Kako vetrnica deluje v vetrovnem vremenu?

Predniki veterinarskih vetrnih elektrarn so se pojavili pred skoraj štiri tisoč leti v Egiptu. Sprva je vetrnica imela stalno smer rezil in pogonskega pasu do osi kamnitega mlina. Kasneje se je v zasnovi pojavilo orodje in ležaji, rotacijski mehanizmi. Takšna naprava brez radikalnih sprememb je bila uspešno uporabljena do začetka prejšnjega stoletja in zdaj ima tudi aplikacijo.

Razlogi za uspeh vetrne energije

Značilnosti vetrne energije so edinstvene. Še posebej si zasluži lastnosti, ki so povzročile nadaljnji uspeh vetrnic. Primerjava značilnosti virov energije omogoča razumevanje tako dolgo in geografsko široko uporabo vetrne energije:

• veter je svoboden in neizčrpen. To je mogoče reči samo o vodi, soncu in geotermalnih izvirih. Jedrska energija, premog, olje se ne moremo pohvaliti s tem;
• Preoblikovanje vetra je okolju prijazen proces, kot so vsi naravne vire energije. Toda olja, premog in jedrske reakcije v procesu preoblikovanja proizvajajo odpadke, ki so škodljivi za rastlinstvo in živalstvo, vključno z ljudmi;
• veter je na voljo kjerkoli na svetu. Tako lahko pove več o sončni energiji. Noben drug vir energije ni tako pogost;
• Prevod kinetične energije vetra je zelo preprost. Enaka preprostost je povezana samo z energijo rečne vode. Iz katerega koli drugega vira bo kinetična energija pridobljena le s kompleksnimi tehnologijami, s posebnimi strukturami in napravami, s stalno spremljanjem in nadzorom procesa.

Ampak obstajajo vetrovi in ​​pomanjkljivosti. Na primer, pregovorna neskladnost. Vetrna smer se tako pogosto spreminja, da smo morali ustvariti mline z vrtljivim telesom. In sprememba moči vetra od orkana do miru ne omogoča računati na stabilnost oskrbe z energijo. Drugi naravni viri energije so tudi nestabilni in s svojimi pomanjkljivostmi. Sonce ne ponudi energije ponoči, dneva pa lahko preseže oblake. Reke niso povsod, ampak tam, kjer jih je, lahko več mesecev posušijo ali zamrznejo.

Druga pomanjkljivost je nizka gostota vetra - 1,29 kg / m3. Na primer, gostota vode je skoraj tono. Če želite pridobiti enako količino energije, mora biti območje rezila vetrne mase 750-krat večje od moči v mlinu. In za takšne modele mora obstajati ustrezen primer.

Kljub vsemu pa je bil skoraj štiri tisoč let vetrno energijo na evropskem, azijskem in afriškem kontinentu. In zdaj ne pozabijo na njega.

Kako veter obrača lopatice

Ker ima zrak maso, ima gibanje zraka kinetično energijo. Ko se na poti vetra piha v določeni smeri, se lahko pojavi objekt s pomočjo vektorjev sile. Vetrovi bodo odbili oviro in se zavrnili v nasprotni smeri. V tem primeru se rezilo, pritrjeno na os strukture, upogne vzdolž osi vrtenja in se vrti na njej. Grafično izgleda tako:

Veter po stiku se odraža od rezila, tako da je del energije:

1. pri upogibanju rezila v smeri vetra, ki je nasprotju s silo F2-1, kar ustvarja potencialno energijo. Velikost te sile bo zmanjšala vektor vetrne sile Fv2-1;
2. ustvarjanje kinetične energije vrtenja, sila F2-2 deluje na rezilo. V tem primeru se vektor vetrne sile Fv2-2 zmanjša, spreminja svojo smer.

Obseg kinetično energijo, ki veter prenaša preko lopatic odvisna od masnega zrak interakcije z lopatico, njegove hitrosti, smeri glede na rezilo - pravokotnico, bolje.

V sami mlinu je poleg oblikovanja rezil mogoče zmanjšati izgube zaradi trenja z uporabo ležajev na osi, zobnikov ali z nastavitvijo generatorja na os lopat.

Če poznate, kako deluje mlin, ga lahko poskusite sami. Vsaj za dekorativne namene.

Kako izračunati krila mlin

Najprej morate odločiti, kaj in kje zgraditi mlin. Običajno je vetrni stroj nameščen na odprtem prostoru, na primer - v državi. Če so drevesa tesna in tesna okoli ograje, boste morali narediti visok trup za vetrenjico. V tem primeru je potreben temelj.

Temelj je potreben tudi za nizke, toda težke korpuse. Za zadeve na državni ravni je dovolj, da betonske ali gosto vrstico opeke postavimo na globino 0,7 metra vzdolž oboda prihodnje strukture. Za dekorativne strukture je dovolj, da utrjujemo in ožemimo eno plast opeke, ki izolira strukturo pred vlago.

Sedaj se moramo odločiti, za kaj je treba zgraditi mlin. Obstaja veliko možnosti:

• za dviganje vode iz vrtine;
• za proizvodnjo električne energije;
• za odganjanje molov;
• za shranjevanje vrtnih orodij;
• v dekorativni oznaki.

Vrstni red možnosti je predstavljen tako, da zmanjša zahteve za napajanje naprave, npr. za poenostavitev mehanizma. Opredelitev zahtev za oblikovanje ostaja pravica in dolžnost lastnika.

Samo zapomnite si, da dejanska moč vetrnih turbin v gospodinjstvih ne presega 500 W pri hitrosti vetra 5-8 m / s. Vendar pa lahko električno energijo shranite, po potrebi pa tudi močne potrošnike za kratek čas. Na primer, črpalka za dviganje vode.

Glavna stvar v vetrnici je rezila. Najprej, za določitev zasnove lopat, morate vedeti, da večja moč - večje mora biti območje projekcije na ravnini rotacije rezila. To se doseže s povečanjem števila, dolžine, površine in kota vrtenja lopatic.

Za izračun povprečne moči konstrukcije je potrebno poznati moč vetrov, značilnih za teren. Poleg tega morajo biti lopatice mlina pravokotne na prevladujoče smeri vetra. Te informacije je treba najti na internetu na zahtevo "statistike hitrosti vetra" in "vetrne rose" za vašo regijo.

Ostanimo izračunati velikost rezil. Na primer, povprečni veter je 5 m / s, poraba energije pa je 100 W. Izgube pri pretvorbi kinetične energije vrtenja mlinske osi v električni sestavni del predstavljajo približno 20% - 40%.

Učinkovitost je mogoče izračunati, saj natančne vrednosti generator potni list učinkovitosti na osi usmernika, s stabilizatorjem, DC-DC pretvornik v izmenično napetostjo 220 V. V izračun odstotka izgube se ne seštevajo, je treba zaporedno pomnoži učinkovitost vsake enote za sprejem učinkovitost vrtenja v sistem za pretvorbo električne energije . Druga polovica moči vetra je izgubljena na rezila.

Zmanjšajte izgube pretvorbe tako, da izklopite, na primer, enosmerni to AC pretvornik, če pogon lahko deluje pri akumulatorju. Odsotnost katerekoli druge naprave je mogoča tudi, če napetost in tok nista zelo pomembna za delovanje naprave - npr. Majhna žarnica z žarilno nitko, še bolj praktična - LED.

Moč vetrnega generatorja je neposredno sorazmerna z gostoto zraka, pomnožen s hitrostjo vetra v tretji stopnji (za 5 m / s - 125). Če rezultat razdelimo z dvakratno površino projekcije lopatic na ravnino vrtenja, dobimo moč, ki jo generator lahko proizvede na osi vrtenja lopatic.

Na primer, lahko izračunate območje projekcij za 4 rezila širine 0,5 m, s krogom s premerom 2 m, ki se vrti pod kotom 60 stopinj do ravnine vrtenja. Območje po formuli d / 2 * sin (30) * 0,5 * 4 je enako 2/2 * 0,25 * 4 = 1 kvadratni meter.

Tovrstna zasnova, pri kateri je najpogostejša povprečna hitrost vetra v Rusiji 5 m / s, dobi od energije vetra v količini 1,29 * 125/2 * 1 = 80 W. Odstranite polovico pretvorbe v rotacijsko gibanje, odstranite 25% pretvorbe v električno energijo in za potrošnike ostanete približno 30 vatov. Največja vetrna moč s takšnim vetrom na rezila, ki se popolnoma prekrivajo v projekciji območja kroga, lahko raste 3,14-krat. Posledično bo potrošnik dobil največ 100 vatov. Ni tako slabo.

Če želite v dekorativne namene uporabiti svetleče diode, se bodo mlinove velikosti spremenile v smešno, tam bi bil nizek veter.

Brez pretvorbe v električno energijo vetra se uporablja za odvračanje majhnih žuželk, ki živijo pod zemljo. Dovolj je, da se za 15 centimetrov spusti lesena os, ki se vrti iz vetrnice, ker jih vibracija tleh prestraši več metrov, ne da bi motila lastnike.

Sorte lopatic vetrne turbine

Zasnova rezil ni samo z vertikalno rotacijo, temveč tudi s horizontalnim vrtenjem. Rezila imajo lahko vijačno strukturo, variabilno jadro. Mlinovi so bili zgrajeni stoletja in tako, da je bil v vsaki stavbi edinstven. Sodobni modeli so tudi raznolike.

Statistika in obeti

V Rusiji konec 19. stoletja je delovalo okrog 200.000 mlinov. Tipična vetrna turbina je proizvedla moč 3,5 kW, velika s premerom rezila 24 metrov - do 15 kW. Skupna moč, ki so jo takrat proizvedli, je dosegla 750 mW. Zdaj se uporabljajo vetrni generatorji in nekaj enot mlinov drugega namena. In vsi ustvarjajo 50-krat manj energije kot pred 100 leti, kar je 15 mW. Razvojni načrti. seveda. so ustvarjeni, ker je potencial vetra v naši državi več deset milijard kilovatov.

Čeprav niso bili realizirani načrti, bomo lahko preoblikovati znani izraz Vladimir Vladimirovič Majakovski in rekel: "Če mlin stavbe - tako - to je potrebno za nekoga pomeni - nekdo želi, da bi bili?" Fascinantna lepota delovnega mlina je postala močan inspirativni dejavnik za obrtnike, ki ustvarjajo mojstrovine v dvoriščih in primestnih območjih.