Сергей, а моя-таки, шьет! Уже пять подушек сделала, думает взяться за одеяло, хотя я хочу перину, потому что не знаю, что это такое! Вопрос конкретный: сколько стоит пух твоих гусей?
Гусиный пух потеснил тему водяного электричества.
Но хотелось бы вспомнить и о турбинах.
Сергей, как я понял, у Вас турбина ортогональная, но с лопастями, угол установки которых постоянен.
В ОртТ приливного типа поток воды проходит насквозь через колесо, дважды подталкивая лопасти. Но это оправданно, если лопасти закреплены на пружинном (торсионном) подвесе.
Для меня загадка, что делает поток на выходе из колеса, когда лопасти не подстраиваются под поток, а закреплены (сварным швом) в неизменном положении.
Судя по всему, выходной поток должен притормаживать лопасти.
Следовательно, КПД такой турбины должен быть просто никчёмный - порядка 30 %.
Но тогда, гораздо выигрышней смотрится центробежная турбина Фунейрона, в которой даже жёстко закреплённые лопасти работают очень эффективно. Еще в 1850 году КПД турбины Фунейрона достиг 80 %.
К тому же, к такой турбине легче пристроить разгонный диффузор.
А это - ускорение потока вдвое.
Для самодельного исполнения - это по-моему, лучший вариант.
Игорь,привет!Ну ты загружаешь по полной.Я ещё с предыдущими твоими выкладками не разобрался полностью,а ты мне про турбину Фунейрона.( .... и вдруг Бермуды!Вот те на :Нельзя же так.)Эт что за "зверь" такой?
Про свою вертушку: Я уже говорил : у меня турбина Банки.Они схожи с ортогональной,но всё же - не одно и тоже.Главное отличие,что в ТБ нельзя герметизировать струю на выходе.Эту турбину иногда называют активно-реактивной.Правда в реактивном варианте,она сильно проигрывает и радиально-осевой,и осевой.
По поводу ортог-й.
"FANT" пишет:
Для меня загадка, что делает поток на выходе из колеса, когда лопасти не подстраиваются под поток, а закреплены (сварным швом) в неизменном положении.
Как раз об этом я и пытался сказать в верхних постах,когда ты написал,что не понял меня.Попробую другими словами:существуют точки,при прохождении которых,лопасти ОртТ не совершают полезной работы.Это когда они стоят вдоль потока и поперёк потока.Т.е. - работают,когда вектор скорости потока составляет с плоскостью лопасти угол некратный 90 град..Такова специфика турбины.Хотя честно говоря,мне вообще не понятно : почему она крутится(как и не понятно :почему летают самолёты.Ну тут хоть тяга двигателя,а вот как парусник против ветра,вот это ваще туго представляю).Ну немножко утрирую,но повторяю :Не спец я в аэродинамике.И уж тем более не понимаю :Почему окружная скорость лопасти в ортогоналке, выше скорости потока.Вот как во всём этом разберусь,непременно попробую сделать ОртТ,хотябы в опытном варианте.
"прораб" пишет:
А почему бы и нет? И с Вадимом Демидовским на эту тему пообщаюсь,
Слава привет.С пухом давай повременим.Не хочется лишать жену мечты(я имею ввиду : сшить подушки),вдруг и правда соберётся.Лучше просто приезжай в гости.Тебе по "Риге" нефиг делать.Я к Вадиму весной часов за 15 туда и назад смотался.Пообщаемся,по стопке чаю поднимем.Может и Игорь подтянется.Во про турбины поговорим.... Особенно если в бане,да с веничком.Ух.Аж шкура зачесалась.Завтра обязательно стоплю.А то достала мерзкопакостная погода.А в бане,как заново рождаешься.
Удачи всем.С.Б.
Да, Сергей, баня - это сказка. А когда снежку пушистого подсыпет, то - Новогодняя Сказка.
Но и паруса - тоже сказка. Я ими с детства болею (в хорошем смысле).
Люблю я это волшебство парусное, очень сильно люблю.
Вот есть в жизни радость, которая исходит от пользы.
Например, урожай хороший или премию дали.
А есть другая радость, незамутнённая корыстью.
И греет душу в ней не польза, а красота.
Нужна, конечно, та и другая радость. Но, когда той, что незамутнённая, совсем не остаётся, другая радость - уже и не в радость.
Это я так с устатку.
За рулём сегодня был 7 часов в пробках московско- подмосковных, вот сейчас приехал, наконец домой, и отхожу душой от дури этой.
Я чуть попозже про парус и про крыло напишу немного.
Как я их понимаю.
И про турбину Фурнейрона - хороший был умелец, хотя и не немец, а француз.
Катастрофически не хватает времени.
Ну, ничего, в следующем году всё успеем.
Всех людей хороших - с Новым Годом !
Всем успехов, достижений и побед малых и больших.
Поскольку Новый год - волшебный праздник, я расскажу новогоднюю сказку.
СКАЗКА ПРО АРХИМЕДОВ ВИНТ
Всем хорошо известен винт Архимеда в виде шнека от мясорубки.
Работает он, обычно, в наклонном положении и не ахти как.
Но в древних легендах об этом же винте, говорится, что один человек, пользуясь винтом Архимеда и не особо напрягаясь, был способен осушить трюм корабля с солидной пробоиной.
Другой пример чудо-действия Архимедова винта - перекачивание за одну ночь вручную небольшого озера.
Ну, в общем, древние сказки, Или, мягче говоря, преувеличения, объяснимые большим уважением к Архимеду. Это, на первый взгляд.
На второй взгляд, складывается впечатление, что в легендах и в современном описании Архимедова винта речь идёт о разных механизмах.
Древний винт-насос обладал какой-то невероятной производительностью, и требовал совсем скромных усилий для приведения его в действие.
Современный образ Архимедова винта – обычная водоподъёмная машина, в которой вместо вёдер – такие маленькие ковшики, медленно поднимающиеся по винтовой линии вверх. Затраты энергии на подъём воды – такие же, как при подъёме вёдрами – вручную.
Сохранились старинные рисунки, на которых изображён Архимедов винт-насос. Как ни странно, изображённый на рисунках винт ничем не отличается от шнека мясорубки. Другими словами, конструкция винта – одна и та же.
Почему же такая огромная разница в эффективности действия ?
Пробуем третий взгляд.
Предположим, что винт одинаков, но принцип работы – разный.
Но, как такое может быть - в столь нехитром механизме ?
Разве что попробовать покрутить винт в другую сторону ?
Но тогда витки Архимедовой спирали не будут зачёрпывать воду в свои маленькие ковшики и наверх поднимется лишь плёнка воды, прилипшая к спирали.
Что ещё можно сделать иначе в Архимедовом винте. Ну, разве что, воду подавать не снизу, а сверху. Глупо конечно и бесполезно.
Но раз уж сказка, давайте рассмотрим и этот вариант.
Итак, льём воду, которая стекает по шнеку вниз. Винт при этом приходит в движение. И надо сказать, очень быстрое движение. Характер поверхности винта таков, что вода всё время скользит по криволинейному каналу, прижимаясь к вогнутой поверхности, и стремясь оторваться от выпуклости поверхности и уйти по касательной.
Но смачиваемость удерживает воду на спирали, создавая тем самым большое удельное разряжение на винтовой поверхности. Получается, что винт раскручивает не столько сила тяжести воды, сколько разряжение на винтовой лопасти. Уже интересно.
А теперь, маленькое отступление.
Берём конус, например, пластмассовую воронку, насаживаем её на шпильку М10 и вставляем шпильку в дрель. Острым концом окунаем воронку (на шпильке) в бочку с водой и даём максимальные обороты.
Через несколько секунд в бочке формируется мощнейший водяной вихрь.
Ничего подобного вы не получите, если будете раскручивать воду обычной лопастной мешалкой, вставленной в ту же дрель.
Вода в бочке рьяно устремляется за вращающейся воронкой, хотя воронка абсолютно гладкая. Скорость вращения воды лишь немного уступает скорости вращения воронки. При этом вода не только вращается, а ещё и поднимается вверх по конусу воронки и затем срывается с неё, достигнув самой широкой части воронки.
Если кому-то потребуется перемешать обойный клей или приготовить шпаклёвочный раствор, возьмите небольшую воронку (отрезав коническое горлышко от ПЭТ бутылки) установите её на шпильку и получите удовольствие от быстроты и качества перемешивания.
Возвращаемся к винту-насосу Архимеда.
На определённых (довольно больших) оборотах “неправильно” закрученного насоса тонкая плёнка воды на винтовой лопасти превращается сначала в ручеёк, потом в небольшую, но очень быструю речку.
Вода, конечно, движется медленнее поверхности шнека и, как бы, всё время стекает вдоль винтовой лопасти вниз, раскручивая тем самым винт.
Но даже если вода движется вдвое или втрое медленнее поверхности шнека – вода, всё же, поднимается вверх.
Вот в чём разгадка: “Вода, стекая вниз – всё время поднимается вверх” – именно так характеризовали современники Архимеда работу Архимедова винта.
Значительную часть механической работы по подъёму воды совершает, как ни странно, сама поднимаемая насосом вода, ведь она относительно шнека "течёт вниз", создавая давление и разряжение на винтовой лопасти. И это двойное усилие (как на самолётном крыле) формирует силу, закручивающую винт в нужную сторону.
Если Архимедов винт сделан на троечку, то его просто легче крутить, чем обычный шнек, поднимая при этом воду.
Если – на четвёрочку, то его крутить очень легко.
Если же - на пятёрочку, то крутить винт совсем не нужно. Он крутит себя сам.
Нужно только на старте раскрутить его до нужных оборотов.
Вот и сказке новогодней конец.
Кто дослушал - молодец.
И Архимеду из Сиракуз - спасибо сердечное.
Игорёк!И тебя С Новым годом.Стараюсь быть в OnL,но друзья....Вобчем , посля...
Свет горит,гирлянды светят,рессиверы в норме,комп в режиме. Что ещё нужно человеку,что б встретить старость(хорошую жену и хороший дом - не предлагать : есть).Ухожу.
Удачи.С.Б.
Прямо с наслаждением почитал тему! Не все понял (даже больше чем не все). Меня больше интересуют ветро установки , но ведь темы столь сходны.Планирую роторную ветростанцию. Так что спасибо интернету, и людям которые занимаются делом а не живут в алкогольной коме. А то иной раз чувствуешь себя одиноким.
От чего же.Мы рады ищущим людям.Тем более в теоретической части ветро и гидротурбины во многом схожи.Да и я использовал для корпуса своей турбины,корпус от воздуходува.Хотел и колесо приспособить,но решил всёже сделать более подходящее для воды.
"Яков 1961" пишет:
НУ чтож ухожу с гордо поднятой головой.
Не нужно торопиться.По опыту знаю: Кто имеет интерес к гидротурбинам,тому есть о чём поговорить и про
ветроагрегаты.Да и вообще про альтернативу традиционной энергетике.
Здравствуйте всем. Да меня с интересной темы палкой не выгонишь! На самом деле гидро турбины интереснейшая вещь, мысли по этому поводу крутились в голове. Сейчас ухожу - пообещали свет отключить.
Уважаемый Сергей. Ваша ссылка ортогональной турбины - это практически модель ветряка. Мне понравилась Ваша ГЭС. Хотя конечно не приходится говорить о красоте конструкции после стольких переделок и переварок. А главное что это действующий агрегат за что Вам честь и хвала, в отличии от нас только думающих что=то сделать. По моему мнению (которое можете и не учитывать) существует пару вариантов которые могли бы истользованы в Вашем случае . Это конечно вертикально - роторная. При Вашем умении работать с металлом - возможно сварить большую воронку ( либо если есть рядом военные приобрести у них чехол от ракет (фото потом выложу)) далее в нижней части сделать поворот 45-90 градусов плюс диффузор. Относительно самого ротора то он классический. но сделанный не так как на видео . На мой взгляд верхнюю надводную часть ротора необходимо уменьшить в диаметре и изменить углы на более острые. Это позволит увеличить скорость турбины и исключит подгребание внешнего слоя воды а значит исключит потери энергии потока. Далее переход крутящего момента с ротора на генератор можно автомобильным редуктором отрезав все лишнее и заглущив диффиренциал, получим увеличение оборотов вала на степень редукции. Ну а дальше по обычной схеме.
Яков, Вы говорите заглушив дифференциал, а как Вы себе это представляете. У меня редуктор мерса (124 кузов) там даже резать ничего не надо фланцы по бокам уже с нарезаными отверстиями под болты. Сталь высоколегированная, опустить очень сложно и потом ещё сверлить.
Яков, Вы говорите заглушив дифференциал, а как Вы себе это представляете. У меня редуктор мерса (124 кузов) там даже резать ничего не надо фланцы по бокам уже с нарезаными отверстиями под болты. Сталь высоколегированная, опустить очень сложно и потом ещё сверлить.
Сложного ничего нет. Необходимо вынуть полуоси,снять редуктор и сваркой приварить сателиты к солнечной шестерне, а проще сказать сделать так чтобы внутри редуктора ничего не крутилось. Думаю ресурс таких изделий равен бесконечности и их можно использовать без страха. Или если нет желания разбирать то просто одну из полуосей крепим наглухо к чулку моста, сателиты при этом будут в работе, но при таком ресурсе наверное этим можно не заморачиваться.
Яков, Вы говорите заглушив дифференциал, а как Вы себе это представляете. У меня редуктор мерса (124 кузов) там даже резать ничего не надо фланцы по бокам уже с нарезаными отверстиями под болты. Сталь высоколегированная, опустить очень сложно и потом ещё сверлить.
Сложного ничего нет. Необходимо вынуть полуоси,снять редуктор и сваркой приварить сателиты к солнечной шестерне, а проще сказать сделать так чтобы внутри редуктора ничего не крутилось. Думаю ресурс таких изделий равен бесконечности и их можно использовать без страха. Или если нет желания разбирать то просто одну из полуосей крепим наглухо к чулку моста, сателиты при этом будут в работе, но при таком ресурсе наверное этим можно не заморачиваться.
Незнаю, Я купил редуктор от мотоцикла урал. Единственная альтернатива, и главное заводской без всякого вмешательства. Единственное теперь просто поменять местами, колесо должно крутить карданный вал.
Незнаю, Я купил редуктор от мотоцикла урал. Единственная альтернатива, и главное заводской без всякого вмешательства. Единственное теперь просто поменять местами, колесо должно крутить карданный вал.
Если мощность Вашей создаваемой установки не велика то редуктор вполне пойдет. Может поделитесь своими планами что конкретно Вы хотите сделать?
Вот такой у меня, только пришлось сначала сверлить внутреннюю раму в которой находятся сателиты и одну полуось насквозь потом болтом затягивать чтобы крутилось вместе, но и это не помогло.
[изображение] Вот такой у меня, только пришлось сначала сверлить внутреннюю раму в которой находятся сателиты и одну полуось насквозь потом болтом затягивать чтобы крутилось вместе, но и это не помогло.
Это как я понимаю мерсовский редуктор от независимой подвески. Если вы скрепили одну полуось с корпусом то вторая полуось должна свободно крутится в каком-то числовом отношении с флянцем кардана а если нет то значит вся работа уходит на праворачивание сателитов (кто знает что у него внутри - может какая примочка) Придется снимать заднюю крышку и все-же глушить диффиринциал.
За 12 лет использования турбины я перепробывал массу редукторов с различных агрегатов, включая их на повышение.Некоторые рассыпались сразу,другие через месяц.Дольше всех работал бортовой редуктор от Т-25,но дважды в год менял подшипники и уплотнения.Когда мне это надоело,я взял калькулятор и начал считать.И получилось,что количество оборотов в сутки на приводе турбины равно примерно мотопробегу....1000км.Сколько там у ваших редукторов пробег до капиталки?Тысяч 300? ну на год хватит.Это в лучшем случае.
Вобщем сейчас я опять отказался от шестерённых редукторов и использую на первой ступени цепь,на второй ремень.
"Яков 1961" пишет:
существует пару вариантов которые могли бы истользованы в Вашем случае .
Спасибо Яков.То что Вы предлагаете очень напоминает радиально-осевую турбину со спиральным подводом воды.Но как известно,турбины такого типа хороши на напорах свыше 4-6 метров в зависимости от расхода.А у меня это недостижимо.В первую очередь из-за низкого расхода воды.
За 12 лет использования турбины я перепробывал массу редукторов с различных агрегатов, включая их на повышение.Некоторые рассыпались сразу,другие через месяц.Дольше всех работал бортовой редуктор от Т-25,но дважды в год менял подшипники и уплотнения.Когда мне это надоело,я взял калькулятор и начал считать.И получилось,что количество оборотов в сутки на приводе турбины равно примерно мотопробегу....1000км.Сколько там у ваших редукторов пробег до капиталки?Тысяч 300? ну на год хватит.Это в лучшем случае.
Вобщем сейчас я опять отказался от шестерённых редукторов и использую на первой ступени цепь,на второй ремень.
"Яков 1961" пишет:
существует пару вариантов которые могли бы истользованы в Вашем случае .
Спасибо Яков.То что Вы предлагаете очень напоминает радиально-осевую турбину со спиральным подводом воды.Но как известно,турбины такого типа хороши на напорах свыше 4-6 метров в зависимости от расхода.А у меня это недостижимо.В первую очередь из-за низкого расхода воды.
Да Вы правы. Второй вариант вся таже модификация винта Архимеда, да боюсь у вас на нее водички маловато. А ресурс мерсовского редуктора миллион км, а в недогруженном состоянии и поболее. Может все дело в том что они (редуктора) работают в обратном направлении.
Именно в обратном, ведь когда включаете заднюю скорость и давите на газ слышите специфический звук так вот это звук солнечной шестерни. Ведь редуктор расчитан по большей части для движения вперёд.
Именно в обратном, ведь когда включаете заднюю скорость и давите на газ слышите специфический звук так вот это звук солнечной шестерни. Ведь редуктор расчитан по большей части для движения вперёд.
Да пожалуй так, почему и ходят прямозубые передачи поболее.
Редукторы - это, конечно, хорошо.
Но, как учил один из моих учителей – Генрих Саулович Альтшуллер (автор Теории Решения Изобретательских Задач) идеальная машина - это отсутствие машины.
Редуктор не следует оптимизировать. Редуктор необходимо исключить из состава ГЭС. Ликвидировать, как класс. Но, это - отдельная песня.
А мы ещё первую песню не допели - ту, которая про турбины.
Я уже раньше говорил, что моё понимание работы турбины связано с парусом.
Обычное водяное колесо – это парусник, идущий попутным курсом.
В парусном мире называется "Фордевинд", а по простому "попутфинд".
Если парусник на попутфинде вдруг достигнет скорости ветра, то ветер перестанет давить на парус, и тяга паруса станет равной нулю. Вот поэтому парусник никогда не догоняет ветер (на попутфинде). Разве что, ледовый буер может достичь 90% скорости попутного ветра. Правда, тяговая сила паруса при этом будет просто смешная, да и тяговая мощность - не лучше.
Но есть другой курс, когда парусник движется перпендикулярно направлению ветра. В парусном мире – называется "Галфинд", буквально – полветра.
Вот здесь - сплошные чудеса.
Первое чудо в том, что на галфинде парусник может двигаться быстрее ветра. Например, буер может аж в 4-5 раз мчаться быстрее скорости ветра.
Второе чудо в том, что при увеличении скорости парусника, тяговая сила паруса не уменьшается, а даже чуть-чуть растёт. Следовательно, тяговая мощность (произведение силы тяги на скорость перемещения) растёт по мере нарастания скорости парусника - прямо пропорционально скорости движения.
Третье чудо - почти десятикратное превышение тяговой мощности паруса буера над располагаемой мощностью ветрового потока, попадающего на парус. И хотя в это трудно поверить, даже после передозировки новогодними угощениями, но это - реальный факт.
Я пока не рискую приводить чертежи и формулы, поскольку ещё январь на дворе...
Попробуем пока обойтись без формул.
Из всех водяных турбин, придуманных европейцами за последние 200 лет, ближе всего к реализации идеи ГАЛФИНДА стоит турбина француза Фурнейрона.
В этой турбине вода попадает на рабочее колесо из центра наружу. Это очень важно. Попробую объяснить - почему важно.
Вот у Сергея струя воды влетает в его рабочее колесо турбины снаружи. Лопатки его турбины работают как маленькие паруса. Если струя бьёт перпендикулярно колесу, то это ГАЛФИНД, что уже хорошо. Но, скорее всего, струя направлена под некоторым углом, чтобы "подталкивать" лопасти в сторону их вращения. А это уже не очень хорошо, поскольку вместо ГАЛФИНДА мы получаем бакштаг (боковой попутный курс), который, конечно много лучше, чем тупой попутфинд, но существенно хуже, чем наш замечательный ГАЛФИНД.
Попав внутрь колеса турбины Сергея, вода должна каким-то образом покинуть колесо.
Но, покидая колесо, водяная струя бьёт по лопаткам турбины "не в ту сторону". Вместо дополнительной тяги получается торможение колеса. Несколько спасает дело то, что струя воды несколько ослаблена первым взаимодействием с лопатками и вредит работе колеса умеренно.
А вот если вода попадает на лопатки турбины изнутри, то проблемы со вторым "неправильным" ударом по лопаткам турбины не возникает. Именно это сделано в турбине Фурнейрона.
Единственное в чём "недоработал" Фурнейрон – это направление струи. Будучи в плену достоинств попутного курса, Фурнейрон сделал направляющий аппарат, который выстреливает водный поток под 45 градусов к окружной скорости лопаток (бакштаг) в сторону их вращения.
Но, несмотря на такой серьёзный промах, КПД его турбины был на уровне 80%.
Направление потока изнутри-наружу таит в себе ещё одно важное преимущество. По мере увеличения радиуса колеса, растёт его проходное сечение (прямо пропорционально радиусу). А это значит, что у нас получается естественный диффузор. Точнее – разгонный диффузор, без которого не обходится ни одна ГЭС на нашей великой реке Волге.
Впрочем, про разгонный диффузор и про то, как улучшить турбину Фурнейрона, будет следующая страничка.
Уважаемый FANT - приятно почитать умные мысли. Я как поклонник воздушных стихий обосновался на заброшенной ветке;vertical axis taurdine - современный ветряк. Может загляните к нам - поделитесь опытом и теорией.
Яков 1961, я не нашёл ветку, о которой Вы говорите.
Может быть и не случайно. Я считаю, что ветряк – слишком дорогая и громоздкая игрушка.
Работать надо с водой и, желательно, с собственной водой, а не с той, которая течёт в речке.
Я понимаю, что это звучит, как бред, но это не бред, а просто фантастика.
Может ли фантастика стать явью ?
При определённых условиях – может.
Надо просто научиться создавать эти условия.
Вот об этом я и буду говорить в следующих своих страничках.
Но раз уж Вы заговорили о ветряке, то давайте разберёмся, есть ли в ветряке элементы фантастики ?
КПД хорошего ветряка (Коэффициент Использования Энергии Ветра – КИЭВ) не дотягивает даже до 50 %. В то время, как КПД хорошей современной гидротурбины составляет 95-97 %. К примеру, новые гидроагрегаты, которые устанавливают (после тяжелой аварии) на Саяно-Шушенскую ГЭС, имеют именно такой высокий КПД. С чего бы это ?
Чем же так плох ветер, в сравнении с водной струёй, что показатели ветрогенераторов вдвое хуже гидрогенераторов. Да, ничем ветер не хуже воды, дело – в различии рабочей схемы. Если Вы возьмёте обычное водоналивное колесо деревенской водяной мельницы, то у неё КПД тоже будет не ахти.
Значит, секрет высокой энергоотдачи потока не в воде или в воздухе, а в способе преобразования энергии.
В то же время, глядя на высокоскоростной двухлопастной мегаватный ветряк, диву даёшься, как две узенькие лопасти “выкачиват” почти 50% энергии ветрового потока, проходящего через огромное рабочее сечение ветроколеса. Кабинетные учёные ввели термин «ометаемая площадь», представляя дело так, будто лопасть, за счёт своего быстрого вращения, перекрывает всё рабочее сечение. Это, всё равно что, говоря о самолётном крыле, утверждать, что оно опирается на слой воздуха с шириной под сто метров.
На самом деле, каждая, отдельно взятая лопасть, воспринимает аэродинамическое воздействие только той части ветрового потока, который попадает непосредственно на лопасть. Но, каким-то чудом, тяговая мощность лопасти скоростного ветряка более чем в десять раз превышает располагаемую мощность ветрового потока, взаимодействующего с лопастью.
Это – самая настоящая техническая фантастика. Каковы же причины столь фантастического результата ? Вот, что нас должно здесь интересовать.
Первое важное обстоятельство – направление движения лопасти. Лопасть ветряка движется перпендикулярно ветровому потоку.
Второе важное обстоятельство – скорость движения лопасти. Точнее говоря, не скорость сама по себе, а превышение скорости лопасти относительно скорости ветра. Это второе обстоятельство является следствием первого. Только при перпендикулярности скоростей ветра и рабочей лопасти можно двигаться значительно быстрее потока. Каково же это превышение ? В современных скоростных ветряках скорость движения кончика лопасти может в десять раз превышать скорость ветра.
Что из этого следует ?
Очень многое ! Во-первых, тяговая мощность лопасти прямо пропорциональна её скорости. То есть, чем быстрее летит лопасть, тем больше вырабатываемая мощность. Разумеется при одной и той же силе тяги на лопасти: N=F•V.
Давайте немного притормозим и оценим данный факт.
Оказывается, для повышения мощности совсем не обязательно иметь очень быстрый ветер. Достаточно иметь очень быстро вращающуюся лопасть. Вот он – первый элемент реальной фантастики.
Да, но, казалось бы, при увеличении скорости лопасти мы должны неизбежно проиграть в силе тяги. Как в боевых метательных машинах древности: выигрываешь в скорости – проигрываешь в силе. Казалось бы – только так. Но на самом деле – совсем не так. Опять же, каким-то чудом, аэродинамическая сила, толкающая лопасть по кругу, не только не ослабевает при увеличении скорости вращения, а даже немного растёт. Значит, применительно к лопасти ветряка “закон рычага” не действует. Это второй элемент реальной (то есть проявленной) фантастики.
Хорошо. Если мы реально фиксируем многократное превышение тяговой мощности отдельно взятой лопасти, над располагаемой мощностью ветрового потока, то что мешает нам вместо двух лопастей поставить десять, двадцать, наконец, сто узких лопастей и тем самым многократно превысить порог КИЭВ в 100 %.
На первый взгляд, ничто не мешает. Так, собственно многие конструкторы ветряков и делают, сооружая многолопастное ветроколесо. Но тут их ждёт горькое разочарование. Чем больше лопастей у колеса, тем медленнее оно вращается при одинаковой скорости ветра.
Кабинетные учёные говорят, что причина в “перекрытии” потока. Ветер, якобы “гаснет”, налетая на препятствие из множества лопастей. Но почему же, тот же самый ветер не гаснет, налетая на множество косых парусов у современных гоночных катамаранов ? Мало того, каждый из множества косых парусов (лопастей) “тянет” даже лучше, чем точно такой же, но отдельно стоящий парус.
Между тем, разгадка потери быстроходности многолопасного колеса до смешного проста. При увеличении числа лопастей нарастает эффект закручивания ветрового потока перед входом в рабочее колесо. При этом исчезает важнейший принцип – перпендикулярность движения лопасти к скорости ветрового потока. А потеряв перпендикулярность, мы сразу же теряем и в скорости движения лопасти и в силе тяги отдельно взятой лопасти. Значит, прощай фантастика…
Что же можно противопоставить неизбежному снижению быстроходности многолопастного ветроколеса, вызванному закручиванием потока ?
Да, в общем-то, дело не хитрое. Достаточно перед колесом установить направляющий (спрямляющий) аппарат, как на входе в турбореактивном двигателе.
И тогда лопасти ветроколеса будут работать так же эффективно, как “гребёнка” косых парусов на гоночном катамаране.
Это не значит, что я призываю строить ветряки с направляющими лопастями. Это слишком громоздко и рискованно. Первый же шторм может разрушить дорогостоящее сооружение …
Но никто не мешает нам применить подмеченные у ветряка достоинства в другой стихии – воде, плотность которой почти в тысячу раз больше, чем у воздуха. А раз плотность намного выше, значит габариты намного меньше. Тут и решётку несложно установить.
Но об этом в следующий раз.
Сергей, а моя-таки, шьет! Уже пять подушек сделала, думает взяться за одеяло, хотя я хочу перину, потому что не знаю, что это такое! Вопрос конкретный: сколько стоит пух твоих гусей?
Ет ты к чему? Купить что ли надумал?
А почему бы и нет? И с Вадимом Демидовским на эту тему пообщаюсь, благо мы - соседи.
Гусиный пух потеснил тему водяного электричества.
Но хотелось бы вспомнить и о турбинах.
Сергей, как я понял, у Вас турбина ортогональная, но с лопастями, угол установки которых постоянен.
В ОртТ приливного типа поток воды проходит насквозь через колесо, дважды подталкивая лопасти. Но это оправданно, если лопасти закреплены на пружинном (торсионном) подвесе.
Для меня загадка, что делает поток на выходе из колеса, когда лопасти не подстраиваются под поток, а закреплены (сварным швом) в неизменном положении.
Судя по всему, выходной поток должен притормаживать лопасти.
Следовательно, КПД такой турбины должен быть просто никчёмный - порядка 30 %.
Но тогда, гораздо выигрышней смотрится центробежная турбина Фунейрона, в которой даже жёстко закреплённые лопасти работают очень эффективно. Еще в 1850 году КПД турбины Фунейрона достиг 80 %.
К тому же, к такой турбине легче пристроить разгонный диффузор.
А это - ускорение потока вдвое.
Для самодельного исполнения - это по-моему, лучший вариант.
Игорь,привет!Ну ты загружаешь по полной.Я ещё с предыдущими твоими выкладками не разобрался полностью,а ты мне про турбину Фунейрона.( .... и вдруг Бермуды!Вот те на :Нельзя же так.)Эт что за "зверь" такой?
Про свою вертушку: Я уже говорил : у меня турбина Банки.Они схожи с ортогональной,но всё же - не одно и тоже.Главное отличие,что в ТБ нельзя герметизировать струю на выходе.Эту турбину иногда называют активно-реактивной.Правда в реактивном варианте,она сильно проигрывает и радиально-осевой,и осевой.
По поводу ортог-й.
Как раз об этом я и пытался сказать в верхних постах,когда ты написал,что не понял меня.Попробую другими словами:существуют точки,при прохождении которых,лопасти ОртТ не совершают полезной работы.Это когда они стоят вдоль потока и поперёк потока.Т.е. - работают,когда вектор скорости потока составляет с плоскостью лопасти угол некратный 90 град..Такова специфика турбины.Хотя честно говоря,мне вообще не понятно : почему она крутится(как и не понятно :почему летают самолёты.Ну тут хоть тяга двигателя,а вот как парусник против ветра,вот это ваще туго представляю).Ну немножко утрирую,но повторяю :Не спец я в аэродинамике.И уж тем более не понимаю :Почему окружная скорость лопасти в ортогоналке, выше скорости потока.Вот как во всём этом разберусь,непременно попробую сделать ОртТ,хотябы в опытном варианте.
Слава привет.С пухом давай повременим.Не хочется лишать жену мечты(я имею ввиду : сшить подушки),вдруг и правда соберётся.Лучше просто приезжай в гости.Тебе по "Риге" нефиг делать.Я к Вадиму весной часов за 15 туда и назад смотался.Пообщаемся,по стопке чаю поднимем.Может и Игорь подтянется.Во про турбины поговорим.... Особенно если в бане,да с веничком.Ух.Аж шкура зачесалась.Завтра обязательно стоплю.А то достала мерзкопакостная погода.А в бане,как заново рождаешься.
Удачи всем.С.Б.
Да, Сергей, баня - это сказка. А когда снежку пушистого подсыпет, то - Новогодняя Сказка.
Но и паруса - тоже сказка. Я ими с детства болею (в хорошем смысле).
Люблю я это волшебство парусное, очень сильно люблю.
Вот есть в жизни радость, которая исходит от пользы.
Например, урожай хороший или премию дали.
А есть другая радость, незамутнённая корыстью.
И греет душу в ней не польза, а красота.
Нужна, конечно, та и другая радость. Но, когда той, что незамутнённая, совсем не остаётся, другая радость - уже и не в радость.
Это я так с устатку.
За рулём сегодня был 7 часов в пробках московско- подмосковных, вот сейчас приехал, наконец домой, и отхожу душой от дури этой.
Я чуть попозже про парус и про крыло напишу немного.
Как я их понимаю.
И про турбину Фурнейрона - хороший был умелец, хотя и не немец, а француз.
Ну, до скорого !
Катастрофически не хватает времени.
Ну, ничего, в следующем году всё успеем.
Всех людей хороших - с Новым Годом !
Всем успехов, достижений и побед малых и больших.
Поскольку Новый год - волшебный праздник, я расскажу новогоднюю сказку.
СКАЗКА ПРО АРХИМЕДОВ ВИНТ
Всем хорошо известен винт Архимеда в виде шнека от мясорубки.
Работает он, обычно, в наклонном положении и не ахти как.
Но в древних легендах об этом же винте, говорится, что один человек, пользуясь винтом Архимеда и не особо напрягаясь, был способен осушить трюм корабля с солидной пробоиной.
Другой пример чудо-действия Архимедова винта - перекачивание за одну ночь вручную небольшого озера.
Ну, в общем, древние сказки, Или, мягче говоря, преувеличения, объяснимые большим уважением к Архимеду. Это, на первый взгляд.
На второй взгляд, складывается впечатление, что в легендах и в современном описании Архимедова винта речь идёт о разных механизмах.
Древний винт-насос обладал какой-то невероятной производительностью, и требовал совсем скромных усилий для приведения его в действие.
Современный образ Архимедова винта – обычная водоподъёмная машина, в которой вместо вёдер – такие маленькие ковшики, медленно поднимающиеся по винтовой линии вверх. Затраты энергии на подъём воды – такие же, как при подъёме вёдрами – вручную.
Сохранились старинные рисунки, на которых изображён Архимедов винт-насос. Как ни странно, изображённый на рисунках винт ничем не отличается от шнека мясорубки. Другими словами, конструкция винта – одна и та же.
Почему же такая огромная разница в эффективности действия ?
Пробуем третий взгляд.
Предположим, что винт одинаков, но принцип работы – разный.
Но, как такое может быть - в столь нехитром механизме ?
Разве что попробовать покрутить винт в другую сторону ?
Но тогда витки Архимедовой спирали не будут зачёрпывать воду в свои маленькие ковшики и наверх поднимется лишь плёнка воды, прилипшая к спирали.
Что ещё можно сделать иначе в Архимедовом винте. Ну, разве что, воду подавать не снизу, а сверху. Глупо конечно и бесполезно.
Но раз уж сказка, давайте рассмотрим и этот вариант.
Итак, льём воду, которая стекает по шнеку вниз. Винт при этом приходит в движение. И надо сказать, очень быстрое движение. Характер поверхности винта таков, что вода всё время скользит по криволинейному каналу, прижимаясь к вогнутой поверхности, и стремясь оторваться от выпуклости поверхности и уйти по касательной.
Но смачиваемость удерживает воду на спирали, создавая тем самым большое удельное разряжение на винтовой поверхности. Получается, что винт раскручивает не столько сила тяжести воды, сколько разряжение на винтовой лопасти. Уже интересно.
А теперь, маленькое отступление.
Берём конус, например, пластмассовую воронку, насаживаем её на шпильку М10 и вставляем шпильку в дрель. Острым концом окунаем воронку (на шпильке) в бочку с водой и даём максимальные обороты.
Через несколько секунд в бочке формируется мощнейший водяной вихрь.
Ничего подобного вы не получите, если будете раскручивать воду обычной лопастной мешалкой, вставленной в ту же дрель.
Вода в бочке рьяно устремляется за вращающейся воронкой, хотя воронка абсолютно гладкая. Скорость вращения воды лишь немного уступает скорости вращения воронки. При этом вода не только вращается, а ещё и поднимается вверх по конусу воронки и затем срывается с неё, достигнув самой широкой части воронки.
Если кому-то потребуется перемешать обойный клей или приготовить шпаклёвочный раствор, возьмите небольшую воронку (отрезав коническое горлышко от ПЭТ бутылки) установите её на шпильку и получите удовольствие от быстроты и качества перемешивания.
Возвращаемся к винту-насосу Архимеда.
На определённых (довольно больших) оборотах “неправильно” закрученного насоса тонкая плёнка воды на винтовой лопасти превращается сначала в ручеёк, потом в небольшую, но очень быструю речку.
Вода, конечно, движется медленнее поверхности шнека и, как бы, всё время стекает вдоль винтовой лопасти вниз, раскручивая тем самым винт.
Но даже если вода движется вдвое или втрое медленнее поверхности шнека – вода, всё же, поднимается вверх.
Вот в чём разгадка: “Вода, стекая вниз – всё время поднимается вверх” – именно так характеризовали современники Архимеда работу Архимедова винта.
Значительную часть механической работы по подъёму воды совершает, как ни странно, сама поднимаемая насосом вода, ведь она относительно шнека "течёт вниз", создавая давление и разряжение на винтовой лопасти. И это двойное усилие (как на самолётном крыле) формирует силу, закручивающую винт в нужную сторону.
Если Архимедов винт сделан на троечку, то его просто легче крутить, чем обычный шнек, поднимая при этом воду.
Если – на четвёрочку, то его крутить очень легко.
Если же - на пятёрочку, то крутить винт совсем не нужно. Он крутит себя сам.
Нужно только на старте раскрутить его до нужных оборотов.
Вот и сказке новогодней конец.
Кто дослушал - молодец.
И Архимеду из Сиракуз - спасибо сердечное.
С праздником всех новогодним.
Игорёк!И тебя С Новым годом.Стараюсь быть в OnL,но друзья....Вобчем , посля...
Свет горит,гирлянды светят,рессиверы в норме,комп в режиме. Что ещё нужно человеку,что б встретить старость(хорошую жену и хороший дом - не предлагать : есть).Ухожу.
Удачи.С.Б.
Прямо с наслаждением почитал тему! Не все понял (даже больше чем не все). Меня больше интересуют ветро установки , но ведь темы столь сходны.Планирую роторную ветростанцию. Так что спасибо интернету, и людям которые занимаются делом а не живут в алкогольной коме. А то иной раз чувствуешь себя одиноким.
По моему темой ошиблись
НУ чтож ухожу с гордо поднятой головой.
От чего же.Мы рады ищущим людям.Тем более в теоретической части ветро и гидротурбины во многом схожи.Да и я использовал для корпуса своей турбины,корпус от воздуходува.Хотел и колесо приспособить,но решил всёже сделать более подходящее для воды.
Не нужно торопиться.По опыту знаю: Кто имеет интерес к гидротурбинам,тому есть о чём поговорить и про
ветроагрегаты.Да и вообще про альтернативу традиционной энергетике.
Спасибо Игорёк.Ещё одну задачку подкинул.
Здравствуйте всем. Да меня с интересной темы палкой не выгонишь! На самом деле гидро турбины интереснейшая вещь, мысли по этому поводу крутились в голове. Сейчас ухожу - пообещали свет отключить.
Уважаемый Сергей. Ваша ссылка ортогональной турбины - это практически модель ветряка. Мне понравилась Ваша ГЭС. Хотя конечно не приходится говорить о красоте конструкции после стольких переделок и переварок. А главное что это действующий агрегат за что Вам честь и хвала, в отличии от нас только думающих что=то сделать. По моему мнению (которое можете и не учитывать) существует пару вариантов которые могли бы истользованы в Вашем случае . Это конечно вертикально - роторная. При Вашем умении работать с металлом - возможно сварить большую воронку ( либо если есть рядом военные приобрести у них чехол от ракет (фото потом выложу)) далее в нижней части сделать поворот 45-90 градусов плюс диффузор. Относительно самого ротора то он классический. но сделанный не так как на видео . На мой взгляд верхнюю надводную часть ротора необходимо уменьшить в диаметре и изменить углы на более острые. Это позволит увеличить скорость турбины и исключит подгребание внешнего слоя воды а значит исключит потери энергии потока. Далее переход крутящего момента с ротора на генератор можно автомобильным редуктором отрезав все лишнее и заглущив диффиренциал, получим увеличение оборотов вала на степень редукции. Ну а дальше по обычной схеме.
Яков, Вы говорите заглушив дифференциал, а как Вы себе это представляете. У меня редуктор мерса (124 кузов) там даже резать ничего не надо фланцы по бокам уже с нарезаными отверстиями под болты. Сталь высоколегированная, опустить очень сложно и потом ещё сверлить.
Сложного ничего нет. Необходимо вынуть полуоси,снять редуктор и сваркой приварить сателиты к солнечной шестерне, а проще сказать сделать так чтобы внутри редуктора ничего не крутилось. Думаю ресурс таких изделий равен бесконечности и их можно использовать без страха. Или если нет желания разбирать то просто одну из полуосей крепим наглухо к чулку моста, сателиты при этом будут в работе, но при таком ресурсе наверное этим можно не заморачиваться.
Сложного ничего нет. Необходимо вынуть полуоси,снять редуктор и сваркой приварить сателиты к солнечной шестерне, а проще сказать сделать так чтобы внутри редуктора ничего не крутилось. Думаю ресурс таких изделий равен бесконечности и их можно использовать без страха. Или если нет желания разбирать то просто одну из полуосей крепим наглухо к чулку моста, сателиты при этом будут в работе, но при таком ресурсе наверное этим можно не заморачиваться.
Незнаю, Я купил редуктор от мотоцикла урал. Единственная альтернатива, и главное заводской без всякого вмешательства. Единственное теперь просто поменять местами, колесо должно крутить карданный вал.
Если мощность Вашей создаваемой установки не велика то редуктор вполне пойдет. Может поделитесь своими планами что конкретно Вы хотите сделать?
Заходите в тему "Вихревые гэс" и всё станет понятно.
Это как я понимаю мерсовский редуктор от независимой подвески. Если вы скрепили одну полуось с корпусом то вторая полуось должна свободно крутится в каком-то числовом отношении с флянцем кардана а если нет то значит вся работа уходит на праворачивание сателитов (кто знает что у него внутри - может какая примочка) Придется снимать заднюю крышку и все-же глушить диффиринциал.
Если скрепить одну полуось, то на вторую увеличивается нагрузка сопративления или Я не прав.
За 12 лет использования турбины я перепробывал массу редукторов с различных агрегатов, включая их на повышение.Некоторые рассыпались сразу,другие через месяц.Дольше всех работал бортовой редуктор от Т-25,но дважды в год менял подшипники и уплотнения.Когда мне это надоело,я взял калькулятор и начал считать.И получилось,что количество оборотов в сутки на приводе турбины равно примерно мотопробегу....1000км.Сколько там у ваших редукторов пробег до капиталки?Тысяч 300? ну на год хватит.Это в лучшем случае.
Вобщем сейчас я опять отказался от шестерённых редукторов и использую на первой ступени цепь,на второй ремень.
Спасибо Яков.То что Вы предлагаете очень напоминает радиально-осевую турбину со спиральным подводом воды.Но как известно,турбины такого типа хороши на напорах свыше 4-6 метров в зависимости от расхода.А у меня это недостижимо.В первую очередь из-за низкого расхода воды.
Да Вы правы. Второй вариант вся таже модификация винта Архимеда, да боюсь у вас на нее водички маловато. А ресурс мерсовского редуктора миллион км, а в недогруженном состоянии и поболее. Может все дело в том что они (редуктора) работают в обратном направлении.
Именно в обратном, ведь когда включаете заднюю скорость и давите на газ слышите специфический звук так вот это звук солнечной шестерни. Ведь редуктор расчитан по большей части для движения вперёд.
Да пожалуй так, почему и ходят прямозубые передачи поболее.
Редукторы - это, конечно, хорошо.
Но, как учил один из моих учителей – Генрих Саулович Альтшуллер (автор Теории Решения Изобретательских Задач) идеальная машина - это отсутствие машины.
Редуктор не следует оптимизировать. Редуктор необходимо исключить из состава ГЭС. Ликвидировать, как класс. Но, это - отдельная песня.
А мы ещё первую песню не допели - ту, которая про турбины.
Я уже раньше говорил, что моё понимание работы турбины связано с парусом.
Обычное водяное колесо – это парусник, идущий попутным курсом.
В парусном мире называется "Фордевинд", а по простому "попутфинд".
Если парусник на попутфинде вдруг достигнет скорости ветра, то ветер перестанет давить на парус, и тяга паруса станет равной нулю. Вот поэтому парусник никогда не догоняет ветер (на попутфинде). Разве что, ледовый буер может достичь 90% скорости попутного ветра. Правда, тяговая сила паруса при этом будет просто смешная, да и тяговая мощность - не лучше.
Но есть другой курс, когда парусник движется перпендикулярно направлению ветра. В парусном мире – называется "Галфинд", буквально – полветра.
Вот здесь - сплошные чудеса.
Первое чудо в том, что на галфинде парусник может двигаться быстрее ветра. Например, буер может аж в 4-5 раз мчаться быстрее скорости ветра.
Второе чудо в том, что при увеличении скорости парусника, тяговая сила паруса не уменьшается, а даже чуть-чуть растёт. Следовательно, тяговая мощность (произведение силы тяги на скорость перемещения) растёт по мере нарастания скорости парусника - прямо пропорционально скорости движения.
Третье чудо - почти десятикратное превышение тяговой мощности паруса буера над располагаемой мощностью ветрового потока, попадающего на парус. И хотя в это трудно поверить, даже после передозировки новогодними угощениями, но это - реальный факт.
Я пока не рискую приводить чертежи и формулы, поскольку ещё январь на дворе...
Попробуем пока обойтись без формул.
Из всех водяных турбин, придуманных европейцами за последние 200 лет, ближе всего к реализации идеи ГАЛФИНДА стоит турбина француза Фурнейрона.
В этой турбине вода попадает на рабочее колесо из центра наружу. Это очень важно. Попробую объяснить - почему важно.
Вот у Сергея струя воды влетает в его рабочее колесо турбины снаружи. Лопатки его турбины работают как маленькие паруса. Если струя бьёт перпендикулярно колесу, то это ГАЛФИНД, что уже хорошо. Но, скорее всего, струя направлена под некоторым углом, чтобы "подталкивать" лопасти в сторону их вращения. А это уже не очень хорошо, поскольку вместо ГАЛФИНДА мы получаем бакштаг (боковой попутный курс), который, конечно много лучше, чем тупой попутфинд, но существенно хуже, чем наш замечательный ГАЛФИНД.
Попав внутрь колеса турбины Сергея, вода должна каким-то образом покинуть колесо.
Но, покидая колесо, водяная струя бьёт по лопаткам турбины "не в ту сторону". Вместо дополнительной тяги получается торможение колеса. Несколько спасает дело то, что струя воды несколько ослаблена первым взаимодействием с лопатками и вредит работе колеса умеренно.
А вот если вода попадает на лопатки турбины изнутри, то проблемы со вторым "неправильным" ударом по лопаткам турбины не возникает. Именно это сделано в турбине Фурнейрона.
Единственное в чём "недоработал" Фурнейрон – это направление струи. Будучи в плену достоинств попутного курса, Фурнейрон сделал направляющий аппарат, который выстреливает водный поток под 45 градусов к окружной скорости лопаток (бакштаг) в сторону их вращения.
Но, несмотря на такой серьёзный промах, КПД его турбины был на уровне 80%.
Направление потока изнутри-наружу таит в себе ещё одно важное преимущество. По мере увеличения радиуса колеса, растёт его проходное сечение (прямо пропорционально радиусу). А это значит, что у нас получается естественный диффузор. Точнее – разгонный диффузор, без которого не обходится ни одна ГЭС на нашей великой реке Волге.
Впрочем, про разгонный диффузор и про то, как улучшить турбину Фурнейрона, будет следующая страничка.
Уважаемый FANT - приятно почитать умные мысли. Я как поклонник воздушных стихий обосновался на заброшенной ветке;vertical axis taurdine - современный ветряк. Может загляните к нам - поделитесь опытом и теорией.
Яков 1961, я не нашёл ветку, о которой Вы говорите.
Может быть и не случайно. Я считаю, что ветряк – слишком дорогая и громоздкая игрушка.
Работать надо с водой и, желательно, с собственной водой, а не с той, которая течёт в речке.
Я понимаю, что это звучит, как бред, но это не бред, а просто фантастика.
Может ли фантастика стать явью ?
При определённых условиях – может.
Надо просто научиться создавать эти условия.
Вот об этом я и буду говорить в следующих своих страничках.
Но раз уж Вы заговорили о ветряке, то давайте разберёмся, есть ли в ветряке элементы фантастики ?
КПД хорошего ветряка (Коэффициент Использования Энергии Ветра – КИЭВ) не дотягивает даже до 50 %. В то время, как КПД хорошей современной гидротурбины составляет 95-97 %. К примеру, новые гидроагрегаты, которые устанавливают (после тяжелой аварии) на Саяно-Шушенскую ГЭС, имеют именно такой высокий КПД. С чего бы это ?
Чем же так плох ветер, в сравнении с водной струёй, что показатели ветрогенераторов вдвое хуже гидрогенераторов. Да, ничем ветер не хуже воды, дело – в различии рабочей схемы. Если Вы возьмёте обычное водоналивное колесо деревенской водяной мельницы, то у неё КПД тоже будет не ахти.
Значит, секрет высокой энергоотдачи потока не в воде или в воздухе, а в способе преобразования энергии.
В то же время, глядя на высокоскоростной двухлопастной мегаватный ветряк, диву даёшься, как две узенькие лопасти “выкачиват” почти 50% энергии ветрового потока, проходящего через огромное рабочее сечение ветроколеса. Кабинетные учёные ввели термин «ометаемая площадь», представляя дело так, будто лопасть, за счёт своего быстрого вращения, перекрывает всё рабочее сечение. Это, всё равно что, говоря о самолётном крыле, утверждать, что оно опирается на слой воздуха с шириной под сто метров.
На самом деле, каждая, отдельно взятая лопасть, воспринимает аэродинамическое воздействие только той части ветрового потока, который попадает непосредственно на лопасть. Но, каким-то чудом, тяговая мощность лопасти скоростного ветряка более чем в десять раз превышает располагаемую мощность ветрового потока, взаимодействующего с лопастью.
Это – самая настоящая техническая фантастика. Каковы же причины столь фантастического результата ? Вот, что нас должно здесь интересовать.
Первое важное обстоятельство – направление движения лопасти. Лопасть ветряка движется перпендикулярно ветровому потоку.
Второе важное обстоятельство – скорость движения лопасти. Точнее говоря, не скорость сама по себе, а превышение скорости лопасти относительно скорости ветра. Это второе обстоятельство является следствием первого. Только при перпендикулярности скоростей ветра и рабочей лопасти можно двигаться значительно быстрее потока. Каково же это превышение ? В современных скоростных ветряках скорость движения кончика лопасти может в десять раз превышать скорость ветра.
Что из этого следует ?
Очень многое ! Во-первых, тяговая мощность лопасти прямо пропорциональна её скорости. То есть, чем быстрее летит лопасть, тем больше вырабатываемая мощность. Разумеется при одной и той же силе тяги на лопасти: N=F•V.
Давайте немного притормозим и оценим данный факт.
Оказывается, для повышения мощности совсем не обязательно иметь очень быстрый ветер. Достаточно иметь очень быстро вращающуюся лопасть. Вот он – первый элемент реальной фантастики.
Да, но, казалось бы, при увеличении скорости лопасти мы должны неизбежно проиграть в силе тяги. Как в боевых метательных машинах древности: выигрываешь в скорости – проигрываешь в силе. Казалось бы – только так. Но на самом деле – совсем не так. Опять же, каким-то чудом, аэродинамическая сила, толкающая лопасть по кругу, не только не ослабевает при увеличении скорости вращения, а даже немного растёт. Значит, применительно к лопасти ветряка “закон рычага” не действует. Это второй элемент реальной (то есть проявленной) фантастики.
Хорошо. Если мы реально фиксируем многократное превышение тяговой мощности отдельно взятой лопасти, над располагаемой мощностью ветрового потока, то что мешает нам вместо двух лопастей поставить десять, двадцать, наконец, сто узких лопастей и тем самым многократно превысить порог КИЭВ в 100 %.
На первый взгляд, ничто не мешает. Так, собственно многие конструкторы ветряков и делают, сооружая многолопастное ветроколесо. Но тут их ждёт горькое разочарование. Чем больше лопастей у колеса, тем медленнее оно вращается при одинаковой скорости ветра.
Кабинетные учёные говорят, что причина в “перекрытии” потока. Ветер, якобы “гаснет”, налетая на препятствие из множества лопастей. Но почему же, тот же самый ветер не гаснет, налетая на множество косых парусов у современных гоночных катамаранов ? Мало того, каждый из множества косых парусов (лопастей) “тянет” даже лучше, чем точно такой же, но отдельно стоящий парус.
Между тем, разгадка потери быстроходности многолопасного колеса до смешного проста. При увеличении числа лопастей нарастает эффект закручивания ветрового потока перед входом в рабочее колесо. При этом исчезает важнейший принцип – перпендикулярность движения лопасти к скорости ветрового потока. А потеряв перпендикулярность, мы сразу же теряем и в скорости движения лопасти и в силе тяги отдельно взятой лопасти. Значит, прощай фантастика…
Что же можно противопоставить неизбежному снижению быстроходности многолопастного ветроколеса, вызванному закручиванием потока ?
Да, в общем-то, дело не хитрое. Достаточно перед колесом установить направляющий (спрямляющий) аппарат, как на входе в турбореактивном двигателе.
И тогда лопасти ветроколеса будут работать так же эффективно, как “гребёнка” косых парусов на гоночном катамаране.
Это не значит, что я призываю строить ветряки с направляющими лопастями. Это слишком громоздко и рискованно. Первый же шторм может разрушить дорогостоящее сооружение …
Но никто не мешает нам применить подмеченные у ветряка достоинства в другой стихии – воде, плотность которой почти в тысячу раз больше, чем у воздуха. А раз плотность намного выше, значит габариты намного меньше. Тут и решётку несложно установить.
Но об этом в следующий раз.