Аэродинамическая ветроэнергетическая установка для энергетического обеспечения машин и оборудования нефтегазовых промыслов

Где Квх1 – величина секундного переноса кинетической энергии во входных сечениях жесткой трубки тока, отнесенной к площади входного отверстия.

В расчетах среднегодовая скорость ветра приняты равной W₂ = 4,5 м/с, а приведенная скорость на высоте до 20 м над землей равной Wnp = 10 м/с.

Во всех этапах расчета, мощностные характеристики атмосферного воздуха у входного отверстия жесткой трубки тока приняты соответствующими характеристикам свободно движущегося воздуха в атмосфере при протеканий с одинаковой среднегодовой и приведенной скоростью ветра через аналогичное поперечное сечение, где его заватывает лопасти ветроколеса (традиционный способ). Поэтому степень роста секундного переноса кинетической энергии (мощности воздушного потока) на входе в жесткую трубку тока считали равными единице. Из анализа таблицы 3 следует, что мощность воздуха, заключенного в жесткую трубку тока в основном зависит:

-от среднегодовой скорости ветра;

-от высоты установки над землей (над поверхностью воды);

-от приведенной скорости ветра (расчетной);

-площади поперечного сечения входного отверстия жесткой трубки тока.

Увеличение этих параметров приводит к нарастанию мощности атмосферного воздуха в сечениях вдоль жесткой трубки тока. Так, на входе в жесткую трубку тока, в зависимости от изменения площади поперечного сечения входного отверстия, мощность воздушного потока увеличился от 0,508 до 50,78 кВт, т.е пропорционально площади сечений. Также из анализа таблицы 3 следует, что вдоль жесткой трубки тока мощность в сечениях увеличивается по мере удаления их от входного отверстия. Однако степени роста мощности воздуха протекающегося по жесткой трубке тока не зависит от площади сечения входного отверстия. Если прирост степени на входном отверстии принят за единицу, то в критическом сечении прирост составили в пределах 574,7-581,2 раза, а в сечениях на выходе из диффузора 3356,1-3445,8 раза (теоритическое максимальное значение).

Удельные мощности в сечениях вдоль жесткой трубки тока отнесенные к площади входного отверстия повышается по мере удаления сечении от входного отверстия и находится в пределах 0,646 – 2108 кВт/м². В тоже время, секундный перенос кинетической энергии через выходные отверстия диффузоров изменяется от 2269,3 до 174739,2 кВт (теоретическое максимальное значение). Изменение происходит в следствие различия площади поперечных сечении на входе в жесткую трубку тока и увеличения скоростного напора по мере удаления сечении от входного отверстия.

Полученные в ходе исследования результаты подтверждают то, что предложенный способ и устройство при его совершенствовании может определить возможности увеличения кинетической энергии свободно движущиеся атмосферного воздуха в сечениях жесткой трубки тока состоящую из пары усеченных конусов сопряженных узкими концами. В критическом сечении суживающейся части воздух разгоняется дозвуковой скорости, за счет поджатия в выходном отверстий расширяющейся части воздух истекает сверхзвуковой скоростью, в следствие падения давления и снижению плотности, за счет перерасширения. Таким образом, низкокинетическая энергия воздуха в атмосфере, при заключений его в жесткую трубку тока, превращается высококинетическую энергию воздушного потока.

Проведенные исследования подтверждают наличия существенных резервов в повышении мощности свободно движущегося атмосферного воздуха, путем принудительной их интенсификаций в каналах переменного сечения. Повышение удельной мощности воздушного потока в сечениях вдоль жесткой трубки тока происходит пропорциональна соотношениям площадей входных и выходных сечении к их критической. Низкокинетическая энергия воздуха, при прохождении жесткую трубку тока, преобразуются в высококинетическую энергию воздушного потока у выходного отверстия диффузора.

Низкая среднегодовая скорость ветра в территориально-климатических зонах не является препятствием ограничивающим для использования в ветроэнергетических установок.

Установка, основанный на предложенном способе, может служить автономным возобновляемым источником энергий для отдаленных объектов нефтегазовых промыслов.

Внедрение предложенного способа использования кинетической энергий ветра и устройство его реализаций ускорить перехода топливной энергетики на возобновляемую ветровую, менее затратную и неограниченную по времени и запасам.