LogoTU

Отчет  ДО-02 348-4/2008

През Първия отчетен период 2008-2010 по договора работиха 18 изпълнители, от които 10 хабилитирани, 7 асистенти и 1 докторант. Поддържаха се тесни контакти между партньорите от отделните научни звена ТУ - София, Технически Университет Скопие и ТУ - Варна.

Основните научни резултати по проекта са:

- Извършено е обстойно и задълбочено литературно проучване на проблематиката.

- Разработени са базисни механо-математични модели на генераторните установки и е създаден приложен софтуер с оглед на тяхното анализиране, оптмизиране и управление.

- Закупена и изработена е много добра материална база от възприематели, апаратура, стендове и други с оглед реализиране целите на проекта.

- Разработени са теоретичните основи и структура на изследването и тестването с оглед идентифицирането на експлоатационното състояние и прогнозиране настъпването на аварийни ситуации. Създадени са изпитателни установки с цел постигането на практическа реализация и проверка на теоретичните постановки.

- Решени са важни задачи, свързани с управлението на работния режим на установките с оглед на едновременно обезпечаване на възможна максимална ефективност при допустими нива на възникващите механични натоварвания на елементите.

- Създадена и обзаведена е научно-изследователска и учебна лаборатория, на високо ниво, обезпечаващо постигането на формулираните крайни задачи в проекта. Управлението на стендовата база се осъществява от компютъризирани системи, с помощта на разработен от колектива специализиран софтуер, обезпечаващ работа в реално време. Част от апаратурата  е реализирана на високо научно техническо ниво и е продукт на разработки от членове на колектива, Тези разработки са предпоставка за създаване на обекти на интелектуална собственост. Проектирани са и са изпълнени два лабораторни образци на микровятърни генератори. Реализирани са някои авангардни мехатронни системи с приложение в обекта на изследване, като системи за активна защита от динамични въздействия и други.

- По време на изпълнението на този етап от договора членове на колектива участваха в няколко форума, организирани от МИЕТ и бизнес формирования, работещи в областта на възобновяемите енергийни източници. На тях бяха установени запознанства и контакти с оглед на едно бъдещо взаимодействие през втория етап на проекта.

 - По време на работата по проекта, двама членове от колектива защитиха докторските си дисертации, а двама са пред приключване.

Резултатите от проекта бяха популяризирани чрез участие в научни форуми в страната, като бяха изнесени 15 доклада, от които 8 са публикувани в научни списания, 1 доклад е изнесен и публикуван в трудовете на 11th National Congress on Theoretical and Applied Mechanics, 2-5 Sept. 2009, Borovets, Bulgaria, 1 доклад е изнесен в Applications of Mathematics in Engineering and Economics АМЕЕ`09 и публикуван в трудовете на American Institute of Physics Conference Proceedings" ISSN 1551-7616, а 4 са под печат.

Във всички от тях колективът е изразил своята благодарност за финансовата подкрепа на ФНУ по линията на настоящия договор.

През Втория заключителен етап 2010-2012 на изследването са доразвити някои от разделите на Първия етап.

Особено внимание е обърнато на аеродинамичното взаимодействие между вятъра и турбината на различните ветрогенераторни установки. Изведени са моделите на това взаимодействие за трите основни типа турбини – турбина с хоризонтална оANSYS симулаци? на една лопатка NACA0018 за VAWTс, работеща срещу вятъра, турбина с хоризонтална ос работеща по посока на вятъра и турбина с вертикална ос. Подходът в този случай е следния – извеждат се аналитични модели, основаващи се на основните уравнения на динамиката и на уравнението на Бернули за непрекъснатостта, като се използва представянето с диска на взаимодействието (Actuator disk) и BEM (Blade Element Мomentum) теорията. Последната разглежда перките, като съвокупност от изграждащи я елементарни елементи, всеки от които си  взаимодейства с въздушния поток  равнино. Приведен е подход за преход от двумерното към тримерното представяне. За определяне на характеристиките на тези апроксимиращи модели се прилага числено решение на уравненията на Навие-Стокс, описващи реалния процес. Изведен е видът на уравненията за конкретното разглеждане със съответните гранични условия и допълнения, отчитащи турболентните процеси (k-ε модел). Решенията на тези уравнения се извършва с крайни елементи чрез използване на пакетите ”SolidWorks”, “Cosmos Floworks” и “Ansys”. От получените числени резултати се добиват стойностите и зависимостите, определящи параметрите на апроксимиращите аналитични модели. Извършен е якостно-деформационен анализ и са приведени решения за конкретни турбини от трите типа.

Друг обект на допълнително изследване е трансмисията и в частност мултипликатора. Разработен е детайлен кинематичен и динамичен модел с отчитане на еластичните и демпфиращите характеристики на зъбните двойки. В него е отчетено влиянието на възможните дефекти. Извършена е симулация и честотен анализ на конкретен редуктор и е показана идентификацията на възникнали дефекти, чрез оценка на спектъра. Получените резултати са много полезни с оглед на мониторинга и вибродиагностиката на състоянието на мултипликатора, който е най-често дефектиращия и скъп за ремонт агрегат в трансмисията.

На базата на изведените аналитични модели е извършен синтез на оптимално управление на работата на генератора и ъгъла на атака на лопатките с оглед постигане на максимална ефективност и качество на получената електроенергия и съществременно минимални динамични натоварвания в конструкцията на ветрогенератора, които условия по принцип имат противоречив характер. За целта е извършена редукция и линеаризация на моделите на аеродинамичното взаимодействие, на елетрогенератора и на мачтата в околността на различните работни режими. Получените комплексни модели, се използват за получаване на оптимални управления, реализирани чрез няколко вида контролери. Приведени са решенията на проблемите и резултатите за конкретни реализации.

В третия раздел са разгледани въпросите, свързани с експлоатационния ресурс и възникването на дефекти и откази. Извършен е подробен обзор на теоретичните постановки и е разгледан конкретен пример в който са използвани резултатите, получени в предните раздели.

В четвъртия раздел е показана разработената материална и експериментална база по договора. Изградена е лаборатория за якостни и динамични изследвания, съоръжена с модерна техника. С усилията на колектива са създадени три функционални изпитателни установки, на които освен научни изследвания се провежда и обучение на студентите по няколко дисциплини. Разработени са няколко вида мини ветрогенераторни системи, които ще бъдат една от переспективите за по-нататъчните изследвания.

В процеса на работа по заключителния етап на договора, по тематиката се разработва една докторска дисертация, която е в заключителна фаза. Научните публикации, са включени в хабилитационните трудове на четирима от участниците в екипа.

Постигнатите резултати са показани в 11 публикации, докладвани на международни форуми и отпечатани в трудовете на конференциите.

Седем от тях са отпечатани в научната периодика.