Posts Tagged ‘Siłownie o pionowej osi obrotu’

Wiatraki o osi pionowej rozpowszechniły się w Europie dzięki wyprawom krzyżowym organizowanym pod koniec IX w. na Środkowy Wschód. W odróżnieniu od siłowni wiatrowych o osi poziomej wiatraki o osi pionowej nie osiągnęły jednak szczytu swoich możliwości. Mogło to być o tyle trudne, że badania pochłaniają duże koszty, więc łatwiej jest bazować na sprawdzonych rozwiązaniach. Główną zaletą elektrowni o osi pionowej jest brak konieczności naprowadzania na wiatr, a co za tym idzie – znaczne uproszczenie konstrukcji mechanicznej i sterowania. W porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami stanowią one niewielki procent obecnych instalacji.

prace

Rys. 1. Siłownia wiatrowa Darrieusa o pionowej osi obrotu.[4]

W 1931 roku Francuz  Darrieus skonstruował i opatentował wirnik nazywany obecnie od jego nazwiska (rys. 7). Nie znalazł on jednak szerszego zastosowania, mimo niezbyt złożonej budowy nie wymagającej skomplikowanych układów naprowadzania wirnika na kierunek wiatru, gdyż  wymaga on mechanizmu rozruchowego. W aktualnie stosowanych siłowniach z wirnikiem Darrieusa przy rozruchu pomagają silniki elektryczne.

W Stanach Zjednoczonych w laboratoriach SANDIA NATIONAL LABORATORIES pracowano nad modyfikacją wirnika Darrieusa. Otrzymana konstrukcja zwana EHD charakteryzuje się zwiększonym stosunkiem wysokości do średnicy. Wyniki mówiły same za siebie: siłownia o stosunku wysokości do średnicy 2,8 i średnicy 17 m dawała moc 300 kW.

Kolejną odmianą wirnika Darrieusa jest H-Darrieus o kształcie litery „H”. Wyposażony on jest  w proste, pionowo posadowione łopaty wirnika i osiąga wymiary zbliżone do turbin tradycyjnych. Model ten wyposażony został w układ odśrodkowego regulatora kąta natarcia łopat.

Kolejnym technologicznym rozwiązaniem siłowni wiatrowej o pionowej osi obrotu jest turbina Savoniusa. Przekrój poprzeczny dwułopatowego wirnika tego typu wraz z przepływem powietrza zamieszono na rysunkach 2 i 3.

2

Rys. 2. Działanie wirnika typu Savoniusa [3]

3

Rys. 3. Wirnik typu Savoniusa w przekroju [3]

Wirniki typu Savoniusa charakteryzują się prostotą konstrukcji i dużym momentem startowym, umożliwiającym pracę przy bardzo niskich prędkościach wiatru. Ważne jest również to, że przy odpowiednim wykonaniu wirnik ten jest w stanie przetrwać wiatr o prędkości ok. 60 m/s. Do wad zalicza się niską sprawność, a co za tym idzie wymagane duże wymiary dla uzyskania określonej mocy. Zasada działania tego wirnika opiera się na wykorzystaniu siły parcia wiatru oraz  siły nośnej. Ze względu na stosunkowo duży moment startowy wirniki tego typu wykorzystuje się do napędzania pomp wodnych.

Istnieją zmodyfikowane wersje tego wirnika. Przykładem może być „świderkowa” turbina fińskiej firmy WINDSIDE (Rys. 4.).

4

Rys. 4. Konstrukcja małego wiatraka firmy WINDSIDE. [3]

Zaletami tego typu rozwiązań akcentowanymi przez ich producenta jest zdolność do przetrwania silnych wiatrów, oraz wykorzystanie siły wiatru nawet od 1,5 m/s. Dodatkowo turbiny tego typu w odróżnieniu od tradycyjnych wiatraków nie wytwarzają prawie żadnych dźwięków.  Siłownie tego typu już przy powierzchni natarcia powietrza 2 m2  osiągają moc 50 W przy prędkości wiatru 6 m/s. Całkowita masa takiej siłowni wiatrowej wynosi 200 kg. Napęd z wirnika przenoszony jest bezpośrednio na prądnicę, nie stosuje się tutaj przekładni zębatych. Dzięki temu siłownie te są stosunkowo lekkie i niedrogie. Zaleta ta pozwala instalować je na już użytkowanych obiektach, budynkach, wieżach itp.

Reklamy