تبدیل انرژی باد یکی از راه‌های دستیابی به برق ارزان است. طرح های زیادی از توربین های بادی وجود دارد. برخی از آنها برای حداکثر بهره وری طراحی شده اند، برخی دیگر در استفاده بی تکلف هستند. گروه دوم شامل روتور ساوونیوس است که حدود 100 سال پیش ایجاد شد و هنوز با موفقیت برای حل مشکلات فنی مختلف استفاده می شود.
تاریخچه آفرینش
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - مخترع فنلاند، به دلیل کار خود در فیزیک مربوط به مطالعه انرژی باد به شهرت رسید. او در طول زندگی خود چندین پتنت دریافت کرد که نه تنها برای ساخت توربین های بادی، بلکه در کشتی سازی و همچنین در سیستم های تهویه واگن های راه آهن و اتوبوس های مدرن استفاده می شود.
مخترع دیگری از آلمان - آنتون فلتنر (1888 - 1861) در آغاز قرن گذشته جایگزینی برای بادبان کلاسیک ارائه کرد و به اصطلاح روتور فلتنر را ایجاد کرد. ماهیت اختراعبه موارد زیر کاهش یافت: یک سیلندر چرخشی که توسط باد دمیده شده بود، نیرویی را در جهت افقی دریافت کرد که بیش از 50 برابر نیروی جریان هوا بود. به لطف این کشف، چندین کشتی ساخته شد که از نیروی باد برای حرکت استفاده می کنند. برخلاف قایق های بادبانی معمولی، این کشتی ها کاملاً مستقل از انرژی نبودند. برای چرخاندن روتور به موتورهایی نیاز بود.
با تأمل در بادبان فلتنر، ساوونیوس به این نتیجه رسید که از انرژی باد نیز می توان برای چرخاندن آن استفاده کرد. در سال 1926، او طرح یک استوانه باز با تیغه های مخالف جهت داخل را توسعه داد و ثبت اختراع کرد.
کمی فیزیک
اول، یک نظریه کوچک. همه متوجه شدند که هنگام دوچرخه سواری، هوا مقاومت قابل توجهی در برابر حرکت ایجاد می کند. و هر چه سرعت بیشتر باشد این مقدار بیشتر می شود. دومین عامل مؤثر بر مقاومت، سطح مقطع بدن است که تحت تأثیر جریان هوا قرار می گیرد. اما یک کمیت سوم وجود دارد که مربوط به هندسه بدن است. این دقیقاً همان چیزی است که طراحان بدنه خودرو در مورد آیرودینامیک سعی در کاهش آن دارند.
برای مثال، می توان گفت که سه صفحه با سطح مقطع یکسان، اما دارای اشکال مختلف: مقعر، مستقیم و محدب، دارای ضریب درگ بسیار متفاوتی خواهند بود. برای یک شکل محدب، 0.34، برای یک مستقیم - 1.1، برای یک مقعر - 1.33 خواهد بود. این شکل مقعر بود که برای تیغه های روتور Savonius گرفته شد. به عنوان موثرترین میزبان شناخته شده استانرژی باد.
اصل عملکرد روتور Savonius
بر خلاف بادبان فلتنر، ساوونیوس پیشنهاد کرد که استوانه را به دو نیمه تقسیم کرده و آنها را نسبت به یکدیگر حرکت دهند تا تیغه ها و فضای بین آنها بدست آید. ماهیت ایده ساوونیوس این بود که جریان هوا که با یک تیغه برخورد می‌کند، نه تنها پس از آن به طرفین می‌رود، بلکه با عبور از شکاف محوری، به سمت پره دوم هدایت می‌شود که به طور قابل توجهی تأثیر باد را افزایش می‌دهد.
این اصل عملکرد به روتور Savonius اجازه می دهد حتی در باد ملایم کار کند.
گزینه های متعددی برای نمایه وجود دارد:
- تیغه ها به گونه ای روی محور ثابت می شوند که هیچ شکاف هوایی بین آنها وجود نداشته باشد. این ساده ترین نسخه از بسیاری از توصیفات روتور ساوونیوس است.
- پایه یک تیغه در پایه تیغه دیگر قرار می گیرد. شکاف قابل توجهی در طول خط محور باقی می ماند. این گزینه اجازه می دهد تا باد از یک نیمه روتور به سمت دیگر حرکت کند. نمایه کارآمدتر.
- همانند گزینه دوم، فقط مساحت تیغه ها با افزودن یک صفحه مستقیم در داخل افزایش می یابد.
دامنه کاربرد
در دهه 60 قرن گذشته، روتورهای Savonius در سیستم‌های تهویه راه‌آهن استفاده می‌شد. روی سقف واگن ها نصب می شدند. در طول حرکت، روتور شروع به چرخش و پمپاژ هوا از خیابان به داخل اتاق کرد. سیستم‌های مشابهی نیز در اتوبوس‌ها نصب شد.
امروزه کاربرد اصلی روتور در دسترس استتوربین های بادی با محور عمودی تعدادی طرح مشابه وجود دارد که دو عامل را ترکیب می کند:
- محور چرخش عمودی؛
- بی تکلفی نسبت به جهت جریان باد.
علاوه بر توربین های بادی عمودی، دستگاه هایی با محور افقی نیز وجود دارد. آنها با بازگشت بزرگ با همان نیروی باد متمایز می شوند. از نظر ساختاری، آنها شبیه پره های پروانه هواپیما هستند که روی یک محور افقی قرار دارند و دارای یک دم راهنما برای همسویی با باد هستند.
مزایای توربین بادی Savonius
علیرغم این واقعیت که روتورهای محوری عمودی توربین‌های بادی کارایی خود را نسبت به روتورهای محوری افقی از دست می‌دهند، آنها همچنان مزایای غیرقابل انکاری دارند:
- در هر منطقه آب و هوایی کار کنید. به دلیل مساحت عرضی کوچکی که دارند، از بادهای طوفانی نمی ترسند.
- برای راه اندازی به دستگاه های اضافی نیاز ندارید. با توجه به شکل مقعر تیغه ها، پرتاب در حداقل مقادیر باد - 0.3 متر بر ثانیه اتفاق می افتد. ژنراتور با سرعت جریان هوا 5 متر بر ثانیه به مقادیر بهینه می رسد.
- به دلیل سطح سر و صدای کم تا 20 دسی بل، آسیاب بادی را می توان در مجاورت خانه نصب کرد که برای تولید برق کم مصرف و کاهش جریان در سیم ها مهم است.
- نیاز به جهت باد خاصی ندارید. آنها از جریان هوا در هر زاویه ای شروع به کار می کنند.
- طراحی ساده هزینه های نگهداری را کاهش می دهد.
- برای پرندگانی که ساختار را به عنوان یک کل درک می کنند و سعی نمی کنند از طریق تیغه ها پرواز کنند خطرناک نیست.
معایب توربین های بادی عمودی عبارتند از راندمان نسبتا کم، هزینه های بالاتر برای مصالح ساختمانی، اندازه های بزرگ مورد نیاز برای دستیابی به توان مورد نیاز.
چگونه با دستان خود یک توربین بادی بسازیم
ساخت دستگاهی که برق خانه ای روستایی را به طور کامل تامین کند بعید به نظر می رسد. با این حال، ساخت یک آسیاب بادی کوچک برای تولید برق رایگان که عملکرد دستگاه های کم مصرف (پمپ آبیاری، روشنایی خیابان جلوی خانه، باز کردن دروازه های اتوماتیک) را تضمین می کند، در توان هر صنعتگری است. برای این کار شما نیاز دارید:
- 3 ورق آلومینیومی با طول جانبی 33 سانتی متر، ضخامت حدود 1 میلی متر؛
- لوله تخلیه با قطر 15 سانتی متر و طول 60 سانتی متر؛
- لوله آب 4 سانتی متر؛
- ژنراتور الکتریکی (می توان از خودرو استفاده کرد)؛
- اتصالات (زاویه های فولادی، پیچ های خودکار، مهره ها، پیچ ها).
دستورالعمل آشپزی
برای ساختن یک روتور ساده Savonius به: نیاز دارید:
- 3 دیسک به قطر 33 سانتی متر را از ورق های آلومینیومی جدا کنید.
- یک لوله آب به قطر 15 سانتی متر در امتداد محور برش دهید تا 2 عدد خالی برای تیغه ها ایجاد کنید. سپس هر تکه را از وسط ببرید. بنابراین، شما 4 تیغه یکسان به طول 30 سانتی متر خواهید داشت.
- یک سوراخ در مرکز دیسک ها دریل کنید که از طریق آن می توانید یک لوله آب 4 سانتی متری وارد کنید.
- هر سه دیسک را با یک لوله و بین آنها وصل کنیدتیغه ها را وارد کنید دو بین دو دیسک جهت تیغه ها باید طوری باشد که زاویه بین محورهای آنها 90 درجه باشد. این اجازه می دهد حتی باد خفیف ژنراتور را بچرخاند.
- از گوشه‌ها و پیچ‌های خودکار برای ثابت کردن تیغه‌های رینگ‌های آلومینیومی استفاده کنید.
- شفت ژنراتور را به قسمت پایینی لوله که محور است فشار دهید.
ژنراتور بادی آماده است. فقط باید یک محل نصب را انتخاب کنید که به اندازه کافی برای جریان هوا باز باشد. اگر باد کافی وجود ندارد، می توانید یک دکل بلند درست کنید که ژنراتور را در بالای آن قرار دهید.
توربین های بادی عمودی پیش ساخته
با توسعه انرژی های جایگزین، تقاضای فزاینده ای برای محصولات منبع تغذیه مستقل وجود دارد. در حال حاضر توربین های بادی ساخت روسیه در بازار وجود دارد که قیمت آنها از 60 هزار روبل شروع می شود.
این واحدها می توانند در بخش خصوصی مورد استفاده قرار گیرند و نیاز برق را از 250 وات تا 250 کیلو وات تامین کنند.
