Преобразование энергии ветра - один из способов получения дешевого электричества. Существует множество конструкций ветрогенераторов. Одни из них рассчитаны на максимальную эффективность, другие - неприхотливы в использовании. Ко второй группе относится ротор Савониуса, созданный около 100 лет назад, он до сих пор с успехом применяется для решения разных технических задач.
История создания
Сигурд Йоханнес Савониус (1884 - 1931) - изобретатель из Финляндии, получил известность благодаря работам по физике, связанным с изучением энергии ветра. За свою жизнь получил несколько патентов, которые применяются не только для создания ветрогенераторов, но и в судостроении, а также в системах вентиляции современных железнодорожных вагонов и автобусов.
Вам будет интересно:Подпиточный клапан для системы отопления: описание, назначение, установка
Другой изобретатель из Германии - Антон Флеттнер (1888 - 1861) в начале прошлого века придумал альтернативу классическому парусу, создав, так называемый, ротор Флеттнера. Суть изобретения сводилась к следующему: вращающийся цилиндр, обдуваемый ветром, получал направленную в горизонтальном направлении силу, превышающую в 50 раз силу воздушного потока. Благодаря этому открытию было построено несколько морских судов, использующих для движения силу ветра. В отличие от обычных парусников, эти суда не были полностью энергонезависимыми. Для вращения ротора нужны были двигатели.
Вам будет интересно:Шуруповерт "Вихрь ДА-12-2К": отзывы, описание модели, характеристики
Размышляя над парусом Флеттнера, Савониус пришел к выводу, что для его вращения можно также применить энергию ветра. В 1926 году он разработал и запатентовал конструкцию открытого цилиндра с противоположно направленными лопастями внутри.
Немного физики
Для начала немного теории. Каждый замечал, что при езде на велосипеде воздух создает значительное сопротивление движению. И чем больше скорость, тем выше эта величина. Вторым фактором, влияющим на сопротивление, является площадь сечения тела, на которое воздействует воздушный поток. Но есть еще третья величина, которая связана с геометрией тела. Именно ее стараются снизить проектировщики автомобильных кузовов, когда речь заходит об аэродинамике.
Для примера можно сказать, что три пластины с одинаковой площадью сечения, но имеющие разные формы: вогнутую, прямую и выпуклую, будут иметь сильно отличающийся коэффициент сопротивления. У выпуклой формы он будет 0,34, у прямой - 1,1, у вогнутой - 1,33. Именно вогнутая форма была взята для лопастей ротора Савониуса. Она признана наиболее эффективно принимающей энергию ветра.
Принцип работы ротора Савониуса
В отличие от паруса Флеттнера, Савониус предложил разделить цилиндр на две половины и сместить их друг относительно друга, чтобы получились лопасти и пространство между ними. Сутью идеи Савониуса было то, что поток воздуха, бьющий в одну лопасть, не просто уходил после этого в сторону, но, проходя через осевой промежуток, перенаправлялся на вторую лопасть, что значительно усиливало эффект ветра.
Такой принцип действия позволяет ротору Савониуса работать даже при слабом ветре.
Существует несколько вариантов профиля:
Сфера применения
В 60 годах прошлого столетия роторы Савониуса применялись в вентиляционных системах железнодорожного транспорта. Они устанавливались на крышах вагонов. Во время движения ротор начинал раскручиваться и перекачивать воздух с улицы внутрь помещения. Подобные системы устанавливались и на автобусах.
Сегодня основное применение ротор находит в ветрогенераторах с вертикальной осью. Существует целый ряд подобных конструкций, которые объединяет два фактора:
- вертикальная ось вращения;
- неприхотливость к направлению ветрового потока.
Помимо вертикальных ветрогенераторов есть устройства с горизонтальной осью. Их отличает большая отдача при одинаковой силе ветра. Конструктивно они напоминают лопасти самолетных винтов, расположенных на горизонтальной оси и имеющих направляющий хвост для выравнивания по ветру.
Достоинства ветрогенератора Савониуса
Несмотря на то, что вертикально осевые роторы ветрогенераторов проигрывают в КПД горизонтально осевым, они все же имеют ряд неоспоримых преимуществ:
К недостаткам вертикальных ветрогенераторов можно отнести относительно низкую эффективность, более высокие расходы на материалы постройки, большие размеры, которые требуются для достижения требуемой мощности.
Как изготовить ветрогенератор своими руками
Сделать устройство, которое бы обеспечивало загородный дом полностью электроэнергией, представляется маловероятным. Однако смастерить небольшой ветряк для выработки бесплатного электричества, обеспечивающего работу маломощных устройств (насос для полива, освещение на улице перед домом, открывание автоматических ворот), по силам любому мастеру. Для этого потребуется:
- 3 алюминиевых листа с длиной стороны 33 см, толщиной около 1 мм;
- водосточная труба диаметром 15 см и длиной 60 см;
- водопроводная труба диаметром 4 см;
- электрический генератор (можно использовать автомобильный);
- фурнитура (стальные уголки, саморезы, гайки, болты).
Инструкция по изготовлению
Чтобы сделать простой ротор Савониуса, нужно:
Ветрогенератор готов. Остается только выбрать место установки, которое было бы достаточно открытым для воздушных потоков. Если ветра не хватает, то можно сделать высокую мачту, на вершине которой разместить генератор.
Вертикальные ветрогенераторы заводского производства
С развитием альтернативной энергетики все больше появляется спрос на продукцию автономного электроснабжения. В настоящее время на рынке существуют ветрогенераторы российского производства, цена на которые начинается от 60 тыс. рублей.
Такие установки могут использоваться в частном секторе, удовлетворяя потребности в электричестве от 250 Вт до 250 кВт.
