Tartalom

1. Alapfogalmak
2. Milyen generátorra van szüksége?
3. A szél választása
4. A biztonságról
5. Szél, aerodinamika, KIEV
6. Mit várhatunk el egy klasszikustól?
7. Függőleges
8. APU Birjukov
9. Pengék
10. Mini és mikro
11. Vitorlások
12. Házi generátor
13. Kimenet
14. Videó: szélturbina gyártási technológia

Oroszország kettős helyzetben van a szélenergia-forrásokkal kapcsolatban. Egyrészt a hatalmas összterület és a rengeteg sík terület miatt általában sok a szél, és többnyire lapos. Másrészt szeleink többnyire alacsony fokúak, lassúak, lásd a 7. ábrát. Harmadszor a ritkán lakott területeken erőszakos a szél. Ez alapján a gazdaságban szélgenerátor indításának feladata meglehetősen releváns. De ahhoz, hogy eldönthesse, meglehetősen drága eszközt vásárol-e, vagy saját maga készíti el, alaposan át kell gondolnia, hogy melyik típust (és sok van belőlük) melyik célra válassza.

Oroszország szélenergia-forrásai

Alapfogalmak

1. KIEV – a szélenergia felhasználási együtthatója. Ha a sík szélének mechanisztikus modelljének kiszámításához használjuk (lásd alább), akkor ez megegyezik a szélerőmű (APU) rotorjának hatékonyságával.
2. Hatékonyság – az APU végpontok közötti hatékonysága a bejövő széltől az elektromos generátor kapcsain át, vagy a tartályba pumpált vízmennyiségig.
3. A minimális üzemi szélsebesség (MWS) annak a sebességnek felel meg, amellyel a szélturbina megkezdi a terhelés áramellátását.
4. A legnagyobb megengedett szélsebesség (MDS) az a sebesség, amellyel az energiatermelés leáll: az automatika vagy kikapcsolja a generátort, vagy a rotort egy szélkakasba helyezi, vagy összehajtja és elrejti, vagy maga a rotor leáll, vagy Az APU egyszerűen összeomlik.
5. Induló szélsebesség (SWV) – ennél a sebességnél a rotor terhelés nélkül képes forogni, felpörögni és belépni az üzemmódba, amely után a generátort be lehet kapcsolni.
6. Negatív indítási sebesség (OSS) – ez azt jelenti, hogy az APU (vagy szélturbina – szélerőmű, vagy VEA, szélerőmű egység) bármely szélsebességen történő elindításához kötelező külső energiaforrásból történő felpörgetést igényel.
7. Indító (kezdeti) nyomaték – egy légáramban erővel lassított rotor képessége, hogy forgatónyomatékot hozzon létre a tengelyen.
8. A szélturbina (VD) az APU része a rotortól a generátor vagy szivattyú tengelyéig vagy egy másik energiafogyasztóig.
9. Rotációs szélgenerátor – APU, amelyben a szélenergiát forgatónyomatékká alakítják át az erőátviteli tengelyen a rotor forgatásával a légáramban.
10. A rotor működési sebességtartománya az MDS és az MPC közötti különbség, ha névleges terhelés mellett működik.
11. Lassú sebességű szélmalom – abban a patakban lévő rotor részek lineáris sebessége nem haladja meg jelentősen vagy a alatti sebességet. A dinamikus áramlási fej közvetlenül a penge tolóerővé alakul.
12. Nagy sebességű szélmalom – a lapátok lineáris sebessége jelentősen (akár 20-szor vagy többször) nagyobb, mint a szélsebesség, és a rotor kialakítja saját légkeringését. Az áramlási energia tolóerővé alakításának ciklusa összetett.

Megjegyzések:

1. Az alacsony sebességű APU-k általában KIEV-vel rendelkeznek, mint a nagy sebességűek, de a kezdő nyomatékuk elegendő ahhoz, hogy a generátort felpörgessék anélkül, hogy leválasztanák a terhelést, és nulla TCO-t, azaz teljesen önindító és a legkönnyebb szélben is alkalmazható.
2. A lassúság és a sebesség relatív fogalom. A 300 fordulat / perc sebességű háztartási szélturbina alacsony fordulatszámú lehet, és nagy teljesítményű EuroWind típusú APU-k, amelyekből a szélerőművek, a szélerőművek (lásd az ábrát) területei és amelyek rotorai körülbelül 10 fordulat / perc sebességgel járnak, mert ilyen átmérőjük mellett a lapátok lineáris sebessége és aerodinamikája a fesztávolságuk nagyobb részén meglehetősen „repülőgépszerű”, lásd alább.

Milyen generátorra van szüksége?

A háztartási szélturbina elektromos generátorának széles körű forgási sebességgel kell áramot termelnie, és képesnek kell lennie az önindításra automatika és külső áramforrások nélkül. Abban az esetben, ha olyan APU-t használnak OSS-sel (forgó szélturbinák), ​​amelyek általában magas KIEV-értékkel és hatékonysággal rendelkeznek, annak is megfordíthatónak kell lennie, azaz képes legyen motorként dolgozni. 5 kW teljesítményig ezt a feltételt teljesítik a nióbiumon alapuló állandó mágnesekkel ellátott elektromos gépek (szupermágnesek); acél vagy ferrit mágneseken legfeljebb 0,5-0,7 kW-ra számíthat.

Megjegyzés: az aszinkron generátorok vagy a nem mágnesezett sztátorral ellátott kollektorváltók egyáltalán nem alkalmasak. Amikor a szélerõ csökken, jóval azelõtt "kimennek", mielõtt a sebessége az MPC-re csökken, és akkor maguk nem indulnak el.

Az APU 0,3–1,2 kW teljesítményű kiváló „szívét” egy beépített egyenirányítóval ellátott váltakozó áramú autogenerátor biztosítja; ezek most a többség. Először is, a 11,6–14,7 V kimeneti feszültséget meglehetősen széles sebességtartományban tartják külső elektronikus stabilizátorok nélkül. Másodszor, a szilícium kapuk kinyílnak, amikor a tekercsen átmenő feszültség eléri az 1,4 V-ot, és előtte a generátor „nem látja” a terhelést. Ehhez a generátort elég jól fel kell pörgetni.

A legtöbb esetben az autogenerátort közvetlenül, sebességváltó vagy szíjhajtás nélkül, a nagy sebességű HP tengelyhez lehet csatlakoztatni a sebesség kiválasztásával a lapátok számának kiválasztásával, lásd alább. A "gyors járókák" kezdő nyomatéka kicsi vagy nulla, de a rotornak elegendő ideje lesz ahhoz, hogy eléggé felpörögjön a terhelés leválasztása nélkül, mielőtt a szelepek kinyílnának, és a generátor áramot adna.

A szél választása

Mielőtt eldöntenénk, melyik szélgenerátort készítsük, döntsünk a helyi aerológia mellett. A széltérkép szürkés-zöldes (szélcsendes) területein legalábbis valami értelem csak egy vitorlás szélturbinából származik (és ezekről még beszélünk). Ha állandó tápellátásra van szüksége, hozzá kell adnia egy emlékeztetőt (egyenirányító feszültségstabilizátorral), töltőt, nagy teljesítményű akkumulátort, invertert 12/24/36/48 V DC-től 220/380 V-ig 50 Hz AC-ig. . Egy ilyen gazdaság költsége nem kevesebb, mint 20 000 dollár, és nem valószínű, hogy hosszú távú, 3-4 kW-nál nagyobb teljesítményt lehetne eltávolítani. Általánosságban elmondható, hogy az alternatív energiára törekvő hajthatatlanoknál jobb más forrásokat keresni.

Sárgászöld, gyengén szeles helyeken, akár 2-3 kW áramigényig, maga is felveheti a lassú fordulatszámú függőleges szélgenerátort . Megszámlálhatatlanul kifejlesztették őket, és vannak olyan tervek, amelyek a KIEV és a hatékonyság szempontjából szinte nem alacsonyabbak, mint az ipari gyártmányú "pengék".

Ha állítólag szélerőművet vásárolnak egy házhoz, akkor jobb, ha egy vitorrotoros szélturbinára koncentrálunk. Sok vita van, és elméletileg még nem minden világos, de működnek. Az Orosz Föderációban Taganrogban "vitorlás hajókat" állítanak elő 1-100 kW kapacitással.

Piros, szeles területeken a választás a szükséges teljesítménytől függ. A 0,5-1,5 kW tartományban a saját készítésű "függőlegesek" indokoltak; 1,5-5 kW – vásárolt "vitorlások". A "Vertical" szintén megvásárolható, de többe kerül, mint egy vízszintes APU. És végül, ha 5 kW vagy annál nagyobb teljesítményű szélturbinára van szükség, akkor vízszintesen vásárolt "lapátok" vagy "vitorlások" közül kell választania.

Megjegyzés: sok gyártó, különösen a második szint, olyan alkatrészkészleteket kínál, amelyekből Ön maga is összeszerelhet akár 10 kW teljesítményű szélturbinát. Egy ilyen készlet 20-50% -kal olcsóbb, mint egy beépített beépítés. De vásárlás előtt alaposan tanulmányoznia kell a javasolt telepítési hely aerológiáját, majd a specifikációknak megfelelően válassza ki a megfelelő típust és modellt.

A biztonságról

A működő háztartási szélturbina egyes részeinek lineáris sebessége meghaladhatja a 120 vagy akár 150 m / s értéket, és bármely 20 g tömegű szilárd anyag darabja 100 m / s sebességgel repülhet, "sikeres" ütéssel, megöl egy egészséges embert a helyszínen. 2 mm vastag acél vagy kemény műanyag lemez, amely 20 m / s sebességgel mozog, kettévágja.

Ezenkívül a legtöbb 100 W feletti szélturbina meglehetősen zajos. Sokan rendkívül alacsony (16 Hz alatti) légnyomásingadozásokat generálnak – infrahangok. Az infrahangok nem hallhatóak, de roncsolják az egészséget, és nagyon messzire terjednek.

Megjegyzés: az 1980-as évek végén botrány volt az Egyesült Államokban – az ország akkori legnagyobb szélerőművét le kellett zárni. Az indiánok az APU területétől 200 km-re fekvő rezervátumtól bebizonyították a bíróság előtt, hogy az egészségügyi rendellenességek, amelyek a WPP üzembe helyezése után meredeken megnőttek, annak infrahangjának köszönhetők.

A fenti okokból megengedett az APU telepítése a legközelebbi lakóépületektől legalább 5 magasságuk távolságában. A magán háztartások udvarán telepítheti az ipari gyártású, megfelelően tanúsított szélturbinákat. Általában lehetetlen APU-t felszerelni a tetőkre – működésük során, még kis teljesítményűek mellett is, váltakozó mechanikai terhelések lépnek fel, amelyek az épületszerkezet rezonanciáját és tönkremenetelét okozhatják.

Megjegyzés: az APU magassága a söpört korong (penge rotorok) vagy geomer ábra (a függőleges APU tengelyén rotorral ellátott) legmagasabb pontja. Ha az APU árboc vagy a rotor tengelye még magasabbra nyúlik felfelé, akkor a magasságot a tetejüktől – a tetejüktől számítják.

Szél, aerodinamika, KIEV

A házi készítésű szélgenerátor ugyanazokat a természeti törvényeket tartja be, mint a gyári, számítógéppel számolva. A házépítőnek pedig nagyon jól meg kell értenie munkájának alapjait – leggyakrabban nem áll a rendelkezésére drága, szupermodern anyagok és technológiai berendezések. Ó, milyen nehéz az APU aerodinamikája …

Szél és KIEV

A soros gyári APU kiszámításához az ún. lapos mechanisztikus szél modell. A következő feltételezéseken alapul:

• A szél sebessége és iránya állandó a rotor tényleges felületén belül.
• A levegő folyamatos közeg.
• A rotor tényleges felülete megegyezik a söpört területtel.
• A légáramlás energiája tisztán kinetikus.

Ilyen körülmények között az egységnyi levegőre jutó maximális energiát az iskola képlete alapján számítják ki, feltételezve, hogy a légsűrűség normál körülmények között 1,29 kg * köbméter. m. 10 m / s szélsebesség mellett egy légkocka 65 J-ot hordoz, és a tényleges rotorfelület egy négyzetéből 650 wattot lehet eltávolítani, a teljes APU 100% -os hatékonyságával. Ez nagyon leegyszerűsített megközelítés – mindenki tudja, hogy a szél soha nem tökéletesen lapos. De ezt meg kell tenni a termékek megismételhetőségének biztosítása érdekében – ez a technológia általános gyakorlata.

A lapos modellt nem szabad figyelmen kívül hagyni, ez egyértelműen rendelkezésre álló szélenergia minimális értékét biztosítja. De a levegő egyrészt sűrített, másrészt nagyon folyékony (a dinamikus viszkozitás csak 17,2 μPa * s). Ez azt jelenti, hogy az áramlás átfolyhat a söpört terület körül, csökkentve az effektív felületet és a KIEV-t, ami leggyakrabban megfigyelhető. De elvileg ellentétes helyzet is lehetséges: a szél a rotorhoz áramlik, és a tényleges felület akkor nagyobb lesz, mint a söpört felület, és a KIEV nagyobb, mint 1 egy lapos szél esetén.

Íme két példa. Az első egy szórakoztató jacht, meglehetősen nehéz, a jacht nemcsak a szél ellen tud menni, hanem gyorsabban is. A szél kívülről értendő; a látszólagos szélnek még mindig gyorsabbnak kell lennie, különben hogyan fogja meghúzni a hajót?

A második a repüléstörténet klasszikusa. A MIG-19 tesztjei során kiderült, hogy az elülső vadászgépnél egy tonnával nehezebb elfogó gyorsabban gyorsult. Ugyanazokkal a motorokkal, ugyanabban a siklóban.

Az elméleti szakemberek nem tudták, mit gondoljanak, és komolyan kételkedtek az energiamegmaradás törvényében. Végül kiderült, hogy ez a radarszigetelő kúp állt ki a légbeömlésből. A lábujjától a héjig tömörült a levegő, mintha az oldaláról a motor kompresszoraiig gereblyézné. Azóta a lökéshullámok elméletben szilárdan beváltak hasznosnak, és a modern repülőgépek fantasztikus repülési teljesítménye nem kis részben ügyes használatuknak köszönhető.

Aerodinamika

Az aerodinamika fejlődése általában két korszakra oszlik – N. G. Zsukovszkij előtt és utána. 1905. november 15-i "A csatolt örvényekről" című jelentése a repülés új korszakának kezdetét jelentette.

Zsukovszkij előtt laposra fektetett vitorlákon repültek: feltételezték, hogy a bejövő áram részecskéi minden lendületüket a szárny elülső peremére adják. Ez lehetővé tette a vektormennyiség – a szögimpulzus – azonnali megszabadulását, amely dühös és leggyakrabban nem analitikus matematikát eredményezett, a sokkal kényelmesebb skaláris tisztán energiareletekre való áttérésre, és ennek eredményeként a kiszámított nyomástérre a hordozósíkon, többé-kevésbé hasonló a jelenhez.

Egy ilyen mechanisztikus megközelítés lehetővé tette olyan járművek létrehozását, amelyek legalábbis felszállhatnak és repülhetnek egyik helyről a másikra, és nem feltétlenül zuhannak a földre valahol útközben. De a sebesség, a teherbírás és az egyéb repülési tulajdonságok növelésének vágya egyre inkább feltárta az eredeti aerodinamikai elmélet tökéletlenségét.

Zsukovszkij ötlete a következő volt: a szárny felső és alsó felülete mentén a levegő más utat jár. A közeg folytonosságának feltételéből (vákuumbuborékok önmagukban nem képződnek a levegőben) ebből következik, hogy a felső és alsó áramlásoknak a hátsó éltől leereszkedő sebességének eltérőnek kell lennie. A levegő kicsi, de véges viszkozitása miatt örvénynek kell kialakulnia ott a sebességkülönbség miatt.

Az örvény forog, és a lendület megőrzésének törvénye – ugyanolyan változhatatlan, mint az energia megmaradásának törvénye – érvényes a vektormennyiségekre is, azaz figyelembe kell vennie a mozgás irányát. Ezért ott, a hátsó élnél, egy ellentétesen forgó örvényt kell létrehozni, azonos nyomatékkal. Milyen eszközökkel? A motor által termelt energia miatt.

A repülés gyakorlata számára ez forradalmat jelentett: a megfelelő szárnyprofil megválasztásával lehetővé lehetett tenni, hogy a csatolt örvényt a szárny körül keringés formájában engedje meg, növelve annak emelését. Vagyis egy részét elköltötték, nagy sebesség és szárnyterhelés esetén – nagy része, a motor teljesítménye – lehetővé teszi a készülék körüli légáramlás létrehozását, amely lehetővé teszi a legjobb repülési jellemzők elérését.

Ez a repülést repüléssé tette, és nem része a repülésnek: most a repülőgép megteremthette a repüléshez szükséges környezetet, és már nem lehetett a légáramok játéka. Csak egy erősebb motorra van szüksége, és egyre erősebb …

Megint KIEV

De a szélmalomnak nincs motorja. Éppen ellenkezőleg, energiát kell vennie a szélből, és át kell adnia a fogyasztóknak. És itt jön ki – kihúzta a lábát, a farka elakadt. Túl kevés szélenergiát engedtek meg a rotor saját keringésében – gyenge lesz, a pengék tolóereje alacsony, a KIEV és a teljesítmény alacsony. Adjunk sokat a keringésért – gyenge szélben a rotor alapjáraton őrülten forog, de a fogyasztók megint keveset kapnak: adtak egy kis terhet, a rotor fékezett, a szél lefújta a keringést, és a rotor lett.

Az energia megmaradásának törvénye középen "arany középutat" ad: az energia 50% -át a terhelésnek adjuk, a fennmaradó 50% -ra pedig az optimálisra csavarjuk az áramlást. A gyakorlat megerősíti a feltételezéseket: ha egy jó húzó propeller hatékonysága 75-80%, akkor a KIEV, ugyanolyan gondosan kiszámítva és szélcsatornában fújva, a penge rotorja eléri a 38-40% -ot, azaz. akár felét is annak, amit energiafelesleggel lehet elérni.

Modernség

Manapság a modern matematikával és számítógépekkel felvértezett aerodinamika egyre inkább elmozdul az elkerülhetetlenül valamitől és az egyszerűsítő modellektől a valódi test viselkedésének pontos leírása felé egy valós áramlásban. És itt, az általános vonal mellett – erő, erő és még több erő! – mellékutak találhatók, de ígéretesek, ha csak korlátozott mennyiségű energia jut be a rendszerbe.

A híres alternatív pilóta, Paul McCready még a 80-as években létrehozott egy repülőgépet, két motorral egy 16 lóerős motorfűrésszel. 360 km / h sebességet mutat. Ráadásul alváza nem volt visszahúzható háromkerekű, a kerekek pedig sín nélkül. McCready egyik járműve sem vált online állapotba, és éber állapotban volt, de kettő – az egyik dugattyús motorral és légcsavarral, a másik sugárhajtású – a történelem során először repült a földkerekségen anélkül, hogy leszállt volna egy benzinkútnál.

Szárnyashajós vitorlás jacht

Az elmélet fejlődése az eredeti szárnyat megszülető vitorlákat is nagyon jelentősen érintette. Az "élő" aerodinamika lehetővé tette a jachtok 8 csomós szélben történő használatát. állj szárnyashajókon (lásd ábra); hogy egy ilyen ostort a propellerrel a kívánt sebességre gyorsítson, legalább 100 LE motorra van szükség. A versenyző katamaránok ugyanabban a szélben körülbelül 30 csomóval haladnak. (55 km / h).

Vannak olyan leletek is, amelyek teljesen nem triviálisak. A legritkább és legszélsőségesebb sport – alapugrás – rajongói, akik apeciális szárnyruhát, szárnyruhát viselnek, motor nélkül repülnek, manővereznek, több mint 200 km / h sebességgel (kép a jobb oldalon), majd simán landolnak egy előre kiválasztott hely. Melyik mesében repülnek az emberek egyedül?

Basejumper széles öltönyben

A természet számos rejtélye is megoldódott; különösen – egy bogár repülése. A klasszikus aerodinamika szerint nem képes repülni. Ugyanúgy, ahogy a gyémánt alakú szárnyú "lopakodó" F-117 őse sem képes a levegőbe emelkedni. És a MiG-29 és a Su-27, amelyek egy ideig farkukkal előre tudnak repülni, egyáltalán nem illenek semmilyen ötletbe.

És miért kell tehát a szélturbinákkal foglalkozni, nem szórakozásból és nem a saját fajtájuk elpusztításának eszközéből, hanem egy létfontosságú erőforrásból, miért kell kudarc nélkül táncolni a gyenge áramlatok elméletéből a lapos szélű modelljével? Nem lehet tovább menni?

Mit várhatunk el egy klasszikustól?

Azonban semmiképpen sem szabad feladni a klasszikusokat. Alapot nyújt, anélkül, hogy támaszkodna rá, amelyre nem lehet magasabbra emelkedni. Ugyanígy, mivel a halmazelmélet nem szünteti meg a szorzótáblát, és a kvantumkromodinamika nem teszi az almát felrepülésre a fák felől.

Tehát mire számíthat a klasszikus megközelítéssel? Nézzük a képet. Bal – rotortípusok; feltételesen mutatják. 1 – függőleges körhinta, 2 – függőleges ortogonális (szélturbina); 2-5 – lapátos rotorok, különböző számú lapátokkal, optimalizált profilokkal.

Különböző típusú APU-k hatékonyságának összehasonlítása

Jobb oldalon a vízszintes tengely mentén ábrázoljuk a rotor relatív sebességét, vagyis a penge lineáris sebességének és a szélsebesség arányát. Függőlegesen felfelé – KIEV. És lefelé – ismét a relatív nyomaték. Egyetlen (100%) nyomatéknak tekinthető az, amely létrehozza az áramlásban 100% KIEV-vel erőszakosan fékezett rotort, azaz amikor az áramlás összes energiája forgó erővé alakul.

Ez a megközelítés messzemenő következtetéseket tesz lehetővé. Például a kések számát nemcsak és nem annyira a kívánt forgási sebességnek megfelelően kell megválasztani: a 3- és 4-lapátok azonnal sokat veszítenek a KIEV és a nyomaték szempontjából a jól működő 2- és 6-lapátokhoz képest megközelítőleg ugyanabban a sebességtartományban. És kifelé hasonló körhinta és ortogonális alapvetően eltérő tulajdonságokkal bír.

Általában előnyben kell részesíteni a lapátos rotorokat, kivéve azokat az eseteket, amikor a legnagyobb olcsóságra, egyszerűségre, karbantartás nélküli önindításra van szükség automatizálás nélkül, és lehetetlen az emelőoszlopra emelni.

Megjegyzés: Beszéljünk különösen a vitorlás rotorokról – úgy tűnik, ezek nem illenek a klasszikusok közé.

Függőleges

A függőleges forgástengellyel rendelkező APU-k vitathatatlan előnyökkel rendelkeznek a mindennapi életben: karbantartást igénylő egységeik alulra koncentrálódnak, és nem szükséges őket felemelni. Marad, és akkor sem mindig, egy önbeálló nyomócsapágy, de erős és tartós. Ezért egy egyszerű szélturbina tervezésénél az opciók kiválasztását függőleges egységekkel kell kezdeni. Fő típusaikat az ábra mutatja.

Függőleges szélturbinák

Nap

Az első helyzetben – a legegyszerűbb, leggyakrabban Savonius rotornak hívják. Valójában 1924-ben a Szovjetunióban találta ki Ya. A. és A. A. Voronin, Sigurd Savonius finn iparos pedig szégyentelenül alkalmazta a találmányt, figyelmen kívül hagyva a szovjet szerzői jogi tanúsítványt, és megkezdte a sorozatgyártást. De a találmány sorsába történő bevezetés sokat jelent, ezért annak érdekében, hogy ne keverjük fel a múltat ​​és ne zavarjuk meg a halottak hamvait, ezt a szélturbinát Voronin-Savonius rotornak, vagy röviden VS-nek hívjuk. .

A repülőgép mindenki számára jó, kivéve a "mozdony" KIEV-t 10-18% -ban. A Szovjetunióban azonban sokat dolgoztak rajta, és vannak olyan fejlemények. Az alábbiakban egy továbbfejlesztett konstrukciót fogunk megvizsgálni, amely nem sokkal összetettebb, de a KIEV szerint előnyt ad a pengéknek.

Megjegyzés: a kétpengésű repülőgép nem forog, hanem rándulásokkal jár; A 4 lapát csak kissé simább, de sokat veszít a KIEV-ben. A javítás érdekében a 4 vályúkat leggyakrabban két emeleten hordják – alul egy pár penge, és egy másik, vízszintesen 90 fokkal elfordítva, fölöttük. A KIEV megmarad, és a mechanika oldalirányú terhelései gyengülnek, de a hajlító terhelések kissé megnőnek, és 25 m / s-nál nagyobb szél esetén ilyen APU van a tengelyen, azaz. a lepelek által kifeszített rotor fölötti csapágy nélkül "lebontja a tornyot".

Daria

A következő a Darrieus rotor; KIEV – akár 20%. Még egyszerűbb: a pengék egyszerű rugalmas szalagból készülnek, profil nélkül. A Darrieus-féle rotorelmélet még nincs eléggé kidolgozva. Csak világos, hogy a púp és a szalag zsebének aerodinamikai ellenállása közötti különbség miatt kezd kikapcsolódni, majd valamiféle gyorssá válik, kialakítva saját keringését.

A forgatónyomaték kicsi, és a rotor kiindulási helyzetében egyáltalán nincs párhuzamos vagy merőleges a szélre, ezért az önforgatás csak páratlan számú pengével (szárnyakkal) lehetséges. Mindenesetre a a centrifugálás során a generátort le kell választani.

A Darrieus rotor még két rossz tulajdonsággal rendelkezik. Először is, a forgás során a penge tolóvektora teljes fordulatszámot ír le az aerodinamikai fókuszához képest, és nem simán, hanem rángásokban. Ezért a Darrieus rotor egyenletes szél esetén is gyorsan megtöri mechanikáját.

Másodszor, Daria nem csak zajt, hanem sikoltozik és vicsorít, addig a pontig, hogy a szalag megszakad. Ez annak a rezgésének köszönhető. És minél több a pengéje, annál erősebb az üvöltés. Tehát, ha a Daria készül, akkor kétpengés, drága, nagy szilárdságú hangelnyelő anyagokból (szénszál, mylar) készül, és egy kis repülőgépet alkalmaznak az oszloposzlop közepén történő fonásra.

Ortogonális

A pos. 3 – ortogonális függőleges rotor profilos pengékkel. Ortogonális, mert a szárnyak függőlegesen kinyúlnak. A VS-ről az ortogonálra való átmenetet a 3. ábra szemlélteti. bal.

Körhinta és ortogonális rotorok

A lapátok beépítési szöge a szárnyak aerodinamikai gócait érintő kör érintőjéhez viszonyítva lehet pozitív (az ábrán) vagy negatív, a szél erősségének megfelelően. Előfordul, hogy a lapátokat elforgatják, és rákerülnek a kisteherautók, amelyek automatikusan tartják az "alfát", de az ilyen szerkezetek gyakran eltörnek.

A központi test (az ábrán kék) lehetővé teszi, hogy a KIEV-t közel 50% -ra hozza. Három pengéjű, derékszögű, háromszög alakú legyen metszetben, kissé domború oldalakkal és lekerekített sarkokkal, és nagyobb számmal a lapátokból egy egyszerű henger elegendő. De az ortogonál elmélete egyértelműen megadja a pengék optimális számát: pontosan 3-nak kell lenniük.

Az ortogonális az OSS-szel rendelkező nagy sebességű szélturbinákra utal, azaz szükségszerűen előléptetést igényel az üzembe helyezés és a nyugalom után. Az akár 20 kW teljesítményű soros felügyelet nélküli APU-kat az ortogonális séma szerint állítják elő.

Helicoid

Helikoid rotor vagy Gorlov rotor (4. poz.) – egyfajta ortogonális, egyenletes forgást biztosít; az egyenes szárnyú derékszögű csak kissé gyengébb, mint a Kr. e. A pengék hajlítása a helikoid mentén lehetővé teszi a KIEV veszteségeinek elkerülését görbületük miatt. Bár az ívelt penge felhasználás nélkül elutasítja az áramlás egy részét, egy részét a legnagyobb lineáris sebességű zónába is belerakja, ellensúlyozva a veszteségeket. A helikoidokat ritkábban használják, mint más szélturbinákat, mert a gyártás bonyolultsága miatt drágábbak, mint az azonos minőségű társaik.

Hordó-zagrebka

5 póz – BC típusú rotor, amelyet vezető lapátok vesznek körül; ábra az ábrán látható. jobb oldalon. Az ipari formatervezésnél ritkán fordul elő, mert a drága földvásárlás nem kompenzálja a kapacitás növekedését, az anyagfogyasztás és a termelés összetettsége pedig nagy. De a munkától félő házépítő már nem mester, hanem fogyasztó, és ha legfeljebb 0,5-1,5 kW-ra van szükség, akkor egy apróság neki:

Függőleges rotor vezető lapátokkal

• Az ilyen típusú rotor teljesen biztonságos, csendes, nem okoz rezgést, és bárhová felszerelhető, akár egy játszótérre is.
• A horganyzott vályúk hajlítása és a váz hegesztése a csövekből ostobaság.
• A forgás abszolút egyenletes, a mechanika részei a legolcsóbbakból vagy a kukából vehetők.
• Nem fél a hurrikánoktól – a túl erős szél nem tud betolódni a "hordóba"; áramvonalas örvénygubó jelenik meg körülötte (később találkozunk ezzel a hatással).
• És ami a legfontosabb: mivel a "megfogó" felülete többször nagyobb, mint a benne lévő rotoré, a KIEV egységenként lehet nagyobb, és a nyomaték már 3 m / s sebességgel a három méter átmérőjű "hordónál" olyan, hogy egy 1 kW-os generátor maximális terheléssel azt mondják, hogy jobb, ha nem rángatózik.

Videó: Lenz szélturbina

APU Birjukov

A 60-as években a Szovjetunióban E.S.Biryukov szabadalmaztatta a körhinta APU-t 46% KIEV-vel. Valamivel később V. Blinov ugyanezen KIEV-elv alapján a terv 58% -át elérte, de a tesztjeiről nincs adat. A Biryukov fegyveres erők teljes körű tesztjeit az Inventor és a Rationalizer magazin munkatársai hajtották végre. A 0,75 m átmérőjű és 2 m magasságú, kétszéles, friss szélben álló forgórész teljes teljesítmény mellett 1,2 kW aszinkron generátort forgatott, és törés nélkül ellenállt 30 m / s sebességnek. Biryukov APU rajzait az 1. ábra mutatja.

Pozíciók:

1. horganyzott tető rotor;
2. önbeálló kétsoros golyóscsapágy;
3. kábelek – 5 mm-es acélkábel;
4. tengely tengely – acélcső, amelynek falvastagsága 1,5-2,5 mm;
5. aerodinamikus sebességszabályozó karok;
6. sebességszabályozó pengék – 3-4 mm rétegelt lemez vagy műanyag lemez;
7. a sebességszabályozó rudai;
8. a sebességszabályozó súlya, súlya határozza meg a sebességet;
9. meghajtó szíjtárcsa – kerékpár kerék gumiabroncs nélkül, csővel;
10. tolócsapágy – tolócsapágy;
11. hajtott szíjtárcsa – szokásos generátor tárcsa;
12. generátor.

Birjukov számos szerzői jogi tanúsítványt kapott APU-jához. Először vegye észre a rotor vágását. Gyorsuláskor úgy működik, mint egy repülőgép, és nagy kezdő pillanatot hoz létre. A pörgés előrehaladtával örvénypárna jön létre a pengék külső zsebében. Szél szempontjából a pengék profilosodnak, és a rotor nagy sebességű ortogonálissá válik, a virtuális profil a szél erősségének megfelelően változik.

Másodszor, a lapátok közötti profilos csatorna az üzemi sebességtartományban központi testként működik. Ha megnő a szél, akkor örvénypárna is létrejön benne, amely túlmutat a rotoron. Ugyanaz az örvénygubó jelenik meg, mint az APU körül a vezető lapátokkal. A létrehozásához szükséges energiát a szél veszi át, és ez már nem elegendő a szélmalom lebomlásához.

Harmadszor, a sebességszabályozót elsősorban a turbinára tervezték. A KIEV szempontjából optimálisnak tartja a forgalmát. Az optimális generátorsebességet pedig a mechanika áttételének megválasztása biztosítja.

Megjegyzés: miután az 1965-ös IR-ben közzétették az ukrán fegyveres erőket, Birjukova feledésbe merült. A szerző nem kapott választ a hatóságoktól. Sok szovjet találmány sorsa. Azt mondják, hogy egyes japánok milliárdosok lettek, rendszeresen olvasták a szovjet népszerű szaklapokat és szabadalmaztatták mindazt, ami figyelmet érdemel.

Pengék

Mint fentebb említettük, a vízszintes lapátos rotoros szélturbina a legjobb a klasszikusokban. De először is stabil, legalább közepes erősségű szélre van szüksége. Másodszor, a barkács építése rengeteg buktatóval jár, ezért gyakran a hosszú kemény munka gyümölcse jobb esetben megvilágítja a WC-t, a folyosót vagy a tornácot, sőt kiderül, hogy csak önmagát képes kicsavarni.

Ábra diagramjai szerint. nézzük meg közelebbről; pozíciók:

• ÁBRA. DE:

1. rotor pengék;
2. generátor;
3. generátor ágy;
4. védő szélkakas (hurrikán lapát);
5. áramgyűjtő;
6. alváz;
7. forgatható csomó;
8. működő szélkakas;
9. árboc;
10. bilincs kábelekhez.

• ÁBRA. B, felülnézet:

1. védő szélkakas;
2. működő szélkakas;
3. a védőlapát rugófeszültség-szabályozója.

• ÁBRA. G, csúszógyűrű:

1. kollektor folyamatos rézgyűrűs gyűjtősínekkel;
2. rugós réz-grafit kefék.

Megjegyzés: az 1 m-nél nagyobb átmérőjű vízszintes lapátok orkánvédelme feltétlenül szükséges, mert nem képes örvénygubót létrehozni maga körül. Kisebb méretek esetén a rotor tartóssága akár 30 m / s is elérhető propilén lapátokkal.

Tehát hol vannak a buktatók?

Pengék

APU penge profilozása és csavarása

A reménytelen amatőr reményei szerint a generátor tengelyének teljesítménye nagyobb, mint 150-200 W bármilyen méretű, vastag falú műanyag csőből kivágott pengéknél, amint azt gyakran tanácsolják. A csőpenge (hacsak nem olyan vastag, hogy egyszerűen csak blankként használja) szegmentált profilú lesz, azaz teteje vagy mindkettő körív lesz.

A szegmensprofilok alkalmasak összenyomhatatlan közegre, például szárnyashajókra vagy légcsavar lapátokra. A gázok esetében például változó profilú és dőlésszögű pengére van szükség, lásd az ábrát; fesztávolság – 2 m. Ez egy összetett és időigényes termék lesz, amely alapos számításokat igényel, elméletileg teljesen felfegyverkezve, csőben fújva és teljes körű tesztekkel.

Generátor

Amikor a rotort közvetlenül a tengelyére szerelik, a szokásos csapágy hamarosan megszakad – a szélturbinák összes lapátjára ugyanaz a terhelés nem kerül sor. Szüksége van egy közbenső tengelyre, speciális támasztócsapággyal és mechanikus erőátvitellel a generátor felé. Nagy szélerőműveknél önbeálló kétsoros csapágyat vesznek fel; a legjobb modellekben – háromlépcsős, ábra. D az ábrán. felett. Ez lehetővé teszi, hogy a rotor tengelye ne csak kissé hajlítson, hanem kissé mozogjon egyik oldalról a másikra, vagy fel és le.

Megjegyzés: Körülbelül 30 évbe tellett az EuroWind APU tolócsapágyának kifejlesztése.

Vészhelyzeti szélkakas

Működésének elve a 3. ábrán látható. C. A szél növekszik, nyomja a lapátot, a rugó kinyúlik, a rotor elfordul, a fordulatszáma leesik, és végül párhuzamos lesz az áramlással. Úgy tűnik, minden rendben van, de papíron sima volt …

Szeles napon próbálja meg a széllel párhuzamosan tartani a forraló fedelet vagy egy nagy serpenyőt a markolatnál. Csak óvatosan – egy fideszes vasdarab olyan módon ütheti meg az arcát, hogy az megdörzsöli az orrát, elvágja az ajkát, vagy akár ki is üti a szemét.

A lapos szél csak elméleti számításokban, és a gyakorlat számára megfelelő pontossággal szélcsatornákban fordul elő. A valóságban egy hurrikán lapáttal ellátott hurrikán szélturbinák többet kezelnek, mint teljesen védtelenek. Jobb elvégezni a megvetemedett pengék cseréjét, mint mindent újra megtenni. Az ipari létesítményekben ez más kérdés. Ott a pengék dőlését egyenként figyelemmel kísérik és beállítják az automatika a fedélzeti számítógép ellenőrzése alatt. És nagy teherbírású kompozitokból készülnek, nem vízvezetékekből.

Áramgyűjtő

Ez egy rendszeresen karbantartott webhely. Bármely villamosmérnök tudja, hogy a kefével ellátott gyűjtőt meg kell tisztítani, kenni és szabályozni kell. Az árboc pedig vízvezetékből készül. Nem fog bejutni, egy-két havonta egyszer az egész szélmalmot a földre kell dobnia, majd újra fel kell emelnie. Meddig fog tartani egy ilyen "megelőzés"?

Videó: lapátos szélgenerátor + napelem a nyaraló áramellátásához

Mini és mikro

De a lapát méretének csökkenésével a nehézségek a kerék átmérőjének négyzete mentén esnek. Már lehetséges önállóan gyártani egy vízszintes penge APU-t akár 100 W teljesítményig. Optimális lenne egy 6 pengés. Több pengével a rotor átmérője ugyanahhoz a teljesítményhez kisebb lesz, de nehéz lesz szilárdan rögzíteni őket az agyon. A kevesebb, mint 6 lapátos rotorokat figyelmen kívül lehet hagyni: egy 100 W-os kétlapátoshoz 6,34 m-es, míg az azonos teljesítményű 4-eshez 4,5 m szükséges. 6-lapátos teljesítmény- és átmérőfüggés a következőképpen fejeződik ki: :

• 10 W – 1,16 m.
• 20 W – 1,64 m.
• 30 W – 2 m.
• 40 W – 2,32 m.
• 50 W – 2,6 m.
• 60 W – 2,84 m.
• 70 W – 3,08 m.
• 80 W – 3,28 m.
• 90 W – 3,48 m.
• 100 W – 3,68 m
• 300 W – 6,34 m.

A legjobb az lesz, ha 10-20 wattos teljesítményre számítunk. Először is, a 0,8 m-nél nagyobb fesztávolságú műanyag penge további védelmi intézkedések nélkül nem képes ellenállni a 20 m / s-nál nagyobb szélnek. Másodszor, ha a lapátfesztávolsága legfeljebb 0,8 m, akkor a végeinek lineáris sebessége nem haladja meg a szélsebességet több mint háromszor, és a csavarással történő profilozás követelményei nagyságrendekkel csökkennek; itt egy csőből tagolt profilú "vályú", poz. B ábra. 10-20 W energiát biztosít a táblagép számára, feltölti az okostelefont, vagy kigyullad a háztartási fény.

Mini és mikro szélgenerátorok

Ezután válassza ki a generátort. Egy kínai motor tökéletes – kerékagy elektromos kerékpárokhoz, pos. 1 az 1. ábrán. Motor teljesítménye 200-300 W, de generátor üzemmódban körülbelül 100 W. De vajon forgalom szempontjából megfelel-e nekünk?

Z sebességsebesség-index 6 lapát esetében 3. A terhelés alatti forgási sebesség kiszámításának képlete N = v / l * z * 60, ahol N a forgási sebesség, 1 / perc, v a szélsebesség és l a rotor kerülete. 0,8 m pengefeszültséggel és 5 m / s széllel 72 fordulat / perc sebességet kapunk; 20 m / s sebességgel – 288 fordulat / perc. A kerékpár kereke körülbelül azonos sebességgel forog, ezért eltávolítjuk a 10-20 wattunkat egy generátorról, amely képes 100-ra adni. A rotort közvetlenül a tengelyére illesztheti.

De ekkor felmerül a következő probléma: mi, sok munkát és pénzt költöttünk, legalábbis motorra, kaptunk … játékot! Mi az a 10-20, nos, 50 watt? És nem lehet olyan pengés szélmalmot készíteni, amely képes legalább egy tévét otthon táplálni. Lehet-e kész mini szélgenerátort vásárolni, és kevesebbe kerül? Amennyire csak lehetséges, és még olcsóbb is, lásd az 1. sz. Ezenkívül mobil is lesz. Tedd egy fatönkre – és használd.

A második lehetőség az, ha egy léptetőmotor valahol egy régi 5 vagy 8 hüvelykes meghajtóról fekszik, vagy papírmeghajtóról vagy egy használhatatlan tintasugaras vagy dot-mátrix nyomtató kocsiról. Generátorként működhet, és könnyebb a körhinta rotort a konzervdobozokból (6. poz.) Rögzíteni hozzá, mint összeszerelni egy olyan szerkezetet, mint a 2. ábrán látható. 3.

Általánosságban a "pengékkel" kapcsolatos következtetés egyértelmű: saját készítésű – nagyobb valószínűséggel annak érdekében, hogy kedved szerint csípjen, de nem a hosszú távú energiatermelés érdekében.

Videó: a legegyszerűbb szélgenerátor egy nyaraló megvilágításához

Vitorlások

Vitorlás szélturbinák

Vitorlázó szélgenerátor régóta ismert, de a lapátok puha paneljei (lásd ábra) a nagy szilárdságú, kopásálló szintetikus szövetek és filmek megjelenésével kezdtek készülni. A merev vitorlákkal ellátott többlapú szélmalmok széles körben elterjedtek az egész világon, mint a kis teljesítményű automatikus vízszivattyúk meghajtói, de műszaki adataik még a körhintákénál is alacsonyabbak.

Úgy tűnik azonban, hogy egy puha vitorla, mint a szélmalom szárnya, nem is olyan egyszerű. Nem a szélállóságról van szó (a gyártók nem korlátozzák a maximálisan megengedett szélsebességet): a vitorlás jachtok már tudják, hogy szinte lehetetlen, hogy a szél megtörje a bermuda vitorlákat. Inkább a lepedő kiszakad, vagy az árboc eltörik, vagy az egész hajó "fordulatot okoz". Ez az energiáról szól.

Sajnos pontos vizsgálati adatok nem találhatók. A felhasználói vélemények szerint "szintetikus" függőségeket lehetett meghatározni a Taganrogban gyártott 4,380 / 220,50 szélerőmű telepítéséhez, amelynek szélkerék-átmérője 5 m, szélmagassága 160 kg, és forgási sebessége kb. akár 40 ford / perc; ábrán láthatók.

A VEU-4.380 / 220.50 jellemzői

Természetesen a 100% -os megbízhatóságra nem lehet garancia, de még így is egyértelmű, hogy itt nincs jele a lapos-mechanikus modellnek. Az 5 méteres kerék 3 m / s-os sík szél esetén semmiképp sem adhat kb. 1 kW teljesítményt, 7 m / s sebességgel elérheti a fennsíkot a teljesítmény szempontjából, majd erős viharig tarthatja. A gyártók egyébként kijelentik, hogy a névleges 4 kW 3 m / s sebességgel érhető el, de ha erőikkel telepítik a helyi aerológiai vizsgálatok eredményei szerint.

Nincs kvantitatív elmélet sem; a fejlesztők magyarázata homályos. Mivel azonban az emberek megveszik a Taganrog szélturbinákat, és működnek, továbbra is azt kell feltételezni, hogy a deklarált kúpos keringés és a meghajtó hatás nem fikció. Mindenesetre lehetségesek.

Aztán kiderül, hogy a rotor ELŐTT a lendület megőrzésének törvénye szerint kúpos örvénynek is lennie kell, de tágulónak és lassúnak. És egy ilyen tölcsér hajtja a szélt a rotorhoz, tényleges felülete jobban be fog söpörni, és a KIEV – túlzott mértékű.

Erre a kérdésre fény derülhet a rotor előtti nyomásterület terepi mérésével, legalábbis egy háztartási aneroiddal. Ha kiderül, hogy magasabb, mint oldalról oldalra, akkor a vitorlás APU-k úgy működnek, mint egy bogár repül.

Házi generátor

A fentiekből kiderül, hogy az otthonépítőknek jobb, ha függőleges vagy vitorlás hajót vesznek fel. De mindkettő nagyon lassú, és a nagysebességű generátorra való áttérés felesleges munka, felesleges költségek és veszteségek. Készíthet magának hatékony alacsony sebességű elektromos generátort?

Igen, lehet, nióbium ötvözetből készült mágnesekkel, az ún. szuper mágnesek. A fő részek gyártási folyamata a 2. ábrán látható. Tekercsek – mindegyik 55 fordulatos réz 1 mm-es huzal hőálló, nagy szilárdságú zománcszigeteléssel, FEMM, PETV stb. A tekercsek magassága 9 mm.

A szuper mágnesek saját készítésű generátorának részletei

Ügyeljen a rotor felének hornyaira. Úgy kell elhelyezni, hogy a mágnesek (epoxival vagy akrillal a mágneses áramkörhöz ragasztva legyenek) összeszerelésük után ellentétes pólusokkal kerüljenek össze. A "palacsintákat" (mágneses magokat) puha mágneses ferromágnesből kell készíteni; rendes szerkezeti acél is megteszi. A "palacsinták" vastagsága legalább 6 mm.

Általában jobb axiális lyukú mágneseket vásárolni, és csavarokkal meghúzni; szuper mágnesek rettenetes erővel vonzanak. Ugyanezen okból egy 12 mm magas hengeres távtartót helyeznek a tengelyre a "palacsinták" között.

Az állórész-szakaszokat alkotó tekercsek az ábrán is látható diagramok szerint vannak összekötve. A forrasztott végeket nem szabad kifeszíteni, hanem hurkokat kell alkotniuk, különben az állórészt megtöltő epoxid, amely megkeményedik, megtörheti a vezetékeket.

Az állórészt 10 mm vastagságúra öntjük a formába. Nincs szükség középre és egyensúlyra, az állórész nem forog. A rotor és az állórész közötti hézag mindkét oldalon 1 mm. Az állórészt a generátor házában nem csak az axiális elmozdulás, hanem az elfordulás ellen is biztonságosan kell rögzíteni; egy erős mágneses mező, amelynek árama van a terhelésben, végig fogja húzni.

Videó: DIY szélturbina generátor

Kimenet

És mi van a végén? A "pengék" iránti érdeklődést inkább látványos megjelenésük magyarázza, mint a házi kivitelben és alacsony teljesítmény mellett való tényleges teljesítmény. Egy saját készítésű körhinta APU "készenléti" energiát biztosít az autó akkumulátorának feltöltéséhez vagy egy kis ház áramellátásához.

De a vitorlás APU-val érdemes kreatív csíkkal rendelkező kézművesekkel kísérletezni, főleg mini változatban, 1-2 m átmérőjű kerékkel. Ha a fejlesztők feltételezései helyesek, akkor ebből a fent leírt kínai motor-generátor segítségével levehetik az összes 200-300 wattot.

Nem nehéz vázat (spar) készíteni egy vitorlás rotorhoz. Ezenkívül a vitorlázó APU-k biztonságban vannak, és a belőlük érkező, infravörös és hallható hangokat nem érzékelik. És nem kell nagyon megértenie a rotort, elég csak egy kerékátmérő.

Videó: szélturbina gyártási technológia