Оптимізація конструкції пропелера вітротурбіни з використанням матеріалу труб ПВХ з обладнанням наконечника

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.322426

Ключові слова:

вітрова турбіна, пропелер із ПВХ труби, оптимізація, аналіз напруг, CFD моделювання

Анотація

ПВХ або полівінілхлорид – це термопластичний полімер, що є дешевим і може використовуватися для виготовлення труб і фітингів. З труб ПВХ можна виготовляти лопаті вітрогенераторів малої потужності. ПВХ труби мають хороші механічні властивості, включаючи ударну міцність, високу гнучкість, стійкість до вібрації та гідростатичного тиску. Щоб перетворити трубу на лопатку вітрової турбіни, яка витримує навантаження та має стійкість до кручення, потрібен ефективний дизайн і метод виробництва. У конструкції лопаті також виконується аеродинамічний аналіз, щоб отримати максимальну енергію від вітряної турбіни, що є результатом роботи конструкції лопаті. Мета полягає в тому, щоб знайти спосіб побудувати лопатку турбіни за допомогою ПВХ труби та найкращої аеродинамічної поведінки рідини навколо ротора турбіни. Це дослідження базується на методі CFD моделювання та експериментальних дослідженнях з використанням аеродинамічної труби. Згідно з результатами моделювання ANSYS CFD на кінці лопаті турбіни з ПВХ труби з кутом атаки 15° і 30°, це може збільшити крутний момент приблизно на 200 % порівняно з без коліна. CFD-моделювання було проведено для перевірки навантаження на лопатку труби з ПВХ при швидкості вітру 5 м/с, 6 м/с і 7 м/с, і ширині кута наконечника 100 мм, 110 мм і 130 мм. Крутний момент, створюваний турбіною, залежить від ширини наконечника коліна, де максимальний крутний момент досягається шириною наконечника коліна 110 мм. Виходячи з результатів оптимізації, турбіна може виробляти найкращий крутний момент із найменшою напругою, створюваною від навантаження. Результати аналізу напруги фон Мізеса показують, що напруга, яка виникає на лопаті турбіни, є найменшою, що робить її найбезпечнішою та найнадійнішою конструкцією. Результати аналізу крутного моменту показують, що додавання наконечника коліна може збільшити крутний момент на лопаті турбіни

Біографії авторів

Akhmad Faizin, State Polytechnic of Malang

Doctor of Mechanical Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Bagus Wahyudi, State Polytechnic of Malang

Doctor of Mechanical Engineering, Professor

Department of Mechanical Engineering

Hangga Wicaksono, State Polytechnic of Malang

Master of Mechanical Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Satworo Adiwidodo, State Polytechnic of Malang

Doctor of Mechanical Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Mohammad Sukri Mustapa, Universiti Tun Hussein Onn Malaysia

Doctor of Mechanical Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Owusu, P. A., Asumadu-Sarkodie, S. (2016). A review of renewable energy sources, sustainability issues and climate change mitigation. Cogent Engineering, 3 (1), 1167990. https://doi.org/10.1080/23311916.2016.1167990
  2. Rathod, V., Kamdi, S. Y. (2014). Design & Fabrication of PVC Bladed Inexpensive Wind Turbine. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, 11 (4), 114–119. https://doi.org/10.9790/1684-1142114119
  3. Adiwidodo, S., Wahyudi, B., Yudiyanto, E., Subagiyo, S., Hartono, M., Baananto, F. (2020). Simulation study of Savonius tandem blade wind turbine using an adjustable deflector. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 732 (1), 012093. https://doi.org/10.1088/1757-899x/732/1/012093
  4. Duquette, M. M., Visser, K. D. (2003). Numerical Implications of Solidity and Blade Number on Rotor Performance of Horizontal-Axis Wind Turbines. Journal of Solar Energy Engineering, 125 (4), 425–432. https://doi.org/10.1115/1.1629751
  5. Thumthae, C. (2015). Optimum Blade Profiles for a Variable-Speed Wind Turbine in Low Wind Area. Energy Procedia, 75, 651–657. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.478
  6. Maheri, A. (2020). Multiobjective optimisation and integrated design of wind turbine blades using WTBM-ANSYS for high fidelity structural analysis. Renewable Energy, 145, 814–834. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.06.013
  7. Balijepalli, R., Chandramohan, V. P., Kirankumar, K. (2018). Optimized design and performance parameters for wind turbine blades of a solar updraft tower (SUT) plant using theories of Schmitz and aerodynamics forces. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 30, 192–200. https://doi.org/10.1016/j.seta.2018.10.001
  8. Liu, Z., Wang, X., Kang, S. (2014). Stochastic performance evaluation of horizontal axis wind turbine blades using non-deterministic CFD simulations. Energy, 73, 126–136. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.05.107
  9. Cekus, D., Gnatowska, R., Kwiatoń, P., Šofer, M. (2019). Simulation research of a wind turbine using SolidWorks software. Journal of Physics: Conference Series, 1398 (1), 012001. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1398/1/012001
  10. Ceruti, A. (2018). Meta-heuristic multidisciplinary design optimization of wind turbine blades obtained from circular pipes. Engineering with Computers, 35 (2), 363–379. https://doi.org/10.1007/s00366-018-0604-8 -8
  11. Rathod, V. K., Kamdi, S. Y. (2014). Design of PVC Bladed Horizontal Axis Wind Turbine for Low Wind Speed Region. International Journal of Engineering Research and Application, 4 (7), 139–143. Available at: https://www.academia.edu/8292369/Design_of_PVC_Bladed_Horizontal_Axis_Wind_Turbine_for_Low_Wind_Speed_Region
  12. Herr, S. et al. (2020). Pat. No. BRPI0901809B1. Propeller Blade for a Wind Turbine. Available at: https://patents.google.com/patent/BRPI0901809B1/en?oq=BRPI0901809B1
  13. Liang S. et al. (2015). Pat. No. CN101592122B. Wind turbine blade with twisted tip. Available at: https://patents.google.com/patent/CN101592122B/en?oq=Liang+S.+et.al.+2015.+Wind+turbine+blade+with+twisted+tip.+Patent+No.+CN101592122B
  14. Meldgaard, C. (2016). Pat. No. EP2034178A3. Windturbinenschaufel mit lenkbaren Blättern. Available at: https://patents.google.com/patent/EP2034178A3/de?oq=EP2034178A3
  15. Wahyudi, B., Faizin, A., Wicaksono, H. (2023). Pat. Sederhana IDS000005963.
  16. Li, Y., Castro, A. M., Sinokrot, T., Prescott, W., Carrica, P. M. (2015). Coupled multi-body dynamics and CFD for wind turbine simulation including explicit wind turbulence. Renewable Energy, 76, 338–361. https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.11.014
  17. Abdulqadir, S. A., Iacovides, H., Nasser, A. (2017). The physical modelling and aerodynamics of turbulent flows around horizontal axis wind turbines. Energy, 119, 767–799. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.11.060
  18. Wahyudi, B., Faizin, A., Setiawan, A., Susilo, S. H., Wicaksono, H. (2022). Simulation study of horizontal axis wind turbine using PVC pipe propeller with elbow tip. EUREKA: Physics and Engineering, 5, 67–76. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2022.002550
  19. Kennedy, I. R., Hodzic, M., Crossan, A. N., Acharige, N., Runcie, J. (2021). A New Theory for Estimating Maximum Power from Wind Turbines: A Fundamental Newtonian Approach. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2110.15117
  20. Piggott, H. (2011). Wind Power Workshop. Centre for Alternative Technology.
  21. Mohammadi, M., Mohammadi, A., Mohammadi, M., Minaei, H. N. (2015). Optimization of Small Scale Wind Turbine Blades for Low Speed Conditions. Journal of Clean Energy Technologies, 4 (2), 140–143. https://doi.org/10.7763/jocet.2016.v4.268
  22. Arpino, F., Cortellessa, G., Dell’Isola, M., Scungio, M., Focanti, V., Profili, M., Rotondi, M. (2017). CFD simulations of power coefficients for an innovative Darrieus style vertical axis wind turbine with auxiliary straight blades. Journal of Physics: Conference Series, 923, 012036. https://doi.org/10.1088/1742-6596/923/1/012036
  23. Carvalho, A., Gonzalez, M. C., Costa, P., Martins, A. (2009). Issues on performance of wind systems derived from exploitation data. 2009 35th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics, 3599–3604. https://doi.org/10.1109/iecon.2009.5415151
  24. Datkhile, M., Tapre, P. C., Veeresh, C. (2016). A Comparative Study of Constant Speed and Variable Speed Wind Energy Conversion Systems. GRD Journal for Engineering, 1 (10). Available at: https://journals.indexcopernicus.com/api/file/viewByFileId/150161
Оптимізація конструкції пропелера вітротурбіни з використанням матеріалу труб ПВХ з обладнанням наконечника

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-02-27

Як цитувати

Faizin, A., Wahyudi, B., Wicaksono, H., Adiwidodo, S., & Mustapa, M. S. (2025). Оптимізація конструкції пропелера вітротурбіни з використанням матеріалу труб ПВХ з обладнанням наконечника. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(8 (133), 35–45. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.322426

Номер

Том 1 № 8 (133) (2025): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Akhmad Faizin, Bagus Wahyudi, Hangga Wicaksono, Satworo Adiwidodo, Mohammad Sukri Mustapa

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.