Omdannelse af vindenergi er en måde at få billig elektricitet på. Der er mange designs af vindmøller. Nogle af dem er designet til maksimal effektivitet, andre er uhøjtidelige i brug. Den anden gruppe omfatter Savonius-rotoren, der blev skabt for omkring 100 år siden, og den bruges stadig med succes til at løse forskellige tekniske problemer.
Skabelsehistorie
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - opfinder fra Finland, opnået berømmelse for sit arbejde i fysik relateret til studiet af vindenergi. I løbet af sit liv modtog han adskillige patenter, der ikke kun bruges til at skabe vindmøller, men også i skibsbygning, samt i ventilationssystemer af moderne jernbanevogne og busser.
En anden opfinder fra Tyskland - Anton Flettner (1888 - 1861) kom i begyndelsen af forrige århundrede på et alternativ til det klassiske sejl, og skabte den såkaldte Flettner-rotor. Essensen af opfindelsenblev reduceret til følgende: en roterende cylinder, blæst af vinden, modtog en kraft rettet i vandret retning, der oversteg 50 gange luftstrømmens kraft. Takket være denne opdagelse blev der bygget flere skibe, der bruger vindens kraft til at bevæge sig. I modsætning til konventionelle sejlbåde var disse fartøjer ikke fuldstændig energiuafhængige. Motorer var nødvendige for at dreje rotoren.
Savonius reflekterede over Flettners sejl og kom til den konklusion, at vindenergi også kunne bruges til at dreje det. I 1926 udviklede og patenterede han designet af en åben cylinder med modsat rettede blade indeni.
Lidt fysik
Først en lille teori. Alle lagde mærke til, at når man cykler, skaber luften en betydelig modstand mod bevægelse. Og jo højere hastighed, jo højere er denne værdi. Den anden faktor, der påvirker modstanden, er tværsnitsarealet af kroppen, der påvirkes af luftstrømmen. Men der er en tredje mængde, som er relateret til kroppens geometri. Det er præcis, hvad bilkarosseridesignere forsøger at reducere, når det kommer til aerodynamik.
For eksempel kan vi sige, at tre plader med samme tværsnitsareal, men med forskellige former: konkave, lige og konvekse, vil have en meget forskellig modstandskoefficient. For en konveks form vil det være 0,34, for en lige - 1,1, for en konkav - 1,33. Det var den konkave form, der blev taget til Savonius-rotorens blade. Det er anerkendt som den mest effektive værtvindenergi.
Savonius-rotorens funktionsprincip
I modsætning til Flettners sejl foreslog Savonius at dele cylinderen i to halvdele og flytte dem i forhold til hinanden for at få knivene og mellemrummet mellem dem. Essensen af Savonius' idé var, at luftstrømmen, der ramte den ene vinge, ikke bare gik til siden efter det, men passerede gennem det aksiale mellemrum og blev omdirigeret til den anden vinge, hvilket øgede vindens virkning betydeligt.
Dette funktionsprincip gør det muligt for Savonius-rotoren at arbejde selv i svag vind.
Der er flere profilmuligheder:
- Klingene er fastgjort til aksen på en sådan måde, at der ikke er nogen luftsp alte mellem dem. Dette er den enkleste version af de mange beskrivelser af Savonius-rotoren.
- Boden af det ene blad er indsat i bunden af det andet. Et betydeligt mellemrum forbliver langs akselinjen. Denne mulighed gør det muligt for vinden fra den ene halvdel af rotoren at bevæge sig til den anden. Mere effektiv profil.
- Samme som den anden mulighed, kun arealet af knivene øges ved at tilføje en lige plade på indersiden.
Anvendelsesomfang
I 60'erne af forrige århundrede blev Savonius-rotorer brugt i jernbaneventilationssystemer. De blev installeret på vognenes tage. Under bevægelsen begyndte rotoren at dreje op og pumpe luft fra gaden ind i rummet. Lignende systemer blev også installeret på busser.
I dag er rotorens hovedanvendelse indevindmøller med lodret akse. Der er en række lignende designs, der kombinerer to faktorer:
- lodret rotationsakse;
- uhøjtidelighed i forhold til vindretningen.
Ud over lodrette vindmøller er der enheder med en vandret akse. De er kendetegnet ved et stort afkast med samme vindstyrke. Strukturelt ligner de bladene på flypropeller, der er placeret på en vandret akse og har en styrehale til at justere med vinden.
Fordele ved Savonius-vindmøllen
På trods af at vertikale aksiale rotorer på vindmøller mister effektivitet i forhold til horisontale aksiale rotorer, har de stadig en række ubestridelige fordele:
- Arbejde i enhver klimazone. På grund af deres lille tværgående område er de ikke bange for orkanvinde.
- Kræver ikke yderligere enheder til deres lancering. På grund af vingernes konkave form sker opsendelsen ved minimum vindværdier - 0,3 m/s. Generatoren når optimale værdier ved en luftstrømhastighed på 5 m/s.
- På grund af det lave støjniveau på op til 20 dB kan vindmøllen installeres i umiddelbar nærhed af boliger, hvilket er vigtigt for lav-effekt elproduktion og tab af strøm i ledningerne.
- Kræver ikke en bestemt vindretning. De begynder at arbejde fra luftstrømmen, der går i enhver vinkel.
- Simpelt design reducerer vedligeholdelsesomkostningerne.
- Ikke farligt for fugle, der opfatter strukturen som en helhed og ikke forsøger at flyve gennem knivene.
Ulemperne ved vertikale vindmøller omfatter relativt lav effektivitet, højere omkostninger til byggematerialer, store størrelser, der kræves for at opnå den nødvendige effekt.
Sådan laver man en vindmølle med egne hænder
At lave en enhed, der ville forsyne et landsted fuldstændigt med elektricitet, virker usandsynligt. Men at lave en lille vindmølle til at generere gratis elektricitet, der sikrer driften af enheder med lav effekt (vandingspumpe, gadebelysning foran huset, åbning af automatiske porte) er inden for enhver håndværkers magt. Til dette skal du bruge:
- 3 aluminiumsplader med en sidelængde på 33 cm, ca. 1 mm tykke;
- drænrør 15 cm i diameter og 60 cm langt;
- 4 cm vandrør;
- elektrisk generator (bil kan bruges);
- fittings (stålvinkler, selvskærende skruer, møtrikker, bolte).
Magningsinstruktioner
For at lave en simpel Savonius-rotor skal du bruge:
- Skær 3 skiver ud med en diameter på 33 cm fra aluminiumsplader.
- Skær et vandrør med en diameter på 15 cm langs aksen for at lave 2 emner til knivene. Skær derefter hvert stykke over på midten. Således får du 4 identiske klinger, 30 cm lange.
- Bor et hul i midten af skiverne, hvorigennem du kan indsætte et 4 cm vandrør.
- Forbind alle tre diske med et rør og mellem demindsætte klinger. To mellem to diske. Knivene skal orienteres således, at vinklen mellem deres akser er 90 grader. Dette vil tillade selv en svag vind at dreje generatoren.
- Brug hjørner og selvskærende skruer til at fastgøre knivene på aluminiumsfælge.
- Pres generatorakslen ind i den nederste del af røret, som er aksen.
Vindgeneratoren er klar. Det er kun at vælge et installationssted, der er tilstrækkeligt åbent for luftstrømme. Hvis der ikke er vind nok, så kan du lave en høj mast, hvorpå generatoren placeres.
Præfabrikerede vertikale vindmøller
Med udviklingen af alternativ energi er der en stigende efterspørgsel efter autonome strømforsyningsprodukter. I øjeblikket er der russisk fremstillede vindmøller på markedet, hvis pris starter fra 60 tusind rubler.
Disse enheder kan bruges i den private sektor og opfylder elbehov fra 250 W til 250 kW.
