При изготовлении ветряка можно попытаться применить методы, дающие в результате положительный эффект. В случае колеса Савониуса, поворот полуцилиндра лопасти на 90° в горизонтальное положение относительно оси полуцилиндра (лопасти) дает резкое увеличение, почти в 1,5 раза, угла действия ветра (Рис.10). Испытания двух вариантов лопастей Савониуса вертикального и горизонтального, одинаковых по площади, дают прибавку по мощности ветряка почти на 50% для горизонтального расположения лопастей:
Рис.1. Ортогональный ветроагрегат с горизонтальным расположением полуцилиндров
(патент РФ № 2283968 "Ветродвигатель для ветряка").
1.- вал; 2 – лопасть полуцилиндр; 3 – траверса; 4 – ролик; 5 – опорный монорельс для крупногабаритных агрегатов (ф >10 м); 6 – электрогенератор; 11 – опора.
Это явление можно объяснить достаточно просто, если рассмотреть в горизонтальной плоскостивзаимодействие ветра и ветроколеса на Рис.2, Рис.3:
Рис.2. Схема взаимодействия ветра и лопастей. |
Рис.3. Схема взаимодействия ветра и лопастей. |
1 – вал; 3 – траверса; 7 – лопасть; 8 – лопасть; f –сопротивление ветру; F – давление ветра на лопасти.
Из которого видно, что сектор действия ветра увеличился почти до 180° поворота колеса и во взаимодействие с ветром вовлечены как минимум три лопасти из четырех. Таким образом, поворот лопасти Савониуса на 90° от вертикальной оси повышает коэффициент использования энергии ветра с x=0,15 до x=0,30.
Н.Е.Жуковский, разработал не только теорию подъемной силы крыла, но и предложившего для увеличения подъемной силы использовать на небольших скоростях так называемое разрезное крыло Жуковского (крыло НЕЖ), состоящее из нескольких частей как показано на Рис.4.:
Рис.4. Лопасть ортогонального ветроагрегата «разрезная».
9 – обтекатели; 10 – ролик; 3 – траверса; 7 – наветренная лопасть; 2 – подветренная лопасть; 8 – направление вращения; 1 – Вал агрегата.
Если лопасть ветряка собрать наподобие профиля НЕЖ, то можно получить увеличение x до величины, равной почти 1,0. Подобное трех-лопастное крыло, каждая лопасть которого состоит из трех горизонтальных полуцилиндров Савониуса, может дать увеличение выходной мощности в 3 раза относительно обычного. Схематично такое колесо представлено наРис.2.
Аэродинамический анализ ветроколеса по Рис.2, показывает, что его эффективность превосходит даже классический с крыльчатым ветроколесом и совершенно исключает импульсную работу при изменчивости ветра. Такие ветроагрегаты, диаметром до 10 метров, можно проектировать и строить без боковых опор и монорельсов. Преимущество их - в вертикальной компактности, что значительно упрощает монтаж, практически «плоского сооружения».
Кроме всего необходима защита от ветров, выше 25 м/сек.
В дополнение к выше написанному следует добавить опыт применения такого ветродвигателя. На ветродвигатель мощностью до 3-х кВт (диаметр ротора 3.0 метра, высота ротора всего 0,8 метра). Наблюдения за работой этого ветряка выявили особенности его работы! Совершенно бесшумный ветродвигатель. Ветродвигатель не «идёт в разнос» без нагрузки при ураганном ветре! Недостаток и основной - ТИХОХОДНОСТЬ! А для этого необходим или повысительный редуктор или низкооборотный генератор. Для насосных агрегатов – это просто замечательный аппарат!