Savonius rotor: opis, princip rada. Generator vjetra s okomitom osi rotacije

Pretvorba energije vjetra jedan je od načina za dobivanje jeftine električne energije. Postoje mnogi dizajni generatora vjetra. Neki od njih dizajnirani su za maksimalnu učinkovitost, drugi su nepretenciozni u uporabi. Druga skupina uključuje Savoniusov rotor, stvoren prije otprilike 100 godina, i dalje se uspješno koristi za rješavanje različitih tehničkih problema.

Povijest stvaranja

Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - izumitelj iz Finske, stekao je slavu svojim radom iz fizike koji se odnosi na proučavanje energije vjetra. Tijekom svog života dobio je nekoliko patenata koji se koriste ne samo za stvaranje generatora vjetra, već i u brodogradnji, kao i u ventilacijskim sustavima modernih željezničkih vagona i autobusa.

Još jedan izumitelj iz Njemačke - Anton Flettner (1888. -1861.) početkom prošlog stoljeća smislio je alternativu klasičnom jedru, stvarajući takozvani flettnerov rotor. Suština izuma bila je sljedeća: rotirajući cilindar koji je puhao vjetar dobio je silu usmjerenu u vodoravnom smjeru veću od 50 puta veće sile strujanja zraka. Ovim otkrićem izgrađeno je nekoliko morskih plovila koja su koristila snagu vjetra za pogon. Za razliku od konvencionalnih jedrilica, ova plovila nisu bila potpuno nehlapljiva. Za okretanje rotora bili su potrebni motori.

Razmišljajući o flettnerovom jedru, Savonius je zaključio da se za njegovo okretanje može primijeniti i energija vjetra. Godine 1926. razvio je i patentirao dizajn otvorenog cilindra s suprotno usmjerenim lopaticama iznutra.

Malo fizike

Za početak, malo teorije. Svi su primijetili da tijekom vožnje biciklom zrak stvara značajan otpor kretanju. I što je veća brzina, to je veća ta vrijednost. Drugi čimbenik koji utječe na otpor je područje presjeka tijela na koje utječe protok zraka. Ali postoji i treća količina koja je povezana s geometrijom tijela. To je ono što dizajneri karoserija automobila pokušavaju smanjiti kada je u pitanju aerodinamika.

Na primjer, možemo reći da će tri ploče s istom površinom presjeka, ali različitih oblika: konkavne, ravne i konveksne, imati vrlo različit koeficijent otpora. U konveksnom obliku bit će 0,34, u ravnoj liniji - 1,1, u konkavnom-1,33. Za lopatice rotora Savonius uzet je konkavni oblik. Prepoznat je kao najučinkovitiji primatelj energije vjetra.

Princip rada Savonius rotora

Za razliku od flettnerovog jedra, Savonius je predložio da se cilindar Podijeli na dvije polovice i pomakne jedna prema drugoj kako bi se stvorile lopatice i razmak između njih. Suština Savoniusove ideje bila je da protok zraka koji udara u jednu oštricu nakon toga nije samo otišao u stranu, već je, prolazeći kroz aksijalni razmak, preusmjeren na drugu oštricu, što je uvelike pojačalo učinak vjetra.

Ovaj princip rada omogućuje Savoniusovom rotoru da radi čak i pri laganom vjetru.

Postoji nekoliko opcija profila:

1. Lopatice su pričvršćene na osovinu na takav način da između njih ne ostane zračni razmak. Ovo je najjednostavnija opcija iz brojnih opisa Savoniusovog rotora.
2. Baza jedne oštrice namotana je unutar baze druge. Duž linije osi ostaje značajan jaz. Ova opcija omogućuje da se vjetar s jedne polovice rotora prebaci na drugu. Učinkovitiji profil.
3. Isto kao u drugoj varijanti, samo se površina presjeka lopatica povećava dodavanjem ravne ploče na unutarnjem dijelu.

Opseg primjene

60 godina prošlog stoljeća Savoniusovi rotori korišteni su u ventilacijskim sustavima željezničkog prometa. Postavljeni su na krovove vagona. Tijekom kretanja rotor se počeo vrtjeti i pumpati zrak s ulice u sobu. Slični sustavi instalirani su i na autobusima.

Danas rotor pronalazi glavnu primjenu u vjetroagregatima s vertikalnom osi. Postoji niz sličnih dizajna koji kombiniraju dva čimbenika:

• okomita os rotacije;
• nepretencioznost prema smjeru strujanja vjetra.

Osim vertikalnih generatora vjetra, postoje i uređaji s vodoravnom osi. Odlikuje ih veliki odmak s jednakom snagom vjetra. Strukturno nalikuju lopaticama propelera zrakoplova smještenih na vodoravnoj osi i s vodećim repom za poravnanje niz vjetar.

Prednosti vjetroagregata Savonius

Unatoč činjenici da vertikalno aksijalni rotori vjetroagregata gube u učinkovitosti vodoravno aksijalno, oni i dalje imaju niz neospornih prednosti:

1. Rad u bilo kojoj klimatskoj zoni. Zahvaljujući malom poprečnom području, ne boje se uraganskih vjetrova.
2. Ne zahtijevaju dodatne uređaje za njihovo pokretanje. Zbog konkavnog oblika lopatica, lansiranje se događa pri minimalnim vrijednostima vjetra-0,3 m / s. Generator postiže optimalne vrijednosti pri brzini protoka zraka od 5 m / s.
3. Zbog niske razine buke do 20 dB, vjetroagregat se može instalirati u neposrednoj blizini kućišta, što je važno za proizvodnju električne energije male snage i gubitak struje u žicama.
4. Ne zahtijevaju određeni smjer vjetra. Počinju raditi iz struje zraka koja dolazi pod bilo kojim kutom.
5. Jednostavan dizajn smanjuje troškove daljnjeg održavanja.
6. Nije opasno za ptice koje percipiraju strukturu kao jedinstvenu cjelinu i ne pokušavaju letjeti kroz oštrice.

Nedostaci vertikalnih vjetroelektrana uključuju relativno nisku učinkovitost, veće troškove građevinskih materijala, veće dimenzije koje su potrebne za postizanje potrebne snage.

Kako napraviti generator vjetra vlastitim rukama

Čini se malo vjerojatnim napraviti uređaj koji bi seosku kuću u potpunosti opskrbljivao električnom energijom. Međutim, svaki majstor može napraviti malu vjetrenjaču za proizvodnju besplatne električne energije koja osigurava rad uređaja male snage (pumpa za navodnjavanje, osvjetljenje na ulici ispred kuće, otvaranje automatskih vrata). To će zahtijevati:

• 3 aluminijska lima duljine stranice 33 cm, debljine oko 1 mm;
• odvodna cijev promjera 15 cm i duljine 60 cm;
• vodovodna cijev promjera 4 cm;
• električni generator (može se koristiti automobilski);
• okovi (čelični kutovi, vijci, matice, vijci).

Upute za proizvodnju

Da biste napravili jednostavan Savonius rotor, trebate:

1. Iz aluminijskih limova izrežite 3 diska promjera 33 cm.
2. Izrežite vodovodnu cijev promjera 15 cm duž osi kako biste napravili 2 praznine za lopatice. Zatim svaki dio prerežite poprečno u sredini. Tako ćete dobiti 4 identične oštrice duljine 30 cm.
3. Izbušite rupu u sredini diskova kroz koju možete umetnuti vodovodnu cijev promjera 4 cm.
4. Spojite sva tri diska cijevi i umetnite lopatice između njih. Dva između dva diska. Lopatice moraju biti orijentirane na takav način da je kut između njihovih osi 90 stupnjeva. To će omogućiti čak i laganom vjetru da zavrti generator.
5. Pomoću uglova i samoreznih vijaka pričvrstite lopatice na aluminijske diskove.
6. Pritisnite osovinu generatora u donji dio cijevi, koja je osovina.

Generator vjetra je spreman. Ostaje samo odabrati mjesto instalacije koje bi bilo dovoljno otvoreno za protok zraka. Ako nema dovoljno vjetra, tada možete napraviti visoki jarbol, na vrh kojeg možete postaviti generator.

Tvornički proizvedeni vertikalni generatori vjetra

S razvojem alternativne energije sve je veća potražnja za autonomnim proizvodima za napajanje. Trenutno na tržištu postoje generatori vjetra ruske proizvodnje, čija cijena počinje od 60 tisuća. rubalja.

Takva postrojenja mogu se koristiti u privatnom sektoru, zadovoljavajući potrebe za električnom energijom od 250 vata do 250 kilovata.