Ветряная турбина Савониуса

редактировать

Ветряная турбина Савониуса являются разновидностью ветряной турбины с вертикальной осью (VAWT), используется для преобразования силы ветра в крутящий момент на вращающемся валу. Турбина состоит из нескольких крыльев, обычно - но не всегда - установленных вертикально на вращающемся валу или каркасе, либо наземных, либо привязанных к бортовым системам.

Содержание

1 Источник
2 Эксплуатация
3 Мощность и частота вращения
4 Использование
5 Привязанные воздушные турбины Савониуса
6 Галерея
7 Ссылки
8 Внешние ссылки

Происхождение

Ветряная турбина Савониуса был изобретен финским инженером Сигурдом Иоганнесом Савониусом в 1922 году. Однако европейцы экспериментировали с изогнутыми лопастями на вертикальных ветряных турбинах за много десятилетий до этого. Самое раннее упоминание принадлежит итальянскому епископу Чанадскому Фаусто Веранцио, который также был инженером. В своей книге «Machinae novae» 1616 года он писал о нескольких ветряных турбинах с вертикальной осью и изогнутыми или V-образными лопастями. Ни один из его или каких-либо других более ранних примеров не достиг уровня развития, сделанного Савониусом. В его финской биографии есть упоминание о его намерении разработать турбинный тип, подобный типу Флеттнера, но авторотационный. Он экспериментировал со своим ротором на небольших гребных судах на озерах в своей стране. Результаты его конкретных исследований неизвестны, но эффект Магнуса подтвержден Кенигом. Два патента Савониуса: US1697574 были поданы в 1925 году Сигурдом Иоганнесом Савониусом, и US1766765 в 1928 году.

Операция

Схематическое изображение двухкомпонентной системы. совок турбина Савониуса

Турбина Савониуса - одна из самых простых турбин. Аэродинамически, это устройство типа перетаскивание, состоящее из двух или трех совков. Если смотреть на ротор сверху, двухчаточная машина будет выглядеть как S-образная форма в поперечном сечении. Из-за кривизны совки испытывают меньшее сопротивление при движении против ветра, чем при движении по ветру. Дифференциальное сопротивление заставляет турбину Савониуса вращаться. Поскольку они представляют собой устройства тормозного типа, турбины Савониуса извлекают гораздо меньше энергии ветра , чем другие турбины подъемного типа аналогичного размера. Большая часть рабочей области ротора Савониуса может быть у земли, если у него есть небольшая опора без удлиненной стойки, что делает общее извлечение энергии менее эффективным из-за более низкой скорости ветра, обнаруживаемой на более низких высотах.

Мощность и скорость вращения

Согласно закону Бетца максимальная мощность, которую можно извлечь из ротора, составляет $P max = 16 27 1 2 ρ ⋅ d ⋅ час ⋅ v 3 {\ displaystyle P _ {\ mathrm {max}} = {\ frac {16} {27}} {\ frac {1} {2}} \ rho \ cdot d \ cdot h \ cdot v ^ {3 }}$ ${\ displaystyle P _ {\ mathrm {max}} = {\ frac {16} {27}} {\ frac {1} {2}} \ rho \ cdot d \ cdot h \ cdot v ^ {3}}$ , где $ρ {\ displaystyle \ rho}$ $\ rho$ - плотность воздуха, $h {\ displaystyle h}$ $h$ и $d {\ displaystyle d}$ $d$ - высота и диаметр ротора, а $v {\ displaystyle v}$ $v$ - скорость ветра. Однако на практике извлекаемая мощность составляет примерно половину этой мощности (можно утверждать, что только одна половина ротора - совок, движущийся вместе с ветром, - работает в каждый момент времени). Таким образом, получаем $P max ≈ 0,18 кг · м - 3 ⋅ час ⋅ d ⋅ v 3 {\ displaystyle P _ {\ mathrm {max}} \ приблизительно 0,18 \, \ mathrm {kg \, m ^ {- 3}} \ cdot h \ cdot d \ cdot v ^ {3}}$ ${\ displaystyle P _ {\ mathrm {max}} \ приблизительно 0,18 \, \ mathrm {kg \, m ^ {- 3}} \ cdot h \ cdot d \ cdot v ^ {3}}$ .

угловая частота ротора определяется как $ω = λ ⋅ vr {\ displaystyle \ omega = {\ frac { \ lambda \ cdot v} {r}}}$ $\ omega = {\ frac {\ lambda \ cdot v} { r}}$ , где $r {\ displaystyle r}$ $г$ - радиус, а $λ {\ displaystyle \ lambda}$ $\ lambda$ - безразмерный коэффициент, называемый передаточным числом. λ - характеристика каждой конкретной ветряной мельницы, а для ротора Савониуса λ обычно составляет около единицы.

Например, ротор Савониуса размером с нефтяной баррель с h = 1 м и r = 0,5 м при ветре v = 10 м / с будет генерировать максимальную мощность 180 Вт и угловую скорость 20 рад / с (190 оборотов в минуту).

Использование

Комбинированного генератора Дарье –Савониуса на Тайване

Турбины Савониуса используются всякий раз, когда цена или надежность гораздо важнее, чем КПД.

Большинство анемометров являются турбинами Савониуса по этой причине, поскольку КПД не имеет отношения к применению измерения скорости ветра. Гораздо более крупные турбины Савониуса использовались для выработки электроэнергии на глубоководных буях, которые требуют небольшого количества энергии и требуют минимального обслуживания. Конструкция упрощена, поскольку, в отличие от ветряных турбин с горизонтальной осью (HAWT ), не требуется никакого механизма наведения, позволяющего изменять направление ветра, и турбина запускается автоматически. Savonius и другие машины с вертикальной осью хороши для перекачивания воды и других применений с высоким крутящим моментом и низкой частотой вращения и обычно не подключаются к электрическим сетям. В начале 1980-х Ристо Йоутсиниеми разработал версию винтового ротора (wiki: fi), не требующую концевых пластин, имеющую более плавный профиль крутящего момента и самозапускающуюся таким же образом, как и пара скрещенных прямых роторов. является.

Наиболее распространенным применением ветряных турбин Савониуса является ротор Флеттнера, который обычно используется на крышах фургонов и автобусов и используется в качестве охлаждающего устройства. Вентилятор был разработан немецким авиастроителем Антоном Флеттнером в 1920-х годах. В нем используется ветряная турбина Савониуса для привода вытяжного вентилятора. Вентиляционные отверстия по-прежнему производятся в Великобритании компанией Flettner Ventilator Limited.

Небольшие ветряные турбины Savonius иногда используются как рекламные вывески, вращение которых помогает привлечь внимание к рекламируемому элементу. Иногда они имеют простую двухкадровую анимацию.

Привязанные воздушные турбины Савониуса

Воздушные ветряные турбины
Типы воздушных змеев
Когда ось ротора Савониуса установлена горизонтально и привязана, то результаты комплектации. Существует множество патентов и продуктов, в которых используется чистый подъем эффект Магнуса, возникающий при авторотации ротора Савониуса. Часть энергии вращения может быть использована для создания шума, тепла или электричества.

Галерея

Работа турбины Савониуса
WECS с лопастями ротора Савониуса

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с ветряными турбинами Савониуса.

Понятия энергии ветра для полного идиота