ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Студенттер мен жас ғалымдардың
«Ғылым және білім - 2014»
атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ
СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ
IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых
«Наука и образование - 2014»
PROCEEDINGS
of the IX International Scientific Conference for students and young scholars
«Science and education - 2014»
2014 жыл 11 сәуір
Астана
УДК 001(063) ББК 72
Ғ 96
Ғ 96
«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».
– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.
(қазақша, орысша, ағылшынша).
ISBN 978-9965-31-610-4
Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.
The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.
В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.
УДК 001(063) ББК 72
ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық
университеті, 2014
4813
11.4 Жылу энергетикасы және электр энергетикасы
УДК 621.548
ПРОПЕЛЛЕРЛІ ЖЕЛ ТУРБИНАСЫНЫҢ ЖЕЛ ЭНЕРГИЯСЫН ПАЙДАЛАНУ КОЭФФИЦИЕНТІН АНЫҚТАУ
Aбишева Сандугаш Каменовна [email protected]
Қазақ мемлекеттік қыздар педагогикалық университетінің 5М011000 – физика магистранты, Алматы, Қазақстан
Ғылыми жетекші –А. Қ. Ершина ф.-м.ғ.д.,проф.
Жел электр қондырғылары (веторгенартор-Wind Generator) – бұл желдің кинетикалық энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрылғы.
Соңғы үлгідегі жел турбиналары ең баяу, яғни жылдамдығы 3 м/с желдің де энергиясын эффективті түрде қолдана алады. Бүгінде демалыс орындарында, транспорттарда электр энергиясы және дәстүрлі энергия тасымалдағыштар (газ, мұнай ӛнімдері) күннен күнге қымбаттауда, сондықтан жел электр қондырғыларын қолданған тиімді. Жел турбиналарының негізгі элементі стихиялы жел ағынының энергиясын біліктің концентрленген механикалық айналу энергиясына түрлендіретін жел турбинасы болып табылады, оны суды кӛтеріп шығаруға арналған сору құрылғысымен қосуға немесе бидайды уатуға арналған диірмен, тоқ генараторының якорымен қосып үйді жарықтандыруға, суды жылытуға, тұрмыстық құралдарды қосуға керекті электр тоғын ӛндіруге болады. Алғашқы жел құрылғылары Иран және Ауғаныстанның шығысында пайда болған. Олар ішінара желден жабылған үлкен қалақты дӛңгелектерге ұқсас болып келген.
Бұл ежелгі жел двигательдерінің уақыты дәл анықталмаған. Мұндай двигательдер б.э.д. 1700 жылы кеме желкенінде пайда болған деп есептелінеді. Олар біртіндеп қиыр шығысқа таралды. Біздің дәуіріміздің басында олар Қытайда белгілі бола бастады. Европада жел қалақшалары 1100 жылы пайда болды. Бұл құрылғылардың пайда болуын үлкен жорықтардан рыцарлардың қайтып келу уақытымен байланыстырады [5].
Жел қалақшалары кӛбінесе дәнді ұсақтау үшін, кейде орман ағаштарын ӛңдеуге, тасты кесу үшін қолданылды. Ал мысалы Голландияда, теңіз алып жатқан жерлерді құрғату үшін пайдаланды.
Алғашқы жел электр двигателін белгісіз дат инженері 1890 жылы жасады. Ал бірінші ӛндірістік қуаты 100 кВт жел энергетикалық құрылғы 1931 жылы Ялтаға жақын жерде құрылды. Қазіргі күнде жел турбиналары конструкцияларының кӛптеген түрлері бар, бірақ оларды жұмыс істеу принципіне қарай негізгі үш типке жатқызуға болады:
1. Желкенді жел турбинасы.
2. Пропеллерлі жел турбинасы.
3. Қалақшалы жел турбинасы.
Бірінші типті жел турбинасының айналуы желдің динамикалық қысым күшінің жұмыстық қалақша жазықтығына маңдайлық кері күш әсерімен пайда болады.
Айналдырушы момент қалақшаның айналу осіне қарама-қарсы соғатын жел қысымының
4814
айырмашылығынан туындайды. Айналғанда жұмыс істейтін желдің қысымын қабылдайтын қалақшалар жел бағытымен қозғалады, ал жұмыс істемейтіндері желге қарама-қарсы жұмыстық және жұмыс жасамайтын қалақшалардың арасында күштердің айырмашылығын тудыру үшін орай ағатын ширмамен жабады, немесе қалақшаларға арнайы пішін (жарты цилиндр, жарты сфера) береді, бұл жел жұмысшы қалақшалардың нашар орай ағуынан және жұмыс істемейтіндерінің жақсы орай ағатындығы арқылы қысым күшінің дисбалансын туғызады [1].
Бұл типтегі желкенді жел турбинасының артықшылығы конструкциясының қарапайымдылығы сондықтан оны кез-келген шеберханада жасауға болады. Оның кемшілігіне орай ағатын ауданның аздығы және жел энергиясын пайдалану коэффициентінің тӛмендігін жатқызуға болады. Бұл типтің жарқын үлгісі Савониус турбинасы. Оған АИЭС жасаған БОНИ виндратроныда жатады.
Жел энергетикасы тәжірибесінде кеңінен пропеллерлі жел турбиналары таралған.
Оларды ӛндіріс орындары жақсы игерген және кӛптеген елдерде шығарылады, жел агрегатының қызметіне байланысты кӛп қалақшалы да болып келеді. Кӛп қалақшалы турбиналар салыстырмалы түрде шусыз, үлкен айналдыру моментін туғызады және механикалық энергияны алу үшін суды шығару, кӛтеру, диірмен шаруашылығы және т.б.
қолданылады. Қалақшаларының саны әртүрлі болатын конструкциялар кездеседі.
Монептероз (бір қанатты) деген атпен белгілі Берменхавения (ГФР) аймағында жасалған перспективті модельдерінің бірінде бір ғана қанатша бар [3].
Пропеллерлі жел турбинасының да кӛптеген қолайсыз жақтары бар. Оның айналу ӛсі горизонталь бағытта орналасқан. Сондықтан да ток генераторынтурбина білігінің айналу ӛсіне бекіту керек, немесе беріліс механизмі арқылы генераторды жерге қоюға болады. Егер генераторда айналу ӛсіне орнататын болсақ, генераторға техникалық күтім жасау және бірлік қуатты ӛсіру қиынға түседі. Ал жер бетіне орнатса, онда оның қуаты тӛмендейді. Бұл турбинаның тағы бір кемшілігі желдің бағытына тәуелді, яғни оны үнемі желдің бағытына қарсы бұрып отыру керек. Машинаның қуаты ӛскен сайын гироскоптың әсері де ӛседі.
Мұндай кезде желдің бағыты ӛзгерсе, авариялық жағдай болуы мүмкін.
1-сурет. Жел қондырғылары (Англия): а) үш қалақшалы пропеллерлі турбина.
б) тік қалақшалы Дарье турбинасы.
4815
Пропеллерлі жел турбинасының қанаттарының конфигурациясы ӛте күрделі.
Сондықтанда ол арнайы аэрозауыттарда тапсырыс беру арқылы жасалынады.
2; 3-сурет. Жел турбинасын құру алаңы
4-суреттен кӛріп отырғанымыздай желдӛңгелек ауа ағынына маңдайлық кедергі тудырады, соның нәтижесінде турбинаның алдындағы қысым жоғарылайды, ауа ағынының біраз бӛлігі желдӛңгелек арқылы ӛтіп, ӛзінің энергиясын соған береді, ал қалған бӛлігі жел дӛңгелекті орай ағады. Желдӛңгелектен қашық жерде жел жылдамдығы u берілген. Ӛткізгіш диск тәрізді турбинаның кӛлденең қимасынан ауа ӛткен кезде, ауа ағымы тежеледі, яғни оның жылдамдығы белгілі бір шамаға 1u-u1 кемиді.
Ӛзінің кинетикалық энергиясының бір бӛлігін жел турбинасына бергендіктен, ағынның жылдамдығы тағыда белгілі бір шамаға азаяды, сонымен турбинаның артындағы жылдамдық мына түрде жазылады.
u2u-2.
мұндағы, 2- желдӛңгелектің артындағы ағын түтігінің жалпы жылдамдығының кемуіне сәйкес келеді.
Біз білетіндей, энергияның ӛзі кинетикалық және потенциялдық энергиядан тұрады.
Қарастырылып отырған ағын түтігінің турбинадағы жоғалтқан секундтық кинетикалық энергиясы мына теңдікпен ӛрнектеледі [2].
3 – сурет. Пропеллерлік турбинамен ауа ағынының әсерлесу схемасы.
4816
4-сурет. Желдӛңгелек ауа ағынына маңдайлық кедергі тудырады.
Ағын түтігінің турбинадағы жоғалтқан секундтық кинетикалық энергиясы мына теңдікпен ӛрнектеледі.
(1) мұндағы G
U1S1 бірлік уақытта S1 ауданнан ӛтетін ауа массасының мӛлшері немесе
2 2
2 2 2
1
v U GU G
N
(2)
2
2 2
1
U v Gv N
Турбинаның кедергісін жеңуге жұмсалатын желдің секундтық жұмысын желдӛңгелек жазықтығындағы ауа ағынының қозғалыс мӛлшерінің толық ӛзгерісі арқылы анықтауға болады.
2
2 2
1
U v Gv
N
(3) (2) және (3) теңдеулерді теңестіріп2
2 1
v v
(4) екендігін табамыз.Сонымен ӛткізгіш диск сияқты желдӛңгелектен ауа массасы ӛткен кездегі жоғалтқан жылдамдығы v1 барлық жоғалтқан жылдамдықтың жартьысына тең екен, яғни желдӛңгелектің ауаны ӛткізгіштігі неғұрлым аз болса, v2 де соұұрлым аз, яғни жел электр қондырғысына беретін жел энергиясы да аз.
Егер желдің істеген (жасаған) жұмысын (3) ағын түтігі S1 ауданнан жинайтын энергиясына жел энергиясына (5)
1,
3
2 S Nж U
(5) бӛлсек және G
U1S1 ескерсек, онда пропеллерлік турбинаның жел энергиясын пайдалану коэффициентін табамыз:
U v U v S
U
S v v U N
N
ж
1 2 1 1
3 1 2 2 1
1 2 4 1
(6)
2 2
2 2 2
1
v U GU G
N
4817
U v
1
шамасын тежеу коэффициенті деп атайды. Егер
белгілі болса, турбинаның қуатын тӛмендегі формуламен оңай есептеуге болады.
2
3 1
S U
N
Т
(7) -дің максимум мәнін табу үшін бойынша алынған бірінші туындысын нольге теңестірсек болғаны. Сонда =1/3, =0.5. Ал реал жағдайда жел энергиясын пайдалану коэффициенті теориялық мәнімен салыстырғанда тӛмен болып келеді. Пропеллерлік жел турбинасы үшін жел энергиясын пайдалану коэффициентінің тәжірибелік мәні = 0.3 [4].Қолданылған әдебиет
1. Шефтер Я. И. Ветроэнергетические агретаты. М: Машиностроение. 1972.-288с.
2. Ершина А. Қ., Ершин Ш. А., Жапбасаев У. К. Основы ветротурбины Дарье.-Алматы:
КозгосИНТИ, 2001.-104с.
3. Турян К. Дж., Стриклэнд Дж. Х., Бэрг Д. Э. Мощность ветроэлектрических агрегатов с вертикальной осью вращения.- Аэрокосмическая техника 1988. №8. С.105-121.
4. «Ветротурбина Бидарье » (конструктивное исполнение и принцип работы), Ершина А.К., Ершин Ч.Ш., дата подачи патента: 15.02. 2006 г., 73 стр.
5. www.ewea.org – Европейское ветроэнергетическая ассоциация http:// www.ewec2010.info/
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПУТЕМ ПОДКЛЮЧЕНИЯ К ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫМ СИСТЕМАМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Алина Яна, Полторацкий Андрей Казахстанско-Немецкий Университет (КНУ)
Факультет инженерно-экономических наук 2 курс, Энергетическая и экологическая техника
Научный руководитель – Phd Дюсембекова Насипкуль Касжановна
В наши дни остро стоит вопрос экономии и эффективного использования энергетических ресурсов, используемых для энергетического обеспечения технологических производств и зданий. Это необходимо не только тля экономии топливно-энергетических ресурсов, но и для уменьшения выбросов и других парниковых газов в атмосферу. Для населения, в свою очередь, это значительная экономия на коммунальных выплатах, для
