞λ ρρω
= −⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠
22 2
11
1 1
2 *
2 2
ср
э
l ul
A u
d
λ ρ
− =
2
1 1
1 2
2
э
l u
P P
d
λρ
=
2
1
1
2
э
udP
dl d
− = ρω
2
2 1
1 2
2
l
P P
142 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 5. Тепловая защита агрегата с помощью
естественной вентиляции нагретого воздуха,
вследствие работы центробежных сил.
Таким образом, необходимым условием опре;
деления угловой скорости вращения турбины ω
для обеспечения естественной вентиляции явля;
ется A1 ≥ A0 + A2.
Подставляя выражения для А0, А1 и А2, после
несложных преобразований получим:
. (2)
В качестве примера рассмотрена ветротурбина
Дарье мощностью 6...7 кВт при среднегодовой
скорости ветра 6...7 м/с. Мощность ветротурбин
определяется формулой
Вт.
Из этой мощности ветротурбина может снять
с каждого квадратного метра миделева сечения
турбины не более 100 Вт и 7;и кВт;ная турбина
должна иметь F = 10 м2, т.е. чуть больше 8;ми ме;
тров лопасти (7) и длину махов (6) более 4 м.
Для (l2) полостей маха Re′ = 18567 и
λ′ = 0,034. Расход воздуха в каждом махе
Q/2=0,28м3/с или Q=0,56 м3/с.
Подставляя значения величин, входящих
в формулу (2), найдем, что ω ≥ 1,3 1/с. Таким
образом, для естественной вентиляции тур;
бины достаточно всего 12 об/мин, в то вре;
мя как при скорости ветра 7 м/с для выбранной
нами турбины ω = 7,875 1/с или 75 об/мин.
Заметим, при буревых скоростях ветра 12...15 м/с
ветротурбина будет иметь 129...161 об/мин.
Таким образом, работы центробежных сил с
избытком хватает для организации естест;
венной вентиляции турбины, даже, если
для усиления жесткости махов и рабочих
лопастей внутри их полостей имеется арма;
тура.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ершина А.К., Ершин Ш.А., Жапбасбаев У.К.
Основы теории ветротурбины Дарье. Алматы.
2001. – 104 с.
2. Ветроэнергетика под. ред. Д.де. Рензо. М.:
Энергоатомиздат, 1982. – 272 с.
3. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы тепло;
передачи М.: Энергия. – 1973. – 320 с.
= ξ ρ =
3
221,2
2
t
W
N F В
λ λ + λ
ω ≥ +
2 3 2
0 0 1 1 1 2 1
2 3
0 1 0 1
4 ( 16 )
16
э
l u S u
d l S d l
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 143
|