Д. Э. Артиқов, К. С. Аюпов Шамол энергияси ва ундан

ShEQ larning shamol g’ildiragining parametrini hisoblash.
Shamol energiyasi imkoniyat tomonidan 5000 yillardan beri ishlatilib kelinayotgan bo‘lsada, so‘nggi 10 – 20 yillarda shamol energetik qurilmalar sanoat miqyosida ishlab chiqariladigan bo‘ladi. Shu bilan birga ShEQ lardan foydalanish tajribasi, ShEQ samaradorligini oshirish kerakligi (shamol g’ildiragini aerodinamik tavsiflarini yaxshilash, hisoblashning muxandislik usullarini rivojlantirish, ShEQ larning yangi turini ishlab chiqarish) va eksplutasion tavsiflarini yaxshilash – ishonchlilikni oshirish, xizmat vaqtini oshirish, ShEQ ni atrof muxitga ta’sirini kamaytirish bilan bog’liq bo‘lgan muammolar mavjuddir.
Shamol g’ildiragining asosiy turlari 1 – rasmda ko‘rsatilgan.

1 – rasm. Shamol g’ildiragi turlari.

1,6 – vertikal aylanish o‘qli shamol g’ildiragi (1 – rotorli, 6 – orthogonal), 2 – 5 parrakli
Hisoblash maqsadi. ShEQ quvvatini shamol tezligi V va shamol g’ildiragi turiga bog’liqligini tadqiq etish.
Xozirgi kunda asosan birinchi turdagi ShEQ lar qo‘llanilayotganligini hisobga olgan holda ularning quvvatini shamol tezligiga bog’liqligini ko‘rib chiqamiz.
Umumiy holda m maassali va  tezlikdagi shamol oqimi kinetik E energiyaning energiyasiga ega bo‘ladi.

by yerda, m=v
bu yerda,   xavo zichligi,   m massali xavo xajmi bo‘lib, u quydagiga tengdir.

bu yerda, L – shamol yo‘nalishida xajmi uzunligi: A – shamol oqimining ko‘ndalang kesim yuzasi.
Mazkur shamol oqimining quvvati ₀quydagiga teng:
, (4)
L/= ishni hisobga olgan holda shamol oqimining ₀quvvati

bo‘ladi.
Xavo zichligi =1,2 kg/m³ da (bu xarorat 20C bo’lganda quruq xavoning zichligi, xarorat oshishi bilan zichlik kamayadi. Nam xavo uchun zichlikni kamayishi yanada sezilarli bo‘ladi). Shamolning solishtirma quvvatini P₀/A shamol  tezligiga bog’liqligi 2 – rasmda keltirilgan.

2 – rasm. Shamol oqimi solishtirma quvvatini uning tezligiga bog’liqligi.
Shamol oqimining quvvatining P₀ bir qismi shamol g’ildiragiga beriladi.
, (6)
bu yerda P  shamol g’ildiragi validagi quvvat: C_p  shamol oqimi quvvatining qancha qismini shamol g’ildiragi ishlatilishini ko‘rsatuvchi koeffitsiyent. Adabiyotlarda C_p ni quvvat koeffitsiyenti deb atash qabul qilingan. C_p shamol g’ildiragi paremetrlari (o‘lchamlari, shakli va parraklar soni) va shamol tezliklarining murakkab funksiyasidir. Ifoda (6) dagi A yuza deyilgan shamol g’ildiragi supuruvchi yuza yoki

tushuniladi, bu yerda R – shamol g’ildiragi parragining uzunligi. Shamol g’ildiragi validagi quvvat quyidagiga teng bo‘ladi.
, (8)
Ifoda (8) va 2 – rasmdan nimaga katta o‘lchamdagi shamol g’ildiragi va nimaga gorizontal o‘qli parrakli shamol g’ildiragi qo‘llaniladi. Umuman nimaga yetarli darajada katta shamol tezliklari kerakligi ko‘rinib turibdi. Masalan, 600 Vt/m² bo‘lgan shamol oiqimi solishtirma quvvati uchun 10 m/s atrofidagi shamol tezligi kerak. Shamol tezligi 4m/s bo‘lganda esa solishtirma quvvat faqatgina 38,4 Vt/m² ni tashkil qiladi.
Albatta bu solishtirma quvvat quyosh nurlanishi zichligi bilan taqqoslaganda kichikdir, biroq mexanik energiya ekenligini hisobga olish kerakdir. Ularning ishlatish samaradorligi 59% ga yetishi mumkin (C_p quvvat koeffitsentining maksimal qiymati)
ShEQ qurilmasining  shamol tezligiga bog’liqligini aniqlash uchun ifoda (8) dan ko‘rinib turganidek C_p ni  ga bog’liqligini bilish kifoyadir. Umumiy holda C_p nafaqat shamol tezligiga (), balki shamol g’ildiragining o‘lchamlariga (R), uning burchak tezligiga  va shamol g’ildiragi turiga (parrakli shamol g’ildiragi uchun parraklar soni n_p va umumiy holda parraklar profiliga bog’liq bo‘ladi.
Bu bilan bog’liq ravishda ShEQ tavsiflarini taxlil qilish uchun shamol g’ildiragining tezyurishliligi deb ataluvchi Z umumlahstirilgan parametr kiritiladi.
, (9)
Ko‘rinib turgandek Z kompleks parametr bo‘lib, unga shamol g’ildiragining o‘lchamlari (R), uning burchak tezligi  va shamol tezligi  kiradi.
Bazan burchak tezligi daqiqada aylanishlar soni ko‘rinishida ifodalanadi n(ayl/daq). Burchak tezligi  va aylanish soni n orasidagi bog’liqlik quyidagi ko‘rinishiga ega
, (10)
biroq bu holda C_p ni Z ga bog’liqligini aniqlash murakkab vazifadir. 3 – rasmda turli shamol g’ildiraklari turi uchun C_p ni Z ga bog’liqlik baxo keltirilgan.

a)

1 – Bets kriteriyasi, 2 – Glasert kriteriyasi, 3 – uch parrakli shamol g’ildiragi, 4 – ikki parrakli, 5 – Dare turidagi vertikal o‘qli shamol g’ildiragi, 6 – ko‘pparrakli shamol nasosi, 7 – savonitsa rotor.
b)

с)
1,6 – vertikal aylanish o‘qli shamol g’illdiragi (1 – rotorli, 6 – ortogonalli); 2,5 – parrakli; 2 – oltiparrakli, 3 – to‘rtparrakli, 4 – uch parrakli, 5 – ikki parrakli.
3 – rasm. Quvvat C_p koeffitsentini tez yurishlikka Z bog’liqligi – a[3], b[2],c [1]
Mazkur malumotlardan xarakterli tez yurishlikni Z (C_pm quvvat koeffitsenti maksimal bo‘ladigan nominal Z_n) va Z_s.yu – salt yurish tezkorligini, ya’ni shamol g’ildiragini yuklamasiz ishlashini aniqlash mumkin(3,с – rasm).
Parrakli shamol g’ildiragining Zn ni parraklar soniga n_p bog’liq ravishda aniqlash uchun taxliliy formulasi [2] da keltirilgan.
(11)
4 – rasmda 3 – rasm va (11) dagi ma’lumotlar bo‘yicha Z_n nominal tezyurishlikni, n_p ga bog’liqligi, shuning (11) dan olingan Z_n keltirilgan. Ko‘rinib turganidek, (11) n_p3 bo‘lganda yetarli darajada aniqdir. Biroq n_p3 da u katta hatolikni beradi. Shu sababli boshqa egri chiziqdan (“S^” egri chizig’i) foydalanish maqsadga muvofiqdir. Uni quyidagi formula bilan approksimasiya qilish mumkin:
(12)

4 – rasm. Parrakli shamol g’lidiragining Z_n nominal tezyurishliligining np parraklar soniga bog’liqligi (a,b,v – 3 – rasm qora)
Adabiyotda [2] korsatilgandek parraklarning aerodinamikasi mukammal bolmasligi tufayli adabiyotda keltirilgan Z_n qiymati 30% gacha farq qilinishi mumkin. 3 – rasmdagi ma’lumotlar boyicha C_Pm quvvat koeffitsentining nominal (maksimal) qiymatini n_p ga bog’liqligi qurilgan (5 – rasm). Korinib turganidek, C_pm boyicha farq, Z_n uchun olingan farq yanada kattadir. Buni hisobga olgan holda “‘talashtiruvchi to‘g’ri chiziqni” o‘tkazamiz va u quyidagi tenglama bilan ifodalanadi.
(13)

5 – rasm. Parrakli shamol g’ildiragi quvvatining maksimal koeffitsentini parraklar soniga bog’liqligi.
Ma’zkur bog’liqliklarni umumlashtirish imkoniyatlarini ko‘rib chiqamiz. Umumiy holda shamol g’ildiragi valida nominal P_n quvvatni ajratish mumkin:
,(14)
tezyurushlikni aniqlashdan Z_n uchun quyidagini yozish mumkin:
,(15)
bu yerda, n_n,V_n – shamol g’ildiragining ma’lum bir “nominal” aylanishlar soni va shamol tezligi.
Ifoda (15) dan ko‘rinib turganidek xar doim R va nn larni tanlash bilan nominal tezyurishlikni ta’minlash mumkin. Biroq amaliyotda ShEQ ishlatilayotgan tumanlarda shamol tezliklarini tanlash bilan bog’liq bo‘lgan cheklanishlar, shamol g’ildiragining aylanishlar soniga n(ayl/daq) va shamol g’ildiragi o‘lchamlariga (R) cheklanishlar mavjuddir, ya’ni shamol g’ildiragi parametrlarini tanlash ko‘p variantli vazifa bo‘lib, boshlang’ich ma’lumotlarning ko‘rinishiga bog’liq bo‘ladi.
Umumiy hollarda ShEQ ni loyixalash (tanlash) uchun quyidagi boshlang’ich ma’lumotlar yetarli bo‘ladi: yuklama rejimi (ShEQ vaqtdan istemolchiga beradigan quvvat) va ShEQ ishlatilayotgan tumanning shamol potensiali. Biroq shamol tezliklarini sutkada va mavsumiy o‘zgarishi ShEQ parametrlarini tanlash vazifasini murakkablashtiradi. Shuning uchun loyixalshning birinchi bosqichida shamolning ma’lum bir “loyixaviy” tezligini _n va ShEQ chiqishidagi yoki shamol g’ildiragi validagi ma’lum bir “loyixaviy” quvvat P_n beriladi.
So‘gra shamol g’ildiragining turini aniqlash kerak bo‘ladi. Odatda gorizontal aylanish yo‘li ikki parrakli yoki uch parrakli bo‘ladi(boshqa turdagi shamol g’ildiraklari xozirgi kunda ishlab chiqarish bosqichidadir).
Mazkur boshlang’ich ma’lumotlar asosida (14) dan shamol g’ildiragining o‘lchamlarini – parrak uzunligi yoki shamol g’ildiragi R radiusi aniqlanadi.
, (16)
bu yerda,C_Pm tanlangan parraklar soniga n_p bog’liq ravishda (13) dan aniqlanadi. n_p bilgan holda (12) dan ximoya g’ildiragining nominal tezyurishligi Z_n va (15) dan shamol g’ildiragining optimal aylanishlar soni n_n aniqlanadi:
, (17)
Albatta n_n shamol g’ildiragi validagi yuklama yoki generator tavsiflarining funksiyasi bo’lishini hisobga olish kerek, ya’ni ShEQ ni to’liq hisoblashlarda generator tavsiflarini bilish kerak. Quvvatli ShEQ lar uchun mazkur vazifa aylanishlar sonini o’zgarmas holda ushlab turish bilan xal qilinadi. 5kVt gacha bo’lgan kichik quvvatli ShEQ lar uchun odatda o’zgarmas tok generatori ishlatiladi. Generator invertorga to’g’ridan to’g’ri yoki akkumlyator batareyasi orqali ulanadi.
Shu bilan shamol g’ildiragini hisoblash tugaydi. Biroq amaliyotda shamol tezligi o’zgarganda ShEQ quvvatini o’zgarishini bilish maqsadga muvofiqdir. Buning uchun (8) ni (14) bo’lish kerak xamda qisqartirishlardan so’ng (shamolning nominal tezligi deyilganda uning loyixaviy qiymati tushuniladi) quyidagi olinadi:
, (18)
Ifoda (18) dan ko’rinib turganidek, mazkur ifodada parametrlar soni kamayadi (shamol g’ildiragining R radiusi yo’q). Biroq C_p yoki (C_p/C_Pm) nisbatini  shamol tezligiga bog’liqligini aniqlash vazifasi qoladi. C_p ni tezyurishlikka Z bog’liqligi 3 – rasmda keltirilgan. Z ning o’zgarish oralig’i shamol g’ildiragining turi va parraklar soniga sezilarli bog’liq bo’lganligi uchun mazkur ma’lumotlarni umumlashtirish maqsadida ularni Z/Z_n parametrga bog’liqligini ko’rib chiqamiz (6 – rasm)

6 – rasm. Quvvatning nisbiy koeffitsentining parrakli shamol g’ildiragining nisbiyli tez yurishligiga bog’liqligi.
6 – rasmdan ko‘rinib turganidek parraklar soni 2 dan 4 gacha bo‘lgan shamol g’ildiraklar uchun bu bog’liqlik yetarlicha yaqindir va ularni quyidagi ko‘rinishdagi bitta funksiya bilan approksimasiya qilish mumkin:
, (19)
bu yerda,
, (20)
Shuningdek 6 – rasmdan shamol g’ildiragining maksimal aylanishlar sonini aniqlovchi salt yurish tez yurishliligini Z_s.yu aniqlash mumkin.
, (21)
Umumiy holda shamol g’ildiragining aylanishlar sonini shamol tezligiga va generator tavsifiga bog’liqligini bilish kerakli (10) kelib chiqadi. Ya’ni n ni shamol tezligiga bog’liq bo‘lmagan holda o‘zgartirish xamda buning natijasida uni (20) da o‘zgarmas yoki n/n_n=1 dab hisoblash mumkin. Buni hisobga olgan holda (19) C_p/C_Pm ni shamol tezligiga  yoki nisbiy qiymatiga /_n bog’liqligini beradi.ifoda (19) ni (18) ga qo‘yib ShEQ quvvatini shamol tezligiga universal bog’liqligini olish mumkin (7 – rasm).
Nisbiy quvvatdan mutloq quvvatga o‘tish quyidagi formula orqali amalga oshiriladi:
, (22)
Yakumda parrakli shamol g’ildiragi parametrlarini hisoblash sxemasini eslatamiz.

1. 
   Boshlang’ich (loyixaviy) ma’lumotlar  _n(yoki _n) va P_n:
   
2. 
   ShEQ parraklar sonini beramiz (ikki yoki uch) – n_p.
   
3. 
   Ifoda (12) va (13) dan Z_n vaC_Pm larni aniqlaymiz.
   
4. 
   (16) dan R ni va (17) dan optimal aylanishlar sonini n_n ni, keyinchalik esa quvvatni shamol tezligiga bog’liqlik egri chizig’i aniqlanadi.
   

7 – rasm. Parrakli ShEQ validagi quvvatni va shamol tezligiga universal bog’liqligi