Vēja enerģijas pārveidošana ir viens no veidiem, kā iegūt lētu elektroenerģiju. Ir daudz vēja turbīnu dizainu. Daži no tiem ir paredzēti maksimālai efektivitātei, citi ir nepretenciozi lietošanā. Otrajā grupā ietilpst Savonius rotors, kas radīts apmēram pirms 100 gadiem, to joprojām veiksmīgi izmanto dažādu tehnisku problēmu risināšanai.
Radīšanas vēsture
Sigurds Johanness Savoniuss (1884 - 1931) - izgudrotājs no Somijas, slavu ieguvis ar savu darbu fizikā, kas saistīts ar vēja enerģijas izpēti. Savas dzīves laikā viņš saņēma vairākus patentus, kas tiek izmantoti ne tikai vēja turbīnu radīšanai, bet arī kuģu būvē, kā arī mūsdienu dzelzceļa vagonu un autobusu ventilācijas sistēmās.
Cits izgudrotājs no Vācijas - Antons Flettners (1888 - 1861) pagājušā gadsimta sākumā nāca klajā ar alternatīvu klasiskajai burai, izveidojot tā saukto Flettner rotoru. Izgudrojuma būtībatika samazināts līdz sekojošam: vēja izpūsts rotējošs cilindrs saņēma spēku, kas vērsts horizontālā virzienā, kas 50 reizes pārsniedza gaisa plūsmas spēku. Pateicoties šim atklājumam, tika uzbūvēti vairāki kuģi, kas kustībai izmanto vēja spēku. Atšķirībā no parastajām buru laivām šie kuģi nebija pilnībā neatkarīgi no enerģijas. Rotora griešanai bija nepieciešami motori.
Pārdomājot Fletnera buru, Savoniuss nonāca pie secinājuma, ka vēja enerģiju var izmantot arī tās vērpšanai. 1926. gadā viņš izstrādāja un patentēja atvērta cilindra dizainu ar pretēji vērstiem asmeņiem iekšpusē.
Mazliet no fizikas
Pirmkārt, nedaudz teorijas. Ikviens pamanīja, ka, braucot ar velosipēdu, gaiss rada ievērojamu kustību pretestību. Un jo lielāks ātrums, jo lielāka šī vērtība. Otrs faktors, kas ietekmē pretestību, ir gaisa plūsmas ietekmētā ķermeņa šķērsgriezuma laukums. Bet ir trešais lielums, kas ir saistīts ar ķermeņa ģeometriju. Tieši to automašīnu virsbūvju dizaineri cenšas samazināt, runājot par aerodinamiku.
Piemēram, mēs varam teikt, ka trīs plāksnēm ar vienādu šķērsgriezuma laukumu, bet tām ir dažādas formas: ieliektas, taisnas un izliektas, tām būs ļoti atšķirīgs pretestības koeficients. Izliektai formai tas būs 0,34, taisnai - 1,1, ieliektai - 1,33. Tā bija ieliektā forma, kas tika ņemta Savonius rotora lāpstiņām. Tas ir atzīts par visefektīvāko saimniekdatoruvēja enerģija.
Savonius rotora darbības princips
Atšķirībā no Fletnera buras Savoniuss ierosināja sadalīt cilindru divās daļās un pārvietot tos vienu pret otru, lai iegūtu asmeņus un atstarpi starp tām. Savoniusa idejas būtība bija tāda, ka gaisa plūsma, kas atsitās pret vienu lāpstiņu, pēc tam nevis vienkārši aizgāja uz sāniem, bet, izejot cauri aksiālajai spraugai, tika novirzīta uz otro lāpstiņu, kas ievērojami palielināja vēja ietekmi.
Šis darbības princips ļauj Savonius rotoram darboties pat nelielā vējā.
Ir vairākas profila iespējas:
- Asmeņi ir piestiprināti pie ass tā, lai starp tiem nebūtu gaisa spraugas. Šī ir vienkāršākā versija no daudzajiem Savonius rotora aprakstiem.
- Viena asmens pamatne ir ievietota otra asmens pamatnē. Gar ass līniju paliek ievērojama atstarpe. Šī opcija ļauj vējam no vienas rotora puses pārvietoties uz otru. Efektīvāks profils.
- Tas pats kā otrajā variantā, tikai asmeņu laukums tiek palielināts, iekšpusē pievienojot taisnu plāksni.
Lietošanas joma
Pagājušā gadsimta 60. gados Savonius rotori tika izmantoti dzelzceļa ventilācijas sistēmās. Tie tika uzstādīti uz vagonu jumtiem. Kustības laikā rotors sāka griezties un sūknēt gaisu no ielas telpā. Līdzīgas sistēmas tika uzstādītas arī autobusos.
Šodien ir pieejams rotora galvenais pielietojumsvertikālās ass vēja turbīnas. Ir vairāki līdzīgi modeļi, kas apvieno divus faktorus:
- vertikālā rotācijas ass;
- nepretenciozitāte pret vēja plūsmas virzienu.
Papildus vertikālajām vēja turbīnām ir arī ierīces ar horizontālu asi. Tie izceļas ar lielu atgriešanos ar tādu pašu vēja spēku. Strukturāli tie atgādina gaisa kuģu dzenskrūvju lāpstiņas, kas atrodas uz horizontālas ass un kurām ir virzošā aste, lai tās izlīdzinātu ar vēju.
Savonius vēja turbīnas priekšrocības
Neskatoties uz to, ka vēja turbīnu vertikālie aksiālie rotori zaudē savu efektivitāti salīdzinājumā ar horizontāliem aksiālajiem rotoriem, tiem joprojām ir vairākas nenoliedzamas priekšrocības:
- Strādājiet jebkurā klimata zonā. Mazā šķērsvirziena laukuma dēļ tie nebaidās no viesuļvētru vējiem.
- To palaišanai nav nepieciešamas papildu ierīces. Lāpstiņu ieliektās formas dēļ palaišana notiek pie minimālajām vēja vērtībām - 0,3 m/s. Ģenerators sasniedz optimālās vērtības pie gaisa plūsmas ātruma 5 m/s.
- Pateicoties zemajam trokšņa līmenim līdz 20 dB, vējdzirnavas var uzstādīt tiešā korpusa tuvumā, kas ir svarīgi mazjaudas elektroenerģijas ražošanai un strāvas zudumam vados.
- Neprasa noteiktu vēja virzienu. Tie sāk darboties no gaisa plūsmas, kas virzās jebkurā leņķī.
- Vienkāršs dizains samazina uzturēšanas izmaksas.
- Nav bīstams putniem, kuri uztver struktūru kopumā un nemēģina izlidot cauri asmeņiem.
Vertikālo vēja turbīnu trūkumi ietver salīdzinoši zemo efektivitāti, augstākas izmaksas būvmateriāliem, lielos izmērus, kas nepieciešami, lai sasniegtu nepieciešamo jaudu.
Kā savām rokām izgatavot vēja turbīnu
Izgatavot ierīci, kas pilnībā nodrošinātu lauku māju ar elektrību, šķiet maz ticama. Taču izgatavot nelielas vējdzirnavas, lai ražotu bezmaksas elektroenerģiju, kas nodrošina mazjaudas iekārtu darbību (laistīšanas sūknis, ielas apgaismojums mājas priekšā, automātisko vārtu atvēršana) ir jebkura amatnieka spēkos. Šim nolūkam jums būs nepieciešams:
- 3 alumīnija loksnes ar sānu garumu 33 cm, apmēram 1 mm biezas;
- notekcaurule 15 cm diametrā un 60 cm gara;
- 4 cm ūdensvads;
- elektriskais ģenerators (var izmantot automašīnu);
- armatūra (tērauda leņķi, pašvītņojošas skrūves, uzgriežņi, skrūves).
Gatavošanas instrukcijas
Lai izgatavotu vienkāršu Savonius rotoru, jums ir nepieciešams:
- No alumīnija loksnēm izgrieziet 3 diskus ar diametru 33 cm.
- Izgrieziet ūdens cauruli ar diametru 15 cm pa asi, lai izveidotu 2 sagataves asmeņiem. Pēc tam sagrieziet katru gabalu pa vidu. Tādējādi jūs iegūsit 4 vienādus asmeņus, 30 cm garus.
- Izurbiet caurumu disku centrā, caur kuru var ievietot 4 cm ūdens cauruli.
- Savienojiet visus trīs diskus ar cauruli un starp tiemievietot asmeņus. Divi starp diviem diskiem. Asmeņiem jābūt orientētiem tā, lai leņķis starp to asīm būtu 90 grādi. Tas ļaus pat nelielam vējam griezt ģeneratoru.
- Izmantojiet stūrus un pašvītņojošas skrūves, lai piestiprinātu asmeņus uz alumīnija diskiem.
- Iespiediet ģeneratora vārpstu caurules apakšējā daļā, kas ir ass.
Vēja ģenerators ir gatavs. Atliek tikai izvēlēties uzstādīšanas vietu, kas ir pietiekami atvērta gaisa straumēm. Ja ir par maz vēja, tad var uztaisīt augstu mastu, kuram virsū novietot ģeneratoru.
Saliekamās vertikālās vēja turbīnas
Attīstoties alternatīvajai enerģijai, pieaug pieprasījums pēc autonomas barošanas avota produktiem. Šobrīd tirgū ir pieejamas Krievijā ražotas vēja turbīnas, kuru cena ir sākot no 60 tūkstošiem rubļu.
Šīs iekārtas var izmantot privātajā sektorā, nodrošinot elektroenerģijas vajadzības no 250 W līdz 250 kW.
