Жел энергиясын түрлендіру - арзан электр энергиясын алудың бір жолы. Жел турбиналарының көптеген конструкциялары бар. Олардың кейбіреулері максималды тиімділікке арналған, басқалары пайдалануда қарапайым. Екінші топқа шамамен 100 жыл бұрын жасалған Савониус роторы кіреді, ол әлі де әртүрлі техникалық мәселелерді шешу үшін сәтті қолданылады.
Жаратылу тарихы
Сигурд Иоганнес Савониус (1884 - 1931) - Финляндиядан шыққан өнертапқыш, жел энергиясын зерттеуге байланысты физикадағы жұмысы үшін танымал болды. Ол өзінің өмірінде жел турбиналарын жасау үшін ғана емес, сонымен қатар кеме жасауда, сондай-ақ заманауи теміржол вагондары мен автобустардың желдету жүйелерінде қолданылатын бірнеше патент алды.
Германияның тағы бір өнертапқышы - Антон Флеттнер (1888 - 1861) өткен ғасырдың басында классикалық желкенге балама ойлап тауып, Флеттнер роторын жасады. Өнертабыстың мәнітөмендетілді: жел соққан айналмалы цилиндр ауа ағынының күшінен 50 есе асатын көлденең бағытта бағытталған күш алды. Осы ашылудың арқасында желдің күшін қозғалысқа келтіретін бірнеше кемелер жасалды. Кәдімгі желкенді қайықтардан айырмашылығы, бұл кемелер толығымен энергияға тәуелсіз болмады. Роторды айналдыру үшін қозғалтқыштар қажет болды.
Флеттнердің желкеніне ой жүгірте отырып, Савониус жел энергиясын оны айналдыру үшін де пайдалануға болады деген қорытындыға келді. 1926 жылы ол ішіне қарама-қарсы бағытталған қалақтары бар ашық цилиндрдің дизайнын жасап, патенттеді.
Аздап физика
Біріншіден, кішкене теория. Велосипедпен жүру кезінде ауа қозғалысқа айтарлықтай қарсылық тудыратынын бәрі байқады. Ал жылдамдық неғұрлым жоғары болса, бұл мән соғұрлым жоғары болады. Қарсылыққа әсер ететін екінші фактор - ауа ағыны әсер ететін дененің көлденең қимасының ауданы. Бірақ дененің геометриясына қатысты үшінші шама бар. Бұл аэродинамикаға келгенде, көліктің кузовының дизайнерлері дәл осылай азайтуға тырысады.
Мысалы, көлденең қимасының ауданы бірдей, бірақ пішіндері әртүрлі: ойыс, түзу және дөңес үш пластинаның кедергі коэффициенті мүлдем басқа болады деп айта аламыз. Дөңес пішін үшін ол 0,34, түзу үшін - 1,1, ойыс үшін - 1,33 болады. Бұл Савониус роторының қалақтары үшін алынған ойыс пішін болды. Ол ең тиімді хост ретінде танылдыжел энергиясы.
Савониус роторының жұмыс принципі
Флеттнердің желкенінен айырмашылығы, Савониус пышақтарды және олардың арасындағы кеңістікті алу үшін цилиндрді екі жартыға бөліп, бір-біріне қатысты жылжытуды ұсынды. Савониус идеясының мәні мынада: бір қалақшаға соғылған ауа ағыны одан кейін жай ғана бүйірге кетпей, осьтік саңылау арқылы өтіп, желдің әсерін айтарлықтай арттыратын екінші қалаққа қайта бағытталады.
Бұл жұмыс принципі Savonius роторына жеңіл желде де жұмыс істеуге мүмкіндік береді.
Профильдің бірнеше опциялары бар:
- Пышақтар осьте олардың арасында ауа саңылауы болмайтындай етіп бекітілген. Бұл Savonius роторының көптеген сипаттамаларының ең қарапайым нұсқасы.
- Бір пышақтың негізі екіншісінің негізіне салынған. Ось сызығында айтарлықтай алшақтық қалады. Бұл опция желдің ротордың бір жартысынан екіншісіне өтуіне мүмкіндік береді. Неғұрлым тиімді профиль.
- Екінші нұсқа сияқты, тек қана пышақтардың ауданы ішкі жағына түзу тақта қосу арқылы ұлғайтылады.
Қолдану саласы
Өткен ғасырдың 60-жылдарында теміржол желдеткіш жүйелерінде Savonius роторлары қолданылды. Олар вагондардың шатырларына орнатылды. Қозғалыс кезінде ротор айнала бастады және көшедегі ауаны бөлмеге айдай бастады. Осындай жүйелер автобустарда да орнатылған.
Бүгінгі таңда ротордың негізгі қолданысы осындатік осьті жел турбиналары. Екі факторды біріктіретін бірнеше ұқсас дизайн бар:
- тік айналу осі;
- жел ағынының бағытына қарапайымдылық.
Тік жел турбиналарынан басқа, көлденең осі бар құрылғылар бар. Олар бірдей жел күші бар үлкен қайтарыммен ерекшеленеді. Құрылымы жағынан олар көлденең осьте орналасқан және желмен туралану үшін бағыттаушы құйрығы бар ұшақ винттерінің қалақтарына ұқсайды.
Savonius жел турбинасының артықшылықтары
Жел турбиналарының тік осьтік роторлары көлденең осьтік роторларға қарағанда тиімділігін жоғалтқанына қарамастан, олардың әлі де бірқатар даусыз артықшылықтары бар:
- Кез келген климаттық белдеуде жұмыс жасаңыз. Көлденең ауданы кішкентай болғандықтан, олар дауыл желдерден қорықпайды.
- Оларды іске қосу үшін қосымша құрылғылар қажет емес. Қалақтардың ойыс пішініне байланысты ұшыру желдің минималды мәндерінде орын алады - 0,3 м / с. Генератор 5 м/с ауа ағынының жылдамдығында оңтайлы мәндерге жетеді.
- Төмен шу деңгейі 20 дБ дейін болғандықтан, жел диірменін корпусқа жақын жерде орнатуға болады, бұл аз қуатты электр энергиясын өндіру және сымдардағы ток жоғалту үшін маңызды.
- Нақты жел бағытын қажет етпейді. Олар кез келген бұрышта өтетін ауа ағынынан жұмыс істей бастайды.
- Қарапайым дизайн техникалық қызмет көрсету шығындарын азайтады.
- Құрылымды тұтастай қабылдайтын және жүздер арқылы ұшуға тырыспайтын құстар үшін қауіпті емес.
Тік жел турбиналарының кемшіліктеріне салыстырмалы түрде төмен тиімділік, құрылыс материалдарының жоғары құны, қажетті қуатқа қол жеткізу үшін қажет үлкен өлшемдер жатады.
Жел турбинасын өз қолыңызбен қалай жасауға болады
Сауалдық үйді толығымен электр қуатымен қамтамасыз ететін құрылғы жасау екіталай көрінеді. Дегенмен, аз қуатты құрылғылардың жұмысын қамтамасыз ететін (суару сорғысы, үй алдындағы көшені жарықтандыру, автоматты қақпаларды ашу) тегін электр энергиясын өндіру үшін шағын жел диірменін жасау кез келген шебердің қолында. Ол үшін сізге қажет:
- 3 бүйірлік ұзындығы 33 см, қалыңдығы шамамен 1 мм алюминий парақ;
- диаметрі 15 см және ұзындығы 60 см су төгетін құбыр;
- 4 см су құбыры;
- электр генераторы (көлікті пайдалануға болады);
- фитингтер (болат бұрыштар, өздігінен бұрап тұратын бұрандалар, гайкалар, болттар).
Пісіру нұсқаулары
Қарапайым Savonius роторын жасау үшін сізге қажет:
- Алюминий парақтардан диаметрі 33 см 3 дискті кесіңіз.
- Пышақтар үшін 2 дайындама жасау үшін ось бойымен диаметрі 15 см су құбырын кесіңіз. Содан кейін әрбір бөлікті ортасынан кесіңіз. Осылайша сіз ұзындығы 30 см 4 бірдей пышақ аласыз.
- Дискілердің ортасынан 4 см су құбырын салуға болатын тесікті бұрғылаңыз.
- Үш дискіні де құбырмен және олардың арасымен жалғаңызпышақтарды салыңыз. Екі диск арасында екі. Пышақтар олардың осі арасындағы бұрыш 90 градус болатындай етіп бағытталуы керек. Бұл генераторды шамалы желмен айналдыруға мүмкіндік береді.
- Пышақтарды алюминий жиектерге бекіту үшін бұрыштар мен өздігінен бұрап тұратын бұрандаларды пайдаланыңыз.
- Генератор білігін құбырдың осі болып табылатын төменгі бөлігіне басыңыз.
Жел генераторы дайын. Ауа ағындары үшін жеткілікті ашық орнату орнын таңдау ғана қалады. Жел жеткіліксіз болса, жоғары діңгек жасауға болады, оның үстіне генераторды қоюға болады.
Жинамалы тік жел турбиналары
Баламалы энергияның дамуымен автономды электрмен жабдықтау өнімдеріне сұраныс артуда. Қазіргі уақытта нарықта бағасы 60 мың рубльден басталатын ресейлік жел қондырғылары бар.
Бұл қондырғыларды 250 Вт-тан 250 кВт-қа дейінгі электр энергиясына қажеттіліктерді қанағаттандыратын жеке секторда пайдалануға болады.
