Å transformere vindenergi er en måte å få billig strøm på. Det er mange design av vindturbiner. Noen av dem er designet for maksimal effektivitet, andre er upretensiøse i bruk. Den andre gruppen inkluderer Savonius-rotoren, opprettet for rundt 100 år siden, og den brukes fortsatt med hell til å løse ulike tekniske problemer.
History of Creation
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - oppfinner fra Finland, fikk berømmelse for sitt arbeid innen fysikk knyttet til studiet av vindenergi. I løpet av livet mottok han flere patenter som ikke bare brukes til å lage vindturbiner, men også i skipsbygging, samt i ventilasjonssystemer til moderne jernbanevogner og busser.
En annen oppfinner fra Tyskland - Anton Flettner (1888 - 1861) kom på begynnelsen av forrige århundre på et alternativ til det klassiske seilet, og skapte den såk alte Flettner-rotoren. Essensen av oppfinnelsenble redusert til følgende: en roterende sylinder, blåst av vinden, mottok en kraft rettet i horisontal retning som oversteg 50 ganger kraften til luftstrømmen. Takket være denne oppdagelsen ble det bygget flere skip som bruker vindens kraft til å bevege seg. I motsetning til konvensjonelle seilbåter var disse fartøyene ikke helt energiuavhengige. Motorer var nødvendig for å snurre rotoren.
Savonius reflekterte over Flettners seil og kom frem til at vindenergi også kunne brukes til å spinne det. I 1926 utviklet og patenterte han utformingen av en åpen sylinder med motsatt rettede blader inni.
Litt av fysikk
Først, en liten teori. Alle la merke til at når du sykler, skaper luften en betydelig motstand mot bevegelse. Og jo høyere hastighet, jo høyere er denne verdien. Den andre faktoren som påvirker motstanden er tverrsnittsarealet av kroppen påvirket av luftstrømmen. Men det er en tredje mengde, som er relatert til kroppens geometri. Det er akkurat dette karosseridesignere prøver å redusere når det kommer til aerodynamikk.
Vi kan for eksempel si at tre plater med samme tverrsnittsareal, men med forskjellig form: konkave, rette og konvekse, vil ha en veldig forskjellig motstandskoeffisient. For en konveks form vil det være 0,34, for en rett - 1,1, for en konkav - 1,33. Det var den konkave formen som ble tatt for bladene til Savonius-rotoren. Det er anerkjent som den mest effektive vertenvindenergi.
Operasjonsprinsippet til Savonius-rotoren
I motsetning til Flettners seil, foreslo Savonius å dele sylinderen i to halvdeler og flytte dem i forhold til hverandre for å få bladene og mellomrommet mellom dem. Essensen av Savonius sin idé var at luftstrømmen som traff det ene bladet ikke bare gikk til siden etter det, men ved å passere gjennom det aksiale gapet ble det omdirigert til det andre bladet, noe som betydelig økte effekten av vinden.
Dette operasjonsprinsippet gjør at Savonius-rotoren kan fungere selv i lett vind.
Det er flere profil alternativer:
- Sknivene er festet på aksen på en slik måte at det ikke er luftsp alte mellom dem. Dette er den enkleste versjonen av de mange beskrivelsene av Savonius-rotoren.
- Basisen til det ene bladet settes inn i bunnen av det andre. Et betydelig gap gjenstår langs akselinjen. Dette alternativet lar vinden fra den ene halvdelen av rotoren bevege seg til den andre. Mer effektiv profil.
- Samme som det andre alternativet, bare arealet til bladene økes ved å legge til en rett plate på innsiden.
Anvendelsesomfang
På 60-tallet av forrige århundre ble Savonius-rotorer brukt i jernbaneventilasjonssystemer. De ble installert på takene til vognene. Under bevegelsen begynte rotoren å snurre opp og pumpe luft fra gaten inn i rommet. Lignende systemer ble også installert på busser.
I dag er hovedapplikasjonen til rotoren innevertikalakse vindturbiner. Det finnes en rekke lignende design som kombinerer to faktorer:
- vertikal rotasjonsakse;
- upretensiøshet i forhold til vindretningen.
I tillegg til vertikale vindturbiner finnes det enheter med horisontal akse. De utmerker seg ved en stor retur med samme vindstyrke. Strukturelt sett ligner de bladene til flypropeller, plassert på en horisontal akse og har en styrehale for innretting med vinden.
Fordeler med Savonius vindturbin
Til tross for at vertikale aksiale rotorer på vindturbiner mister effektivitet til horisontale aksiale rotorer, har de fortsatt en rekke ubestridelige fordeler:
- Jobb i alle klimasoner. På grunn av det lille tverrgående området er de ikke redde for orkanvind.
- Ikke kreve flere enheter for lanseringen. På grunn av den konkave formen på bladene skjer utskytingen ved minimum vindverdier – 0,3 m/s. Generatoren når optimale verdier ved en luftstrømhastighet på 5 m/s.
- På grunn av det lave støynivået på opptil 20 dB, kan vindmøllen installeres i umiddelbar nærhet til boliger, noe som er viktig for laveffektsproduksjon og strømtap i ledningene.
- Krever ikke en bestemt vindretning. De begynner å jobbe fra luftstrømmen går i alle vinkler.
- Enkel design reduserer vedlikeholdskostnadene.
- Ikke farlig for fugler som oppfatter strukturen som en helhet og ikke prøver å fly gjennom knivene.
Ulempene med vertikale vindturbiner inkluderer relativt lav effektivitet, høyere kostnader for byggematerialer, store størrelser som kreves for å oppnå nødvendig kraft.
Hvordan lage en vindturbin med egne hender
Å lage en enhet som kan forsyne et landsted fullstendig med strøm virker usannsynlig. Men å lage en liten vindmølle for å generere gratis elektrisitet som sikrer driften av laveffektsenheter (vanningspumpe, gatebelysning foran huset, åpning av automatiske porter) er innenfor makten til enhver håndverker. For dette trenger du:
- 3 aluminiumsplater med en sidelengde på 33 cm, ca. 1 mm tykke;
- avløpsrør 15 cm i diameter og 60 cm langt;
- 4 cm vannrør;
- elektrisk generator (bil kan brukes);
- beslag (stålvinkler, selvskruende skruer, muttere, bolter).
Matlagingsinstruksjoner
For å lage en enkel Savonius-rotor trenger du:
- Klipp ut 3 plater med en diameter på 33 cm fra aluminiumsplater.
- Kutt et vannrør med en diameter på 15 cm langs aksen for å lage 2 emner til knivene. Kutt deretter hvert stykke på midten. Dermed får du 4 like blader, 30 cm lange.
- Bor et hull i midten av skivene som du kan stikke inn et 4 cm vannrør gjennom.
- Koble alle tre diskene med et rør, og mellom demsette inn blader. To mellom to disker. Bladene må orienteres slik at vinkelen mellom aksene deres er 90 grader. Dette vil tillate selv en svak vind å snu generatoren.
- Bruk hjørner og selvskruende skruer for å feste bladene på aluminiumsfelger.
- Trykk generatorakselen inn i den nedre delen av røret, som er aksen.
Vindgeneratoren er klar. Det gjenstår bare å velge et installasjonssted som er tilstrekkelig åpent for luftstrømmer. Hvis det ikke er nok vind, kan du lage en høy mast, på toppen av den plasserer generatoren.
Prefabrikerte vertikale vindturbiner
Med utviklingen av alternativ energi er det en økende etterspørsel etter autonome strømforsyningsprodukter. For tiden er det russiskproduserte vindturbiner på markedet, prisen på disse starter fra 60 tusen rubler.
Disse enhetene kan brukes i privat sektor og dekker strømbehov fra 250 W til 250 kW.
