Omvandling av vindenergi är ett sätt att få billig el. Det finns många konstruktioner av vindkraftverk. Vissa av dem är designade för maximal effektivitet, andra är opretentiösa i användning. Den andra gruppen inkluderar Savonius-rotorn, skapad för cirka 100 år sedan, den används fortfarande framgångsrikt för att lösa olika tekniska problem.
Skapelsens historia
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - uppfinnare från Finland, blev berömd för sitt arbete i fysik relaterat till studiet av vindenergi. Under sitt liv fick han flera patent som inte bara används för att skapa vindkraftverk, utan även inom varvsindustrin, samt i ventilationssystem för moderna järnvägsvagnar och bussar.
En annan uppfinnare från Tyskland - Anton Flettner (1888 - 1861) kom i början av förra seklet på ett alternativ till det klassiska seglet och skapade den så kallade Flettnerrotorn. Kärnan i uppfinningenreducerades till följande: en roterande cylinder, blåst av vinden, fick en kraft riktad i horisontell riktning, som översteg 50 gånger luftflödets kraft. Tack vare denna upptäckt byggdes flera fartyg som använder vindens kraft för att röra sig. Till skillnad från konventionella segelbåtar var dessa fartyg inte helt energioberoende. Motorer behövdes för att snurra rotorn.
Savonius reflekterade över Flettners segel och kom fram till att vindenergi också kunde användas för att snurra det. 1926 utvecklade och patenterade han designen av en öppen cylinder med motsatt riktade blad inuti.
Lite fysik
Först, lite teori. Alla märkte att när man cyklar skapar luften ett betydande motstånd mot rörelse. Och ju högre hastighet, desto högre är detta värde. Den andra faktorn som påverkar motståndet är kroppens tvärsnittsarea som påverkas av luftflödet. Men det finns en tredje kvantitet, som är relaterad till kroppens geometri. Detta är precis vad bilkarossdesigners försöker minska när det kommer till aerodynamik.
Vi kan till exempel säga att tre plattor med samma tvärsnittsarea, men med olika former: konkava, raka och konvexa, kommer att ha en mycket olika motståndskoefficient. För en konvex form kommer det att vara 0,34, för en rak - 1,1, för en konkav - 1,33. Det var den konkava formen som togs för bladen på Savonius-rotorn. Det är erkänt som den mest effektiva värdenvindenergi.
Funktionsprincipen för Savonius-rotorn
Till skillnad från Flettners segel föreslog Savonius att dela cylindern i två halvor och flytta dem i förhållande till varandra för att få bladen och utrymmet mellan dem. Kärnan i Savonius idé var att luftflödet som träffade ena bladet inte bara gick åt sidan efter det, utan att det passerade genom det axiella gapet omdirigerades till det andra bladet, vilket avsevärt ökade effekten av vinden.
Denna funktionsprincip gör att Savonius-rotorn kan arbeta även i svag vind.
Det finns flera profil alternativ:
- Sknivarna är fixerade på axeln på ett sådant sätt att det inte finns något luftgap mellan dem. Detta är den enklaste versionen av de många beskrivningarna av Savonius-rotorn.
- Det ena bladets bas sätts in i basen av det andra. Ett betydande gap kvarstår längs axellinjen. Detta alternativ låter vinden från ena halvan av rotorn flytta till den andra. Effektivare profil.
- Samma som det andra alternativet, bara arean på bladen ökas genom att lägga till en rak platta på insidan.
Tillämpningsomfattning
På 60-talet av förra seklet användes Savonius-rotorer i järnvägsventilationssystem. De installerades på vagnarnas tak. Under rörelsen började rotorn snurra upp och pumpa luft från gatan in i rummet. Liknande system installerades också på bussar.
Idag är rotorns huvudsakliga tillämpning innevertikala vindkraftverk. Det finns ett antal liknande design som kombinerar två faktorer:
- vertikal rotationsaxel;
- opretentiöshet till vindriktningen.
Förutom vertikala vindkraftverk finns det enheter med horisontell axel. De kännetecknas av en stor retur med samma vindstyrka. Strukturellt liknar de bladen på flygplanspropellrar, placerade på en horisontell axel och har en styrsvans för inriktning mot vinden.
Fördelar med Savonius vindkraftverk
Trots att vertikala axiella rotorer på vindturbiner förlorar i effektivitet till horisontella axiella rotorer, har de fortfarande ett antal obestridliga fördelar:
- Arbeta i vilken klimatzon som helst. På grund av sin lilla tväryta är de inte rädda för orkanvindar.
- Kräv inga ytterligare enheter för lanseringen. På grund av den konkava formen på bladen sker lanseringen vid minsta vindvärden – 0,3 m/s. Generatorn når optimala värden vid en luftflödeshastighet på 5 m/s.
- På grund av den låga ljudnivån på upp till 20 dB kan väderkvarnen installeras i nära anslutning till bostäder, vilket är viktigt för elproduktion med låg effekt och förlust av ström i ledningarna.
- Kräv ingen specifik vindriktning. De börjar arbeta från luftflödet som går i vilken vinkel som helst.
- Enkel design minskar underhållskostnaderna.
- Inte farligt för fåglar som uppfattar strukturen som en helhet och inte försöker flyga genom bladen.
Nackdelarna med vertikala vindkraftverk inkluderar relativt låg verkningsgrad, högre kostnader för byggmaterial, stora storlekar som krävs för att uppnå den effekt som krävs.
Hur man gör ett vindturbin med egna händer
Att göra en enhet som skulle förse ett hus på landet helt med elektricitet verkar osannolikt. Att tillverka en liten väderkvarn för att generera gratis elektricitet som säkerställer driften av anordningar med låg effekt (bevattningspump, gatubelysning framför huset, öppning av automatiska grindar) ligger inom alla hantverkares makt. För detta behöver du:
- 3 aluminiumskivor med en sidolängd på 33 cm, cirka 1 mm tjocka;
- avloppsrör 15 cm i diameter och 60 cm långt;
- 4 cm vattenrör;
- elektrisk generator (bil kan användas);
- beslag (stålvinklar, självgängande skruvar, muttrar, bultar).
Matlagningsinstruktioner
För att göra en enkel Savonius-rotor behöver du:
- Klipp ut 3 skivor med en diameter på 33 cm från aluminiumplåtar.
- Kapa ett vattenrör med en diameter på 15 cm längs axeln för att göra 2 ämnen för bladen. Skär sedan varje bit över mitten. Således får du 4 identiska blad, 30 cm långa.
- Borra ett hål i mitten av skivorna genom vilket du kan föra in ett 4 cm vattenrör.
- Anslut alla tre skivorna med ett rör och mellan demsätt in blad. Två mellan två diskar. Bladen måste vara orienterade så att vinkeln mellan deras axlar är 90 grader. Detta gör att även en lätt vind kan snurra generatorn.
- Använd hörn och självgängande skruvar för att fixera bladen på aluminiumfälgar.
- Press in generatoraxeln i den nedre delen av röret, som är axeln.
Vindgeneratorn är klar. Det återstår bara att välja en installationsplats som är tillräckligt öppen för luftströmmar. Om det inte är tillräckligt med vind kan du göra en hög mast, ovanpå vilken placera generatorn.
Prefabricerade vertikala vindturbiner
Med utvecklingen av alternativ energi ökar efterfrågan på autonoma strömförsörjningsprodukter. För närvarande finns det rysktillverkade vindkraftverk på marknaden, vars pris börjar från 60 tusen rubel.
Dessa enheter kan användas i den privata sektorn och tillgodoser elbehov från 250 W till 250 kW.
