Tuulienergian muuttaminen on yksi tapa saada halpaa sähköä. Tuulivoimaloita on monia malleja. Jotkut niistä on suunniteltu maksimaaliseen tehokkuuteen, toiset ovat vaatimattomia käytössä. Toiseen ryhmään kuuluu noin 100 vuotta sitten luotu Savonius-roottori, jota käytetään edelleen menestyksekkäästi erilaisten teknisten ongelmien ratkaisemiseen.
Luomisen historia
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - suomalainen keksijä, sai mainetta tuulienergian tutkimukseen liittyvästä fysiikan työstään. Hän sai elämänsä aikana useita patentteja, joita käytetään paitsi tuuliturbiinien luomiseen myös laivanrakennuksessa sekä nykyaikaisten junavaunujen ja linja-autojen ilmanvaihtojärjestelmissä.
Toinen keksijä Saksasta - Anton Flettner (1888 - 1861) keksi viime vuosisadan alussa vaihtoehdon klassiselle purjeelle ja loi niin kutsutun Flettner-roottorin. Keksinnön olemussupistui seuraavasti: tuulen puh altama pyörivä sylinteri sai vaakasuuntaan suunnatun voiman, joka ylitti 50 kertaa ilmavirran voiman. Tämän löydön ansiosta rakennettiin useita aluksia, jotka käyttävät liikkumiseen tuulen voimaa. Toisin kuin perinteiset purjeveneet, nämä alukset eivät olleet täysin energiariippumattomia. Roottorin pyörittämiseen tarvittiin moottoreita.
Flettnerin purjetta pohtiessaan Savonius tuli siihen tulokseen, että sen pyörittämiseen voidaan käyttää myös tuulienergiaa. Vuonna 1926 hän kehitti ja patentoi avoimen sylinterin suunnittelun, jonka sisällä oli vastakkaiseen suuntaan suunnatut terät.
Hieman fysiikkaa
Ensin vähän teoriaa. Kaikki huomasivat, että pyörällä ajettaessa ilma luo merkittävän vastuksen liikettä vastaan. Ja mitä suurempi nopeus, sitä suurempi tämä arvo. Toinen vastukseen vaikuttava tekijä on kehon poikkileikkausala, johon ilmavirtaus vaikuttaa. Mutta on kolmaskin määrä, joka liittyy kehon geometriaan. Juuri tätä auton korisuunnittelijat yrittävät vähentää aerodynamiikassa.
Voimme esimerkiksi sanoa, että kolmella levyllä, joilla on sama poikkileikkauspinta-ala, mutta eri muodot: kovera, suora ja kupera, on hyvin erilainen vastuskerroin. Kuperalla muodolla se on 0,34, suoralla - 1,1, koveralla - 1,33. Se oli kovera muoto, joka otettiin Savonius-roottorin siipille. Se on tunnustettu tehokkaimmaksi isännäksituulienergia.
Savonius-roottorin toimintaperiaate
Toisin kuin Flettnerin purjeessa, Savonius ehdotti sylinterin jakamista kahteen puolikkaaseen ja niiden siirtämistä toisiinsa nähden, jotta siivet ja niiden välinen tila saadaan. Savoniuksen idean ydin oli, että yhteen siivekkeeseen osuva ilmavirta ei mennyt sen jälkeen vain sivulle, vaan aksiaalisen raon kautta ohjautui toiseen siivekkeeseen, mikä lisäsi merkittävästi tuulen vaikutusta.
Tämän toimintaperiaatteen ansiosta Savonius-roottori toimii myös kevyessä tuulessa.
Profiilivaihtoehtoja on useita:
- Siivit on kiinnitetty akseliin siten, että niiden väliin ei jää ilmarakoa. Tämä on yksinkertaisin versio Savonius-roottorin monista kuvauksista.
- Yhden terän pohja työnnetään toisen terän pohjaan. Akseliviivaa pitkin jää merkittävä rako. Tämä vaihtoehto mahdollistaa tuulen siirtymisen roottorin toisesta puoliskosta toiseen. Tehokkaampi profiili.
- Sama kuin toinen vaihtoehto, vain terien pinta-alaa lisätään lisäämällä suora levy sisäpuolelle.
Soveltamisala
Viime vuosisadan 60-luvulla Savonius-roottoreita käytettiin rautateiden ilmanvaihtojärjestelmissä. Ne asennettiin vaunujen katoille. Liikkeen aikana roottori alkoi pyöriä ja pumpata ilmaa kadulta huoneeseen. Samanlaisia järjestelmiä asennettiin myös linja-autoihin.
Tänään roottorin pääsovellus on käytössäpystyakseliset tuuliturbiinit. On olemassa useita samanlaisia malleja, joissa yhdistyy kaksi tekijää:
- pystysuuntainen kiertoakseli;
- vaatimattomuus tuulen suunnan suhteen.
Pystytuuliturbiinien lisäksi on laitteita, joissa on vaaka-akseli. Ne erottuvat suuresta paluusta samalla tuulenvoimalla. Rakenteellisesti ne muistuttavat lentokoneiden potkureiden siipiä, jotka sijaitsevat vaaka-akselilla ja joissa on ohjauspyrstö tuulen suuntaamiseksi.
Savonius-tuuliturbiinin edut
Huolimatta siitä tosiasiasta, että tuuliturbiinien pystysuorat aksiaaliset roottorit menettävät tehokkuutensa vaakasuuntaisiin aksiaaliroottoreihin verrattuna, niillä on silti useita kiistattomia etuja:
- Työskentele millä tahansa ilmastovyöhykkeellä. Pienen poikkipinta-alansa ansiosta ne eivät pelkää hurrikaanituulia.
- Älä vaadi lisälaitteita niiden käynnistämiseen. Lapojen koveran muodon vuoksi laukaisu tapahtuu minimituulen arvoilla-0,3 m/s. Generaattori saavuttaa optimaaliset arvot ilman virtausnopeudella 5 m/s.
- Matalan, jopa 20 dB:n melutason ansiosta tuulimylly voidaan asentaa kotelon läheisyyteen, mikä on tärkeää pienitehoisen sähköntuotannon ja johtojen virran häviämisen kann alta.
- Ei vaadi tiettyä tuulen suuntaa. Ne alkavat toimia missä tahansa kulmassa olevasta ilmavirrasta.
- Yksinkertainen suunnittelu vähentää ylläpitokustannuksia.
- Ei vaarallinen linnuille, jotka havaitsevat rakenteen kokonaisuutena eivätkä yritä lentää terien läpi.
Pystysuuntaisten tuuliturbiinien haittoja ovat suhteellisen alhainen hyötysuhde, korkeammat rakennusmateriaalikustannukset ja suuret koot, jotka vaaditaan vaaditun tehon saavuttamiseksi.
Kuinka tehdä tuuliturbiini omin käsin
Laitteen valmistaminen, joka toimittaisi maalaistalon kokonaan sähköllä, vaikuttaa epätodennäköiseltä. Pienen tuulimyllyn tekeminen tuottamaan ilmaista sähköä, joka varmistaa pienitehoisten laitteiden toiminnan (kastelupumppu, talon edessä katuvalaistus, automaattisten porttien avaaminen) on kuitenkin jokaisen käsityöläisen voimissa. Tätä varten tarvitset:
- 3 alumiinilevyä, joiden sivun pituus on 33 cm, paksuus noin 1 mm;
- viemäriputki halkaisij altaan 15 cm ja pituus 60 cm;
- 4 cm vesiputki;
- sähkögeneraattori (autoa voi käyttää);
- liittimet (teräskulmat, itseporautuvat ruuvit, mutterit, pultit).
Ruoanlaitto-ohjeet
Yksinkertaisen Savonius-roottorin valmistamiseksi tarvitset:
- Leikkaa alumiinilevyistä 3 levyä, joiden halkaisija on 33 cm.
- Leikkaa halkaisij altaan 15 cm vesiputki akselia pitkin, jotta saat 2 aihiota teriä varten. Leikkaa sitten jokainen pala keskeltä. Näin saat 4 identtistä, 30 cm pitkää terää.
- Poraa kiekkojen keskelle reikä, jonka läpi voit työntää 4 cm:n vesiputken.
- Liitä kaikki kolme levyä putkella ja niiden väliinaseta terät. Kaksi kahden levyn välissä. Terät on suunnattava siten, että niiden akselien välinen kulma on 90 astetta. Tämä antaa jopa pienen tuulen pyörittää generaattoria.
- Käytä kulmia ja itsekierteittäviä ruuveja terät kiinnittämiseen alumiinivanteisiin.
- Paina generaattorin akseli putken alaosaan, joka on akseli.
Tuuligeneraattori on valmis. Jää vain valita asennuspaikka, joka on riittävän avoin ilmavirroille. Jos tuuli ei riitä, voit tehdä korkean maston, jonka päälle laita generaattori.
Esivalmistetut pystysuuntaiset tuuliturbiinit
Vaihtoehtoisen energian kehittymisen myötä autonomisten tehonsyöttötuotteiden kysyntä kasvaa. Tällä hetkellä markkinoilla on venäläisiä tuulivoimaloita, joiden hinta alkaa 60 tuhannesta ruplasta.
Näitä yksiköitä voidaan käyttää yksityisellä sektorilla, ja ne täyttävät sähköntarpeen 250 W - 250 kW.
