Ветрогенератор вертикальный магнитная левитация

Вертикальный ветрогенератор

Пост опубликован: 11 апреля, 2020

Колоссальная энергия ветра, как и дикий необъезженный мустанг неуправляемы

Ветер и дикий мустанг при колоссальной энергии абсолютно непредсказуемы. Дикого жеребца можно обуздать, а вертикальный ветрогенератор своеобразный аналог такой упряжи –он будет вырабатывать энергию вне зависимости от направления воздушного потока. А КПД вертикальных ветряков на 40% выше, чем у горизонтальных ветрогенераторов

Вертикальный ветрогенератор

Среди всех альтернативных источников энергии есть один особый, который присутствует везде и всегда. Он и в пустыне и в море, он и днём и ночью – это ветер. Казалось бы ветрогенератор идеальное устройство чтобы обеспечить свой дом бесплатным электричеством, но именно для ветра характерна онтологическая дихотомия – он одновременно и постоянен, и непредсказуем.

Зол — повелитель ветров у греков

Двуликая энергия ветра

На Земле нет такого места, где никогда не дуют ветра. Они могут быть слабые, а в какие-то периоды может быть полный штиль, но это издержки атмосферных явлений. В глобальном представлении ветер есть всегда. Однако его направление абсолютно непредсказуемо!

Обычные горизонтальные ветрогенераторы нуждаются в сложной системе ориентации «по ветру». Они или поворачиваются целиком, или же у них лопасти меняют угол наклона. Но это усложнение конструкции прямо сказывается на стоимости и надёжности.

Однако есть вертикальные ветрогенераторы, для которых этой проблемы не существует в принципе! Им абсолютно без разницы направление ветра, главное чтобы он был. И что особенно привлекательно – работать вертикальный ветрогенератор начинает при меньшей скорости воздушного потока.

Преимущества и недостатки вертикальных ветрогенераторов

Придумать и нарисовать схему на бумаге, это совсем не то же самое, что воплотить её в реальность. На практике вылезают некоторые изъяны, которые приходится как-то нивелировать. Например, поток воздуха оказывает отрицательное давление на лопатки турбины. С одной стороны ветер их закручивает, а когда они возвращаются в исходное положение, то этот поток оказывает сопротивление.

Если горизонтальный ветрогенератор можно заглушить при штормовом ветре простым поворотом лопастей, то в вертикальной конструкцией этого проделать невозможно.

Именно эти недостатки на начальном этапе развития альтернативной энергетики, сделали вертикальные ветрогенераторы аутсайдерами в своём сегменте.

Сейчас положение кардинально изменилось! В 2008 году, исследователи из Калифорнийского технического университета доказали, что при скрупулёзном проектировании и использовании современных композитных материалов, имея одинаковые размеры, вертикальный ветрогенератор даёт в 10 раз больше энергии, чем его горизонтальный конкурент.

Основные преимущества вертикальных ветряков следующие:

• Не требуется ориентация по направлению ветра;
• Выдерживает вдвое большую скорость воздушного потока;
• Начинают работать при меньших скоростях ветра;
• Оснащаются более простым и надёжным редуктором;
• Не нуждаются в высоких мачтах;
• Центровка конструкции надёжная, так как вся система находится на одной центральной оси, а центр тяжести смещён вниз. Поэтому возведение вертикального ветрогенератора обходится дешевле;
• Блок управления находится внизу, поэтому обслуживание и ремонт выполнить гораздо проще;
• Требуют площадку меньших размеров;

Принимая в расчёт, что изготовление вертикальных ветрогенераторов обходится дешевле, многие энтузиасты альтернативной энергетики сходятся во мнении, что есть явные признаки картельного сговора. Поэтому на рынке уже 15 лет выпускаются мини- и микромодели таких генераторов, ориентированные на частный сектор.

Спиральный ротор Дарье

Эволюция вертикальных ветрогенераторов

Первые вертикальные мельницы появились в Китае, почти 2000 лет назад. Через тысячу лет их заново изобрели в Персии. Но приспосабливать такие конструкции для выработки электроэнергии начали в самом конце 19-го века.

Чертежи из австрийского патента Савониуса 1925

Попытки устранить базовые изъяны были направлены на конструкцию и форму лопастей. За 130 лет появилось несколько модификаций, которые не поддаются безальтернативной систематизации. Поэтому начать их описание надо с наиболее лёгких в изготовлении, пусть даже они не такие эффективные как современные разработки.

Модель Савониуса

Изобрёл лопасти такого типа финский инженере сто лет назад.

В изготовлении она чрезвычайно проста и в эксплуатации надёжна. Но так как лопасти работают только за счёт разности давления, то эффективность оставляет желать лучшего.

В частном секторе, именно ветрогенераторы Савониуса чаще используются как стартовая модель. Важно только не упустить особенность расположения лопастей относительно друг друга, и оставить небольшой просвет между ними.

Базовый изъян ветрогенератора Савониуса кроется в переменных нагрузках на лопасти, которые вызваны эффектом Магнуса. Поэтому в Голландии модернизировали конструкцию, путём закручивания лопастей в спирали.

Называется такой вертикальный ветрогенератор Windwokkel (Обтекатель Ветра) .

Модель Дарье

В конце 20-х годов прошлого века, французский лётчик Дарье додумался использовать подъёмную силу крыла, для увеличения эффективность вертикального ветрогенератора. Симбиоз чрезвычайно эффективен, и даже сейчас ещё не существует реальных математических моделей, описывающих физические процессы в таком ветрогенераторе! Достаточно сказать, что в 2010 году, в Новосибирском отделении РАН было проведено полномасштабное исследование ветрогенератора Дарье, и ученые чётко обосновали следующий факт: коэффициент энергопреобразования в идеально спроектированной конструкции вертикального ветрогенератора Дарье – 0,72.

Чтобы понять глубину этого факта, надо вспомнить, что теоретически доказанный предел эффективности для любых типов горизонтальных ветрогенераторов, не может превышать 0,593. А на практике, он даже не достигает 0,45.

Причина такого качественного скачка в том, что кроме разницы давлений ветра на лопасти, в конструкции Дарье задействован эффект аэродинамической подъёмной силы крыла. Поэтому скорость вращения вертикальной турбины Дарье может превышать скорость набегающего воздушного потока в 3-4 раза!

Существует несколько разновидностей ветротурбины Дарье:

• Спиральная турбина Горлова.

Идеальный проект предполагает три лопасти. Так как при двух лопастях затруднён автозапуск, а четыре и более лопасти снижают производительность.В некоторых конструкциях, для автозапуска используют гибридную систему, для этого ветрогенератор Савониуса интегрируют внутрь конструкции Дарье .

Экзотические системы вертикальных ветрогенераторов

Около 12 лет назад, французский изобретатель Дьедонне , придумал ни на что не похожий вертикальный ветрогенератор и назвал его Panemon.

Система очень оригинальная, и кустари одиночки воспроизводили её в своих частных домах.

В Хорватии установили более серьёзный прототип.

В Голландии придумали и запустили в мелкосерийное производство «Энергетический шар».

Это чудовищная химера вертикального и горизонтального ветрогенератора, вырабатывает около 700 вт уже при 1,5 м/с. Кроме обычных динамических сил описанных выше, в данной конструкции был учтён эффект Вентури. Это частное ответвление от эффекта Бернулли, которое проявляется в падении давления при протекании воздуха через узкое пространство.

Сенсация альтернативной энергетики

Одним из самых слабых мест у вертикальных ветрогенераторов является опорный подшипник. Масса всей конструкции давит на опору вызывая её усталостную деструкцию, а механическое трения снижает производительность. Чтобы обойти этот изъян, один китайско-немецкий консорциум предложил использовать магнитные подшипники с эффектом левитации.

Формы лопаток турбины могут быть различные, но центральный вал в этих моделях держится на магнитном подшипнике – левитирует. Проверка работоспособности конструкции вертикального ветрогенератора на магнитом подшипнике, продемонстрировала высокую эффективность в изменяющихся ветровых условиях по сравнению с аналогичной системой без такой опоры

Феномен маглева (магнитной левитации) основан на отталкивании одноименных полюсов постоянных магнитов. Использование пары постоянных неодимовых магнитов, с реальной поддержкой магнитной левитации, достаточно легко испытывается на практике. Два кольцевых магнита обращённых друг к другу одинаковыми полюсами демонстрирую достаточно сильное отталкивание, чтобы держать обе поверхности на расстоянии друг от друга. Сила, создаваемая в результате этого отталкивания, используется для подвески и является достаточно мощной, чтобы уравновесить вес объекта в зависимости от мощности магнитного поля.

В этом проекте удалось реализовать технологию достижения вертикальной ориентации с помощью роторов, а также генератора осевого потока. Однако есть нюансы, которые действительно отличают систему, работающую на постоянных магнитах, от электромагнитов.

В конструкции ветряка с осевым потоком, работоспособность основана на генераторах с постоянными магнитами. В них концепция магнитов и магнитных полей является доминирующим фактором в этой форме работы. Эти генераторы имеют воздушный зазор, перпендикулярный оси вращения. Одновременно, воздушный зазор создает магнитные потоки, параллельные оси.

Технология maglev, служит эффективной заменой шарикоподшипников, используемых в типовой ветротурбине, и обычно реализуется с постоянными магнитами.

Левитация используется между вращающимся валом турбины и основанием всей системы ветряка. При наличии соответствующих механизмов удаётся использовать очень слабые ветра для выработки электроэнергии. Правильно размещённые магниты формирует магнитное поле, а медные катушки будут способствовать захвату напряжения из-за изменения этого магнитного поля.

Такая система может работать при скорости ветра от 1 м/с, и поддерживает генерацию до шквальных порывов в 55 м/с. Согласно исследованию, генерирующая мощность ветровой турбины Маглева выше на 20% по сравнению с обычными ветряными турбинами, а эксплуатационные расходы на 50% ниже.

Ветрогенераторы МагЛев производятся и продаются в США с 2014 года.

В комментариях прикрикриплен Прайс лист чисто для ознакомления с разновидность турбин Маглева,и дополнительную полезную информацию:

Характеристики ротора Дарье

Разработка ветрогенератора с вертикальной осью

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Спасибо, что дочитали до конца!

Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Следите за нами в твиттере: https://twitter.com/Alter2201

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.

Источник

Ветрогенераторы нового поколения

Дата публикации: 7 декабря 2013

Бесконечная «эврика»

Помните греческого изобретателя и математика Архимеда, который воскликнул «эврика! (я нашёл!)» при открытии им основного закона гидростатики? С самых древних времён по настоящее время человечество пребывает в вечном поиске новых открытий. Не осталась в стороне и область покорения ветровой энергии. Ветрогенератор нового поколения не даёт покоя ни учёным, ни инженерам-практикам. Вечный поиск даёт свои благодатные результаты и время от времени в какой-нибудь точке земного шара тишину изобретения нарушает радостный возглас – «Эврика»!

На этот раз героем дня оказался старый американец 89 лет от роду, ветеран второй мировой Рэймонд Грин из Калифорнии, который много лет ломал голову над проблемой усовершенствования существующих видов ветроустановок. Наконец, ему удалось создать ветрогенератор, который почти бесшумен и безопасен для летающих друзей человека. Изобретённое им детище весом 20 кг одним махом решает сразу кучу проблем, которые стояли перед ветрогенератором старой модификации.

В чём принципиальные отличия изобретённой установки? Самое главное – она не имеет крутящихся лопастей с внешней стороны. В ней всё спрятано в кожух, что предохраняет птиц от гибели. Второй существенной разницей является то, что новая конструкция даёт возможность применять лопасти небольшого размаха, что способствует уменьшению шума.

К сожалению, на этом знакомство с новым агрегатом заканчивается. Мы не можем знать столько, сколько знает сам изобретатель о своём детище, пока изделие не внедрится в серийное производство. Автор проекта убеждён, что через два года это произойдёт и геологи в дальних исследовательских лагерях, врачи военных госпиталей стран третьего мира, пострадавшие люди из зон стихийного бедствия, жители отдалённых глухих деревень будут пользоваться электроэнергией его изобретения.

Возможные невозможности

Вы не задумывались над вопросом, почему ветровой энергетикой пользуются лишь смельчаки да рьяные умельцы? То есть, этим видом получения электричества рискуют заниматься далеко не все нуждающиеся. Да потому, что сама по себе ветроэнергетика в её прежних модификациях крупна по своим размерам, сложна при монтаже, не совсем удобна в эксплуатации (попробуй забраться на высоту мачты и отремонтировать генератор). Да и много шума издают крутящиеся лопасти и опасны для птиц. И, никуда от этого не денешься, высокая цена.

Названные проблемы остаются в историческом прошлом с появлением ветрогенератора нового поколения. Их несколько видов и об одном из них мы рассказали в первом разделе данной статьи. Вторым представителем из ряда новинок является безредукторный ветрогенератор, в котором энергия вырабатывается «кончиками» лопастей. Здесь отсутствует традиционный вал от пропеллера к генератору, а электричество снимается с обода пропеллера.

Его ротор в форме ферромагнитного обода закреплён на крыльях ветроколеса. По конструкции он простой, легко изготавливается и монтируется. Но размещение постоянных магнитов на концах крыльчатки намного утяжеляют её, что снижает общий КПД установки. Зато агрегат удобен в эксплуатации, потому что простая конструкция не требует излишнего внимания. Такие ветрогенераторы могут работать везде при любых климатических условиях.

То, что вчера казалось невозможным, сегодня становится обыденной реальностью.

Ветрогенератор покоряется интеллектуалам

С дальнего расстояния он совсем не похож на ветрогенератор, а скорее всего, на водонапорную башню не совсем обычной для такого сооружения формы. Если подъехать ближе, увидишь медленное вращение лопастей. Вертикальный вал вращается совершенно бесшумно.

Такую гигантскую турбину собирается серийно выпускать одна американская компания в Аризоне под руководством инженера Мазура. По его расчётам она одна должна поставлять столько электроэнергии, что её хватит для мегаполиса в 750 тысяч домов. В 2007 году инженер поставил себе цель – многократно увеличить КПД ветрогенератора на вертикальной оси и приближался к своей цели все эти годы.

Изобретатель работал в двух направлениях: первое – сделать как можно больший захват лопастями воздушного потока и второе – свести к нулю трение опоры ветролопастей. Огромных размеров вертикальный ротор должен выполнить первую задачу, а вращающаяся турбина на магнитной подушке – вторую.

О второй задаче надо сказать более подробно. Вращение без трения достигается за счёт магнитной левитации, о чём мы рассказывали в статье о принципах работы ветрогенераторов в разделе под заголовком «Творцы новых возможностей». Весь вертикальный роторный блок при вращении поднимается на своей оси и совершенно не касается нижнего опорного подшипника. Он установлен только для старта, для разгона турбины. Как только она набирает обороты, так становится, как бы, невесомой и отрывается от подшипника. В результате трение сводится к нулю, если не считать трения самой турбины о воздух. КПД сразу подскакивает вверх.

Гигантская турбина очень чувствительна и реагирует на малейшее дуновение ветерка. Такая способность подниматься во время вращения за счёт магнитной левитации давно занимала учёные и изобретательские умы планеты. Это такое явление, при котором любая вещь или предмет, имея вес, отрывается от поверхности и парит в пространстве без всякого применения отталкивающей силы. Полёт птиц – уже не левитация.

Вертикальные ветрогенераторы с левитирующей способностью ротора овладели сейчас мыслями инженеров-изобретателей. И вот первые результаты уже налицо. В проекте Мазура виден «плавающий» ротор на магнитной подушке, а вместо генератора установлен линейный синхронный двигатель. Ветрогенератор на магнитной подушке множеством лопастей максимально захватывают воздушный поток и по предположению учёных такая турбина будет вырабатывать электроэнергию по сказочно мизерной цене – меньше цента за киловатт-час.

Ротор Онипка — ветрогенератор для низких и средних скоростей ветра:

Источник