Biến đổi năng lượng gió là một cách để có được điện giá rẻ. Có rất nhiều kiểu dáng của tuabin gió. Một số trong số chúng được thiết kế để đạt hiệu quả tối đa, một số khác được sử dụng một cách khiêm tốn. Nhóm thứ hai bao gồm rôto Savonius, được tạo ra khoảng 100 năm trước, nó vẫn được sử dụng thành công để giải quyết các vấn đề kỹ thuật khác nhau.
Lịch sử Sáng tạo
Sigurd Johannes Savonius (1884-1931) - nhà phát minh đến từ Phần Lan, nổi tiếng nhờ công việc vật lý liên quan đến nghiên cứu năng lượng gió. Trong cuộc đời của mình, ông đã nhận được một số bằng sáng chế không chỉ được sử dụng để tạo ra tuabin gió mà còn trong đóng tàu, cũng như trong hệ thống thông gió của các toa xe lửa và xe buýt hiện đại.
Một nhà phát minh khác đến từ Đức - Anton Flettner (1888 - 1861) vào đầu thế kỷ trước đã đưa ra một giải pháp thay thế cho cánh buồm cổ điển, tạo ra cái gọi là cánh quạt Flettner. Bản chất của phát minhđã được giảm xuống như sau: một hình trụ quay, bị gió thổi, nhận một lực hướng theo phương ngang, vượt quá lực của luồng không khí 50 lần. Nhờ khám phá này, một số con tàu đã được chế tạo sử dụng sức mạnh của gió để di chuyển. Không giống như những chiếc thuyền buồm thông thường, những chiếc thuyền này không hoàn toàn độc lập về năng lượng. Cần có động cơ để quay rôto.
Suy ngẫm về cánh buồm của Flettner, Savonius đi đến kết luận rằng năng lượng gió cũng có thể được sử dụng để quay nó. Năm 1926, ông đã phát triển và cấp bằng sáng chế cho thiết kế một hình trụ mở với các cánh hướng ngược lại bên trong.
Một chút vật lý
Đầu tiên, một lý thuyết nhỏ. Mọi người đều nhận thấy rằng khi đi xe đạp, không khí tạo ra một lực cản đáng kể cho chuyển động. Và tốc độ càng cao, giá trị này càng cao. Yếu tố thứ hai ảnh hưởng đến sức cản là diện tích mặt cắt ngang của cơ thể bị ảnh hưởng bởi luồng không khí. Nhưng có một đại lượng thứ ba, liên quan đến hình học của cơ thể. Đây chính là điều mà các nhà thiết kế thân xe đang cố gắng giảm thiểu khi nói đến tính khí động học.
Ví dụ, chúng ta có thể nói rằng ba tấm có cùng diện tích mặt cắt ngang, nhưng có hình dạng khác nhau: lõm, thẳng và lồi, sẽ có hệ số cản rất khác nhau. Đối với hình dạng lồi, nó sẽ là 0,34, đối với hình thẳng - 1,1, đối với hình dạng lõm - 1,33. Đó là hình dạng lõm được lấy cho các cánh của rôto Savonius. Nó được công nhận là máy chủ hiệu quả nhấtnăng lượng gió.
Nguyên lý hoạt động của rôto Savonius
Không giống như cánh buồm của Flettner, Savonius đề xuất chia hình trụ thành hai nửa và di chuyển chúng tương đối với nhau để có được các lưỡi kiếm và khoảng trống giữa chúng. Bản chất của ý tưởng của Savonius là luồng không khí va vào một lưỡi kiếm không chỉ đi sang một bên sau đó, mà khi đi qua khe hở trục, được chuyển hướng đến thanh kiếm thứ hai, điều này làm tăng đáng kể hiệu ứng của gió.
Nguyên tắc hoạt động này cho phép rôto Savonius hoạt động ngay cả trong điều kiện gió nhẹ.
Có một số tùy chọn hồ sơ:
- Các cánh được cố định trên trục sao cho không có khe hở không khí giữa chúng. Đây là phiên bản đơn giản nhất trong số nhiều mô tả về rôto Savonius.
- Phần đế của một lưỡi dao được lắp vào phần đế của lưỡi dao kia. Một khoảng trống đáng kể vẫn còn dọc theo đường trục. Tùy chọn này cho phép gió từ một nửa của cánh quạt di chuyển sang nửa kia của cánh quạt. Hồ sơ hiệu quả hơn.
- Tương tự như tùy chọn thứ hai, chỉ tăng diện tích của các cánh bằng cách thêm một tấm thẳng ở bên trong.
Phạm vi áp dụng
Vào những năm 60 của thế kỷ trước, cánh quạt Savonius được sử dụng trong hệ thống thông gió đường sắt. Chúng được lắp trên nóc các toa xe. Trong quá trình chuyển động, cánh quạt bắt đầu quay lên và bơm không khí từ đường phố vào phòng. Hệ thống tương tự cũng được lắp đặt trên xe buýt.
Ngày nay, ứng dụng chính của rôto là trongtuabin gió trục đứng. Có một số thiết kế tương tự kết hợp hai yếu tố:
- trục quay dọc;
- khiêm tốn theo hướng gió thổi.
Ngoài các tuabin gió thẳng đứng, còn có các thiết bị có trục nằm ngang. Chúng được phân biệt bởi sự trở lại lớn với cùng một lực gió. Về mặt cấu trúc, chúng giống cánh của cánh quạt máy bay, nằm trên trục ngang và có đuôi dẫn hướng để điều chỉnh theo chiều gió.
Ưu điểm của Tuabin gió Savonius
Mặc dù thực tế là rô to trục đứng của tuabin gió kém hiệu suất so với rô to trục ngang, nhưng chúng vẫn có một số ưu điểm không thể phủ nhận:
- Làm việc ở mọi vùng khí hậu. Do diện tích ngang nhỏ nên chúng không sợ gió bão.
- Không yêu cầu thiết bị bổ sung để khởi chạy. Do hình dạng lõm của các cánh quạt, vụ phóng xảy ra ở giá trị gió tối thiểu - 0,3 m / s. Máy phát điện đạt giá trị tối ưu ở tốc độ dòng khí 5 m / s.
- Do độ ồn thấp đến 20 dB, cối xay gió có thể được lắp đặt gần nhà ở, điều này rất quan trọng đối với việc tạo ra điện năng thấp và làm mất dòng điện trong dây dẫn.
- Không yêu cầu hướng gió cụ thể. Chúng bắt đầu hoạt động từ luồng không khí đi ở bất kỳ góc độ nào.
- Thiết kế đơn giản giúp giảm chi phí bảo trì.
- Không nguy hiểm cho những loài chim nhận thức được toàn bộ cấu trúc và không cố bay qua các lưỡi dao.
Nhược điểm của tuabin gió thẳng đứng bao gồm hiệu suất tương đối thấp, chi phí vật liệu xây dựng cao hơn, kích thước lớn cần thiết để đạt được công suất cần thiết.
Cách làm tuabin gió bằng tay của chính bạn
Để tạo ra một thiết bị cung cấp điện hoàn toàn cho một ngôi nhà nông thôn dường như là điều không thể. Tuy nhiên, việc chế tạo một cối xay gió nhỏ để tạo ra điện năng miễn phí đảm bảo hoạt động của các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp (máy bơm tưới tiêu, đèn đường trước nhà, mở cổng tự động) nằm trong khả năng của bất kỳ người thợ thủ công nào. Đối với điều này, bạn sẽ cần:
- 3 tấm nhôm có chiều dài cạnh 33cm, dày khoảng 1mm;
- ống thoát nước có đường kính 15 cm và dài 60 cm;
- ống nước 4 cm;
- máy phát điện (có thể sử dụng ô tô);
- phụ kiện (thép góc, vít tự khai thác, đai ốc, bu lông).
Hướng dẫn nấu ăn
Để tạo ra một cánh quạt Savonius đơn giản, bạn cần:
- Cắt ra 3 đĩa có đường kính 33 cm từ các tấm nhôm.
- Cắt một ống nước có đường kính 15 cm dọc theo trục để làm 2 khoảng trống cho các cánh quạt. Sau đó cắt ngang từng miếng ở giữa. Như vậy, bạn sẽ nhận được 4 lưỡi dao giống hệt nhau, dài 30 cm.
- Khoan một lỗ ở giữa đĩa để bạn có thể luồn một ống nước 4 cm vào.
- Kết nối tất cả ba đĩa bằng một đường ống và giữa chúngchèn lưỡi dao. Hai giữa hai đĩa. Các cánh phải được định hướng sao cho góc giữa các trục của chúng là 90 độ. Điều này sẽ cho phép ngay cả một cơn gió nhẹ làm quay máy phát điện.
- Sử dụng các góc và vít tự khai thác để cố định các cánh trên vành nhôm.
- Nhấn trục máy phát điện vào phần dưới của đường ống, đó là trục.
Máy tạo gió đã sẵn sàng. Chỉ cần chọn một vị trí lắp đặt đủ thông thoáng với các luồng không khí. Nếu không có đủ gió, bạn có thể làm một cột buồm cao, trên đó đặt máy phát điện.
Tua bin gió thẳng đứng đúc sẵn
Với sự phát triển của năng lượng thay thế, ngày càng có nhiều nhu cầu về các sản phẩm cung cấp điện tự trị. Hiện nay, trên thị trường có bán tuabin gió do Nga sản xuất, giá khởi điểm từ 60 nghìn rúp.
Các thiết bị này có thể được sử dụng trong khu vực tư nhân, đáp ứng nhu cầu điện từ 250 W đến 250 kW.
