Вертикально-осевая ветряная турбина отличная от остальных разработок, и выходит за рамки только автономного источника энергии. Её особенности открывают неожиданные возможности. Ротор турбины позволяет использование в качестве альтернативы парусному оснащению яхт. Турбина также применима как оригинальная малая архитектурная форма, поскольку имеет привлекательный дизайн.
Какие перспективы вертикально-осевой ветротурбины (международное обозначение VAWT). Их история началась еще со времён вавилонского царства. Современные собратья имеют вместо сбитых из досок щитов лопасти с профилем самолётного крыла. Они бесшумны и не требуют больших капитальных затрат, проще и дешевле в обслуживании, нежели горизонтально — осевые турбины.
Недостатком существующих систем такого рода является коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ), составляющий примерно треть от энергии ветра в своре ротора. Впрочем, это относится к турбинам Дарье, предложенным в начале прошлого века. Общей теории вертикально-осевых турбин нет до сих пор. За минувший век появились орбитальные станции, боевые роботы и принтеры для создания жилых домов. Что мешало превзойти турбины месье Дарье? Думается, те же причины, по которым маститые учёные отказывали в праве на существование летательным «аппаратам тяжелее воздуха» в ХIХ веке.
Осевая турбина имеет принципиально новую «архитектуру». Использован принцип - смерча (торнадо).
Турбина преобразует линейный поток ветра в восходящий вихрь, который «наматывается» на многолопастный ротор, подобно кокону. Лопасти препятствуют сквозному протеканию воздуха по фронту ротора. Воздух спирально обтекает полость ротора, передавая энергию турбине. Поток взаимодействует не только с этими лопастями, но и со смонтированными на них наклонными антикрыльями. С верхом лопастей соединена горизонтальна крыльчатка, имеющая наклонные лопасти. Этот элемент ротора также взаимодействует с восходящим вихрем. Такая совокупность отличительных признаков создала парадоксальную возможность увеличения ометаемой ветром площади ротора без увеличения его габаритов.
P = 0,5 × Q × S × V3, где:
P - мощность (Вт);
Q - плотность воздуха (1,23 кг/м3);
S - площадь ометания ротора ( м2 );
V - скорость ветра ( м/с ).
Преимущества вертикально – осевой турбины:
- Вращается в одну и ту же сторону при любом направлении ветра.
- Генерация электроэнергии начинается при низкой скорость ветра, порядка 3,5 м/с.
- Вертикальная ветротурбина имеет высокое аэродинамическое качество и коэффициент использования энергии ветра.
- Вертикальная турбина не нуждается в обслуживании подшипников и щёток традиционных генераторов, не требуется повышающего редуктора (мультипликатора). Съём мощности осуществляется не с оси, а с периферии ротора.
- Наращивание мощности достигается путем установки дополнительных модулей.
- Ветротурбина не имеет ограничений при установке вблизи жилья, т.к. уровень шума не превышает 20 ДБ, нет вредного электромагнитного излучения. Это позволяет устанавливать турбины в пределах населённых пунктов, в том числе на крышах многоэтажных зданий без ущерба ландшафтным видам.
- Турбина устойчива к сильному ветру, способна выдержать даже ураганный ветер. Это достигается механизмом автоматического изменения углов атаки вертикальных лопастей турбины. Ветротурбина не восприимчива к турбулентным потокам и не нуждается в выносе её на специальную мачту.
- Турбина имеет легкие и простые составные части, удобные при транспортировке и монтаже.
- Турбина надёжно защищена от воздействия молний, что выводят из строя традиционные горизонтально - осевые аналоги, генератор которых расположен на верху мачт.
Были изготовлены две действующие модели таких турбин. Высота вертикальных лопастей и поперечные габариты роторов равнялись 800 мм. Все упомянутые выше элементы ротора имели аэродинамический профиль ClarK Y. Толщина профиля 11% от длины хорды.
Обе модели имели горизонтальные крыльчатки с девятью лопастями, каждая из которых связана с одной из вертикальных лопастей ротора и с центральной мачтой, которая вращается совместно со всей конструкцией. Первая модель имеет 9 антикрыльев, вторая - 18. При скорости ветра 11м/с вторая турбина развила мощность 220 Вт и имела на холостом ходу частоту вращения около 80 об/ мин. Обе турбины работали в приземном пограничном слое. Это не помешало им достичь КИЭВ 0,42 и 0,48 соответственно, что не уступает горизонтально - осевым турбинам, вынесенным за пределы зоны турбулентности.
В полноразмерном исполнении такая турбина значительно легче и дешевле горизонтально - осевой турбины аналогичной мощности, что позволяет устанавливать её на зданиях, автоприцепах, а также на палубах судов. В последнем случае турбины связаны с электрогенератором лишь на якорной стоянке чтобы запасать энергию в аккумуляторных батареях.
В плавании турбины сами являются движителями, так как создают силы, перпендикулярные направлению ветра. При этом не важно, в какую сторону он направлен. Направление вращения турбины будет одним и тем же, оно зависит лишь от исполнения ротора и будет всегда по часовой стрелке или против неё. До этого схожим образом работали электроприводные роторы Магнуса на судне А. Флеттнера.
Сподобалася стаття! Підтримай проект BuildingTech!
Дякуємо всім за допомогу!
PrivatBank:
UAH - 4149 4993 7451 0947
USD - 4149 4993 7451 0988
EUR - 4149 4993 7451 1002
