Cum funcționează o moară de vânt în vremea vântului?

Progenitorii morilor de vânt au apărut cu aproape patru mii de ani în urmă în Egipt. Inițial, moara de vânt a avut o direcție constantă a lamelor și a transmisiei centurii spre axa morii de piatră. Mai târziu în proiect au apărut unelte și rulmenți, mecanisme rotative. Un astfel de dispozitiv fără modificări radicale a fost folosit cu succes până la începutul secolului trecut și are și o aplicație.

Motive pentru succesul energiei eoliene

Caracteristicile energiei eoliene sunt unice. Merită menționată în mod special proprietățile care au determinat succesul continuu al morilor de vânt. Compararea caracteristicilor surselor de energie face posibilă înțelegerea unei astfel de aplicații de energie eoliană lungă și geografică:

• vântul este liber și inepuizabil. Acest lucru se poate spune doar despre apa, soarele și izvoarele geotermale. Energia nucleară, cărbunele, petrolul nu se pot lăuda cu acest lucru;
• Transformarea vântului este un proces ecologic, la fel ca toate sursele naturale de energie. Dar reacțiile petroliere, cărbune și nucleare în procesul de transformare produc deșeuri care dăunează florei și faunei, inclusiv oamenilor;
• vântul este disponibil oriunde în lume. Deci, puteți spune mai multe despre energia solară. Nici o altă sursă de energie nu este atât de comună;
• Traducerea energiei cinetice eoliene este foarte simplă. Aceeași simplitate este inerentă numai în energia apei râului. Din orice altă sursă, energia cinetică va fi obținută numai prin tehnologii complexe, prin crearea de structuri și dispozitive speciale, monitorizarea și controlul constant al procesului.

Dar există vânt și defecte. De exemplu, inconstanța proverbială. Directia vantului se schimba atat de des incat trebuia sa cream mori cu un corp rotativ. Și schimbarea rezistenței vântului de la uragan la calm nu permite să se bazeze pe stabilitatea alimentării cu energie. Alte surse naturale de energie sunt, de asemenea, instabile și cu deficiențele lor. Soarele nu dă energie noaptea, iar în timpul zilei poate merge dincolo de nori. Râurile nu sunt peste tot, dar unde există, pot să se usuce sau să înghețe luni întregi.

Un alt dezavantaj este densitatea scăzută a vântului - 1,29 kg / m3. De exemplu, densitatea apei este aproape o tonă. Pentru a obține aceeași cantitate de energie, zona de lamă a morii de vânt trebuie să fie de 750 de ori mai mare decât cea a morii de apă. Și pentru astfel de desene, trebuie să existe un caz corespunzător.

Dar, cu toate acestea, aproape patru mii de ani vântul era în căutare, ca sursă de energie, pe continentele europene, asiatice și africane. Și acum nu uită de el.

Cum vântul transformă lamele

Deoarece aerul are masa, mișcarea aerului are energie cinetică. Când un obiect apare pe calea unui vânt care suflă într-o anumită direcție, interacțiunea poate fi descrisă cu ajutorul vectorilor de forță. Vântul va respinge obstacolul și se va respinge în direcția opusă. În acest caz, lama fixată pe axa structurii se va îndoi de-a lungul axei de rotație și se va roti pe ea. Din punct de vedere grafic, aceasta arată:

Vântul după contact se reflectă din lamă, lăsând la el o parte a energiei:

1. pe încovoierea lamei în direcția vântului, pe care proiectul se opune forței F2-1, care creează energie potențială. Mărimea acestei forțe va reduce vectorul forței vântului Fv2-1;
2. creând o energie cinetică de rotație, forța F2-2 acționează asupra lamei. În acest caz, vectorul forței de vânt Fv2-2 scade, schimbându-și direcția.

Mărimea energiei cinetice transmise de vânt prin lame depinde de masa aerului care interacționează cu lama, de viteza mișcării sale, de direcția față de lame - cu cât este mai perpendiculară, cu atât mai bine.

În fabricație însăși, pe lângă proiectarea lamelor, este posibil să se reducă la minimum pierderile de frecare prin aplicarea lagărului pe axă, prin angrenaj sau prin așezarea generatorului direct pe axa lamelor.

Știind cum funcționează moara, poți încerca să o faci singur. Cel puțin în scopuri decorative.

Cum se calculează aripile unei morte

În primul rând trebuie să decideți ce și unde să construiți moara. De obicei, o mașină eoliană este plasată într-o zonă deschisă, de exemplu - în țară. Dacă copacii sunt aproape și strânși în jurul gardului, va trebui să faceți o cocă înaltă pentru moara de vânt. În acest caz, este necesară o fundație.

Fundația este, de asemenea, necesară pentru corpurile mici, dar grele. Pentru treburile țării, este suficient să se pună rânduri de cărămizi concrete sau dense la o adâncime de 0,7 metri de-a lungul perimetrului structurii viitoare. Pentru structurile decorative este suficient să se deschidă și să se tamponeze un strat de cărămidă, care izolează structura de umiditate.

Acum trebuie să decidem pentru ce ar trebui construită moara. Există o mulțime de opțiuni:

• pentru ridicarea apei dintr-un puț;
• pentru a genera energie electrică;
• pentru respingerea molilor;
• pentru stocarea sculelor de gradina;
• în desemnarea decorativă.

Ordinea opțiunilor este prezentată pentru a reduce cerințele de putere ale dispozitivului, adică pentru a simplifica mecanismul. Definiția cerințelor pentru proiectare rămâne dreptul și datoria proprietarului.

Amintiți-vă că puterea reală a turbinelor eoliene de uz casnic nu depășește 500 W la o viteză a vântului de 5-8 m / s. Cu toate acestea, energia electrică poate fi stocată, inclusiv dacă este necesar, consumatori puternici pentru o perioadă scurtă de timp. De exemplu, o pompă pentru ridicarea apei.

Principalul lucru în moară de vânt sunt lamele. În primul rând, pentru a determina designul lamelor, trebuie să știți că cu cât mai multă putere - cu atât mai mare este suprafața proiecției pe planul de rotație, ar trebui să aibă lame. Acest lucru se realizează prin creșterea numărului, lungimii, zonei și unghiului de rotație a lamelor.

Pentru a calcula puterea medie a structurii, este necesară cunoașterea rezistenței vânturilor tipice pentru teren. În plus, lamele morii trebuie să fie perpendiculare pe direcțiile predominante ale vântului. Aceste informații ar trebui găsite pe Internet la solicitarea "statisticii privind viteza vântului" și a "vântului în creștere" pentru regiunea dvs.

Rămâne să se calculeze dimensiunea lamelor. De exemplu, vântul mediu este de 5 m / s, iar consumul de energie al aparatului este de 100 de wați. Pierderile de transformare a energiei cinetice de rotație a unei axe de măcinare într-o electrică reprezintă aproximativ 20% - 40%.

Eficiența poate fi calculată, date exacte valorile eficienței generatorului de pașaport, pe axa redresor, un stabilizator, convertor DC-DC într-o tensiune alternativă de 220 V. La calcularea pierderilor procentuale nu sunt însumate, este necesar să se secvențial multiplica eficiența fiecărei unități pentru a primi randamentul de rotație în sistemul de conversie a energiei electrice . O altă jumătate din puterea eoliană se pierde pe lame.

Reduceți pierderile de conversie eliminând, de exemplu, un convertor DC la AC, în cazul în care servomotorul poate funcționa pe baterie. Absența oricărui alt dispozitiv este posibilă și în cazul în care tensiunea și curentul nu au o importanță deosebită pentru funcționarea dispozitivului - de exemplu, un bec mic incandescent, chiar mai practic - LED.

Puterea generatorului eolian este direct proporțională cu densitatea aerului, înmulțită cu viteza vântului în gradul III (pentru 5 m / s - 125). Dacă divizăm rezultatul de două ori pe zona de proiecție a paletelor pe planul de rotație, obținem puterea pe care generatorul o poate produce pe axa de rotație a lamelor.

De exemplu, puteți calcula suprafața de proiecție pentru 4 lame 0,5 m lățime, formând un cerc cu diametrul de 2 m, rotindu-se la un unghi de 60 de grade față de planul de rotație. Zona conform formulei d / 2 * sin (30) * 0.5 * 4 este egală cu 2/2 * 0.25 * 4 = 1 metru pătrat.

Un astfel de design, cu cea mai frecventă viteză medie a vântului din Rusia de 5 m / s, primește de la energia eoliană în valoare de 1,29 * 125/2 * 1 = 80 W. Îndepărtați jumătate din conversie în mișcare rotativă, eliminați 25% din conversie în energie electrică și va rămâne în jur de 30 de wați pentru consumatori. Puterea eoliană maximă, cu un astfel de vânt pe lame, care se suprapune complet în proiecția zonei cercului, poate crește de 3,14 ori. Ca urmare, consumatorul va primi un maxim de aproximativ 100 de wați. Nu așa de rău.

Dacă în scopuri decorative se utilizează diode emise de lumină, dimensiunile unei morte se vor schimba la ridicol, ar exista un vânt scăzut de-a lungul solului.

Fără conversia în energie electrică, energia eoliană este utilizată pentru a respinge insectele mici care locuiesc sub pământ. Este suficient să se scadă cu 15 centimetri în cavitate axa din lemn care se rotește de la moară de vânt, deoarece vibrația solului îi va speria pentru câțiva metri, fără a deranja proprietarii.

Soiurile lamei turbinelor eoliene

Proiectarea lamelor nu este numai cu rotație verticală, ci și cu rotație orizontală. Lamele pot avea o structură cu șurub, navigație variabilă. Mori au fost construite de secole și astfel încât fiecare clădire era unică. Design-urile moderne sunt, de asemenea, izbitoare în varietate.

Statistici și perspective

În Rusia, la sfârșitul secolului al XIX-lea, au funcționat circa 200.000 de mori de făină. O turbină eoliană tipică a produs o putere de 3,5 kW, mare cu un diametru al lamei de 24 metri - până la 15 kW. Puterea totală produsă la acel moment a ajuns la 750 mW. Acum se folosesc generatoare de energie eoliană și câteva unități de mori de un alt scop. Și toate generează de 50 de ori mai puțină energie decât acum 100 de ani, până la 15 mW. Planuri de dezvoltare. desigur. sunt create, deoarece potențialul eolian al țării noastre este de zeci de miliarde de kilowați.

In timp ce planurile nu au fost realizate, putem reformula bine-cunoscuta expresie a lui Vladimir Maiakovski și spune: „În cazul în care clădirea morii - deci - este necesar pentru cineva înseamnă - cineva vrea ca ei să fie?“ Frumusetea Fermecatoare a morilor de lucru a devenit un puternic factor inspirat artiști care au creat capodopere în curțile și în zonele suburbane.