Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Prototyp wirnika do elektrowni wiatrowej pionowej

resetmen 30 Aug 2022 15:33 9192 96
lampy.pl
  • Witam
    Chciałbym się podzielić pomysłem na wirnik do elektrowni wiatrowej typu pionowa. Oczywiście zdaję sobie sprawę, że nie jest to rozwiązanie, na które nikt nie wpadł. Chociaż przeglądając internet nie znalazłem podobnego rozwiązania. Wykonałem model wirnika, oto fotki:
    Prototyp wirnika do elektrowni wiatrowej pionowej
    Prototyp wirnika do elektrowni wiatrowej pionowej .
    Jak widać mamy tutaj wirnik, który kręci się wokół osi pionowej. Wirnik ma trzy łopaty, które kręcą się względem własnej osi. Enkoder w postaci okrągłej płytki z dwoma półokrągłymi wycięciami powoduje to, że łopaty, które biegną pod wiatr są tak przekręcane aby były ustawione poziomo do ziemi natomiast te, które są pchane przez wiatr ustawiają się pionowo do ziemi. Enkoder powinien mieć jeszcze ster, który ustawia go w odpowiedniej pozycji do wiatru. W ten sposób łopaty, które biegną pod wiatr zawsze stawiają mu minimalny opór. Prototyp niestety nie działa, planuję zbudować działający. Zamiast krzyżyków zastosowane mają być łożyskowane cztery kółka. Myślę, że w praktyce można by zbudować taki wirnik o większych rozmiarach. Zapewne nie byłby on cichy i pewno musiałby być wolnoobrotowy. Projekt czysto amatorski bez żadnych obliczeń. Przedstawiam jako "ciekawostkę". Na chłopski rozum wydaje się być wydajny. Pewno zaraz mnie ktoś sprowadzi na ziemię 🙂. I jeszcze film przedstawiający symulacje:



    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    resetmen
    Level 15  
    Offline 
    Próbuję domowymi metodami w mini projektach doścignąć choć odrobinkę dziejszą technologię 🙂
    resetmen wrote 459 posts with rating 184, helped 0 times. Been with us since 2003 year.
  • lampy.pl
  • #3
    trojan 12
    Level 36  
    Sam pomysł fajny ale dalej się już komplikuje, trzeba nastawiać łopaty ustawione pionowo do kierunku wiatru. W szczególności przy porywach wiatru z różnych kierunków, na sam obrót też trzeba zużyć energię. Używając takiego rozwiązania z ustawianymi łopatami na poziomym wirniku można poprawić jego sprawność.
  • #4
    resetmen
    Level 15  
    bambus94 masz jakiś link do podobnych rozwiązań ?
    Trojan 12 no właśnie czy obrót łopat nagły nie zużywa dużo energii to jest pytanie.
  • #5
    bambus94
    Level 29  
    Na YT są ciekawe serie filmów dotyczących mechaniki. Wystarczy wpisać Simple mechanism.

    Ja bym się stratami na obrót łopaty nie przejmował. W dużej skali będzie to inaczej wyglądało. Bardziej bym się zastanawiał nad sztywnością tych łopat, żeby nie dochodziło do drgań wynikających ze zmiany kąta i wiatru który może jakiej turbulencje wprowadzać. Ale z drugiej strony obrót będzie następował gdy łopata będzie miała najmniejszą powierzchnię czołową.

    A co do porywów wiatrów z różnych stron, to przecie jak ster kierunku wraz z tą płytą enkodera się obróci to i łopaty ustawią się w odpowiedni sposób.
  • #6
    resetmen
    Level 15  
    [A co do porywów wiatrów z różnych stron, to przecie jak ster kierunku wraz z tą płytą enkodera się obróci to i łopaty ustawią się w odpowiedni sposób.[/quote]

    Dokładnie . Tak to ma właśnie działać 🙂
  • #7
    VIGOR_PICTURES
    Level 20  
    Cześć. Jak szukasz inspiracji to popatrz sobie na pędniki cykloidalne stosowane przykładowo na holownikach. Tam są używane co prawda w odwrotna stronę ale może to Ci pomoże. Trzymaj się!
  • lampy.pl
  • #8
    sq3evp
    Level 29  
    Poszukaj czegoś w tym stylu:

    Prototyp wirnika do elektrowni wiatrowej pionowej

    Sam pomysł ciekawy, ale pytanie jak z kosztami.
    Kiedyś oglądałem film - wiatrak pionowy, wirnik na magnesie (opory ruchu), który był elementem generatora.
  • #9
    resetmen
    Level 15  
    sq3evp wrote:
    Sam pomysł ciekawy, ale pytanie jak z kosztami.


    Dojście do tokarki i spawarki musi być inaczej to może się zrobić duża kwota. Działający prototyp chce zrobić ze śmieci. Na razie wydałem 20 zł z przesyłką na 6 łożysk, których nie miałem. Jako śmigła chce wykorzystać panele podłogowe. Myślę, że spokojnie zamknę się w 100 zł, oczywiście nie licząc robocizny 😉🙂
  • #10
    trojan 12
    Level 36  
    Jako śmigła można użyć plastikową obudowę bębna od pralki- nie rozmoknie.
    Na bogato obudowa chromoniklowa (nierdzewka).
  • #11
    resetmen
    Level 15  
    Trojan 12 chcę zrobić płaskie śmigła . Pralki nie mam, a paneli pod dostatkiem.Jakiś Vidaron na panel i do testów śmigło może być 🙂
  • #12
    RitterX
    Level 39  
    Kolega @sq3evp podlansował niezły pomysł. Tak to powinno wyglądać przy poziomym wirniku. To nie przypadek, że łopaty i w poziomej osi obrotu mają profil aerodynamiczny. Nawet jeżeli będzie to super prosty konstrukcyjnie a nieśmiertelny Clark Y :) .
    Tu zawsze chodzi o siłę nośną oraz opór aerodynamiczny względem kierunku wiatru. W śmigłowcach jest specjalny system do automatycznego przestawiania łopat głównego wirnika. Wynika to z problemu zmiany siły nośnej łopaty nacierającej względem oddalającej względem kierunku poruszania się śmigłowca. Względem powietrza opływającego wirnik prędkość względem powietrza dodaje się a w drugim odejmuje. Siła nośna będzie różna czyli pojawia się moment przechylający.
    W turbinie wiatrowej z poziomym wirnikiem jest podobnie z tym, że tutaj napędem jest strumień wiatru a wirnik jest zamocowany na stałe w jednym punkcie.
  • #13
    sq3evp
    Level 29  
    Poza tym w pionowym wirniku jest bez różnicy skąd wieje, odpada problem ustawiania się prostopadle do kierunku wiatru. działa nawet gdy wiatry sa zmienne.
    JESt sporo artukuków w siecie o tym temacie.

    Np Instructables


    YT film z produkcji. Może być dobrym punktem wyjścia.


  • #14
    ArturAVS
    Moderator HP/Truck/Electric
    RitterX wrote:
    W śmigłowcach jest specjalny system do automatycznego przestawiania łopat głównego wirnika.

    W śmigłowcach ma to całkiem inne podłoże i związane jest z fizyką napędu. To o czym mówisz nie istnieje, żadnej automatyki nie ma. W śmigłowcu jest tzw. skok stały (sterujący wysokością) oraz skok okresowy (sterujący kierunkiem). Skok stały reguluje wysokość wznoszenia oraz moc silników, skok okresowy to regulacja kąta natarcia łopat głównego wirnika w zależności od położenia kątowego (sterowanie kierunkiem lotu). W dużym uproszczeniu, jeśli chcesz lecieć śmigłowcem do przodu (w/g pilota) to tarcza sterująca wychyleniem łopat wirnika głównego podążając za wychyleniami drążka sterowniczego steruje zmianą kąta nachylenia łopat wirnika. Powoduje to iż "popchnięcie" w przód drążka sterującego robi to że łopata głównego wirnika będąc w tylnym położeniu wychyla się bardziej, a zbliżając się do przodu maszyny zmienia kąt dający mniejsze natarcie. W wyniku tego śmigłowiec lekko unosi tył uzyskując siłę nośną do lotu w przód. Mam licencję pilota śmigłowców (amatorską co prawda) ale to co piszesz to czyste bajki. Przestań nie poparte niczym fantazje wypisywać.

    RitterX wrote:
    Względem powietrza opływającego wirnik prędkość względem powietrza dodaje się a w drugim odejmuje. Siła nośna będzie różna czyli pojawia się moment przechylający.

    Wytłumacz pilotom śmigłowców lądowanie awaryjne na autorotacji... Gdzieś dzwon bije, ale nie wiesz gdzie...
  • #15
    vodiczka
    Level 43  
    resetmen wrote:
    Enkoder w postaci okrągłej płytki z dwoma półokrągłymi wycięciami powoduje to, że łopaty, które biegną pod wiatr są tak przekręcane aby były ustawione poziomo do ziemi natomiast te, które są pchane przez wiatr ustawiają się pionowo do ziemi.

    Zauważ, że oprócz położenia łopat dokładnie "z wiatrem" i "pod wiatr" masz wiele położeń pośrednich. W którym momencie chcesz rozpocząć ich przestawianie o kąt 90° i jak długo ma trwać obrót łopaty.
  • #16
    resetmen
    Level 15  
    @Vodiczka Przekręcanie łopat ma się odbywać zawsze z przodu wirnika, gdy łopata jest ustawiona wzdłuż wiejącego wiatru, i na "końcu" wirnika, gdy jest również ustawiona wzdłuż wiejącego wiatru. Do enkodera, czyli tej płytki okrągłej, ma być przymocowany ster, który ma ustawiać enkoder w odpowiedniej pozycji do przekręcania łopat. Czas trwania obrotu najlepiej jak byłby najkrótszy, ale zdaję sobie sprawę, że im krótszy czas przekręcenia łopaty, tym więcej straci się na to energii. Zapewne jest jakiś optymalny czas.
  • #17
    vodiczka
    Level 43  
    resetmen wrote:
    @Vodiczka Przekręcanie łopat ma się odbywać zawsze z przodu wirnika, gdy łopata jest ustawiona wzdłuż wiejącego wiatru, i na "końcu" wirnika, gdy jest również ustawiona wzdłuż wiejącego wiatru
    Tak pomyślałem, ale Ty prawdopodobnie nie pomyślałeś, jak wygląda rozkład siły wiatru na łopatki, gdy są oddalone o 60, 45 i 30 stopni od punktów przełączania.
    Rozrysuj te położenia, a zobaczysz, ile wiatru tracisz, a jednocześnie nie unikasz "hamowania wiatrem". Nie zdziwiłem się, dlaczego to nie zadziałało, i nie złe łożyskowanie jest temu winne.
  • #18
    resetmen
    Level 15  
    Bawiłem się moim modelem i obserwowałem co się dzieje i uważam, że to zadziała tylko, że ten model nie ma dużych strat na wszelkich tarciach tylko bardzo duże straty w stosunku do powierzchni łopat .jest to makieta a nie działający model.Gdy następuje przekręcenie łopatki z przodu to łopatka po prawej ma 60° do swojego przełączenia i napędza wirnik. Przy 30° do punktu przełączania już łopatka z przodu napędza wirnik i jest pod kątem 30° do wiatru.Hmm... Jak ty dokładnie te straty widzisz?
  • #19
    vodiczka
    Level 43  
    resetmen wrote:
    Gdy następuje przekręcenie łopatki z przodu to łopatka po prawej ma 60° do swojego przełączenia i napędza wirnik.
    Pomyliłem się i założyłem, że twój wirnik ma cztery łopatki a nie trzy ale i przy trzech nie będzie słodko. Efektywna powierzchnia łopatek będzie mała w porównaniu z ich powierzchnią geometryczną.
  • #21
    vodiczka
    Level 43  
    resetmen wrote:
    Tak wiem ale liczę na to, że będzie efektywniejsza od wirnika w którym łopatami byłyby połowy beczek.
    To można obliczyć ale nie podejmuję się.
  • #22
    RitterX
    Level 39  
    ArturAVS wrote:
    W śmigłowcach ma to całkiem inne podłoże i związane jest z fizyką napędu. To o czym mówisz nie istnieje, żadnej automatyki nie ma. W śmigłowcu jest tzw. skok stały (sterujący wysokością) oraz skok okresowy (sterujący kierunkiem). Skok stały reguluje wysokość wznoszenia oraz moc silników, skok okresowy to regulacja kąta natarcia łopat głównego wirnika w zależności od położenia kątowego (sterowanie kierunkiem lotu). W dużym uproszczeniu, jeśli chcesz lecieć śmigłowcem do przodu (w/g pilota) to tarcza sterująca wychyleniem łopat wirnika głównego podążając za wychyleniami drążka sterowniczego steruje zmianą kąta nachylenia łopat wirnika. Powoduje to iż "popchnięcie" w przód drążka sterującego robi to że łopata głównego wirnika będąc w tylnym położeniu wychyla się bardziej, a zbliżając się do przodu maszyny zmienia kąt dający mniejsze natarcie. W wyniku tego śmigłowiec lekko unosi tył uzyskując siłę nośną do lotu w przód. Mam licencję pilota śmigłowców (amatorską co prawda) ale to co piszesz to czyste bajki. Przestań nie poparte niczym fantazje wypisywać.

    Siła nośna w śmigłowcu jest generowana przez wirnik.

    Wzór na siłę nośną:

    Pz=Cz*p*S*V²/2

    Cz to współczynnik siły nośnej zależny od kąta natarcia i kształtu (profilu) łopaty
    V² prędkość łopaty względem płynu, tutaj powietrza (jest w drugiej potędze!)

    Mamy dwa przypadki, pierwszy dotyczy autorotacji i zawisu. W tym przypadku w warunkach atermicznych, przyjmijmy, że powietrze się nie porusza. Prędkość kątowa łopat względem powietrza jest taka sama czyli po obu stronach śmigłowca jest taka sama siła nośna.

    Teraz będzie trudniej, śmigłowiec leci 200km/h w stojącym powietrzu. To oznacza w uproszczeniu, że do prędkości kątowej łopaty poruszającej się w kierunku lotu będzie wyższa względem opływającego powietrza od prędkość łopaty poruszającej się do tyłu. To oznacza, że siła nośna po obu stronach tarczy wirnika śmigłowca będzie inna. Aby temu zapobiec pilot to kompensuje poprzez układ płyty sterowania okresowego (tak to chyba nazywa się po polsku ?). Kompensacja może być powodowana w wyniku działania błędnika pilota ale równie dobrze jej nastawy mogą być przeliczane przez system FBW.

    Jak już jesteśmy przy autorotacji. To z powyższego wzoru wynika, że najgorszą rzeczą jaka może spotkać śmigłowiec jest zatrzymanie się wirnika V jest w drugiej potędze! Dlatego po odcięciu napędu i przymusowej autorotacji pilot musi zmniejszyć kąt natarcia łopat i wymienić wysokość na prędkość tak by V trzymało się jako tako w dopuszczalnych parametrach danego śmigłowca. Tuż przed wylądowaniem zwiększa kąt natarcia łopat a tym samym wymienić prędkość opadania na siłę nośną i wyhamować w pionie bo już mu specjalnie nie zależy na prędkości obrotowej wirnika. Oczywiście nie może przedobrzyć i przeciągnąć, bo tak, śmigłowiec też to zjawisko obowiązuje.
    Przy lądowaniu siła nośna jest na tyle ważnym parametrem, prędkość powietrza oraz jego nieprzypadkowy kierunek, że wszystko co żyje i lata stara się lądować pod wiatr. Tym stworzeniom chodzi o V².
    Jest jeszcze ostatni, ciekawy przypadek, lądowanie z włączonym silnikiem. Różni się on od autorotacji tym, że w jej przypadku praktycznie nie zaistnieje zjawisko poduszki powietrznej pod wirnikiem czyli lądowanie z autorotacją a bez włączonego silnika do przyjemnych nie należy. Co innego gdy mamy dodatkowo powietrzną podusię pod śmigłowcem. Jest jeszcze kilka ciekawych "ficzerów" związanych ze specyfiką lotu śmigłowca ale ja się w sumie nie znam to po co będę się rozpisywał?
  • #23
    szym86
    Level 11  
    Ja bym na głównym wale zamontował na łożyskach taki wyprofilowany pierścień działający podobnie do rozrządu w samochodzie. Po to na łożyskach żeby mógł ustawić się w zależności od wiatru (przy pomocy jakiegoś ogona czy tam lotki). Przypomina to regulator kąta wtrysku w pompach vp44. Po tej powierzchni poruszają się płynnie na łożyskach „popychacze” mówiąc językiem samochodowym. Moment przejścia musi być szybki, gdy łopata jest równoległa do kierunki wiatru. Chociaż na moje takie czysto mechaniczne rozwiązanie jest za skomplikowane. Najlepsza część to brak części. Może niech wiatr robi tę robotę? A łopata dwuczęściowa która otwiera się samoczynnie jak np parasolka?
    Myśle że ostatecznie i tak skończysz na czymś co już wymyślono.
  • #24
    metalMANiu
    Level 19  
    @RitterX ale On ma licencję pilota ;) wygląda mi to jak spotkanie dwóch geniuszy a ja rozumiem co drugie słowo.
  • #25
    bambus94
    Level 29  
    Sterowanie tzw falą też by nie było złe. Zamiast obracać łopatę cały czas w jedną stronę to można by zrobić tak że dźwignia z łożyskiem obraca ją o 90° do poziomu a potem po pół obrotu śmigła wraca sama na sprężynie o 90° ale w przeciwnym kierunku. Czyli faktycznie coś jak fala w pompie wtryskowej lub wałek rozrządu.
  • #26
    ArturAVS
    Moderator HP/Truck/Electric
    @RitterX widzę że całkowitym laikiem nie jesteś :D. Ja już z teorii mało pamiętam niestety. Co do rzeczonego wirnika to nie należy zapominać o tym że każdy dodatkowy mechanizm wpływający na geometrię potrzebuje jakiejś energii do napędu, i tu może wyjść że skórka niewarta wyprawki. Dodatkowo im większy stopień komplikacji tym większa awaryjność.
  • #27
    resetmen
    Level 15  
    @szym86 Można pomyśleć. Dla mnie najłatwiej zrobić tak jak w makiecie, tylko zamiast tego krzyżyka cztery kółka na łożyskach... Fakt, na czymś skończę. ?
    @bambus94 Myślę, że ta sprężyna by trochę skomplikowała, ale za to enkoder byłby prostszy.

    @ArturAVS Prawda, tylko korci, żeby wykonać działający egzemplarz. ? Chociaż myśl podpowiada, żeby najpierw zrobić obliczenia. Ktoś, kto jest biegły w tych sprawach, by sobie pewno szybko poradził, ja niestety nie.
  • #28
    ArturAVS
    Moderator HP/Truck/Electric
    resetmen wrote:
    tylko korci żeby wykonać działający egzemplarz

    Ewentualnie zaprojektować model 3d i przeprowadzić symulacje, tak się to teraz w większości robi dla minimalizacji kosztów budowy prototypu który może okazać się niewypałem.
  • #30
    starożytny_kosmita
    Level 7  
    resetmen wrote:
    Oczywiście zdaję sobie sprawę, że nie jest to rozwiązanie, na które nikt nie wpadł

    w Młodym Techniku 1986/05 str. 66-69 był opisany "Pionowy silnik wiatrowy". Jest pdf w internetach.