Ako funguje veterný mlyn vo veternom počasí?

Predkovia veterných mlynov sa objavili takmer pred štyrmi tisíckami rokmi v Egypte. Spočiatku mal veterný mlyn konštantný smer lopatiek a remeňový pohon k osi kamenného mlyna. Neskôr sa v dizajne objavili ozubené kolesá a ložiská, rotačné mechanizmy. Takéto zariadenie bez radikálnych zmien bolo úspešne použité až začiatkom minulého storočia a teraz má aj aplikáciu.

Dôvody úspechu veternej energie

Vlastnosti veternej energie sú jedinečné. Zaslúži sa osobitná zmienka o vlastnostiach, ktoré spôsobili pokračujúci úspech veterných mlynov. Porovnanie vlastností zdrojov energie umožňuje pochopiť také dlhé a geograficky široké využitie veternej energie:

• vietor je voľný a nevyčerpateľný. To možno povedať len o vode, slnku a geotermálnych prameňoch. Jadrová energia, uhlie, ropa sa nemôže pochváliť týmto;
• Transformácia vetra je proces šetrný k životnému prostrediu, rovnako ako všetky prírodné zdroje energie. Ale ropné, uhoľné a jadrové reakcie v procese transformácie vytvárajú odpad, ktorý je škodlivý pre flóru a faunu vrátane ľudí;
• vietor je k dispozícii kdekoľvek na svete. Takže môžete povedať viac o slnečnej energii. Žiadny iný zdroj energie nie je taký bežný;
• Premeniť energiu kinetiky vetra je veľmi jednoduchá. Rovnaká jednoduchosť je vlastná len energii riečnej vody. Z akéhokoľvek iného zdroja sa získa kinetická energia len prostredníctvom komplexných technológií, vytváraním špeciálnych konštrukcií a zariadení, neustálym sledovaním a kontrolou procesu.

Ale sú vietor a chyby. Napríklad, príslovie inkonstancia. Smer vetra sa mení tak často, že sme dokonca museli vytvárať mlyny s rotujúcim telom. A zmena intenzity vetra od hurikánu k pokoju neumožňuje počítať s stabilitou dodávok energie. Ďalšie prírodné zdroje energie sú tiež nestabilné a majú nedostatky. Slnko nedáva energiu v noci a počas dňa môže ísť za mraky. Rieky nie sú všade, ale tam, kde je, môžu vysychať alebo zmraziť celé mesiace.

Ďalšou nevýhodou je nízka hustota vetra - 1,29 kg / m3. Napríklad hustota vody je takmer tona. Aby sa dosiahlo rovnaké množstvo energie, plocha lopatky veterného mlyna by mala byť 750 krát väčšia ako plocha vodného mlyna. A pri takýchto dizajnoch musí existovať zodpovedajúci prípad.

Napriek tomu, takmer štyri tisíce rokov bol vietor požadovaný ako zdroj energie na európskom, ázijskom a africkom kontinente. A teraz nezabudnú na neho.

Ako vietor otáča čepele

Keďže vzduch má hmotnosť, pohyb vzduchu má kinetickú energiu. Keď sa objekt objaví na ceste vetra v určitom smere, môže byť ich interakcia popísaná pomocou silových vektorov. Vietor odpudzuje prekážku a odpudzuje ju opačným smerom. V tomto prípade sa čepel upevnený na os konštrukcie ohne pozdĺž osi otáčania a otáča sa na ňom. Graficky to vyzerá takto:

Vietor po kontakte sa odrazí od čepele, čím sa ponechá časť energie:

1. na ohýbanie čepele v smere vetra, ktorý sa opiera o silu F2-1, ktorá vytvára potenciálnu energiu. Veľkosť tejto sily zníži vektor sily vetra Fv2-1;
2. čím sa vytvorí kinetická energia otáčania, sila F2-2 pôsobí na čepel. V tomto prípade sa vektor sily vetra Fv2-2 znižuje a menia jeho smer.

Veľkosť kinetickej energie prenášanej vetrom cez čepieľky závisí od hmotnosti vzduchu interagujúceho s lopatkou, rýchlosti jeho pohybu, smeru voči lopatkám - tým viac kolmých, tým lepšie.

V samotnom mlyne je okrem konštrukcie lopatiek možné minimalizovať straty trením použitím ložísk na osi, ozubených prevodoviek alebo nastavením generátora priamo na os lopatiek.

Keď viete, ako funguje mlyn, môžete sa pokúsiť urobiť sami. Prinajmenšom na dekoratívne účely.

Ako vypočítať krídla mlyna

Najprv sa musíte rozhodnúť, čo a kde vybudovať mlyn. Zvyčajne je stroj na vetranie umiestnený na otvorenom priestranstve, napríklad - v krajine. Ak stromy sú tesné a tesné okolo plotu, budete musieť vytvoriť vysoký trup pre veterný mlyn. V tomto prípade je potrebná nadácia.

Nadácia je potrebná aj pre nízke, ale ťažké zbory. V prípade záležitostí krajín stačí položiť betónové alebo husté rady tehál do hĺbky 0,7 metra pozdĺž obvodu budúcej štruktúry. Pri dekoratívnych konštrukciách postačí, aby sa vytvorila jediná vrstva tehál, ktorá izoluje štruktúru od vlhkosti.

Teraz sa musíme rozhodnúť, na čo by mala byť postavená mlyn. Existuje veľa možností:

• na zdvíhanie vody zo studne;
• na výrobu elektrickej energie;
• na odpudzovanie krtkov;
• na skladovanie záhradných náradí;
• v dekoratívnom označení.

Poradie možností je prezentované na zníženie požiadaviek na napájanie zariadenia, t.j. zjednodušiť tento mechanizmus. Definícia požiadaviek na dizajn zostáva právom a povinnosťou majiteľa.

Nezabúdajte, že skutočný výkon veterných turbín pre domácnosť nepresahuje 500 W pri rýchlosti vetra 5 až 8 m / s. Napriek tomu môže byť elektrická energia sklamaná, a ak je to potrebné, aj na krátke časové obdobie. Napríklad čerpadlo na zdvíhanie vody.

Hlavná vec vo vetrom je nože. V prvom rade určiť konštrukciu lopatiek potrebujú vedieť, že čím viac energie - čím väčšia je plocha priemetu na rovinu otáčania nožov by mal mať. To sa dosiahne zvýšením počtu, dĺžky, plochy a uhla natočenia lopatiek.

Pri výpočte priemerného výkonu konštrukcie je potrebné poznať silu vetra typickú pre terén. Navyše čepele mlyna musia byť kolmé k prevládajúcim smerom vetra. Tieto informácie by ste mali nájsť na internete na požiadanie "štatistiky rýchlosti vetra" a "veterná ruža" pre váš región.

Zostáva sa vypočítať veľkosť lopatiek. Napríklad priemerný vietor je 5 m / s a ​​spotreba elektrickej energie spotrebiča je 100 wattov. Strata na transformáciu kinetickej energie pri otáčaní osi mlynčeka na elektrickú tvorí asi 20% - 40%.

Účinnosť sa môže vypočítať, vzhľadom k tomu, presné hodnoty pas generátora účinnosti, na osi usmerňovače, stabilizátor, DC-DC meniče na striedavé napätie 220 V. V výpočtu percenta straty nie sú sčítané, je nutné postupne násobí účinnosť každej jednotky pre príjem účinnosť natočenie v premeny elektrickej energie systému , Ďalšie polovica sile vetra na ostrie je stratený.

Znížte straty konverzie odstránením napríklad meniča DC na striedavý prúd, ak môže pohon pracovať s napájaním z batérie. Neprítomnosť akéhokoľvek iného zariadenia je tiež možná, ak napätie a prúd nie sú pre prevádzku prístroja veľmi dôležité - napríklad malá žiarovka, ešte praktickejšia - LED.

Výkon veterného generátora je priamo úmerný hustote vzduchu, vynásobená rýchlosťou vetra v treťom stupni (5 m / s - 125). Ak výsledok rozdelíme o dvojnásobok plochy premietania lopatiek na rovinu rotácie, získame výkon, ktorý môže generátor generovať na osi otáčania lopatiek.

Napríklad môžete vypočítať plochu projekcie pre 4 lopatky o šírke 0,5 m, ktoré tvoria kruh s priemerom 2 m, otáčajúc sa pod uhlom 60 stupňov smerom k rovine rotácie. Plocha podľa vzorca d / 2 * sin (30) * 0,5 * 4 sa rovná 2/2 * 0,25 * 4 = 1 m2.

Táto konštrukcia, zatiaľ čo väčšina distribuovaný v Rusku priemernej hodnoty rýchlosti vetra 5 m / s, získava energiu z vetra v množstve 1,29 * 125/2 * 1 = 80 wattov. Odstráňte polovicu konverzie na rotačný pohyb, odstráňte 25% premeny na elektrickú energiu a zostane spotrebiteľom okolo 30 wattov. Maximálna sila vetra pri tomto vetre na ostrie plne prekrývajúce sa v projekčnú plochu kruhu, môže rásť v 3.14 časoch. Výsledkom je, že spotrebiteľ dostane maximálne asi 100 wattov. Nie je to tak zlé.

Ak sa na dekoračné účely použijú diódy vyžarujúce svetlo, veľkosť mlyna sa zmení na smiešne, na zem by bol nízky vietor.

Bez premeny na elektrickú energiu sa veterná energia odpudzuje malý hmyz žijúci v podzemí. Stačí znížiť o 15 centimetrov v dutine drevenú os otáčajúcu sa od veterného mlyna, pretože vibrácie pôdy ich vydesia na niekoľko metrov bez toho, aby rušili majiteľov.

Odrody lopatiek veterných turbín

Konštrukcia nožov nie je len s vertikálnou rotáciou, ale aj s horizontálnou rotáciou. Lopatky môžu mať skrutkovú konštrukciu, premenlivé plachty. Mlyny boli postavené po stáročia a tak v každej budove bolo jedinečné. Moderné vzory sú tiež pozoruhodné v odrode.

Štatistika a vyhliadky

V Rusku koncom 19. storočia pracovalo okolo 200 tisíc mlynov. Typická veterná turbína produkovala výkon 3,5 kW, veľká s priemerom kotúča 24 metrov - až 15 kW. Celkový výkon, ktorý v tom čase produkoval, dosiahol 750 mW. Teraz sú použité generátory veternej energie a niekoľko jednotiek mlynov s iným účelom. A všetci generujú 50 krát menej energie ako pred 100 rokmi, a to až 15 mW. Plány rozvoja. samozrejme. sú vytvorené, pretože potenciál vetra nad našou krajinou je desiatky miliárd kilowattov.

Zatiaľ čo sa plány neuskutočnili, môžeme parafrázovať dobre známy výraz Vladimíra Mayakovského a povedať: "Ak sú mlyny postavené, znamená to, že niekto potrebuje to?" Potom niekto chce, aby boli? Fascinujúca krása pracovných mlynov sa stala silným inšpiratívnym faktorom pre remeselníkov, ktorí vytvárajú majstrovské diela v dvoroch a predmestských oblastiach.