Как работи вятърна мелница при ветровито време?

Предците на вятърните мелници се появиха преди около четири хиляди години в Египет. Първоначално вятърната мелница имаше постоянна посока на лопатките и задвижването на ремъка до оста на каменоломната фабрика. По-късно в дизайна се появиха зъбни колела и лагери, ротационни механизми. Такова устройство без радикални промени бе успешно използвано до началото на миналия век и сега има и приложение.

Причини за успеха на вятърната енергия

Характеристиките на вятърната енергия са уникални. Заслужава специално да се споменат свойствата, които са причина за продължителния успех на вятърните мелници. Сравняването на характеристиките на енергийните източници дава възможност да се разбере такова дълбоко и географско широко приложение на вятърната енергия:

• вятърът е свободен и неизчерпаем. Това може да се каже само за водата, слънцето и геотермалните извори. Ядрената енергия, въглищата, нефтът не могат да се похвалят с това;
• Вятърната трансформация е екологичен процес, подобно на всички природни източници на енергия. Но нефтените, въглищните и ядрените реакции в процеса на трансформация произвеждат отпадъци, които са вредни за флората и фауната, включително хората;
• вятърът е достъпен навсякъде по света. Така че можете да кажете повече за слънчевата енергия. Никой друг източник на енергия не е толкова често срещан;
• Преводът на вятърната кинетична енергия е много прост. Същата простота е присъща само на енергията на речната вода. От всеки друг източник кинетичната енергия ще бъде постигната само чрез сложни технологии, създаване на специални структури и устройства, постоянно наблюдение и контрол на процеса.

Но има вятър и недостатъци. Например, пословичната непостоянство. Посоката на вятъра се променя толкова често, че дори трябваше да създаваме мелници с въртящо се тяло. Промяната в силата на вятъра от урагана до спокойствие не позволява да се разчита на стабилността на енергийните доставки. Други природни източници на енергия също са нестабилни и със своите недостатъци. Слънцето не дава енергия през нощта, а през деня може да излезе отвъд облаците. Реките не са навсякъде, но там, където могат да изчезнат или замразят в продължение на месеци.

Друг недостатък е ниската плътност на вятъра - 1.29 kg / m3. Например, плътността на водата е почти един тон. За да се получи същото количество енергия, площта на ножовете на вятърната мелница трябва да бъде 750 пъти по-голяма от тази на водната мелница. И за такива проекти трябва да има съответен случай.

Но въпреки това почти четири хиляди години вятърът е бил търсен като източник на енергия на европейските, азиатските и африканските континенти. И сега те не забравят за него.

Как вятърът превръща лопатките

Тъй като въздухът има маса, движението на въздуха има кинетична енергия. Когато даден обект се появи по пътя на вятъра, който духа в определена посока, тяхното взаимодействие може да бъде описано с помощта на векторите на сила. Вятърът ще отблъсне препятствието и ще се отблъсне в обратната посока. В този случай ножът, фиксиран към оста на конструкцията, ще се огъне по оста на въртене и ще се завърти върху нея. Графично изглежда така:

Вятърът след контакт се отразява от острието, оставяйки му част от енергията:

1. върху огъването на лопатката в посока на вятъра, която конструкцията се противопоставя на силата F2-1, която създава потенциална енергия. Величината на тази сила ще намали вектора на силата на вятъра Fv2-1;
2. създавайки кинетична енергия на въртене, силата F2-2 действа върху острието. В този случай векторът на силата на вятъра Fv2-2 намалява, променяйки посоката си.

Степента на кинетичната енергия, предавана от вятъра през лопатките, зависи от масата на въздуха, взаимодействащ с острието, от скоростта на движението му, от посоката спрямо лопатките - колкото по-перпендикулярна, толкова по-добра.

Самата мелница, с изключение на структурата на остриетата, възможно е да се сведе до минимум загубата от триене прилагане на лагерите на оста и механизмът за прехвърляне - зъбно колело или генератор директно с определянето на оста на остриета.

Знаейки как работи мелницата, можете да се опитате да го направите сами. Най-малко за декоративни цели.

Как да изчислим крилата на мелницата

Първо трябва да решите какво и къде да изградите мелницата. Обикновено вятърна машина е разположена на открито място, например - в страната. Ако дърветата са близо и стегнати около оградата, ще трябва да направите висок корпус за вятърната мелница. В този случай се изисква фондация.

Фондацията е необходима и за ниски, но тежки корпуси. За дела в страната е достатъчно да се поставят бетонни или плътни редици тухли на дълбочина 0,7 метра по периметъра на бъдещата структура. За декоративни конструкции е достатъчно да се пролее и уплътни един слой от тухли, който изолира структурата от влага.

Сега трябва да решим за какво трябва да се изгради мелницата. Има много опции:

• за вдигане на вода от кладенец;
• за генериране на електроенергия;
• за отблъскване на молове;
• за съхранение на градински инструменти;
• в декоративно предназначение.

Редът на опциите е представен, за да се намалят изискванията за мощност на устройството, т.е. за опростяване на механизма. Определянето на изискванията за дизайн остава правото и задължението на собственика.

Не забравяйте, че действителната мощност на битовите вятърни турбини не надвишава 500 W при скорост на вятъра 5-8 м / сек. Въпреки това може да се съхранява електричество, включително ако е необходимо, за кратко време мощни потребители. Например, помпа за вдигане на вода.

Основното нещо във вятърната мелница са остриетата. На първо място, за да определите дизайна на ножовете, трябва да знаете, че колкото повече мощност - толкова по-голяма е площта на проекцията в равнината на въртене, тя трябва да има остриета. Това се постига чрез увеличаване броя, дължината, площта и ъгъла на въртене на лопатките.

За да се изчисли средната мощност на конструкцията, се изисква познаване на силата на ветровете, характерни за терена. В допълнение, лопатките на мелницата трябва да са перпендикулярни на преобладаващите посоки на вятъра. Тази информация трябва да бъде намерена в интернет по искане на "статистика за скоростта на вятъра" и "вятърна роза" за вашия регион.

Остава да се изчисли размерът на лопатките. Например, средният вятър е 5 м / сек, а консумацията на енергия на уреда е 100 вата. Загубите при преобразуване на кинетичната енергия на въртене на оста на мелницата в електрически съставляват около 20% - 40%.

Ефективността може да се изчисли, като се има точните стойности паспорт генератор ефективност от оста на токоизправител, стабилизатор, DC-DC конвертор в едно променливо напрежение от 220 V. При изчисляване на процента на загубите не се сумират, е необходимо последователно за да се умножи на ефективността на всяка единица да получи ефективността на въртене в Система за преобразуване на електрическа енергия , Друга половина от вятърната енергия се губи на остриетата.

Намалете загубите от конверсия, като елиминирате например конвертора DC to AC, ако задвижването може да работи на батерия. Липсата на друго устройство също е възможно, ако напрежението и токът не са от голямо значение за работата на устройството - например малка крушка с нажежаема жичка, дори по-практична - LED.

Силата на вятърния генератор е пряко пропорционална на плътността на въздуха, умножена по скоростта на вятъра в трета степен (за 5 м / сек - 125). Ако разделим резултата с два пъти площта на проекцията на лопатките в равнината на въртене, получаваме мощността, която генераторът може да произведе по оста на въртене на лопатките.

Например, можете да изчислите площта на проекцията за 4 остриета с широчина 0,5 м, образувайки кръг с диаметър 2 м, въртящ се под ъгъл от 60 градуса спрямо равнината на въртене. Районът по формулата d / 2 * sin (30) * 0.5 * 4 е равен на 2/2 * 0.25 * 4 = 1 квадратни метра.

Такава конструкция, с най-често срещаната средна скорост на вятъра в Русия от 5 m / s, получава от вятърната енергия в размер на 1,29 * 125/2 * 1 = 80 W. Премахнете половината от превръщането в ротационно движение, премахнете 25% от превръщането в електричество и ще останат около 30 вата за потребителите. Максималната вятърна мощност с такъв вятър върху лопатките, напълно припокриваща се в проекцията на зоната на кръга, може да нарасне 3.14 пъти. В резултат на това потребителят ще получи максимум около 100 вата. Не е толкова лошо.

Ако за декоративни цели да се използват диоди, излъчващи светлина, размерите на мелницата ще се превърнат в смешни, ще има слаб вятър по земята.

Без преобразуване в електрическа, вятърната енергия се използва за отблъскване на малки насекоми, живеещи под земята. Достатъчно е да се намали с 15 сантиметра в куха дървената ос, въртяща се от вятърната мелница, тъй като вибрациите на почвата ще ги изплашат на няколко метра, без да притесняват собствениците.

Сортове остриета на вятърни турбини

Дизайнът на лопатките е не само с вертикално завъртане, но и с хоризонтално завъртане. Остриетата могат да имат винтова структура, променлив плат. Мелниците са построени от векове, така че във всяка сграда е уникална. Съвременните дизайни също са поразителни в разнообразието.

Статистика и перспективи

В Русия в края на 19-ти век работят около 200 000 мелници за брашно. Типичната вятърна турбина произвежда мощност от 3,5 kW, голяма с острие с диаметър 24 метра - до 15 кВт. Общата мощност, произведена по това време, достигала 750 mW. Сега се използват генератори на вятърна енергия и няколко единици мелници с друга цел. И всички те генерират 50 пъти по-малко енергия, отколкото преди 100 години, до 15 mW. Планове за развитие. разбира се. са създадени, защото потенциалът на вятъра над нашата страна е десетки милиарди киловатци.

Докато планове не са реализирани, може да се преработи добре познатия израз на Владимир Маяковски и да каже: "Ако сградата мелница - така че - това е необходимо за някого означава - някой иска да бъде?" В хипнотизиращ красотата на работни мелници се превърна в мощен фактор в вдъхновяващи хора на изкуството, които са създали шедьоври в съдилищата и в крайградските зони.