Вітроенергетика сьогодні

Вітроенергетика сьогодні - це активно розвивається галузь. Але використання енергії вітру пов'язано з певними труднощами, зокрема слабким і непостійним натиском вітру. Розглянута далі конструкція гвинта дозволяє підвищити ефективність роботи вітрогенератора.

На сьогоднішній день існує безліч конструкцій гвинтів вітрогенераторів. Дана конструкція є вдосконаленою версією цієї множини і володіє більш високими характеристиками в умовах використання при слабкому і мінливому вітрі.
Все існуюче безліч можна умовно розділити на два типи. Перший тип використовує підйомну силу вітру (вітряк з горизонтальною віссю обертання), другий тип використовує силу напору потоку (вітряк з вертикальною віссю обертання). Дана конструкція поєднує в собі обидві можливості використання сили ветра.

На малюнку вище показана конструкція вітрогенератора з вертикальною віссю обертання. Лопати обертаються навколо своєї осі у зворотний бік обертання вітряка.
Ветрогенератор необхідно строго орієнтувати у напрямку ветра.
Прі роботі вітрогенератора лопаті обертаються навколо своєї осі у зворотний бік обертання вітряка таким чином, що за час повороту вітряка на 360 градусів лопать повернеться на 180 градусів.
Соблюдая таку пропорцію обертання, ми в результаті отримаємо, що лопать, що рухається у напрямку руху вітру, перпендикулярна потоку руху вітру.
В момент зворотного ходу, коли лопать рухається проти вітру, вона повернена до потоку ребром і має найменше лобове опір.
В проміжному стані лопать розташована під кутом до напрямку руху вітру, і на неї діє підйомна сила, вектор якої збігається з вектором обертання вітрогенератора.
Давайте більш докладно розглянемо сили, що діють на лопаті вітряка.
Счітаем, що вітряк крутиться зі швидкістю руху вітру або близькою до цього. Лопать в положенні 1 розташована перпендикулярно потоку вітру і рухається зі швидкістю вітру, вона не виконує ніякої роботи, її ККД дорівнює нулю. У положенні 2-3 лопать, рухаючись у напрямку руху вітру, починає зміщуватися перпендикулярно потоку вітру і з урахуванням швидкості обертання вітряка і швидкості вітру набігаючий потік потрапляє в ребро лопаті, обтікаючи її, і створює підйомну силу, вектор якої спрямований по напрямку обертання вітряка. Показана стрілочками, розмірами стрілок умовно показав збільшення підйомної сили вітру. У положенні 4 лопать незначно зміщується за напрямком вітру, основне її рух перпендикулярно потоку, і з урахуванням швидкості обертання вітряка і швидкості вітру набігаючий потік потрапляє в ребро лопаті, обтікаючи її, і створює підйомну силу, вектор якої спрямований по напрямку обертання вітряка. У положенні 5 лопать рухається перпендикулярно потоку, так як це відбувається в вітряки з горизонтальною віссю обертання, і на неї діють такі ж сили, як і на них. У положенні 6-7-8 лопать рухається не тільки перпендикулярно потоку, а й починає рух назустріч йому. Тому підйомна сила вітру зростає, але вектор її тепер поступово відхиляється убік від напрямку обертання вітряка. Показано стрілочками. У положенні 9 лопать повернена до потоку вітру ребром і рухається назустріч йому з такою ж швидкістю. Тому підйомна сила в 2 рази більше, але спрямована перпендикулярно напрямку руху вітряка. Перейшовши через умовний нуль, підйомна сила змінює свій напрямок на протилежний, зберігши величину. У положенні 10-11-12 лопать поступово уповільнює рух назустріч потоку і збільшує рух перпендикулярно йому. Тому вектор підйомної сили зменшується, але зате напрямок вектора поступово вирівнюється і починає співпадати з напрямом обертання вітряка. Я хочу відзначити: положення лопаті залишається оптимальним для набігаючого потоку, який обтікає її і зриву потоку не відбувається. У положенні 13 лопать рухається перпендикулярно потоку, так як це відбувається в вітряки з горизонтальною віссю обертання, і на неї діють такі ж сили, як і на класичний вітряк з горизонтальною віссю обертання. У положенні 14-15-16 лопать поступово уповільнює свій рух перпендикулярно потоку вітру і збільшує рух по напрямку вітру. Підйомна сила вітру поступово зменшується. Вектор підйомної сили тепер збігається з напрямком обертання вітряка. Так як швидкість обертання вітряка рівна або близька швидкості руху вітру, ми не можемо отримати ніякої користі від сили натиску потоку. Але в статичному положенні, коли вітряк зупинений,