Vertikálny veterný generátor: popis a princíp činnosti, rozdiely od modelov s horizontálnou osou otáčania

V poslednej dobe došlo k prudkému nárastu popularity alternatívnych zdrojov energie. Využitie vetra je jednou z najžiadanejších oblastí v energetickom sektore, preto veľa ľudí rozmýšľa nad kúpou vertikálneho veterného generátora do svojho domu. Remeselníci sa pokúšajú postaviť takúto inštaláciu vlastnými rukami, čo je celkom realistické.

všeobecné informácie

Úlohou modernej vertikálnej veternej turbíny je premieňať veternú energiu na elektrickú energiu. Prvé prototypy takéhoto vynálezu sa objavili už veľmi dávno, no v tých časoch im ľudia nepripisovali taký význam ako teraz. Pokiaľ ide o moderné inštalácie, vyznačujú sa množstvom výhod a poskytujú stabilnú dodávku elektriny, čo je dosť pre domáce potreby. V niektorých európskych krajinách je podiel spotrebovaných energetických zdrojov vytvorených veternými elektrárňami 25 %. Medzi nimi je aj Dánsko.

Vertikálne veterné turbíny v niektorých ohľadoch prevyšujú klasické horizontálne typy, čo je dané špecifickým dizajnom a princípom činnosti. Na rozdiel od modelov s horizontálnou osou nemajú prakticky žiadne uzly a mechanizmy, ktoré sú vedené prúdom vetra. Vďaka tejto vlastnosti sa výrazne zníži akékoľvek hydroskopické zaťaženie a konštrukcia zaujme ľubovoľnú polohu bez ohľadu na smer prúdenia vetra. Okrem toho majú takéto veterné mlyny jednoduchší dizajn, ktorý vám umožňuje postaviť si ich doma.

Medzi kľúčové typy inštalácií s vertikálnou osou otáčania patria:

• ortogonálna konštrukcia;
• Darrieov mechanizmus;
• Savoniov mechanizmus;
• veterná turbína so špirálovitým dizajnom.

Hlavné výhody

Hlavnou výhodou vertikálnej veternej turbíny je jej schopnosť pracovať v nízkej výške, čo poskytuje vysokú úroveň účinnosti. A hoci je horizontálny veterný generátor efektívnejší, vertikálny nemusí používať zložité mechanizmy alebo drahé zariadenia, zatiaľ čo dizajn má vysokú spoľahlivosť a veľký životnosť.

Vďaka špeciálnemu profilu lopatiek a špecifickému tvaru rotora poskytuje jednotka najlepšie ukazovatele výkonu, ktoré sa nemenia v závislosti od pohybu vetra. Kompaktné modely pre domácnosť sú vybavené tromi (alebo viacerými) rotačnými prvkami, ktoré dokážu okamžite zachytiť poryv vetra a začať proces jeho premeny na elektrickú energiu. Fungujú pri rýchlosti vetra 1,5 m/s, čo výrazne zvyšuje ich účinnosť a efektivitu.

Počas prevádzky inštalácia nevydáva hluk ani zvuk charakteristický pre veľké veterné turbíny, čo sa považuje za nesporné plus. Taktiež nevypúšťa škodlivé látky do ovzdušia, nepotrebuje častú údržbu a naďalej dlhodobo dodáva kvalitnú energiu do priestorov. Ak urobíte zoznam výhod vertikálnych veterných turbín, potom bude pozostávať z nasledujúcich položiek:

1. Maximálna šetrnosť k životnému prostrediu.
2. Schopnosť pracovať bez dodatočného paliva.
3. Ziskovosť.
4. Nedostatok komplikovanej a častej údržby.
5. Pracujte na báze nevyčerpateľnej energie.

Ak je veterná turbína navrhnutá správne, bude schopná premeniť súkromnú budovu na autonómne zariadenie na výrobu elektriny, čím sa stane dodatočným zdrojom príjmu. Okrem výhod však takéto jednotky majú aj nevýhody:

1. Vysoká cena. Továrenské modely zahraničných značiek sú pomerne drahé, ale veterné turbíny s vertikálnou osou ruskej výroby sú dosť cenovo dostupné.
2. Slušná hladina hluku. Takáto nevýhoda je prítomná vo veľkých priemyselných veterných turbínach, pretože vývoj domácností je prakticky tichý.
3. Nestabilná sila.

Posledná vlastnosť veterných turbín sa považuje za najvýznamnejšiu, ale odborníci sa jej zbavujú inštaláciou niekoľkých batérií. Je tiež dôležité poznamenať, že výkon veternej farmy môže byť ovplyvnený poveternostnými podmienkami, ktoré sú často nepredvídateľné. Výhody takéhoto generátora energie sú oveľa viac ako nevýhody, takže otázka jeho inštalácie v súkromnom dome je čoraz naliehavejšia.

Princíp činnosti a klasifikácia

Prevádzka vertikálnej veternej turbíny je založená na princípe magnetickej levitácie. Keď sa turbíny otáčajú, generuje sa impulzná a vztlaková sila, ako aj skutočná brzdná sila. Vďaka prvým dvom sa lopatky inštalácie začnú pohybovať, čo aktivuje rotor a vedie k vytvoreniu magnetického poľa. Systém funguje autonómne a nevyžaduje účasť majiteľa.

Napriek všeobecnému princípu fungovania sa lapače vetra môžu líšiť vo svojom dizajne. A hoci to prakticky neovplyvňuje efektivitu a produktivitu, pomáha to nájsť najlepšiu možnosť pre konkrétne úlohy v konkrétnej oblasti.

Ak hovoríme o ortogonálnych systémoch, potom sú postavené na základe pevnej vertikálnej osi otáčania a niekoľkých lopatiek, ktoré sú umiestnené vo vzdialenosti od stredového rámu. Systém nevyžaduje inštaláciu ďalších vodiacich zostáv a plne funguje pri akomkoľvek vetre. Vertikálna poloha hlavného hriadeľa umožňuje inštaláciu pohonu na úrovni terénu, čo značne zjednodušuje ďalšiu obsluhu alebo opravy.

Jediným slabým miestom v ortogonálnych generátoroch sú otočné uzly. Nemajú veľmi dlhú životnosť, čo sa vysvetľuje potrebou pracovať pod vysokým zaťažením rotora. Aby sa predišlo rýchlemu poškodeniu systému, musia sa podporné diely včas opraviť a nahradiť chybné prvky novými.

Medzi nevýhody zariadení tohto typu patrí pôsobivá hmotnosť lopatiek, ako aj nižší ukazovateľ účinnosti v porovnaní s horizontálnymi axiálnymi zariadeniami. Ale na účely domácnosti sú takéto veterné generátory dosť. Svoje pracovné povinnosti zvládajú najlepším možným spôsobom.

Modely s rotorom Darrieus a Savonius

Zariadenia založené na rotore Darrieus sú vybavené vertikálnou osou otáčania a dvoma alebo tromi plochými systémy lopatiek, ktoré nemajú charakteristický aerodynamický profil a sú umiestnené na základni a na vrch. Princíp fungovania inštalácie je založený na sile alebo smere vetra. Výhody takejto veternej turbíny zahŕňajú:

1. Maximálna rýchlosť otáčania.
2. Možnosť montáže pohonného systému priamo na zem.
3. Jednoduchosť kontroly a údržby.

Modely s dvoma lopatkami interagujú s vetrom iba vtedy, keď sú silné poryvy. Ak je prúdenie vetra nedostatočne intenzívne alebo rovnomerne prichádzajúce, zostávajú nehybné. Medzi nevýhody veterných turbín s generátorom Darrieus rozlišujú zraniteľnosť voči dynamickým zaťaženiam a relatívne nízky faktor účinnosti.

Pokiaľ ide o veterné turbíny vybavené rotorom Savonius, majú polvalcové lopatky a poskytujú vysoký krútiaci moment aj pri nedostatočnom vetre. Maximálny výkon tohto typu veterných turbín dosahuje 5 kW, takže sa prakticky nepoužívajú ako nezávislé pracovisko. Namiesto toho sa prístroje začali používať ako nástroj na zrýchlenie modelov rotorov Darrieus. Z dôvodu významných nedostatkov sa hromadná výroba takéhoto zariadenia považuje za neopodstatnenú.

Iné typy

Veterné turbíny vybavené viaclistým rotorom predstavujú kvalitatívnu modernizáciu klasických modelov ortogonálneho typu. Ich práca je založená na rotorovom komplexe niekoľkých lopatiek usporiadaných v dvoch radoch. Vonkajšia vrstva je statická a funguje ako vodiaci mechanizmus, ktorý zachytáva prúdenie vetra a stláča ho. Vďaka tejto technológii sa skutočná rýchlosť vetra výrazne zvyšuje.

Druhá vrstva pozostáva z pohyblivých prvkov, ktoré vnímajú prúdenie vzduchu z vonkajších lopatiek pod určitým uhlom. Táto konfigurácia robí zariadenie vysoko efektívnym a výrazne zvyšuje jeho účinnosť. Ale systémy s rotorom s viacerými lopatkami nie sú lacné, takže priemerní spotrebitelia sa zastavia na jednoduchších a cenovo dostupnejších riešeniach. Napriek tomu odborníci na energetiku tvrdia, že táto jednotka ponúka najlepšiu účinnosť vo svojej triede a môže fungovať aj pri slabom prúdení vetra.

Na trhu sú tiež rozšírené špirálové veterné turbíny, ktoré sú vylepšenou verziou ortogonálnych zariadení. V týchto zariadeniach sú lopatky skrútené do oblúka, čo zaisťuje efektívne zachytávanie prúdenia vetra a stabilnú rotáciu. Použitie pokročilej rotačnej technológie znižuje dynamické zaťaženie hlavných pracovných prvkov, čo pozitívne ovplyvňuje životnosť zariadenia.

Zariadenia so špirálovým rotorom ponúkajú maximálnu spoľahlivosť a zvládnu ťažké bremená. Počas prevádzky však môžu vydávať hluk a ďalšie zvukové vlny.

Bohužiaľ, tento typ veternej turbíny nezískal veľkú popularitu kvôli svojim vysokým nákladom. Vysvetľuje to skutočnosť, že výroba špirálových zariadení je veľmi namáhavý a časovo náročný proces, ktorý zahŕňa použitie komplexnej technológie.

Zariadenia s vertikálnou osou

Pokiaľ ide o generátory s vertikálnou osou, líšia sa od predchádzajúcich typov umiestnením systému lopatiek. Vo vertikálnej konfigurácii pripomína krídlo lietadla s osou rovnobežnou s vertikálnym hriadeľom. Z hľadiska svojich konštrukčných prvkov je vynález mierne podobný rotoru Darrieus, ale má veľa výhod a jedinečných vlastností.

Takýto generátor pracuje oveľa rýchlejšie.ako iné modely, takže jeho ukazovatele účinnosti sú výrazne vyššie. Inštalácia v krátkom čase poskytuje požadovaný zdroj energie a uspokojuje potreby spotrebiteľov v spotrebe energie.

Medzi výhody systému patrí aj maximálna spoľahlivosť a trvanlivosť, schopnosť vyrovnať sa s pôsobivým zaťažením a relatívnou lacnosťou. Vďaka týmto vlastnostiam sú generátory s vertikálnou osou veľmi obľúbené a sú lídrami na trhu.

DIY výroba

Dokonca aj najjednoduchšie modely veterných turbín sú dosť drahé, takže nie každý si môže dovoliť kúpiť takéto zariadenie. Z tohto dôvodu začali remeselníci a talentovaní vynálezcovia vyrábať produktívne mechanizmy vlastnými rukami.

Nie je ťažké vyrobiť veterný generátor vertikálne-axiálneho typu. Aby ste to dosiahli, musíte nájsť vhodné príslušenstvo, nakresliť výkresy a postupovať podľa pokynov. S minimálnymi nárazmi vetra začne takáto veterná turbína pracovať a poteší svojich majiteľov cenovo dostupnou a kvalitnou elektrickou energiou. Ak chcete vytvoriť budúci generátor, musíte pripraviť:

• rotor - pohyblivá jednotka;
• systém čepelí;
• axiálny stožiar;
• stator;
• batérie;
• invertor;
• ovládač.

Pri výrobe vlastných čepelí sa odporúča použiť ľahký plast, ktorý má dobrú elasticitu. Zvyšok surovín sa bojí všetkých druhov vplyvov a rýchlo sa deformuje, takže je lepšie zastaviť sa na plastových štruktúrach.

Pred začatím výroby musíte vziať do úvahy, že takéto zariadenie nie je dostatočne výkonné a je výrazne horšie ako továrenské vzorky. Aby ste neboli sklamaní v domácom dizajne, je lepšie, aby bol vopred 2 krát výkonnejší, ako je uvedené v návode.

Bezpochyby je veterný generátor jedným z najužitočnejších vynálezov nášho storočia. A nemusíte byť oligarcha, aby ste takýto systém získali, pretože s minimálnym úsilím si ho môžete vyrobiť sami.