The object of research, development or design (in Russian) : Вертикально-осевой ветрогенератор

The object of research, development or design (in Kazakh) : Тік осьтік жел генераторы

Aim of work (in Russian) : Целью проекта является разработка и проведение ряда исследований нескольких моделей систем управления углом атаки вертикально-осевого многолопастного ветрогенератора, разработка их метематических моделей, определение эффективности от внедрения системы управления, а также разработка системы мониторинга состояния ветрогенераторов на примере ветрогенератора с разработанной системой управления.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты-тік осьті көп жүзді жел генераторының шабуыл бұрышын басқару жүйелерінің бірнеше модельдерін әзірлеу және зерттеу, олардың метематикалық модельдерін әзірлеу, басқару жүйесін енгізудің тиімділігін анықтау, сондай-ақ дамыған басқару жүйесі бар жел генераторының мысалында жел генераторларының күйін бақылау жүйесін әзірлеу.

Методы исследования (на русском) : Проектирование и моделирование рычажной системы управления в 3D и компьютерных средах, построение математической модели и экспериментальная идентификация на лабораторной установке. Разработка автоматического регулирования угла атаки лопастей с использованием ПД-регулятора, оптимизационные расчёты и сравнение моделей с управлением и без него. Создание системы диагностики узлов ветрогенератора и интеграция её в сеть дистанционного мониторинга.

Методы исследования (на казахском) : 3D және компьютерлік орталарда рычагты басқару жүйесін жобалау және модельдеу, математикалық модель құру және зертханалық қондырғыда эксперименттік сәйкестендіру. ПД реттегішін қолдана отырып, пышақтардың шабуыл бұрышын автоматты түрде реттеуді әзірлеу, оңтайландыру есептеулері және модельдерді басқарумен және онсыз салыстыру. Жел генераторының тораптарын диагностикалау жүйесін құру және оны қашықтан бақылау желісіне біріктіру.

Obtained results and novelty (in Russian) : В ходе работы разработана и экспериментально подтверждена адаптивная система управления многолопастным вертикально-осевым ветрогенератором, обеспечивающая оптимальное регулирование угла атаки лопастей. Математическое моделирование, CFD-анализ и натурные испытания показали рост КПД установки на 7,7%, повышение устойчивости к порывам ветра и снижение энергопотерь. Сравнительный анализ различных типов роторов подтвердил наибольшую эффективность ротора Дарье в сочетании с автоматическим управлением. Новизна исследования заключается в комплексной разработке адаптивного алгоритма регулирования положения лопастей с использованием ПД-регулятора, позволяющего обеспечить стабильное управление даже при резких изменениях параметров ветра. Впервые для вертикально-осевых ветрогенераторов предложена комбинация CFD-оптимизации геометрии лопастей и адаптивного управления, что позволило совместить аэродинамическую эффективность и надежность работы установки.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Жұмыс барысында пышақтардың шабуыл бұрышын оңтайлы реттеуді қамтамасыз ететін көп жүзді тік осьті жел генераторын басқарудың бейімделу жүйесі әзірленді және эксперименталды түрде расталды. Математикалық модельдеу, CFD талдау және табиғи сынақтар қондырғының тиімділігінің 7,7% - ға өсуін, желдің екпініне төзімділіктің жоғарылауын және энергия шығынының төмендеуін көрсетті. Роторлардың әртүрлі түрлерін салыстырмалы талдау Автоматты басқарумен біріктірілген Дарье роторының ең жоғары тиімділігін растады. Зерттеудің жаңалығы-жел параметрлерінің күрт өзгеруімен де тұрақты басқаруды қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін PD реттегішін қолдана отырып, қалақтардың орналасуын реттеудің адаптивті алгоритмін жан-жақты әзірлеу. Тігінен осьтік жел генераторлары үшін алғаш рет қалақтардың геометриясын CFD оңтайландыру және адаптивті басқару комбинациясы ұсынылды, бұл қондырғының аэродинамикалық тиімділігі мен сенімділігін біріктіруге мүмкіндік берді.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : В ходе НИР разработан многолопастной вертикально-осевой ветрогенератор с оптимизированной конструкцией ротора (на основе CFD-моделирования) и внедрением адаптивного алгоритма управления углом атаки лопастей с использованием ПД-регулятора, что позволило повысить коэффициент полезного действия установки на 7–15% по сравнению с традиционными решениями. Проведён сравнительный анализ роторов Дарье, Савониуса, Онипко и других, выбраны наиболее эффективные конструктивные решения для условий эксплуатации. Система управления и диагностики включает автоматическую регулировку положения лопастей по данным анемометра и датчиков состояния узлов, а также интеграцию в сеть дистанционного мониторинга. Экспериментальные испытания подтвердили устойчивую работу генератора в широком диапазоне скоростей ветра, в том числе при резких изменениях направления воздушного потока. Внедрение системы снижает эксплуатационные затраты и повышает надёжность оборудования, что обеспечивает целесообразность применения как в централизованных ветроэлектростанциях, так и в автономных системах энергоснабжения, а также в машиностроении при проектировании новых типов роторов.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : ҒЗЖ барысында ротордың оңтайландырылған конструкциясы (CFD-модельдеу негізінде) және ПД-реттегішті пайдалана отырып, пышақтардың шабуыл бұрышын басқарудың адаптивті алгоритмін енгізе отырып, көп жүзді тік-осьтік жел генераторы әзірленді, бұл дәстүрлі шешімдермен салыстырғанда қондырғының пайдалы әсер ету коэффициентін 7-15% - ға арттыруға мүмкіндік берді. Дарье, Савониус, Онипко және басқалардың роторларына салыстырмалы талдау жүргізілді, жұмыс жағдайлары үшін ең тиімді құрылымдық шешімдер таңдалды. Басқару және диагностика жүйесі анемометр мен түйіндердің күй датчиктерінің деректері бойынша қалақтардың орналасуын автоматты түрде реттеуді, сондай-ақ қашықтан бақылау желісіне біріктіруді қамтиды. Эксперименттік сынақтар генератордың жел жылдамдығының кең ауқымында, соның ішінде ауа ағынының бағытының күрт өзгеруінде тұрақты жұмысын растады. Жүйені енгізу пайдалану шығындарын азайтады және Жабдықтың сенімділігін арттырады, бұл орталықтандырылған жел электр станцияларында да, автономды энергиямен жабдықтау жүйелерінде де, роторлардың жаңа түрлерін жобалау кезінде машина жасауда да қолданудың орындылығын қамтамасыз етеді.

Level of implementation (in Russian) : Разработанная система управления положением лопастей многолопастного вертикально-осевого ветрогенератора была внедрена на лабораторных моделях для экспериментального подтверждения теоретических расчетов. Проведенные испытания продемонстрировали улучшение характеристик работы установки, что подтверждает возможность использования предложенной системы управления в реальных ветрогенераторах аналогичной конструкции для повышения их эффективности и надежности.

Level of implementation (in Kazakh) : Теориялық есептеулерді эксперименттік растау үшін зертханалық модельдерде көп жүзді тік осьті жел генераторының қалақтарының орналасуын басқарудың дамыған жүйесі енгізілді. Жүргізілген сынақтар қондырғының жұмыс сипаттамаларының жақсарғанын көрсетті, бұл олардың тиімділігі мен сенімділігін арттыру үшін ұқсас дизайндағы нақты жел генераторларында ұсынылған басқару жүйесін пайдалану мүмкіндігін растайды.

Efficiency (in Russian) : Внедрение разработанной системы управления позволило увеличить амплитуду выходного напряжения на 7,69% по сравнению с моделью без системы управления, что свидетельствует о повышении эффективности преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Это достигается за счет оптимизации положения лопастей в зависимости от скорости ветра, что улучшает аэродинамические характеристики и снижает потери энергии.

Efficiency (in Kazakh) : Әзірленген басқару жүйесін енгізу басқару жүйесі жоқ модельмен салыстырғанда Шығыс кернеуінің амплитудасын 7,69% - ға арттыруға мүмкіндік берді, бұл жел энергиясын электр энергиясына түрлендіру тиімділігінің артқанын көрсетеді. Бұған желдің жылдамдығына байланысты қалақтардың орналасуын оңтайландыру арқылы қол жеткізіледі, бұл аэродинамикалық өнімділікті жақсартады және энергия шығынын азайтады.

Field of application (in Russian) : Энергетика и машиностроение

Field of application (in Kazakh) : Энергетика және машина жасау