Альтернативные источники энергии и энергосбережение

Крыльчатые ветрогенераторы имеют большую скорость вращения. Благодаря этому обстоятельству они могут непосредственно соединяться с генератором, без мультипликаторов

Лопасти крыльчатого ветряного генератора должны располагаться вертикально — перпендикулярно потоку воздуха. Для достижения этого применяется специальное устройство — стабилизатор. У крыльчатых ветрогенераторов намного выше коэффициент использования энергии ветра. В то же время скорость вращения у них обратно пропорциональна количеству крыльев. Вследствие этого установки с количеством лопастей больше трех практически не используются.

Скорость вращения и простота изготовления обусловили широкое применение крыльчатых ветрогенераторов.

Основные этапы развития ветродвигателя

От конструкции устройства, преобразующего энергию ветра в кинетическую энергию вращающегося вала, зависит конструкция всей ветроэлектростанции (http://ntpo.com/).

Диапазон применения ветрогенераторов довольно широк.

Конечно, можно использовать ветряной генератор в чисто декоративных целях. Сделали пропеллер, поставили куда нравится, да еще и трещотку к нему приделали — интересно, занятно. Небольшой ветряк при слабом ветре может поднять из колодца или скважины 30–50 л воды за час.

Последние 100 с лишним лет ветряки используются для получения электроэнергии. Это самый оптимальный вариант применения ветряных генераторов.

Рассмотрим основные этапы развития ветродвигателя.

Этап 1. «Мельница» (рис. 1.7). История ветряков началась в Персии. Бескрайние пустынные просторы этого государства, обдувающиеся сухими ветрами, подтолкнули древних изобретателей использовать силу ветра на свое благо.

Рис. 1.7.Ветряная мельница

До нас дошли лишь туманные описания первых ветряных мельниц. Но судя по ним, прообраз современного ветрогенератора с его классической горизонтальной осью и вращающимися лопастями, был заложен еще в 7 веке до нашей эры.

Этап 2. Ротор Савониуса (1929 г.). Как видно из картинки, данный ветрогенератор с вертикально расположенной осью вращения (рис. 1.8).

Рис. 1.8.Ротор

Лопасти представляют собой полуцилиндры. Данное ветроколесо просто в изготовлении, характеризуется низким уровнем шума, широким диапазоном рабочих ветров. К минусам следует отнести низкие обороты.

Этап 3. Ротор Дарье (1931 г.). Про роторы Дарье (рис. 1.9) можно сказать, что они состоят из одних недостатков: подвержены сильным вибрациям и шумам. В отличие от ротора с горизонтальной осью вращения, где все лопасти повернуты к ветру под оптимальным углом Савониуса атаки и не перекрывают друг друга, лопасть вертикального ротора проходит половину пути с подветренной стороны в возмущенном и ослабленном «тыловом» потоке.

Постоянно меняющиеся углы атаки вызывают периодический срыв потока с лопастей. Ко всему прочему, система обладает большим стартовым моментом, который с трудом может быть создан ветром.

Рис 1.9.Ротор Дарье

Этап 4. «Жиромельница» (рис. 1.10). Это подтип турбины Дариуса с прямыми лопастями. Преимуществом «жиромельницы» являются небольшая сила ветра, необходимая для запуска.

Рис 1.10.Жиромельница

Этап 5. Современный ветрогенератор:

♦ с вертикальной осью вращения (рис. 1.11, а);

♦ с горизонтальной осью вращения (рис. 1.11, б).

Рис. 1.11.Современные ветрогенераторы: с вертикальной осью вращения (а), с горизонтальной осью вращения (б)

Варианты изготовления ветряного пропеллера

Пропеллер — устройство типа винта самолета. Конструктивно пропеллер много проще и легче ветроколеса. Пропеллер вращается значительно быстрее и в определенных условиях позволяет обойтись без мультипликатора (см. рис. 1.12).

Рис. 1.12.Конструкция пропеллера

Для ветроэлектростанций целесообразней использовать два пропеллера одновременно (см. рис. 1.13): один из них связывается с ротором электрогенератора и вращается в одну сторону, другой — со статором и вращается в противоположную сторону. Использование такой конструкции аналогично применению мультипликатора с передаточным отношением 1:2.

Рис. 1.13.Конструкция с двумя пропеллерами

Рассмотрим еще вариант изготовления пропеллера. Пропеллер диаметром 1,5 м изготавливается следующим образом. Выбирается чистая еловая, осиновая или березовая доска толщиной 25 мм, шириной 110–120 мм и гладко выстругивается до толщины 20–23 мм. Находится центр доски и от него в обе стороны отмеряется по 60–70 мм, помечается рисками (см. рис. 1.14).

Рис. 1.14.Вариант изготовления пропеллера