Tuuleenergia ümberkujundamine on üks viis odava elektri saamiseks. Tuuleturbiinide konstruktsioone on palju. Mõned neist on loodud maksimaalse efektiivsuse saavutamiseks, teised on kasutamisel tagasihoidlikud. Teise rühma kuulub Savoniuse rootor, mis loodi umbes 100 aastat tagasi, seda kasutatakse siiani eduk alt erinevate tehniliste probleemide lahendamiseks.
Loomise ajalugu
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - leiutaja Soomest, kogus tuntust oma tuuleenergia uurimisega seotud füüsikatööga. Oma elu jooksul sai ta mitmeid patente, mida ei kasutata mitte ainult tuulikute loomisel, vaid ka laevaehituses, aga ka kaasaegsete raudteevagunite ja busside ventilatsioonisüsteemides.
Teine leiutaja Saksama alt – Anton Flettner (1888 - 1861) tuli eelmise sajandi alguses välja alternatiiviga klassikalisele purjele, luues nn Flettneri rootori. Leiutise olemustaandati järgmiseks: tuule poolt puhutud pöörlev silinder sai horisontaalsuunas suunatud jõu, mis ületas 50 korda õhuvoolu jõu. Tänu sellele avastusele ehitati mitu laeva, mis kasutavad liikumiseks tuule jõudu. Erinev alt tavalistest purjekatest ei olnud need alused täielikult energiasõltumatud. Rootori pöörlemiseks oli vaja mootoreid.
Flettneri purje üle mõtiskledes jõudis Savonius järeldusele, et selle keerutamiseks saab kasutada ka tuuleenergiat. 1926. aastal töötas ta välja ja patenteeris avatud silindri disaini, mille sees olid vastassuunas labad.
Natuke füüsikat
Esm alt väike teooria. Kõik märkasid, et jalgrattaga sõites tekitab õhk liikumisele märkimisväärse takistuse. Ja mida suurem on kiirus, seda suurem on see väärtus. Teine takistust mõjutav tegur on õhuvoolu poolt mõjutatud keha ristlõikepindala. Kuid on ka kolmas suurus, mis on seotud keha geomeetriaga. Just seda üritavad autokerede disainerid aerodünaamika osas vähendada.
Näiteks võime öelda, et kolmel sama ristlõikepindalaga, kuid erineva kujuga plaadil: nõgus, sirge ja kumer, on väga erinev takistustegur. Kumera kuju puhul on see 0,34, sirge puhul 1,1, nõgusa puhul 1,33. Savoniuse rootori labade jaoks võeti nõgus kuju. Seda peetakse kõige tõhusamaks peremehekstuuleenergia.
Savoniuse rootori tööpõhimõte
Erinev alt Flettneri purjest tegi Savonius ettepaneku jagada silinder kaheks pooleks ja liigutada neid üksteise suhtes, et saada labad ja nendevaheline ruum. Savoniuse idee põhiolemus seisnes selles, et ühte tera tabav õhuvool ei läinud pärast seda lihts alt küljele, vaid suunati läbi aksiaalse pilu teisele labale, mis suurendas oluliselt tuule mõju.
See tööpõhimõte võimaldab Savoniuse rootoril töötada ka nõrga tuulega.
Profiilivalikuid on mitu:
- Terad on kinnitatud teljele nii, et nende vahele ei jääks õhuvahet. See on paljudest Savoniuse rootori kirjeldustest lihtsaim versioon.
- Ühe tera põhi sisestatakse teise tera põhja. Piki teljejoont jääb märkimisväärne tühimik. See valik võimaldab tuulel liikuda ühest rootori poolest teise. Tõhusam profiil.
- Sama mis teine variant, ainult labade pindala suureneb, lisades siseküljele sirge plaadi.
Kasutusala
Eelmise sajandi 60. aastatel kasutati Savoniuse rootoreid raudteede ventilatsioonisüsteemides. Need paigaldati vagunite katustele. Liikumise ajal hakkas rootor üles pöörlema ja tänav alt õhku tuppa pumpama. Sarnased süsteemid paigaldati ka bussidesse.
Täna on rootori põhirakendus kasutuselvertika alteljega tuuleturbiinid. On mitmeid sarnaseid kujundusi, mis ühendavad kaks tegurit:
- vertikaalne pöörlemistelg;
- pretensioonitus tuulevoolu suuna suhtes.
Lisaks vertikaalsetele tuuleturbiinidele on olemas horisonta alteljega seadmeid. Neid eristab suur tagasitulek sama tuulejõuga. Struktuurilt meenutavad need lennuki propellerite labasid, mis paiknevad horisonta alteljel ja millel on tuulega joondamiseks mõeldud juhtsaba.
Savoniuse tuuleturbiini eelised
Hoolimata asjaolust, et tuuleturbiinide vertikaalsed aksiaalsed rootorid kaotavad oma efektiivsuse võrreldes horisontaalsete aksiaalsete rootoritega, on neil siiski mitmeid vaieldamatuid eeliseid:
- Töötage mis tahes kliimavööndis. Väikese põikipinna tõttu ei karda nad orkaanituuli.
- Ära vaja nende käivitamiseks lisaseadmeid. Labade nõgusa kuju tõttu toimub õhkutõus minimaalse tuuletugevuse juures - 0,3 m/s. Generaator saavutab optimaalsed väärtused õhuvoolu kiirusel 5 m/s.
- Madala mürataseme (kuni 20 dB) tõttu saab tuuliku paigaldada korpuse vahetusse lähedusse, mis on oluline väikese võimsusega elektritootmiseks ja voolu kadumiseks juhtmetes.
- Ei nõua kindlat tuule suunda. Nad hakkavad töötama mis tahes nurga all olevast õhuvoolust.
- Lihtne disain vähendab hoolduskulusid.
- Pole ohtlik lindudele, kes tajuvad konstruktsiooni tervikuna ega püüa läbi labade lennata.
Vertikaalsete tuuleturbiinide puudused hõlmavad suhteliselt madalat kasutegurit, kõrgemaid ehitusmaterjalide kulusid, nõutava võimsuse saavutamiseks vajalikke suuri mõõtmeid.
Kuidas oma kätega tuuleturbiini teha
Seadme valmistamine, mis maamaja täielikult elektriga varustaks, tundub ebatõenäoline. Väikese tuuliku tegemine tasuta elektri tootmiseks, mis tagab väikese võimsusega seadmete (kastmispump, majaesine tänavavalgustus, automaatsete väravate avamine) töö, on aga igale meistrimehele jõukohane. Selleks vajate:
- 3 alumiiniumlehte küljepikkusega 33 cm, paksusega umbes 1 mm;
- äravoolutoru läbimõõt 15 cm ja pikkus 60 cm;
- 4 cm veetoru;
- elektrigeneraator (autot saab kasutada);
- liitmikud (terasest nurgad, isekeermestavad kruvid, mutrid, poldid).
Toiduvalmistamisjuhised
Lihtsa Savoniuse rootori valmistamiseks vajate:
- Lõika alumiiniumlehtedest välja 3 33 cm läbimõõduga ketast.
- Lõika piki telge 15 cm läbimõõduga veetoru, et teha labade jaoks 2 toorikut. Seejärel lõigake iga tükk keskelt läbi. Nii saate 4 ühesugust 30 cm pikkust tera.
- Puurige ketaste keskele auk, mille kaudu saate sisestada 4 cm veetoru.
- Ühendage kõik kolm ketast toruga ja nende vahelsisestage terad. Kaks kahe ketta vahel. Terad peavad olema suunatud nii, et nende telgede vaheline nurk oleks 90 kraadi. See võimaldab isegi nõrgal tuulel generaatorit keerutada.
- Kasutage terasid alumiiniumvelgedele nurki ja isekeermestavaid kruvisid.
- Vajutage generaatori võll toru alumisse ossa, mis on telg.
Tuulegeneraator on valmis. Jääb vaid valida paigalduskoht, mis on õhuvooludele piisav alt avatud. Kui tuult napib, siis saab teha kõrge masti, mille otsa generaator asetada.
Koopandavad vertikaalsed tuuleturbiinid
Alternatiivse energia arenedes kasvab nõudlus autonoomse toiteallika toodete järele. Praegu on turul Venemaal toodetud tuulikud, mille hind algab 60 tuhandest rublast.
Neid seadmeid saab kasutada erasektoris, rahuldades elektrivajadusi 250 W kuni 250 kW.
