• НАЧАЛО
• ЛАБОРАТОРИЯТА
  • История
  • Преподаватели
    • В. Обретенов
    • Ц. Цалов
    • К. Ангелов
  • Докторанти
  • Стендове
    • Обща схема
    • Стенд №1
    • Стенд №2
    • Стенд №3
    • Стенд №4
    • Стенд №5
    • Стенд №6
    • Стенд №7
    • Стенд №8
• УЧЕБНА РАБОТА
  • Лабораторни упражнения
    • Протоколи
    • Водни турбини
    • Турбомашини
    • Хидроенергетика
    • Хидравлични машини и пневматика
    • Възобновяеми енергийни технологии
  • Литература
  • Дипломни работи
    • Теми за дипломни работи
    • Изисквания
    • Защитени дипломни работи
  • Дисертации
• ИЗСЛЕДВАНИЯ
  • Договори
  • Проекти
  • Модели
• СЪТРУДНИЧЕСТВО
  • Фирми
  • Студенти
• НОВИНИ
• КОНТАКТИ

ЛАБОРАТОРНО УПРАЖНЕНИЕ Е1

ТЕМА: СКОРОСТНО РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ ВЪВ ВХОДНОТО СЕЧЕНИЕ НА ВЯТЪРЕН ДВИГАТЕЛ

1. Цел

Целта на упражнението е изследване на скоростното разпределение в свободно въздушно течение в сечение, разположено непосредствено преди работното колело на вятърен двигател.

2. Опитна уредба

Лабораторното упражнение се провежда на стенд №7 (Вятърни двигатели). Схема на опитната уредба е показана на фиг.1.1.

Фиг.1.1. Схема на опитната уредба

Осовият вентилатор 2 тип LANW 1000.6 TII се задвижва от асинхронен електродвигател 3. Вентилаторът е с диаметър на работното колелоDf=1000mm. Той генерира въздушно течение със скорост до 15 m/s. Вентилаторът е монтиран върху платформата 1, която може да се фиксира в различни положения с отклонение ±10о спрямо основното положение (при него оста на вентилатора е хоризонтално разположена). Това дава възможност да се променя посоката на вятъра. Честотата на въртене на вентилатора се регулира в широки граници чрез честотния инвертор 4. По този начин може да се променя скоростта на въздушното течение. 
Към изхода на вентилатора е присъединена аеродинамичната тръба 6 с диаметър Dp=1270mm. Опорите 10 на тази тръба позволяват да се изменя положението й в зависимост от положението на вентилатора. Компютърен модел на тръбата е показан на фиг.1.2.
Скоростта на въздушното течение се измерва с анемометъра 8, монтиран върху направляващите 9. Последните осигуряват свободно движение на уреда в мерната равнина и  фиксирането му в произволна точка. Предвидена е възможност за измерване на скоростта в аеродинамичната тръба и чрез скоростомерна тръба 7.
Измерванията се извършват в сечение, разположено непосредствено пред работното колело на изпитваните на стенда ветродвигатели в мрежа от точки, покриващи работното поле. Разположението на мерните  точки е ясно от схемата на фиг.1.3 (стъпката ). Границите на скоростното поле са определени точно чрез намаляване на стъпката в граничната област. За стабилизиране на течението в аеродинамичната тръба е монтирана изправяща решетка 5 (фиг.1.1). Тя е конструирана според изискванията на стандарт ISO 5167 (Measurement of fluid flow by means of pressure differential) и е показана на фиг.1.4. 
Ръководителят на лабораторното упражнение задава броя и разположението на мерните точки според изискванията на учебната програма. Минималният обем измервания обхваща точките по централните вертикал (F) и централния хоризонтал (f) – фиг.1.3.
3. Измервани величини
За измерването на скоростта се използва дигитален пропелерен анемометър Trotec BA 15. Той се поставя в мерната точка и се изчаква 15-20s за стабилизиране на показанията му.
За определяне на основните параметри на изпитваните ветродвигатели се налага да се определи средната стойност на скоростта на течението преди работното колело. Поради неравномерността в скоростното разпределение, в конкретния случай усредняването се прави по дебит ():
,
където  е средната скорост,  е текущият, а  е максималният радиус на мерното сечение.
Измерванията позволяват да бъде определена и стойността на дебита на вентилатора:
 
Измерванията са правят за няколко честоти на въртене на осовия вентилатор, генериращ въздушното течение. Изменението на честотата на въртене на вентилатора се осъществява с помощта на честотния инвертор. Стойностите на честотите на тока, за които са извършват измерванията се задават от ръководителя на упражнението.

4. Опитни данни

Резултатите от измерванията (както и резултатите от изчисленията) се въвеждат в таблица образец 1.1:

5. Построяване на характеристиките

На фиг.1.5 и 1.6 е показано изменението на скоростта по радиуса за централния вертикал F (x=0; фиг.1.3 и централния хоризонтал f (y=0; фиг.1.3) за няколко  честоти на тока (респ. честоти на въртене на вентилатора).

Фиг.1.5. Скоростно разпределение по централния вертикал

Фиг.1.6. Скоростно разпределение по централния хоризонтал На фиг.1.7 е показано изменението на следната скорост при различните  честоти на тока (респ. честоти на въртене на вентилатора), определена по описания в т.3 начин.

Фиг.1.7. Изменение на средната скорост

Опитно получената зависимост се апроксимира с полинома:

ЛАБОРАТОРНО УПРАЖНЕНИЕ Е2

ТЕМА: ИЗПИТВАНЕ НА ВЕТРОПОМПЕН АГРЕГАТ

1. Цел

Целта на изпитването е построяването на работните характеристики на ветропомпен агрегат тип ВП-1.

2. Опитна уредба

Фиг. 2.1. Схема на опитната уредба

Лабораторното упражнение се провежда на стенд №7 (Вятърни двигатели). Обект на изпитването е ветроагрегат с мембранна помпа. Агрегатът е тип ВП-1 и се предлага на пазара от Bulgarian wind techlogy. Основните му параметри (по паспорт) са следните:

Опитната уредба е показана на фиг.2.1
Мембранната помпа 13 се задвижва от вятърния двигател 12. Трансмисията е композирана от гърбичен механизъм и лостова система. Помпата засмуква вода от резервоара 15 и нагнетява в обемния дебитомер 16. Конструкцията  му позволява да се поддържа постоянна геодезична височина, т.е. по време на изпитването практически не се променя характеристиката на инсталацията. 
Вятърният двигател е с цилиндрични работни лопатки и е монтиран върху подвижна метална платформа. Задвижва се от осов вентилатор, който генерира въздушно течение, чиято скорост може да се променя в широки граници чрез изменение на честотата на въртене на задвижващия електродвигател 2 (всички елементи на системата, генерираща въздушното течение са описани в лабораторно упражнение Е1). 

3. Измервани величини

1. Дебит на помпата
Измерва се по обемния метод посредством дебитомера 16 (фиг.2.1). Той е с обем 20l и е снабден с нивопоказател и успокоител. Контролираният обем е 5 или 10l (според режима на работа), а интервалът от време се измерва с прецизен хронометър. 

2. Напор на помпата
Измерва се с диференциалния течностен манометър 14 (фиг.2.1), който е свързан с входа и изхода на помпата (мерните сечения са с равна площ).

3. Честота на въртене на вятърния двигател
Измерва с помощта на индуктивен преобразувател за честота и процес-индикатор, модел DP на Delta Instruments.

4. Скорост на вятъра
Определя се по зависимостта, показана на фиг.1.7 (в лабораторно упражнение Е1 е описан методът за определяне на средната скорост на течението) или според апроксимиращата зависимост. Честотата на тока се отчита от показанието на честотния инвертор 4. 

5. Мощност
Хидравличната мощност на помпата се определя чрез стойностите на дебита  и напора:
, където  е дебитът на помпата, а  е напорът й.
Мощността на въздушното течение се определя аналогично:
, където p е динамичното налягане на въздушното течение; Q е дебитът му, а  S е площта на работното колело на ветродвигателя.

6. К.п.д. на ветропомпения агрегат
Определя се чрез отношението:
.

4. Опитни данни

Резултатите от измерванията (както и резултатите от изчисленията) се въвеждат в таблица образец 2.1:

Образец 2.1.

5. Построяване на характеристиките

На фиг.2.2 са показани зависимостите на напора и хидравличната мощност на помпата от дебита, а на фиг.2.3 – изменението на честотата на въртене на вятърния двигател в зависимост от скоростта на вятъра.

Фиг.2.2. Работни характеристики на помпата

  

Фиг.2.3. Изменение на честотата на въртене на ветродвигателя

На фиг.2.4 са показани основните характеристики на ветропомпения агрегат: зависимостите на напора, дебита, хидравличната мощност на помпата и к.п.д. на агрегата от скоростта на вятъра.

Фиг.2.4. Характеристики на ветропомпения агрегат

ЛАБОРАТОРНО УПРАЖНЕНИЕ Е3

ТЕМА: ИЗПИТВАНЕ НА ВЯТЪРЕН ДВИГАТЕЛ С ХОРИЗОНТАЛНА ОС

1. Цел

Целта на изпитването е построяването на работните характеристики на ввятърен двигател тип AEOLUS 300.

2. Опитна уредба

Лабораторното упражнение се провежда на стенд №7 (Вятърни двигатели).
Обект на изследването е сериен вятърен двигател с хоризонтална ос, тип AEOLUS 300, производство на Hopeful Enterprise (Group) Limited (Китай). Основните му параметри са посочени в табл.1.

Схема на опитната уредба е показана на фиг.3.1.

Фиг. 3.1. Схема на опитната уредба

Вятърният двигател 13 е монтиран върху вертикална мачта и може да се измества по височина чрез специално устройство. Разстоянието между двигателя и изходното сечение на аеродинамичната тръба 6 също може да се изменя, тъй като последният е монтиран върху подвижната платформа 14,  снабдена с ходови колела. Ветродвигателят е свързан директно с постояннотоков генератор.  Системата, генерираща въздушното течение (позиции 1?10) е подробно описана в лабораторно упражнение Е1.
Компютърен модел на стенда е показан на фиг.3.2.

Фиг.3.2. Компютърен модел на стенда

3. Измервани величини

1. Скорост на въздушното течение
Определя се по зависимостта, показана на фиг.1.7 (в лабораторно упражнение Е1 е описан методът за определяне средната скорост на течението). Може да се използва и приведената в това упражнение апроксимираща зависимост.
Измерванията се правят за поне 7 стойности на скоростта на вятъра, които се задават от ръководителя на упражнението.

2. Честота на въртене
За измерването на честотата на въртене n на работното колело на вятърната турбина се използват индуктивен преобразувател за честота 11 (фиг.3.1) и процес-индикатор, модел DP на Delta Instruments.

3. Мощност 
Измерването на мощността на генератора се извършва чрез специално разработена система 12 (фиг.3.1). Тя имитира поведението на акумулаторната батерия по време на зареждането й от ветрогенератора. Тази система представлява товарно устройство със силно нелинейна характеристика на зависимостта между тока и напрежението
Генераторната мощност се определя по израза:
,
където U, I  са съответно напрежението и силата на генераторния ток (стойностите се отчитат от дисплея на измервателния уред).
Мощността на въздушното течение се определя по израза:
,
където r - плътност на въздуха;S – напречна площ на работното колело, cw средна скорост на течението.

4. Коефициент на полезно действие на ветроагрегата

Този параметър в теорията на вятърните двигатели по-често се нарича коефициент на мощност и обикновено  се означава със Cp.

4. Опитни данни

Резултатите от измерванията и направените изчисления се въвеждат в таблица образец 3.1:

Образец 3.1.

№	Мощност на генератора			Честота на въртене	Скорост на вятъра		Мощност на вятъра	К.п.д.
	U	I	Pg	n	f	cw	Pw	hw
	V	A	W	min-1	Hz	m/s	W	%
1.
. .
7.

5. Построяване на характеристиките

Работните характеристики на ветродвигателя изразяват в графичен вид зависимостите на неговите основни параметри (генераторната мощност Pg, честота на въртене n и к.п.д. на ветроагрегата h) от скоростта на вятъра cw. На фиг.3.3 са показани такива работни характеристики със щатното (фабрично) работно колело на ветродвигателя (възможно е лабораторното упражнение да бъде проведено с други работни колела). На фигурата е показано и изменението на мощността на въздушното течение Pw.

Фиг.3.3. Работни характеристики