Savonius-Rotor: Beschreibung, Funktionsprinzip. Windkraftanlage mit vertikaler Achse

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Savonius-Rotor: Beschreibung, Funktionsprinzip. Windkraftanlage mit vertikaler Achse
Savonius-Rotor: Beschreibung, Funktionsprinzip. Windkraftanlage mit vertikaler Achse
Anonim

Umwandlung von Windenergie ist eine Möglichkeit, an günstigen Strom zu kommen. Es gibt viele Designs von Windkraftanlagen. Einige von ihnen sind auf maximale Effizienz ausgelegt, andere sind unprätentiös in der Anwendung. Zur zweiten Gruppe gehört der vor etwa 100 Jahren entstandene Savonius-Rotor, der noch heute erfolgreich zur Lösung verschiedenster technischer Probleme eingesetzt wird.

Schöpfungsgeschichte

Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - Erfinder aus Finnland, erlangte Berühmtheit für seine Arbeiten in der Physik im Zusammenhang mit dem Studium der Windenergie. Im Laufe seines Lebens erhielt er mehrere Patente, die nicht nur zur Herstellung von Windkraftanlagen, sondern auch im Schiffsbau sowie in Lüftungssystemen moderner Eisenbahnwaggons und Busse verwendet werden.

Ein weiterer Erfinder aus Deutschland – Anton Flettner (1888 – 1861) – fand Anfang des letzten Jahrhunderts eine Alternative zum klassischen Segel und schuf den sogenannten Flettner-Rotor. Das Wesen der Erfindungwurde auf Folgendes reduziert: Ein rotierender Zylinder, der vom Wind geblasen wurde, erhielt eine in horizontaler Richtung gerichtete Kraft, die das 50-fache der Kraft des Luftstroms überstieg. Dank dieser Entdeckung wurden mehrere Schiffe gebaut, die die Kraft des Windes nutzen, um sich fortzubewegen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Segelbooten waren diese Schiffe nicht vollständig energieautark. Motoren wurden benötigt, um den Rotor zu drehen.

Flettner-Segel

Als er über Flettners Segel nachdachte, kam Savonius zu dem Schluss, dass Windenergie auch zum Drehen genutzt werden könnte. 1926 entwickelte und patentierte er das Design eines offenen Zylinders mit entgegengesetzt gerichteten Schaufeln im Inneren.

Ein bisschen Physik

Zuerst ein wenig Theorie. Jeder hat festgestellt, dass die Luft beim Fahrradfahren einen erheblichen Bewegungswiderstand erzeugt. Und je höher die Geschwindigkeit, desto höher dieser Wert. Der zweite Faktor, der den Widerstand beeinflusst, ist die vom Luftstrom betroffene Querschnittsfläche des Körpers. Aber es gibt noch eine dritte Größe, die mit der Geometrie des Körpers zusammenhängt. Genau das versuchen Karosseriedesigner in Sachen Aerodynamik zu reduzieren.

Rotationsmechanik im Rotor

Zum Beispiel können wir sagen, dass drei Platten mit der gleichen Querschnittsfläche, aber unterschiedlichen Formen: konkav, gerade und konvex, einen sehr unterschiedlichen Luftwiderstandsbeiwert haben. Bei einer konvexen Form beträgt sie 0,34, bei einer geraden 1,1 und bei einer konkaven 1,33.Es war die konkave Form, die für die Blätter des Savonius-Rotors verwendet wurde. Es gilt als der effektivste HostWindenergie.

Das Funktionsprinzip des Savonius-Rotors

Im Gegensatz zu Flettners Segel schlug Savonius vor, den Zylinder in zwei Hälften zu teilen und sie relativ zueinander zu bewegen, um die Blätter und den Abstand zwischen ihnen zu erh alten. Der Kern der Idee von Savonius war, dass der Luftstrom, der auf ein Blatt trifft, danach nicht nur zur Seite geht, sondern durch den axialen Sp alt hindurch zum zweiten Blatt umgelenkt wird, was die Wirkung des Windes erheblich verstärkt.

Durch dieses Funktionsprinzip arbeitet der Savonius-Rotor auch bei leichtem Wind.

Es gibt mehrere Profiloptionen:

  1. Die Lamellen sind so auf der Achse befestigt, dass zwischen ihnen kein Luftsp alt entsteht. Dies ist die einfachste Version der vielen Beschreibungen des Savonius-Rotors.
  2. Die Basis einer Klinge wird in die Basis der anderen eingeführt. Entlang der Achsenlinie verbleibt eine erhebliche Lücke. Mit dieser Option kann der Wind von einer Hälfte des Rotors zur anderen wechseln. Effizienteres Profil.
  3. Wie bei der zweiten Option wird nur die Fläche der Klingen vergrößert, indem eine gerade Platte auf der Innenseite hinzugefügt wird.
  4. Savonius-Rotorformen

Geltungsbereich

In den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts wurden Savonius-Rotoren in Eisenbahnbelüftungsanlagen eingesetzt. Sie wurden auf den Dächern der Waggons installiert. Während der Bewegung begann sich der Rotor zu drehen und Luft von der Straße in den Raum zu pumpen. Ähnliche Systeme wurden auch in Bussen installiert.

Heute ist die Hauptanwendung des Rotors inWindkraftanlagen mit vertikaler Achse. Es gibt eine Reihe ähnlicher Designs, die zwei Faktoren kombinieren:

  • vertikale Rotationsachse;
  • Unprätentiösität gegenüber der Richtung der Windströmung.

Neben vertikalen Windrädern gibt es Geräte mit horizontaler Achse. Sie zeichnen sich durch eine große Rendite bei gleicher Windstärke aus. Strukturell ähneln sie den Blättern von Flugzeugpropellern, die auf einer horizontalen Achse angeordnet sind und ein Führungsleitwerk zur Ausrichtung mit dem Wind haben.

Vorteile der Savonius-Windenergieanlage

Trotz der Tatsache, dass vertikale Axialrotoren von Windkraftanlagen gegenüber horizontalen Axialrotoren an Effizienz verlieren, haben sie dennoch eine Reihe unbestreitbarer Vorteile:

  1. Arbeite in jeder Klimazone. Aufgrund ihrer kleinen Querfläche haben sie keine Angst vor orkanartigen Winden.
  2. Für den Start sind keine zusätzlichen Geräte erforderlich. Durch die konkave Form der Rotorblätter erfolgt der Start bei minimalen Windwerten – 0,3 m/s. Optimale Werte erreicht der Generator bei einer Luftgeschwindigkeit von 5 m/s.
  3. Aufgrund des geringen Geräuschpegels von bis zu 20 dB kann das Windrad in unmittelbarer Nähe von Wohnhäusern installiert werden, was für eine stromsparende Stromerzeugung und Stromverluste in den Leitungen wichtig ist.
  4. Keine bestimmte Windrichtung erforderlich. Sie beginnen mit der Arbeit aus dem Luftstrom, der in einem beliebigen Winkel einströmt.
  5. Einfaches Design reduziert die Wartungskosten.
  6. Nicht gefährlich für Vögel, die die Struktur als Ganzes wahrnehmen und nicht versuchen, durch die Blätter zu fliegen.

Zu den Nachteilen vertikaler Windkraftanlagen gehören ein relativ geringer Wirkungsgrad, höhere Kosten für Baumaterialien und große Abmessungen, die erforderlich sind, um die erforderliche Leistung zu erzielen.

Wie man mit eigenen Händen eine Windkraftanlage baut

Ein Gerät zu bauen, das ein Landhaus vollständig mit Strom versorgt, scheint unwahrscheinlich. Eine kleine Windmühle zu bauen, um kostenlosen Strom zu erzeugen, der den Betrieb von Geräten mit geringem Stromverbrauch (Bewässerungspumpe, Straßenbeleuchtung vor dem Haus, automatisches Tor öffnen) gewährleistet, liegt jedoch in der Macht jedes Handwerkers. Dazu benötigen Sie:

  • 3 Aluminiumbleche mit einer Seitenlänge von 33cm, ca. 1mm dick;
  • Abflussrohr 15 cm Durchmesser und 60 cm lang;
  • 4 cm Wasserpfeife;
  • Stromgenerator (Auto kann verwendet werden);
  • Beschläge (Stahlwinkel, Blechschrauben, Muttern, Bolzen).
das einfachste Schema des Savonius-Rotors

Kochanleitung

Um einen einfachen Savonius-Rotor herzustellen, benötigen Sie:

  1. Aus Alublech 3 Scheiben mit einem Durchmesser von 33 cm ausschneiden.
  2. Schneiden Sie eine Wasserleitung mit einem Durchmesser von 15 cm entlang der Achse, um 2 Rohlinge für die Klingen zu erh alten. Dann jedes Stück in der Mitte durchschneiden. Sie erh alten also 4 identische Klingen mit einer Länge von 30 cm.
  3. Bohren Sie in der Mitte der Scheiben ein Loch, durch das Sie ein 4 cm langes Wasserrohr führen können.
  4. Verbinde alle drei Scheiben mit einem Rohr und dazwischenKlingen einsetzen. Zwei zwischen zwei Scheiben. Die Klingen müssen so ausgerichtet sein, dass der Winkel zwischen ihren Achsen 90 Grad beträgt. Dadurch kann sogar ein leichter Wind den Generator drehen.
  5. Benutze Ecken und selbstschneidende Schrauben, um die Klingen auf Aluminiumfelgen zu befestigen.
  6. Drücke die Generatorwelle in den unteren Teil des Rohres, das ist die Achse.
Savonius-Rotor im Land

Der Windgenerator ist bereit. Es bleibt nur noch, einen Installationsort zu wählen, der ausreichend offen für Luftströmungen ist. Wenn der Wind nicht ausreicht, können Sie einen hohen Mast bauen, auf dem der Generator steht.

Vorgefertigte vertikale Windkraftanlagen

Mit der Entwicklung alternativer Energien steigt die Nachfrage nach autonomen Stromversorgungsprodukten. Derzeit gibt es auf dem Markt in Russland hergestellte Windkraftanlagen, deren Preis bei 60.000 Rubel beginnt.

industrielle Windkraftanlagen

Diese Geräte können im privaten Bereich eingesetzt werden und decken einen Strombedarf von 250 W bis 250 kW.

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