ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВОЙ ВЕТРОТУРБИНЫ С РЕГУЛИРУЕМЫМ УГЛОМ УСТАНОВКИ ЛОПАТОК

Abstract

В данной работе представлены результаты проектирования, изготовления и экспериментального исследования лабораторного опытного образца ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения (ВТВО), разработанного по патенту FAP 20240465 в Институте механики и сейсмостойкости сооружений АН РУз. Конструктивной особенностью установки является ротор с четырьмя крыльями, содержащими 24 профилированные лопатки, оснащенные механизмом индивидуальной ступенчатой юстировки угла установки в диапазоне от 0° до 40°. Физический эксперимент проводился на специализированном аэродинамическом стенде с искусственным обдувом при скоростях ветрового потока от 3,35 до 8,94 м/с с использованием ультразвукового анемометра Vortex, цифрового датчика крутящего момента NJN-200 и программируемого электромагнитного нагрузочного узла NANBEI NDN-200.

В ходе испытаний определены зависимости крутящего момента (T), угловой скорости и генерируемой мощности (P) от величины тормозного электромеханического момента при различных скоростях ветра и углах установки лопаток. Установлено, что при низких скоростях ветра (V < 6 м/с) наилучший пусковой момент и стабильность страгивания ротора обеспечивает угол установки 10°. При скоростях V > 7,5 м/с максимальная аэродинамическая эффективность достигается при угле установки 30°, где мощность турбины достигла рекордного значения P = 160,2 отн. ед. при свободном разгоне до 33 об/мин. Выявлено, что увеличение угла до 40° вызывает эффект глубокого аэродинамического срыва потока (deep stall), снижающий эффективность выработки энергии практически на 50%. Выполнен технико-экономический расчет автономной микро-ВЭУ, показавший срок окупаемости системы порядка 3 лет при суммарных капитальных затратах 21 млн сум.