تحويل طاقة الرياح هو أحد السبل للحصول على كهرباء رخيصة. هناك العديد من تصميمات توربينات الرياح. تم تصميم بعضها لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة ، والبعض الآخر متواضع في الاستخدام. المجموعة الثانية تضم دوار Savonius ، الذي تم إنشاؤه منذ حوالي 100 عام ، ولا يزال يستخدم بنجاح لحل المشكلات الفنية المختلفة.
تاريخ الخلق
Sigurd Johannes Savonius (1884-1931) - مخترع من فنلندا ، اكتسب شهرة لعمله في الفيزياء المتعلقة بدراسة طاقة الرياح. خلال حياته ، حصل على العديد من براءات الاختراع التي لا تستخدم فقط لإنشاء توربينات الرياح ، ولكن أيضًا في بناء السفن ، وكذلك في أنظمة التهوية لعربات السكك الحديدية والحافلات الحديثة.
اخترع مخترع آخر من ألمانيا - أنتون فليتنر (1888 - 1861) في بداية القرن الماضي بديلاً عن الشراع الكلاسيكي ، حيث أنشأ ما يسمى بدوار فليتنر. جوهر الاختراعإلى ما يلي: استقبلت أسطوانة دوارة ، منفوخة بفعل الرياح ، قوة موجهة في الاتجاه الأفقي ، تتجاوز 50 ضعف قوة تدفق الهواء. بفضل هذا الاكتشاف ، تم بناء العديد من السفن التي تستخدم قوة الرياح للتحرك. على عكس المراكب الشراعية التقليدية ، لم تكن هذه السفن مستقلة تمامًا عن الطاقة. كانت هناك حاجة للمحركات لتدوير الدوار.
بالتأمل في شراع فليتنر ، توصل سافونيوس إلى استنتاج مفاده أنه يمكن أيضًا استخدام طاقة الرياح لتدويره. في عام 1926 ، طور وحصل على براءة اختراع تصميم أسطوانة مفتوحة مع شفرات موجهة بشكل معاكس في الداخل.
قليلا من الفيزياء
أولاً ، نظرية صغيرة. لاحظ الجميع أنه عند ركوب الدراجة الهوائية ، يخلق الهواء مقاومة كبيرة للحركة. وكلما زادت السرعة ، زادت هذه القيمة. العامل الثاني الذي يؤثر على المقاومة هو منطقة المقطع العرضي للجسم المتأثرة بتدفق الهواء. لكن هناك كمية ثالثة تتعلق بهندسة الجسم. هذا هو بالضبط ما يحاول مصممو هيكل السيارة تقليله عندما يتعلق الأمر بالديناميكا الهوائية.
على سبيل المثال ، يمكننا القول أن ثلاث لوحات بنفس مساحة المقطع العرضي ، ولكن لها أشكال مختلفة: مقعرة ومستقيمة ومحدبة ، سيكون لها معامل سحب مختلف تمامًا. بالنسبة للشكل المحدب ، سيكون 0.34 ، للشكل المستقيم - 1.1 ، للشكل المقعر - 1.33. كان الشكل المقعر الذي تم التقاطه لشفرات دوار سافونيوس. تم التعرف عليه باعتباره المضيف الأكثر فعاليةطاقة الرياح.
مبدأ تشغيل دوار سافونيوس
على عكس شراع Flettner ، اقترح Savonius تقسيم الأسطوانة إلى نصفين وتحريكهما بالنسبة لبعضهما البعض للحصول على الشفرات والمسافة بينهما. كان جوهر فكرة سافونيوس هو أن تدفق الهواء الذي يصيب شفرة واحدة لم ينتقل فقط إلى الجانب بعد ذلك ، ولكن ، بالمرور عبر الفجوة المحورية ، تم إعادة توجيهه إلى الشفرة الثانية ، مما زاد بشكل كبير من تأثير الرياح.
يسمح مبدأ التشغيل هذا لدوار Savonius بالعمل حتى في ظل الرياح الخفيفة.
هناك عدة خيارات للملف الشخصي:
- يتم تثبيت الشفرات على المحور بحيث لا توجد فجوة هوائية بينها. هذا هو أبسط نسخة من العديد من الأوصاف من دوار سافونيوس.
- يتم إدخال قاعدة أحد النصل في قاعدة الشفرة الأخرى. لا تزال هناك فجوة كبيرة على طول خط المحور. يسمح هذا الخيار للرياح القادمة من أحد نصفي الدوار بالانتقال إلى النصف الآخر. الملف الشخصي أكثر كفاءة.
- مثل الخيار الثاني ، يتم زيادة مساحة الشفرات فقط عن طريق إضافة صفيحة مستقيمة من الداخل.
نطاق التطبيق
في الستينيات من القرن الماضي ، تم استخدام دوارات Savonius في أنظمة تهوية السكك الحديدية. تم تثبيتها على أسطح العربات. أثناء الحركة ، بدأ الدوار في الدوران وضخ الهواء من الشارع إلى الغرفة. تم تثبيت أنظمة مماثلة أيضًا على الحافلات.
اليوم ، التطبيق الرئيسي للدوار فيتوربينات الرياح ذات المحور الرأسي. هناك عدد من التصاميم المتشابهة التي تجمع عاملين:
- محور الدوران العمودي ؛
- البديهية في اتجاه تدفق الرياح.
بالإضافة إلى توربينات الرياح الرأسية ، هناك أجهزة ذات محور أفقي. تتميز بعودة كبيرة بنفس قوة الرياح. من الناحية الهيكلية ، فهي تشبه شفرات مراوح الطائرات ، وتقع على محور أفقي ولها ذيل توجيه للمحاذاة مع الريح.
مزايا توربينات الرياح سافونيوس
على الرغم من حقيقة أن الدوارات المحورية العمودية لتوربينات الرياح تفقد كفاءتها أمام الدوارات المحورية الأفقية ، إلا أنها لا تزال تتمتع بعدد من المزايا التي لا يمكن إنكارها:
- العمل في أي منطقة مناخية. بسبب مساحتها المستعرضة الصغيرة ، فهم لا يخافون من رياح الأعاصير.
- لا تتطلب أجهزة إضافية لإطلاقها. نظرًا للشكل المقعر للشفرات ، يحدث الإطلاق عند قيم رياح دنيا - 0.3 م / ث. يصل المولد إلى القيم المثلى بسرعة تدفق هواء تبلغ 5 م / ث.
- نظرًا لمستوى الضوضاء المنخفض الذي يصل إلى 20 ديسيبل ، يمكن تركيب الطاحونة الهوائية على مقربة من السكن ، وهو أمر مهم لتوليد الكهرباء منخفضة الطاقة وفقدان التيار في الأسلاك.
- لا تتطلب اتجاه رياح معين. يبدأون العمل من تدفق الهواء في أي زاوية.
- تصميم بسيط يقلل من تكاليف الصيانة.
- ليس خطيرًا على الطيور التي ترى الهيكل ككل ولا تحاول الطيران عبر الشفرات.
تشمل عيوب توربينات الرياح العمودية الكفاءة المنخفضة نسبيًا ، والتكاليف المرتفعة لمواد البناء ، والأحجام الكبيرة المطلوبة لتحقيق الطاقة المطلوبة.
كيف تصنع توربينات الرياح بيديك
يبدو أن صنع جهاز يوفر لمنزل ريفي بالكامل بالكهرباء أمر غير محتمل. ومع ذلك ، فإن صنع طاحونة هوائية صغيرة لتوليد الكهرباء المجانية التي تضمن تشغيل الأجهزة منخفضة الطاقة (مضخة الري ، وإنارة الشوارع أمام المنزل ، وفتح البوابات الأوتوماتيكية) هي من صلاحيات أي حرفي. لهذا ستحتاج:
- 3 صفائح ألمنيوم بطول جانبي 33 سم ، وسمك حوالي 1 مم ؛
- أنبوب تصريف قطره 15 سم وطوله 60 سم ؛
- 4 سم انبوب ماء
- مولد كهربائي (يمكن استخدام السيارة) ؛
- تركيبات (زوايا فولاذية ، براغي ، صواميل ، براغي).
تعليمات الطبخ
لصنع دوار سافونيوس بسيط تحتاج:
- قص 3 اقراص بقطر 33 سم من صفائح الالمنيوم
- قم بقطع أنبوب ماء بقطر 15 سم على طول المحور لعمل 2 فراغ للشفرات. ثم قص كل قطعة عبر المنتصف. وبذلك تحصل على 4 شفرات متطابقة بطول 30 سم
- حفر حفرة في وسط الأقراص يمكنك من خلالها إدخال أنبوب ماء 4 سم.
- قم بتوصيل الأقراص الثلاثة بأنبوب ، وبينهاإدراج الشفرات. اثنان بين قرصين. يجب أن تكون الشفرات موجهة بحيث تكون الزاوية بين محاورها 90 درجة. سيسمح هذا حتى لرياح طفيفة بتدوير المولد.
- استخدم الزوايا والبراغي لإصلاح الشفرات على جنوط الألومنيوم.
- اضغط على عمود المولد في الجزء السفلي من الأنبوب ، وهو المحور.
مولد الرياح جاهز. يبقى فقط اختيار موقع التثبيت المفتوح بما فيه الكفاية لتيارات الهواء. إذا لم يكن هناك رياح كافية ، فيمكنك عمل سارية عالية ، ووضع المولد فوقها.
توربينات الرياح العمودية الجاهزة
مع تطوير الطاقة البديلة ، هناك طلب متزايد على منتجات إمدادات الطاقة المستقلة. حاليا ، هناك توربينات رياح روسية الصنع في السوق ، يبدأ سعرها من 60 ألف روبل.
يمكن استخدام هذه الوحدات في القطاع الخاص ، وتلبية احتياجات الكهرباء من 250 واط إلى 250 كيلوواط.
