Роторът на савониус: описание, принцип на действие. Вятърен генератор с вертикална ос на въртене

Преобразуването на вятърната енергия е един от начините за производство на евтина електроенергия. Съществуват много конструкции на вятърни турбини. Някои от тях са проектирани за максимална ефективност, а други са непретенциозни при употреба. Роторът Savonius принадлежи към втората група, която е създадена преди около 100 години и все още се използва успешно за различни технически задачи.

История на сътворението

Сигурд Йоханес Савониус (1884 - 1931) е финландски изобретател, известен най-вече с работата си в областта на физиката и вятърната енергия. През живота си той получава няколко патента, които са приложени не само във вятърните турбини, но и в корабостроенето и във вентилационните системи на съвременните железопътни вагони и автобуси.

Друг германски изобретател, Антон Флетнер (1888-1861 г.), изобретява в началото на миналия век алтернатива на класическото платно - така наречения ротор на Флетнер. Същността на изобретението се свежда до следното: въртящ се цилиндър, задвижван от вятъра, има хоризонтална сила, 50 пъти по-голяма от силата на вятъра. Това изобретение води до построяването на няколко кораба, които използват вятъра за задвижване. За разлика от конвенционалните платноходки, тези кораби не са напълно енергийно независими. За завъртането на ротора са необходими двигатели.

Когато обмисля платното на Флетнер, Савониус стига до заключението, че за въртенето му може да се използва и силата на вятъра. През 1926 г. той разработва и патентова дизайн на отворен цилиндър с противоположни лопатки вътре.

Малко физика

В началото малко теория. Всеки е забелязал, че когато карате велосипед, въздухът оказва значително съпротивление на движението. И колкото по-висока е скоростта, толкова по-голямо е съпротивлението. Вторият фактор, влияещ върху съпротивлението, е площта на напречното сечение на тялото, върху която въздейства въздушният поток. Но има и трета величина, която е свързана с геометрията на тялото. Именно това се опитват да намалят конструкторите на автомобилни каросерии, когато става въпрос за аеродинамика.

За да ви дам пример, три плочи с еднаква площ на напречното сечение, но с различни форми - вдлъбната, права и изпъкнала - ще имат много различен коефициент на съпротивление. За изпъкнала форма тя е 0,34, за права форма е 1,1, а за вдлъбната форма е 1,33. Именно вдлъбнатата форма е взета за лопатките на ротора Savonius. Той е признат за най-ефективния начин за оползотворяване на енергията на вятъра.

Принцип на ротора на Савониус

За разлика от платното на Флетнер, Савониус предлага цилиндърът да се раздели на две половини и те да се преместят една спрямо друга, за да се създадат лопатките и пространството между тях. Идеята на Савониус е, че въздушният поток, който се удря в едното острие, не просто излиза странично, а преминава през осевата междина и се пренасочва към второто острие, което значително увеличава ефекта на вятъра.

Този принцип позволява на ротора Savonius да работи дори при слаб вятър.

Съществуват няколко варианта на профила:

1. Лопатките са прикрепени към оста по такъв начин, че между тях да няма въздушна междина. Това е най-простото от многото описания на ротора на Савониус.
2. Основата на едното острие се забива в основата на другото. Остава голяма празнина в осевата линия. Тази опция позволява на вятъра от едната половина на ротора да преминава към другата половина. По-ефективен профил.
3. Същото като при втория дизайн, но площта на напречното сечение на лопатките се увеличава чрез добавяне на права плоча от вътрешната страна.

Обхват на приложение

През 60-те години на миналия век роторите Savonius се използват в железопътните вентилационни системи. Монтирани са на покривите на вагони. По време на движението роторът започва да се върти и да изпомпва въздух от улицата в помещението. Подобни системи са инсталирани в автобуси.

Днес роторът се използва основно във вятърни турбини с вертикална ос. Съществуват редица сходни проекти, които имат две общи черти:

• вертикална ос на въртене;
• Непретенциозни по отношение на посоката на вятъра.

В допълнение към вертикалните вятърни турбини има и устройства с хоризонтална ос. Те се характеризират с по-голяма мощност при една и съща мощност на вятъра. Структурно те приличат на лопатките на самолетно витло, разположени около хоризонтална ос и снабдени с направляваща опашка за изравняване във вятъра.

Предимства на вятърната турбина Savonius

Въпреки че роторите с вертикална ос на вятърните турбини са по-неефективни от тези с хоризонтална ос, те все пак имат редица неоспорими предимства:

1. Работи във всяка климатична зона. Малката площ на напречното сечение предотвратява ураганни ветрове.
2. Не се нуждаят от допълнителни устройства за стартирането му. Поради вдлъбнатата форма на лопатките пускането в действие става при минимална скорост на вятъра от 0,3 m/s. Генераторът достига оптимални стойности при скорост на въздуха от 5 м/сек или повече.
3. Благодарение на ниското си ниво на шум - до 20 dB, вятърните турбини могат да се монтират в непосредствена близост до къщата, което е важно в случай на слабо производство на електроенергия и загуба на захранване по мрежата.
4. Не изисква определена посока на вятъра. Започва под всякакъв ъгъл на въздушния поток.
5. Опростената конструкция намалява разходите за поддръжка.
6. Не са опасни за птиците, които възприемат конструкцията като цяло и не се опитват да прелитат над лопатките.

Недостатъците на вертикалните вятърни турбини са сравнително ниската им ефективност, по-високите разходи за материали за изграждане и големият размер, необходим за постигане на необходимата мощност.

Как да си направим вятърен генератор със собствените си ръце

Създаването на устройство, което да осигурява пълноценно електричество в селската къща, изглежда малко вероятно. Всеки майстор обаче може да си направи малка вятърна мелница, която да генерира безплатна електроенергия за захранване на малки уреди (помпи за напояване, осветление на улицата пред къщата, отваряне на автоматични порти). За целта е необходимо:

• 3 алуминиеви листа с дължина на страната 33 cm и дебелина около 1 mm;
• дренажна тръба с диаметър 15 cm и дължина 60 cm;
• Водопроводна тръба с диаметър 4 см;
• електрически генератор (може да се използва автомобилен генератор);
• обков (стоманени ъгли, самонарезни винтове, гайки, болтове).

Инструкции за приготвяне

За да направите прост ротор на Савониус, се нуждаете от

1. Изрежете от алуминиеви листове 3 диска с диаметър 33 см.
2. Нарежете водопроводна тръба с диаметър 15 см по оста ѝ, за да направите 2 заготовки за остриетата. След това разрежете всяко парче напречно по средата. Така ще се получат 4 остриета с дължина 30 см всяко, разположени на равномерно разстояние.
3. Пробийте отвор в центъра на дисковете, през който да вкарате тръба за вода с диаметър 4 см.
4. Свържете трите диска с тръба и поставете остриетата между тях. Две между двата диска. Подравнете остриетата така, че ъгълът между осите им да е 90 градуса. Това позволява дори лек бриз да ускори генератора.
5. Закрепете остриетата към алуминиевите дискове с помощта на квадратни скоби и самонарезни винтове.
6. Вкарайте вала на генератора в долната част на тръбата, която е оста.

Готов вятърен генератор. Остава само да се избере място за монтаж, което да е достатъчно отворено за въздушни течения. Ако няма достатъчно вятър, може да се построи висока мачта, на върха на която да се разположи генератор.

Вертикални вятърни турбини, произведени в заводски условия

С развитието на алтернативна енергия Все повече се увеличава търсенето на продукти за автономно електрозахранване. Понастоящем на пазара има вятърни турбини руско производство, чиято цена започва от 60 хил. рубли.

Тези устройства могат да се използват в частния сектор, като задоволяват нуждите от електроенергия от 250W до 250kW.