Vėjo energijos transformavimas yra vienas iš būdų gauti pigios elektros. Yra daugybė vėjo turbinų konstrukcijų. Kai kurie iš jų skirti maksimaliam efektyvumui, kiti yra nepretenzingi naudoti. Antrajai grupei priklauso rotorius Savonius, sukurtas maždaug prieš 100 metų, jis iki šiol sėkmingai naudojamas sprendžiant įvairias technines problemas.
Kūrybos istorija
Sigurdas Johannesas Savonius (1884–1931) – išradėjas iš Suomijos, išgarsėjęs dėl savo fizikos darbų, susijusių su vėjo energijos tyrimais. Per savo gyvenimą jis gavo keletą patentų, kurie naudojami ne tik vėjo turbinoms kurti, bet ir laivų statyboje, taip pat šiuolaikinių geležinkelio vagonų ir autobusų vėdinimo sistemose.
Kitas išradėjas iš Vokietijos – Antonas Flettneris (1888 – 1861) praėjusio amžiaus pradžioje sugalvojo alternatyvą klasikinei burei, sukūręs vadinamąjį Flettnerio rotorių. Išradimo esmėbuvo sumažintas iki taip: besisukantis cilindras, pučiamas vėjo, gavo horizontalia kryptimi nukreiptą jėgą, viršijančią 50 kartų oro srauto jėgą. Šio atradimo dėka buvo pastatyti keli laivai, kurie judėjimui naudoja vėjo jėgą. Skirtingai nuo įprastų burlaivių, šie laivai nebuvo visiškai nepriklausomi nuo energijos. Rotoriui sukti reikėjo variklių.
Mąstydamas apie Flettnerio burę Savonius padarė išvadą, kad vėjo energija taip pat gali būti panaudota jai sukti. 1926 m. jis sukūrė ir užpatentavo atviro cilindro, kurio viduje yra priešingos krypties mentės, dizainą.
Šiek tiek fizikos
Pirma, šiek tiek teorijos. Visi pastebėjo, kad važiuojant dviračiu oras sukuria didelį pasipriešinimą judėjimui. Ir kuo didesnis greitis, tuo didesnė ši vertė. Antras veiksnys, turintis įtakos pasipriešinimui, yra kūno skerspjūvio plotas, kurį veikia oro srautas. Tačiau yra ir trečias dydis, susijęs su kūno geometrija. Būtent tai automobilių kėbulų dizaineriai stengiasi sumažinti, kai kalbama apie aerodinamiką.
Pavyzdžiui, galime pasakyti, kad trys vienodo skerspjūvio ploto, bet skirtingos formos plokštės: įgaubtos, tiesios ir išgaubtos, turės labai skirtingą pasipriešinimo koeficientą. Išgaubtai formai jis bus 0,34, tiesiai - 1,1, įgaubtai - 1,33. Būtent įgaubta forma buvo paimta Savonius rotoriaus mentėms. Jis pripažintas efektyviausiu šeimininkuvėjo energija.
Savonius rotoriaus veikimo principas
Skirtingai nuo Flettnerio burės, Savonius pasiūlė padalyti cilindrą į dvi dalis ir perkelti jas vienas kito atžvilgiu, kad gautųsi ašmenys ir tarpas tarp jų. Savoniaus idėjos esmė buvo ta, kad oro srautas, patekęs į vieną mentę, po to ne šiaip nuėjo į šoną, o, eidamas per ašinį tarpą, buvo nukreiptas į antrąjį mentę, o tai žymiai padidino vėjo poveikį.
Šis veikimo principas leidžia Savonius rotoriui veikti net esant silpnam vėjui.
Yra keletas profilio parinkčių:
- Mentelės pritvirtintos prie ašies taip, kad tarp jų nebūtų oro tarpo. Tai pati paprasčiausia daugelio Savonius rotoriaus aprašymų versija.
- Vieno ašmenų pagrindas įkišamas į kito ašmenų pagrindą. Išilgai ašies linijos išlieka didelis tarpas. Ši parinktis leidžia vėjui iš vienos rotoriaus pusės judėti į kitą. Veiksmingesnis profilis.
- Tas pats kaip ir antrasis variantas, tik ašmenų plotas padidinamas pridedant tiesią plokštę viduje.
Taikymo sritis
Praėjusio amžiaus šeštajame dešimtmetyje Savonius rotoriai buvo naudojami geležinkelio vėdinimo sistemose. Jie buvo sumontuoti ant vagonų stogų. Judėjimo metu rotorius pradėjo suktis aukštyn ir pumpuoti orą iš gatvės į patalpą. Panašios sistemos buvo įdiegtos ir autobusuose.
Šiandien yra pagrindinis rotoriaus pritaikymasvertikalios ašies vėjo turbinos. Yra daug panašių dizainų, kuriuose derinami du veiksniai:
- vertikali sukimosi ašis;
- nepretenzingumas vėjo srauto krypčiai.
Be vertikalių vėjo turbinų, yra įrenginių su horizontalia ašimi. Jie išsiskiria dideliu grįžimu su ta pačia vėjo jėga. Struktūriškai jie primena orlaivių sraigtų mentes, išdėstytus horizontalioje ašyje ir turinčius kreipiamąją uodegą, kad būtų suderinta su vėju.
Savonius vėjo turbinos privalumai
Nepaisant to, kad vėjo turbinų vertikalūs ašiniai rotoriai praranda efektyvumą, palyginti su horizontaliais ašiniais rotoriais, jie vis tiek turi daug neabejotinų pranašumų:
- Dirbkite bet kurioje klimato zonoje. Dėl mažo skersinio ploto jie nebijo uraganinių vėjų.
- Jiems paleisti nereikia papildomų įrenginių. Dėl įgaubtos ašmenų formos paleidimas vyksta esant minimalioms vėjo reikšmėms – 0,3 m/s. Generatorius pasiekia optimalias vertes esant 5 m/s oro srauto greičiui.
- Dėl žemo iki 20 dB triukšmo lygio vėjo malūną galima įrengti arti korpuso, o tai svarbu gaminant mažos galios elektros energiją ir laidų srovei.
- Nereikia konkrečios vėjo krypties. Jie pradeda veikti nuo oro srauto, einančio bet kokiu kampu.
- Paprastas dizainas sumažina priežiūros išlaidas.
- Nepavojinga paukščiams, kurie suvokia struktūrą kaip visumą ir nebando skristi per ašmenis.
Vertikalių vėjo turbinų trūkumai yra palyginti mažas efektyvumas, didesnės sąnaudos statybinėms medžiagoms, dideli dydžiai, reikalingi norint pasiekti reikiamą galią.
Kaip savo rankomis pasidaryti vėjo turbiną
Padaryti įrenginį, kuris visiškai aprūpintų kaimo namą elektra, atrodo mažai tikėtinas. Tačiau pagaminti nedidelį vėjo malūnėlį, kuris gamintų nemokamą elektrą, užtikrinantį mažos galios įrenginių (laistymo siurblio, gatvės apšvietimo priešais namą, automatinių vartų atidarymo) veikimą – kiekvieno meistro galia. Tam jums reikės:
- 3 aliuminio lakštai, kurių kraštinės ilgis 33 cm, storis apie 1 mm;
- nuleidimo vamzdis 15 cm skersmens ir 60 cm ilgio;
- 4 cm vandens vamzdis;
- elektros generatorius (galima naudoti automobilį);
- jungiamosios detalės (plieniniai kampai, savisriegiai varžtai, veržlės, varžtai).
Maisto gaminimo instrukcijos
Norėdami pagaminti paprastą Savonius rotorių, jums reikia:
- Iš aliuminio lakštų iškirpkite 3 33 cm skersmens diskus.
- Iškirpkite 15 cm skersmens vandens vamzdį išilgai ašies, kad padarytumėte 2 ruošinius peiliams. Tada supjaustykite kiekvieną gabalėlį per vidurį. Taigi gausite 4 vienodus 30 cm ilgio peiliukus.
- Išgręžkite skylę diskų centre, pro kurią galėsite įkišti 4 cm vandens vamzdį.
- Prijunkite visus tris diskus vamzdeliu ir tarp jųįdėkite peilius. Du tarp dviejų diskų. Ašmenys turi būti orientuoti taip, kad kampas tarp jų ašių būtų 90 laipsnių. Tai leis net silpnam vėjui sukti generatorių.
- Naudokite kampus ir savisriegius varžtus, kad pritvirtintumėte ašmenis ant aliuminio ratlankių.
- Įspauskite generatoriaus veleną į apatinę vamzdžio dalį, kuri yra ašis.
Vėjo generatorius paruoštas. Belieka tik pasirinkti įrengimo vietą, kuri būtų pakankamai atvira oro srovėms. Jei nėra pakankamai vėjo, galite padaryti aukštą stiebą, ant kurio pastatyti generatorių.
Surenkamos vertikalios vėjo turbinos
Tobulėjant alternatyviajai energijai, didėja autonominio maitinimo produktų paklausa. Šiuo metu rinkoje yra Rusijoje pagamintų vėjo jėgainių, kurių kaina prasideda nuo 60 tūkstančių rublių.
Šie įrenginiai gali būti naudojami privačiame sektoriuje, tenkinant elektros energijos poreikius nuo 250 W iki 250 kW.
