Savonius rotor: popis, princíp činnosti. Veterný generátor so zvislou osou otáčania

Premena veternej energie je jedným zo spôsobov, ako získať lacnú elektrinu. Existuje mnoho návrhov veterných turbín. Niektoré z nich sú navrhnuté pre maximálnu účinnosť, iné sú nenáročné na používanie. Do druhej skupiny patrí rotor Savonius, vytvorený asi pred 100 rokmi, stále sa úspešne používa na riešenie rôznych technických problémov.

História stvorenia

Sigurd Johannes Savonius (1884-1931) bol vynálezca z Fínska, ktorý sa preslávil svojou prácou vo fyzike súvisiacou so štúdiom veternej energie. Počas svojho života získal niekoľko patentov, ktoré sa používajú nielen na výrobu veterných turbín, ale aj na stavbu lodí, ako aj na ventilačné systémy moderných železničných vozňov a autobusov.

Ďalší vynálezca z Nemecka-Anton Flettner (1888-1861) na začiatku minulého storočia prišiel s alternatívou ku klasickej plachte a vytvoril takzvaný flettnerov rotor. Podstata vynálezu bola nasledovná: rotujúci valec, fúkaný vetrom, dostal silu smerujúcu horizontálne, presahujúcu 50-násobok sily prúdenia vzduchu. Vďaka tomuto objavu bolo postavených niekoľko námorných plavidiel využívajúcich veternú energiu na pohyb. Na rozdiel od bežných plachetníc neboli tieto plavidlá úplne neprchavé. Na otáčanie rotora.

Keď sa Savonius zamyslel nad plachtou Flettner, dospel k záveru, že veterná energia sa dá použiť aj na jej rotáciu. V roku 1926 vyvinul a patentoval dizajn otvoreného valca s opačne nasmerovanými čepeľami vo vnútri.

Trochu fyziky

Na začiatok trochu teórie. Každý si všimol, že pri jazde na bicykli vytvára vzduch výrazný odpor voči pohybu. A čím vyššia je rýchlosť, tým vyššia je táto hodnota. Druhým faktorom ovplyvňujúcim odpor je prierezová plocha tela ovplyvnená prúdením vzduchu. Stále však existuje tretie množstvo, ktoré súvisí s geometriou tela. To je to, čo sa dizajnéri karosérií snažia znížiť, pokiaľ ide o aerodynamiku.

Môžeme napríklad povedať, že tri dosky s rovnakou plochou prierezu, ale s rôznymi tvarmi: konkávne, rovné a konvexné, budú mať veľmi odlišný koeficient odporu. Pre konvexný tvar to bude 0,34, pre rovný - 1,1, pre konkávny-1,33. Bol to konkávny tvar, ktorý bol prevzatý pre lopatky rotora Savonius. Je uznávaný ako najefektívnejší prijímač veternej energie.

Princíp činnosti rotora Savonius

Na rozdiel od Flettnerovej plachty navrhol Savonius rozdelenie valca na dve polovice a ich vzájomné posunutie, aby sa dostali čepele a priestor medzi nimi. Podstatou Savoniusovej myšlienky bolo, že prúd vzduchu, ktorý zasiahol jednu čepeľ, potom nezmizol, ale prešiel cez axiálnu medzeru a bol presmerovaný na druhú čepeľ, čo výrazne zvýšilo účinok vetra.

Tento princíp činnosti umožňuje rotoru Savonius pracovať aj pri slabom vetre.

Existuje niekoľko možností profilu:

1. Lopatky sú upevnené na osi takým spôsobom, že medzi nimi nie je žiadna vzduchová medzera. Toto je najjednoduchšia verzia mnohých popisov savoniovho rotora.
2. Základňa jednej čepele je navinutá vo vnútri základne druhej. Pozdĺž osi osi zostáva značná medzera. Táto možnosť umožňuje, aby sa vietor z jednej polovice rotora presunul na druhú. Efektívnejší profil.
3. Rovnako ako v druhom variante sa zväčšuje iba plocha prierezu lopatiek pridaním rovnej dosky na vnútornej strane.

Rozsah pôsobnosti

V 60. rokoch minulého storočia sa rotory Savonius používali vo ventilačných systémoch železničnej dopravy. Boli inštalované na strechách vozňov. Počas pohybu sa rotor začal odvíjať a pumpovať vzduch z ulice do miestnosti. Podobné systémy boli inštalované na autobusoch.

Dnes je hlavná aplikácia rotora vo veterných turbínach so zvislou osou. Existuje množstvo podobných návrhov, ktoré kombinujú dva faktory:

• vertikálna os otáčania;
• nenáročnosť na smer prúdenia vetra.

Okrem vertikálnych veterných turbín existujú zariadenia s horizontálnou osou. Vyznačujú sa veľkým spätným rázom s rovnakou silou vetra. Štrukturálne sa podobajú lopatkám vrtúľ lietadiel umiestnených na vodorovnej osi a s vodiacim chvostom pre zarovnanie s vetrom.

Výhody veterného generátora Savonius

Napriek tomu, že vertikálne axiálne rotory veterných turbín strácajú účinnosť na horizontálne axiálne, stále majú množstvo nepopierateľných výhod:

1. Práca v akejkoľvek klimatickej zóne. Vzhľadom na malú priečnu plochu sa neboja hurikánových vetrov.
2. Na ich spustenie nevyžadujú ďalšie zariadenia. Vďaka konkávnemu tvaru lopatiek sa štart uskutočňuje pri minimálnych hodnotách vetra 0,3 m / s. Generátor dosahuje optimálne hodnoty pri rýchlosti prúdenia vzduchu 5 m / s.
3. Vďaka nízkej hladine hluku až 20 dB môže byť veterný mlyn inštalovaný v tesnej blízkosti krytu, čo je dôležité pre výrobu elektriny s nízkym výkonom a stratu prúdu v drôtoch.
4. Nevyžadujú špecifický smer vetra. Začnú pracovať z prúdu vzduchu prichádzajúceho z akéhokoľvek uhla.
5. Jednoduchá konštrukcia znižuje náklady na ďalšiu údržbu.
6. Nie sú nebezpečné pre vtáky, ktoré vnímajú štruktúru ako celok a nesnažia sa lietať cez čepele.

Nevýhody vertikálnych veterných turbín zahŕňajú relatívne nízku účinnosť, vyššie náklady na stavebné materiály, veľké rozmery, ktoré sú potrebné na dosiahnutie požadovaného výkonu.

Ako vyrobiť veterný generátor vlastnými rukami

Zdá sa nepravdepodobné, že by zariadenie, ktoré by poskytlo Vidiecky dom s elektrinou úplne. Každý remeselník však môže vyrobiť malý veterný mlyn na výrobu bezplatnej elektriny, ktorá zaisťuje prevádzku zariadení s nízkym výkonom (čerpadlo na zavlažovanie, osvetlenie na ulici pred domom, otváranie automatických brán). To bude vyžadovať:

• 3 hliníkové plechy s dĺžkou strany 33 cm, hrúbkou cca 1 mm;
• zvodová rúra s priemerom 15 cm a dĺžkou 60 cm;
• vodná fajka s priemerom 4 cm;
• elektrický generátor (môžete použiť auto);
• príslušenstvo (oceľové rohy, skrutky, matice, skrutky).

Výrobné pokyny

Ak chcete vytvoriť jednoduchý rotor Savonius, musíte:

1. Z hliníkových plechov vyrežte 3 disky s priemerom 33 cm.
2. Odrežte vodovodné potrubie s priemerom 15 cm pozdĺž osi, aby ste získali 2 polotovary pre čepele. Potom každú časť prerežte v strede. Získate tak 4 rovnaké čepele dlhé 30 cm.
3. Do stredu diskov vyvŕtajte otvor, cez ktorý môžete vložiť vodovodné potrubie s priemerom 4 cm.
4. Pripojte všetky tri disky rúrkou a vložte medzi ne čepele. Dva medzi dvoma diskami. Čepele musia byť orientované tak, aby uhol medzi ich osami bol 90 stupňov. To umožní aj miernemu vetru točiť generátor.
5. Pomocou rohov a skrutiek upevnite čepele na hliníkové disky.
6. Zatlačte hriadeľ generátora do spodnej časti potrubia, čo je OS.

Veterný generátor je pripravený. Zostáva len zvoliť miesto inštalácie, ktoré by bolo dostatočne otvorené pre prúdenie vzduchu. Ak nie je dostatok vetra, môžete vytvoriť vysoký stožiar, na ktorý môžete umiestniť generátor.

Vertikálne veterné turbíny továrenskej výroby

S vývojom alternatívna energia , rastie dopyt po autonómnych produktoch napájania. V súčasnosti sú na trhu veterné generátory ruskej výroby, ktorých cena začína od 60 tisíc. rubeľ.

Takéto zariadenia je možné použiť v súkromnom sektore a uspokojiť potreby elektrickej energie od 250 wattov do 250 kW.