Розробка технології одержання водовугільного палива

The object of the study is coal sludge and coal fines of the Shubarkol deposit and the Kuznetsk coal basin (Republic of Kazakhstan) for the production of coal-water fuel, which allows replacing liquid and gaseous expensive products. The resulting fuel (after treatment of coal seams and burial) from industrial waste should not harm the environment, which requires certain economic investments. For crushing coal and coal sludge in the crushing and grinding unit, an electrohydroimpulse device for fine grinding of materials was used, consisting of a control unit with a protection system, a pulse capacitor and a high-voltage generator (capacitor bank capacity 0.75 µF, pulse discharge voltage 15–30 kV, length of the interelectrode distance 7–10 mm). After grinding, fine coal particles rise to the surface of the water, and impurities settle at the bottom of the device, which allows enriching the product (flotation). Surface structures and coal fraction sizes were obtained using a Tescan Mira 3 scanning electron microscope. The main characteristics of coal-water fuel during vortex combustion were: the diameter of the fraction 0–250 microns – 63–74 %, process water – 36–24 %, special additive – 1–2 %. Coal-water fuel is similar to liquid fuel, and when transferring heat-generating plants to combustion of suspension, no significant changes in the design of boilers (units) are required. This makes it easy to mechanize and automate the processes of receiving, feeding and burning fuel, and the vortex combustion technology at a temperature of 950–1050 °C guarantees fuel efficiency of more than 97 %. The given optimal parameters of electrohydroimpulse technology when introduced into production will allow not only grinding, but also enriching the coal productОб'єктом дослідження є вугільні шлами та вугільний дріб'язок Шубаркольського родовища і Кузнецького вугільного басейну (Республіка Казахстан) для виробництва водовугільного палива, що дозволяє замінити дорогі рідкі та газоподібні продукти. Одержуване паливо (після обробки вугільних пластів та захоронення) з промислових відходів не повинно завдавати шкоди навколишньому середовищу, що вимагає певних економічних вкладень. Для подрібнення вугілля та вугільного шламу в дробильно-подрібнювальному агрегаті використовувалась електрогідроімпульсна установка для тонкого подрібнення матеріалів, що складається з блоку управління з системою захисту, імпульсного конденсатора і високовольтного генератора (ємність конденсаторної батареї 0,75 мкФ, імпульсна розрядна напруга 15-30 кВ, міжелектродна відстань 7-10 мм). Після подрібнення дрібні частинки вугілля піднімаються на поверхню води, а домішки осідають на дні пристрою, що забезпечує збагачення продукту (флотацію). Структури поверхні та розміри вугільних фракцій були отримані за допомогою скануючого електронного мікроскопа Tescan Mira 3. Основні характеристики водовугільного палива при вихровому спалюванні становили: діаметр фракції 0-250 мкм – 63-74 %, технічна вода – 36-24 %, спеціальна добавка – 1-2 %. Водовугільне паливо аналогічно рідкому паливу, що при переведенні теплогенеруючих установок на спалювання суспензії не вимагає істотних змін у конструкції котлів (агрегатів). Це полегшує механізацію та автоматизацію процесів прийому, подачі і спалювання палива, а технологія вихрового спалювання при температурі 950-1050 °C гарантує паливний ККД понад 97 %. Наведені оптимальні параметри електрогідроімпульсної технології при впровадженні у виробництво забезпечують не тільки подрібнення, а й збагачення вугільного продукт

Виявлення деяких закономірностей аеродинаміки навколо вітрових турбін з вертикальною віссю обертання

The design of wind turbines with a vertical axis of rotation is quite simple, which successfully increases the level of efficiency. Existing vane wind turbines have a shortage of currents in the form of negative torque, and installations operating on the Magnus effect have a low lifting force. In this regard, the development and research of installations operating at speeds from 3 m/s, with combined blades with increased work efficiency is an urgent topic. The object of the study is a wind turbine consisting of a system of rotating cylinders and fixed blades operating at low air flow speeds starting from 3 m/s. Numerical studies were carried out using the Ansys Fluent program and the implemented k-ε turbulence model. A special feature of the work is the combined use of two lifting forces: a cylinder and fixed blades, which made it possible to increase the output aerodynamic parameters. Calculations were performed for incoming flow rates of 3 m/s, 9 m/s, 15 m/s and cylinder rotation speeds of 315 rpm, 550 rpm, 720 rpm. It is determined that the period of change of the moment of forces T is 0.5 m/s, which corresponds to 2 revolutions of the wind wheel per minute. It was found that the cylinder rotation frequency in the range from 315 rpm to 720 rpm does not affect the period of change in the moment of forces, but the amplitude of the moment of forces increases with decreasing rotation frequency. The dependences of the rotation speed of the wind wheel on the velocity of the incoming flow, found by the method of sliding grids and 6DOF, are also obtained. It is determined that the installation begins to make revolutions from 3 m/s, with a positive torque of forces. The field of practical application of the numerical results will be useful for further research of wind turbines with combined bladesКонструкція вітряних турбін з вертикальною віссю обертання досить проста, що успішно підвищує рівень ККД. Існуючі лопатеві вітрові турбіни мають відсутність струмів у вигляді негативного крутного моменту, а установки, що працюють на ефекті Магнуса, мають низький підйом. У зв’язку з цим розробка і дослідження установок, що працюють на швидкостях від 3 м/сек, з комбінованими лопатями з підвищеною ефективністю роботи, є актуальною темою. Об’єктом дослідження є вітряна турбіна, що складається з системи обертових циліндрів і нерухомих лопатей, що працюють при низьких швидкостях повітряного потоку, починаючи з 3 м/с. Чисельні дослідження проводилися з використанням програми Ansys Fluent і реалізованої моделі турбулентності k-ε. Особливістю роботи є комбіноване використання двох підйомних сил: циліндра і нерухомих лопатей, що дозволило збільшити вихідні аеродинамічні параметри. Розрахунки були виконані для швидкостей вхідного потоку 3 м/сек, 9 м/сек, 15 м/сек і швидкостей обертання циліндра 315 об/хв, 550 об/хв, 720 об/хв.визначено, що період зміни моменту сил T становить 0,5 м/сек, що відповідає 2 оборотам вітроколеса в хвилину. Було встановлено, що частота обертання циліндра в діапазоні від 315 об/хв до 720 об/хв не впливає на період зміни моменту сил, але амплітуда моменту сил збільшується зі зменшенням частоти обертання. Також отримані залежності швидкості обертання вітроколеса від швидкості набігаючого потоку, знайдені методом ковзних сіток і 6DOF. Визначено, що установка починає здійснювати обороти від 3 м/c, при позитивному крутному моменті сил. Область практичного застосування чисельних результатів буде корисною для подальших досліджень комбінованих вітрових турбі

Визначення аеродинамічних характеристик вітрової електростанції з вертикальною віссю обертання

Wind energy is a commercially proven and rapidly developing type of electricity generation. Wind power plants with a vertical axis are more attractive and better suited for use in cities and urban environments where wind flow is less predictable compared to widespread wind power plants with a horizontal axis of rotation. This makes them a much better choice for both ground installation and/or for mounting on buildings and roofs that would otherwise limit the installation of higher horizontal turbine structures. The paper describes an experimental study of the drag force and its coefficient for wind turbines with a vertical axis of rotation. The object of the study is a laboratory model of a wind turbine with blades made in the form of rotating cylinders with a fixed blade. Experimental studies were carried out in the T-1-M wind tunnel, measurements of aerodynamic force were carried out using three-component scales. A distinctive feature of the work is the combined use of the lifting force of the cylinders, as well as the lifting force of the fixed plate. Due to this solution, when comparing with existing wind turbines with a vertical axis of rotation, it was found that the wind turbine in question prevails by 25‒100 % in the number of revolutions. The dependences of the drag force on the flow velocity and the drag coefficient on the Reynolds number from 1·104 to 4·104 are obtained. An uncertainty analysis was also carried out in order to determine the uncertainty by type A, B and the total uncertainty, from which it was found that the measurement error was 1.13 %. The field of the practical application of the results obtained in laboratory studies will be useful in the development of prototypes of wind turbines with a vertical axis of rotationВітроенергетика є комерційно перевіреним видом виробництва електроенергії, що швидко розвивається. Вітрові електростанції з вертикальною віссю є більш привабливими і краще підходять для використання в містах та міському середовищі з менш передбачуваним потоком вітру в порівнянні з поширеними вітроелектростанціями з горизонтальною віссю обертання. Це робить їх набагато кращим варіантом як для наземної установки, так і/або для установки на будівлях і дахах, що в іншому випадку обмежувало б установку більш високих горизонтальних турбінних конструкцій. У роботі описано експериментальне дослідження сили лобового опору та її коефіцієнта для вітрогенераторів з вертикальною віссю обертання. Об’єктом дослідження є лабораторна модель вітрогенератора з лопатями, виконаними у вигляді обертових циліндрів з нерухомою лопаттю. Експериментальні дослідження проводилися в аеродинамічній трубі Т-1-М, вимірювання аеродинамічної сили виконані з використанням трикомпонентних ваг. Відмінною рисою роботи є комбіноване використання підйомної сили циліндрів, а також підйомної сили нерухомої плити. Завдяки такому рішенню при порівнянні з існуючими вітрогенераторами з вертикальною віссю обертання встановлено, що розглянутий вітрогенератор переважає на 25‒100 % за кількістю обертів. Отримано залежності сили лобового опору від швидкості потоку та коефіцієнта лобового опору від числа Рейнольдса від 1·104 до 4·104. Також проведено аналіз невизначеності для визначення невизначеності за типом A, B та загальної невизначеності, з якого встановлено, що похибка вимірювання становить 1,13 %. Область практичного застосування результатів лабораторних досліджень буде корисна при розробці дослідних зразків вітрогенераторів з вертикальною віссю обертанн

Визначення аеродинамічних характеристик вітрової електростанції з вертикальною віссю обертання

Wind energy is a commercially proven and rapidly developing type of electricity generation. Wind power plants with a vertical axis are more attractive and better suited for use in cities and urban environments where wind flow is less predictable compared to widespread wind power plants with a horizontal axis of rotation. This makes them a much better choice for both ground installation and/or for mounting on buildings and roofs that would otherwise limit the installation of higher horizontal turbine structures. The paper describes an experimental study of the drag force and its coefficient for wind turbines with a vertical axis of rotation. The object of the study is a laboratory model of a wind turbine with blades made in the form of rotating cylinders with a fixed blade. Experimental studies were carried out in the T-1-M wind tunnel, measurements of aerodynamic force were carried out using three-component scales. A distinctive feature of the work is the combined use of the lifting force of the cylinders, as well as the lifting force of the fixed plate. Due to this solution, when comparing with existing wind turbines with a vertical axis of rotation, it was found that the wind turbine in question prevails by 25‒100 % in the number of revolutions. The dependences of the drag force on the flow velocity and the drag coefficient on the Reynolds number from 1·104 to 4·104 are obtained. An uncertainty analysis was also carried out in order to determine the uncertainty by type A, B and the total uncertainty, from which it was found that the measurement error was 1.13 %. The field of the practical application of the results obtained in laboratory studies will be useful in the development of prototypes of wind turbines with a vertical axis of rotationВітроенергетика є комерційно перевіреним видом виробництва електроенергії, що швидко розвивається. Вітрові електростанції з вертикальною віссю є більш привабливими і краще підходять для використання в містах та міському середовищі з менш передбачуваним потоком вітру в порівнянні з поширеними вітроелектростанціями з горизонтальною віссю обертання. Це робить їх набагато кращим варіантом як для наземної установки, так і/або для установки на будівлях і дахах, що в іншому випадку обмежувало б установку більш високих горизонтальних турбінних конструкцій. У роботі описано експериментальне дослідження сили лобового опору та її коефіцієнта для вітрогенераторів з вертикальною віссю обертання. Об’єктом дослідження є лабораторна модель вітрогенератора з лопатями, виконаними у вигляді обертових циліндрів з нерухомою лопаттю. Експериментальні дослідження проводилися в аеродинамічній трубі Т-1-М, вимірювання аеродинамічної сили виконані з використанням трикомпонентних ваг. Відмінною рисою роботи є комбіноване використання підйомної сили циліндрів, а також підйомної сили нерухомої плити. Завдяки такому рішенню при порівнянні з існуючими вітрогенераторами з вертикальною віссю обертання встановлено, що розглянутий вітрогенератор переважає на 25‒100 % за кількістю обертів. Отримано залежності сили лобового опору від швидкості потоку та коефіцієнта лобового опору від числа Рейнольдса від 1·104 до 4·104. Також проведено аналіз невизначеності для визначення невизначеності за типом A, B та загальної невизначеності, з якого встановлено, що похибка вимірювання становить 1,13 %. Область практичного застосування результатів лабораторних досліджень буде корисна при розробці дослідних зразків вітрогенераторів з вертикальною віссю обертанн