alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2023.06.060-066alternative-2277Research ArticleI. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 2. ВетроэнергетикаI. RENEWABLE ENERGY. 2. Wind energyВлияние изменения размеров лопастей на эффективность работы вертикально-осевой ветроэнергетической установкиThe effect of changing the size of the blades on efficiency operation of a vertical-axial wind power plantНикольскийО. К.NikolskyO. K.

Олег Константинович Никольский - д.т.н., проф. заслуженный деятель науки и техники России

656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, д.46  тел. 7(385-2)29-07-107, тел. 7(905)986-89-49

Oleg Konstantinovich Nikolsky - Doctor of Technical Sciences, Professor, Honored Worker of Science and Technology of Russia

656038, Barnaul, Lenin Ave., 46 tel. 7(385-2)29-07-107, tel. 7(905)986-89-49

epb_401@mail.ruХозяиновБ. П.KhoziainovB. P.

Борис Петрович Хозяинов - канд. тех. наук, доцент

650000, г. Кемерово, ул. Весенняя д.28 тел. 7(3842)39-63-31, тел. 7(913)287-91-87

Boris Petrovich Khozyainov - Ph.D. in Engineering, Associate Professor

650000, Kemerovo, Vesennaya str., 28 tel. 7(3842)39-63-31, tel. 7(913)287-91-87

khozyainov-bp@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0141-8084ГлазковЮ. Ф.GlazkovYu. F.

Глазков Юрий Федорович - канд. тех. наук, доцент

650000, г. Кемерово, ул. Весенняя д.28 тел. 7(3842)39-63-31, тел. 7(913)287-91-87

Glazkov Yurij Fedorovich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

650000, Kemerovo, Vesennaya str., 28 tel. 7(3842)39-63-31, tel. 7(913)287-91-87

glazkow-yf@rambler.ruАлтайский государственный технический университетРоссияAltai State Technical UniversityRussian FederationКузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. ГорбачеваРоссияKuzbass State Technical University named after T.F. GorbachevRussian Federation202323012024066066Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20232023Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2277

Внедрение ветроэнергетических установок позволяет обеспечивать электроэнергией удаленные территории при строительстве сельскохозяйственных и промышленных предприятий, периферийных поселков. Кроме того, актуальным является обеспечение электроэнергией протяжённые автомобильные трассы, особенно при использовании электромобилей. В статье предложены исследования, позволяющие повысить эффективность работы вертикально-осевой ветроэнергетической установки, с применением лопастей, использующих принцип дифференциального лобового сопротивления. Известно, что аэродинамические характеристики лопастей являются основой эффективности работы ветротурбин финского учёного С.Ж. Савониуса. Анализ аэродинамических коэффициентов показал, что повышение общего аэродинамического коэффициента лопасти, расположенной при действии воздушного потока по ходу движения лопасти, должен быть больше, а при движении на противоходе воздушному потоку наименьшим. Такое изменение аэродинамических коэффициентов возможно только при трансформации лопасти – с изменением ее размеров и формы лопасти. При этом необходимо соблюдать чтобы такие изменения происходили автоматически без влияния человека. Для этого использовалась пружина, которая под воздействием ветра закручивалась, а при отсутствии давления ветра пружина восстанавливалась и возвращала форму и размеры лопасти в исходное положение.

Изменение формы и размеров лопасти под воздействием ветра способствует повышению аэродинамических коэффициентов лопасти и повышению эффективности работы ветротурбины.

The introduction of wind power plants makes it possible to provide electricity to remote territories during the construction of agricultural and industrial enterprises, peripheral settlements. In addition, it is relevant to provide long highways with electricity, especially when using electric vehicles. The article suggests studies that allow to increase the efficiency of a vertical-axial wind power plant, using blades using the principle of differential drag. It is known that the aerodynamic characteristics of the blades are the basis of the efficiency of the wind turbines of the Finnish scientist S.J.Savonius. The analysis of the aerodynamic coefficients showed that the increase in the overall aerodynamic coefficient of the blade, located under the action of the airflow along the course of the blade, should be greater, and when moving on the counterflow to the airflow, it should be the smallest. Such a change in aerodynamic coefficients is possible only with the transformation of the blade – with a change in its size and shape of the blade. At the same time, it is necessary to observe that such changes occur automatically without human influence. To do this, a spring was used, which was twisted under the influence of wind, and in the absence of wind pressure, the spring was restored and returned the shape and size of the blade to its original position. Changing the shape and size of the blade under the influence of wind increases the aerodynamic coefficients of the blade and increases the efficiency of the wind turbine.

ветротурбинавертикальная осьаэродинамический коэффициентэффективностьwind turbinevertical axisaerodynamic coefficientefficiencyReferencesЧирков, М. М. Исследование ветряных двигателей в ветросиловой лаборатории ЦАГИ // Труды / Центр. аэрогидродинамический ин-т им. Н. Е. Жуковского. – Москва, 1934. – Выпуск 164. – С. 40–61.Chirkov, M. M. Issledovanie vetryanykh dvigatelei v vetrosilovoi laboratorii TSAGI // Trudy / Tsentr. aehrogidrodinamicheskii in-t im. N. E. Zhukovskogo. – Moskva, 1934. – Vypusk 164. – S. 40–61.Кашафутдинов, С. Т. Атлас аэродинамических характеристик планерных крыловых профилей / С. Т. Кашафутдинов, Р. В. Моисеева. – Москва: Машиностроение, 1966. – 51 с.Kashafutdinov, S. T. Atlas aehrodinamicheskikh kharakteristik planernykh krylovykh profilei / S. T. Kashafutdinov, R. V. Moiseeva. – Moskva: Mashinostroenie, 1966. – 51 s.Горелов Д. Н. Экспериментальное исследование энергетических характеристик двухъярусного ротора Савониуса // Теплофизика и аэромеханика. 2005. Т. 12. № 4. С. 693–696.Gorelov D. N. Ehksperimental'noe issledovanie ehnergeticheskikh kharakteristik dvukh"yarusnogo rotora Savoniusa // Teplofizika i aehromekhanika. 2005. T. 12. № 4. S. 693–696.Сабинин Г.Х. Теория идеального ветряка // Труды Центрального АэроГидродинамического Института Вып. 32. М.: Типо-Литография В.Т.У. им. Т. Дунаева, 1927. 27 с.Sabinin G.KH. Teoriya ideal'nogo vetryaka // Trudy Tsentral'nogo AehrOGidrodinamicheskogo Instituta Vyp. 32. M.: Tipo-Litografiya V.T.U. im. T. Dunaeva, 1927. 27 s.Редчиц Д.А. Аэродинамика трехлопастного ротора Савониуса // Вестник двигателестроения. 2009. № 3 С. 71-76.Redchits D.A. Aehrodinamika trekhlopastnogo rotora Savoniusa // Vestnik dvigatelestroeniya. 2009. № 3 S. 71-76.Хозяинов, Б. П. Определение аэрогидродинамических характеристик лопастей турбин с вертикальной осью вращения // Теплофизика и аэромеханика. − Новосибирск, 2010. – Т. 17, № 2. – С. 307-312.Khozyainov, B. P. Opredelenie aehrogidrodinamicheskikh kharakteristik lopastei turbin s vertikal'noi os'yu vrashcheniya // Teplofizika i aehromekhanika. Novosibirsk, 2010. – T. 17, № 2. – S. 307-312.Пат. 2669604 Российская Федерация, МПК F 03 D 3/00. Лопасть ветротурбины с изменяющимися размерами/ Б. П. Хозяинов, Д. Б. Хозяинов, М. Б. Лобанова. − № 2017123849; заявл. 05.07.2017; опубл. 12.10.2018, Бюл. № 29. – 6 с.Pat. 2669604 Rossiiskaya Federatsiya, MPK F 03 D 3/00. Lopast' vetroturbiny s izmenyayushchimisya razmerami/ B. P. Khozyainov, D. B. Khozyainov, M. B. Lo-banova. № 2017123849; zayavl. 05.07.2017; opubl. 12.10.2018, Byul. № 29. – 6 s.Хозяинов Б.П. Обоснование параметров вертикально-осевых ветроэнергетических установок в условиях малых природных скоростей ветра: монография / Б.П.Хозяинов . – Кемерово: КузГТУ, 2021. – 334 с.Khozyainov B.P. Obosnovanie parametrov vertikal'no-osevykh vetroehnergeticheskikh ustanovok v usloviyakh malykh prirodnykh skorostei vetra: monografiya / B.P.Khozyainov . – Kemerovo: KuZGTU, 2021. – 334 s.Хозяинов, Б. П. Пути достижения лидерства в ветроэнергетике / Б. П. Хозяинов // Альтернативная энергетика и экология. – 2018. – № 22–24. –С. 51–58.Khozyainov, B. P. Puti dostizheniya liderstva v vetroehnergetike / B. P. Khozyainov // Al'ternativnaya ehnergetika i ehkologiya. – 2018. – № 22–24. –S. 51–58.Driss Z., Mlayeh O., Driss S., Maaloul M., Abid M. S. Numerical study of an unconventional Savonius wind rotor with a 75° bucket arc angle // American Journal of Mechanical Engineering. 2015. Vol. 3. No. 3A. Р. 15–21. https://doi.org/10.12691/ajme-3-3A-3Driss Z., Mlayeh O., Driss S., Maaloul M., Abid M. S. Numerical study of an unconventional Savonius wind rotor with a 75° bucket arc angle // American Journal of Mechanical Engineering. 2015. Vol. 3. No. 3A. R. 15–21. https://doi.org/10.12691/ajme-3-3A-3Driss Z., Mlayah O., Driss S., Maaloul M., Abid M. S. Study of a small incurved savonius wind rotor: experimental validation // International Journal of Mechanics and Applications. 2015. Vol. 5. Iss. 2. P. 31–36. https://doi.org/10.5923/j.mechanics.20150502.01.Driss Z., Mlayah O., Driss S., Maaloul M., Abid M. S. Study of a small incurved savonius wind rotor: experimental validation // International Journal of Mechanics and Applications. 2015. Vol. 5. Iss. 2. P. 31–36. https://doi.org/10.5923/j.mechanics.20150502.01.All-Faruk A., Sharifian A. Geometrikal optimization off swirling Savonius wind turbine using an openjet wind tunnel // Alexandria Engineering Journal . 2016. Vol. 55. Lssue 3. P. 055-2064.All-Faruk A., Sharifian A. Geometrikal optimization off swirling Savonius wind turbine using an open jet wind tunnel // Alexandria Engineering Journal . 2016. Vol. 55. Lssue 3. P. 055-2064.Menet J.-L., Bourabaa N. Increase in the Savonius rotors efficiency via a parametric investigation. 2004. [Электронныйресурс].URL:https://www.researchgate.net/publication/228957621_Increase_in_the_Savonius_rotors_efficiency_via_a_parametric_investigation (15.03.2021).Menet J.-L., Bourabaa N. Increase in the Savonius rotors efficiency via a parametric investigation. 2004. [Ehlektronnyiresurs].URL:https://www.researchgate.net/publication/228957621_Increase_in_the_Savonius_rotors_efficiency_via_a_parametric_investigation (15.03.2021).Tian Wenlong, Song Baowei, Van Zwieten J. H., Pyakurel P. Computational fluid dynamics prediction of a modified Savonius wind turbine with novel blade shapes // Energies. 2015. Vol. 8. Iss. 8. Р. 7915–7929. https://doi.org/10.3390/en8087915.Tian Wenlong, Song Baowei, Van Zwieten J. H., Pyakurel P. Computational fluid dynamics prediction of a modified Savonius wind turbine with novel blade shapes // Energies. 2015. Vol. 8. Iss. 8. R. 7915– 7929. https://doi.org/10.3390/en8087915.Kludzinska K., Tesch K., Doerffer P. Investigation of the aerodynamics of an innovative vertical-axis wind turbine // Journal of Physics: Conference Series. 2014. Vol. 530. Iss. 4. Р. 739–754. https://doi.org/10.1088/1742-6596/530/1/012007.Kludzinska K., Tesch K., Doerffer P. Investigation of the aerodynamics of an innovative vertical-axis wind turbine // Journal of Physics: Conference Series. 2014. Vol. 530. Iss. 4. R. 739–754. https://doi.org/10.1088/1742-6596/530/1/012007.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.