Om windenergie te transformeer is een manier om goedkoop elektrisiteit te kry. Daar is baie ontwerpe van windturbines. Sommige van hulle is ontwerp vir maksimum doeltreffendheid, ander is onpretensieus in gebruik. Die tweede groep sluit die Savonius-rotor in, wat sowat 100 jaar gelede geskep is, dit word steeds suksesvol gebruik om verskeie tegniese probleme op te los.
Skeppingsgeskiedenis
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - uitvinder van Finland, het bekendheid verwerf vir sy werk in fisika wat verband hou met die studie van windenergie. Gedurende sy lewe het hy verskeie patente ontvang wat nie net gebruik word om windturbines te skep nie, maar ook in skeepsbou, asook in ventilasiestelsels van moderne spoorwegwaens en busse.
Nog 'n uitvinder van Duitsland - Anton Flettner (1888 - 1861) het aan die begin van die vorige eeu met 'n alternatief vir die klassieke seil vorendag gekom en die sogenaamde Flettner-rotor geskep. Die essensie van die uitvindingis tot die volgende verminder: 'n roterende silinder, wat deur die wind gewaai is, het 'n krag ontvang wat in die horisontale rigting gerig is, wat 50 keer die krag van die lugvloei oorskry het. Danksy hierdie ontdekking is verskeie skepe gebou wat die krag van die wind gebruik om te beweeg. Anders as konvensionele seilbote, was hierdie vaartuie nie heeltemal energie-onafhanklik nie. Motore was nodig om die rotor te laat draai.
Besin oor Flettner se seil, het Savonius tot die gevolgtrekking gekom dat windenergie ook gebruik kan word om dit te laat spin. In 1926 het hy die ontwerp van 'n oop silinder met teenoorgestelde gerigte lemme binne ontwikkel en gepatenteer.
'n bietjie fisika
Eerstens 'n bietjie teorie. Almal het opgemerk dat wanneer jy 'n fiets ry, die lug 'n aansienlike weerstand teen beweging skep. En hoe hoër die spoed, hoe hoër hierdie waarde. Die tweede faktor wat weerstand beïnvloed, is die deursnee-area van die liggaam wat deur die lugvloei geraak word. Maar daar is 'n derde hoeveelheid, wat verband hou met die geometrie van die liggaam. Dit is presies wat motorbakontwerpers probeer verminder wanneer dit by lugdinamika kom.
Ons kan byvoorbeeld sê dat drie plate met dieselfde deursnee-area, maar met verskillende vorms: konkaaf, reguit en konveks, 'n baie verskillende sleepkoëffisiënt sal hê. Vir 'n konvekse vorm sal dit 0,34 wees, vir 'n reguit een - 1,1, vir 'n konkawe een - 1,33. Dit was die konkawe vorm wat geneem is vir die lemme van die Savonius-rotor. Dit word erken as die mees effektiewe gasheerwindenergie.
Die beginsel van werking van die Savonius-rotor
Anders as Flettner se seil, het Savonius voorgestel om die silinder in twee helftes te verdeel en hulle relatief tot mekaar te skuif om die lemme en die spasie tussen hulle te kry. Die kern van Savonius se idee was dat die lugvloei wat een lem getref het, nie net daarna na die kant toe gegaan het nie, maar, deur die aksiale gaping, herlei is na die tweede lem, wat die effek van die wind aansienlik verhoog het.
Hierdie beginsel van werking laat die Savonius-rotor toe om selfs in ligte wind te werk.
Daar is verskeie profielopsies:
- Die lemme is op so 'n manier op die as vasgemaak dat daar geen luggaping tussen hulle is nie. Dit is die eenvoudigste weergawe van die vele beskrywings van die Savonius-rotor.
- Die basis van een lem word in die basis van die ander geplaas. 'n Beduidende gaping bly langs die aslyn. Hierdie opsie laat die wind van die een helfte van die rotor na die ander beweeg. Meer doeltreffende profiel.
- Dieselfde as die tweede opsie, net die area van die lemme word vergroot deur 'n reguit plaat aan die binnekant by te voeg.
Omvang van toepassing
In die 60's van die vorige eeu is Savonius-rotors in spoorwegventilasiestelsels gebruik. Hulle is op die dakke van die waens geïnstalleer. Tydens die beweging het die rotor begin tol en lug van die straat af na die kamer in pomp. Soortgelyke stelsels is ook op busse geïnstalleer.
Vandag is die hooftoepassing van die rotor invertikale as windturbines. Daar is 'n aantal soortgelyke ontwerpe wat twee faktore kombineer:
- vertikale rotasie-as;
- onpretensieus teenoor die rigting van die windvloei.
Benewens vertikale windturbines, is daar toestelle met 'n horisontale as. Hulle word onderskei deur 'n groot opbrengs met dieselfde windkrag. Struktureel lyk hulle soos die lemme van vliegtuigskroewe, geleë op 'n horisontale as en met 'n leistert vir belyning met die wind.
Voordele van die Savonius-windturbine
Ondanks die feit dat vertikale aksiale rotors van windturbines in doeltreffendheid verloor teenoor horisontale aksiale rotors, het hulle steeds 'n aantal onmiskenbare voordele:
- Werk in enige klimaatsone. Weens hul klein dwarsoppervlak is hulle nie bang vir orkaanwinde nie.
- Moenie bykomende toestelle vir hul bekendstelling benodig nie. As gevolg van die konkawe vorm van die lemme vind die lansering plaas teen minimum windwaardes – 0,3 m/s. Die kragopwekker bereik optimale waardes teen 'n lugvloeispoed van 5 m/s.
- As gevolg van die lae geraasvlak van tot 20 dB, kan die windpomp naby behuising geïnstalleer word, wat belangrik is vir laekrag-elektrisiteitsopwekking en verlies aan stroom in die drade.
- Moenie 'n spesifieke windrigting vereis nie. Hulle begin werk vanaf die lugvloei wat teen enige hoek beweeg.
- Eenvoudige ontwerp verminder instandhoudingskoste.
- Nie gevaarlik vir voëls wat die struktuur as 'n geheel waarneem en nie deur die lemme probeer vlieg nie.
Die nadele van vertikale windturbines sluit in relatief lae doeltreffendheid, hoër koste vir boumateriaal, groot groottes wat nodig is om die vereiste krag te bereik.
Hoe om 'n windturbine met jou eie hande te maak
Om 'n toestel te maak wat 'n landhuis heeltemal van elektrisiteit sal voorsien, lyk onwaarskynlik. Om egter’n klein windpompie te maak om gratis elektrisiteit op te wek wat die werking van laekragtoestelle (besproeiingspomp, straatbeligting voor die huis, oopmaak van outomatiese hekke) verseker, is egter binne die mag van enige vakman. Hiervoor benodig jy:
- 3 aluminiumplate met 'n sylengte van 33 cm, ongeveer 1 mm dik;
- dreinpyp 15 cm in deursnee en 60 cm lank;
- 4 cm waterpyp;
- elektriese kragopwekker (motor kan gebruik word);
- toebehore (staalhoeke, selftappende skroewe, moere, boute).
Kookinstruksies
Om 'n eenvoudige Savonius-rotor te maak, benodig jy:
- Sny 3 skywe met 'n deursnee van 33 cm uit aluminiumplate.
- Sny 'n waterpyp met 'n deursnee van 15 cm langs die as om 2 spasies vir die lemme te maak. Sny dan elke stuk oor die middel. So sal jy 4 identiese lemme kry, 30 cm lank.
- Boor 'n gat in die middel van die skywe waardeur jy 'n 4 cm-waterpyp kan steek.
- Verbind al drie skywe met 'n pyp, en tussen hullesteek lemme in. Twee tussen twee skywe. Die lemme moet so georiënteer wees dat die hoek tussen hul asse 90 grade is. Dit sal selfs 'n effense wind toelaat om die kragopwekker te laat draai.
- Gebruik hoeke en selftappende skroewe om die lemme op aluminiumvellings vas te maak.
- Druk die kragopwekker-as in die onderste deel van die pyp, wat die as is.
Die windkragopwekker is gereed. Dit bly net om 'n installasieplek te kies wat voldoende oop is vir lugstrome. As daar nie genoeg wind is nie, dan kan jy 'n hoë mas maak, waarop die kragopwekker sit.
Voorafvervaardigde vertikale windturbines
Met die ontwikkeling van alternatiewe energie is daar 'n toenemende vraag na outonome kragtoevoerprodukte. Tans is daar Russies-vervaardigde windturbines op die mark, waarvan die prys vanaf 60 duisend roebels begin.
Hierdie eenhede kan in die privaatsektor gebruik word en voldoen aan elektrisiteitsbehoeftes van 250 W tot 250 kW.
