Turbina wiatrowa Savoniusa

Turbina wiatrowa Savoniusa

Turbiny wiatrowe Savonius to rodzaj turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu (VAWT), służącej do przekształcania siły wiatru w moment obrotowy na obracającym się wale . Turbina składa się z wielu płatów, zwykle - ale nie zawsze - zamontowanych pionowo na obracającym się wale lub ramie, stacjonujących na ziemi lub uwiązanych w systemach powietrznych .

Pochodzenie

Turbina wiatrowa Savonius została wynaleziona przez fińskiego inżyniera Sigurda Johannesa Savoniusa w 1922 r. i opatentowana w 1926 r. Europejczycy przez wiele dziesięcioleci eksperymentowali z zakrzywionymi łopatami w pionowych turbinach wiatrowych. Najwcześniejsza wzmianka pochodzi od biskupa hrabstwa Csanád , Fausto Veranzio , który był również inżynierem. W swojej książce Machinae novae z 1616 roku napisał o kilku turbinach wiatrowych o pionowej osi z zakrzywionymi lub w kształcie litery V łopatami. Żaden z jego ani żadnych innych wcześniejszych przykładów nie osiągnął stanu rozwoju osiągniętego przez Savoniusa. W jego biografii jest wzmianka o jego zamiarze opracowania wirnika typu turbiny podobnego do wirnika Flettnera, ale samoobrotowego. Eksperymentował ze swoim wirnikiem na różnych małych łodziach wiosłowych na jeziorach w Finlandii. Nie są znane żadne wyniki jego badań, ale tzw Efekt Magnusa został potwierdzony przez Felixa van Königa (1978). W Stanach Zjednoczonych zgłoszono dwa patenty na turbinę wiatrową Savonius: jeden w 1925 r. I jeden w 1928 r. Przez Savoniusa.

Operacja

Schematyczny rysunek dwuramiennej turbiny Savoniusa

Turbina Savoniusa jest jedną z najprostszych turbin. Aerodynamicznie jest to urządzenie typu drag , składające się z dwóch lub trzech czerpaków. Patrząc z góry na wirnik, maszyna z dwiema czerpakami może przypominać w przekroju literę „S” . Ze względu na krzywiznę , czerpaki doświadczają mniejszego oporu podczas poruszania się pod wiatr niż podczas poruszania się z wiatrem. Opór różnicowy powoduje obracanie się turbiny Savoniusa. energii wiatru niż inne turbiny dźwigowe o podobnej wielkości. W praktyce duża część omiatanego obszaru wirnika Savoniusa może znajdować się blisko ziemi, jeśli ma on krótkie mocowanie bez wysuniętego słupka, co powoduje, że ogólne pozyskiwanie energii jest mniej efektywne ze względu na niższe prędkości wiatru występujące na niższych wysokościach. Mają kilka zalet nad turbinami wiatrowymi o poziomej osi, w szczególności niski poziom hałasu, zdolność do pracy przy niskich prędkościach wiatru i względna niezależność od kierunku wiatru.

Moc i prędkość obrotowa

Zgodnie z prawem Betza maksymalna moc możliwa do wydobycia z teoretycznego idealnego wirnika wynosi ${\ Displaystyle P _ {\ operatorname {max}} = {\ frac {16}{27}}{\frac {1}{2}}\rho \cdot h\cdot d\cdot v ^{3}}$$,$ gdzie jest powietrza , ${\ displaystyle h}$ i ${\ displaystyle d} to wysokość i$$to$ wirnika, a prędkość wiatru. Jednak w praktyce moc wyjściowa jest o połowę mniejsza (można argumentować, że tylko połowa wirnika — łopatka poruszająca się z wiatrem — działa w każdej chwili) i zależy również od sprawności danego wirnika. Zatem dla teoretycznego wirnika idealnego otrzymujemy ${\ Displaystyle P _ {\ operatorname {max}} \ około 0,18 \, \ operatorname {kg \, m ^ {-3}} \ cdot h \ cdot d \ cdot v ^ {3}} , ale średnia maksymalna$ wydajność ${\ displaystyle Cp}$ turbiny wiatrowej Savoniusa wynosi około 20% ( $\ displaystyle Cp = 0,2}$ ), co daje rzeczywistą możliwą do wydobycia moc typowego Savoniusa ${\ Displaystyle P _ {\ operatorname {max}} \ około 0,12 \, \ operatorname {kg \, m ^ {-3}} \ cdot h \ cdot d \ cdot v ^ {3}}$ .

Częstotliwość kątowa wirnika jest dana przez $}}}$${$$r$ , gdzie jest promieniem i $\displaystyle \lambda }$ to bezwymiarowy współczynnik zwany stosunkiem prędkości końcówki . λ jest cechą charakterystyczną każdego konkretnego wiatraka, a dla wirnika Savoniusa λ jest zwykle bliskie jedności.

Na przykład wirnik Savoniusa wielkości beczki ropy z h = 1 m i r = 0,5 m przy wietrze o prędkości v = 10 m/s wygeneruje maksymalną moc 120 W i maksymalną prędkość kątową 20 rad/s ( 190 obrotów na minutę).

Używać

Połączony generator Darrieus – Savonius na Tajwanie

Turbiny Savoniusa stosuje się wszędzie tam, gdzie koszt lub niezawodność są ważniejsze niż wydajność .

większość anemometrów to turbiny Savoniusa, ponieważ wydajność nie ma znaczenia dla zastosowania pomiaru prędkości wiatru. Znacznie większe turbiny Savoniusa zostały wykorzystane do generowania elektrycznej na bojach głębinowych , które wymagają niewielkich ilości energii i wymagają bardzo niewielkiej konserwacji. Projekt jest uproszczony, ponieważ w przeciwieństwie do turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu ( HAWTs ), nie jest wymagany żaden mechanizm wskazujący, aby umożliwić zmianę kierunku wiatru, a turbina uruchamia się samoczynnie. Savonius i inne maszyny z osią pionową nadają się do pompowania wody i innych zastosowań o wysokim momencie obrotowym i niskich obrotach i zwykle nie są podłączone do sieci elektroenergetycznych. We wczesnych latach 80. Risto Joutsiniemi opracował z wirnikiem spiralnym (wiki: fi) , która nie wymaga płyt końcowych, ma płynniejszy profil momentu obrotowego i uruchamia się samoczynnie w taki sam sposób, jak skrzyżowana para prostych wirników.

Najbardziej wszechobecnym zastosowaniem turbiny wiatrowej Savonius jest wentylator Flettner , który jest powszechnie spotykany na dachach samochodów dostawczych i autobusów i służy jako urządzenie chłodzące. Ten wirnik został opracowany do wentylacji przez niemieckiego inżyniera lotniczego Antona Flettnera w latach dwudziestych XX wieku. Wykorzystuje turbinę wiatrową Savonius do napędzania wentylatora wyciągowego. Otwory wentylacyjne są nadal produkowane w Wielkiej Brytanii przez firmę Flettner Ventilator Limited.

Specjalnie skonstruowane turbiny wiatrowe Savoniusa zostały wykorzystane do zasilania autonomicznych stacji detektorów neutrin w eksperymencie ARIANNA na szelfie lodowym Rossa na Antarktydzie .

W Europie małe turbiny wiatrowe Savonius mogą być czasami postrzegane jako „animowane” znaki reklamowe, w których ruch obrotowy pomaga zwrócić uwagę na reklamowany przedmiot. Czasami zawierają prostą animację składającą się z dwóch klatek .

Uwiązane powietrzne turbiny Savoniusa

• Lotnicze turbiny wiatrowe
• Rodzaje latawców
• Kiedy oś wirnika Savoniusa jest ustawiona poziomo i uwiązana, następuje kiting . Istnieją dziesiątki patentów i produktów, które wykorzystują efekt Magnusa podnoszenia siatki , który występuje w autorotacji wirnika Savoniusa. Wirowanie może być wydobywane dla części jego energii do wytwarzania dźwięku, ciepła lub elektryczności.

Galeria

• 

  Działanie turbiny Savoniusa

• 

  WECS z wirnikiem Savonius

Linki zewnętrzne

• Zbuduj swój własny model turbiny wiatrowej Savonius
• Turbiny wiatrowe typu Windside Savonius do użytku w ekstremalnych warunkach
• Turbiny Savoniusa do środowisk dynamicznych www.spinpower.org
• Jak zbudować generator wiatrowy Savoniusa

• Pojęcia energii wiatrowej dla kompletnego idioty