Bližšia špecifikácia hlavných priorít nami navrhnutej veternej turbíny
Pre lepšie pochopenie, prečo tvrdíme, že VTsupernova dosiahne nadštandardné výkony, ponúkame prehľad výhod, ktorými disponuje.
Sú navrhnuté dve základné varianty zhotovenia s ďalšími možnými obmenami.
Stručne uvediem charakteristiku VTsupernova:
Samotná turbína pozostáva z hriadeľa a niekoľkých obručí obopínajúcich hriadeľ stožiara okolo ktorého sa tieto susedné obruče otáčajú v opačnom smere. Na každej obruči sú v jednej rovine osadené 4 krídla obdĺžnikového tvaru otáčajúce sa okolo hriadeľa a zároveň aj okolo vlastnej osi s možnosťou natočenia do vodorovnej alebo kolmej polohy na smer prúdenia vzduchu - vetra. Vzájomným prepojením jednotlivých obručí sa takto kulminuje nadobudnutá energia v mieste pripojenia turbíny na dynamo, ktoré mení kinetickú energiu na elektrickú.
Hlavnými prednosťami takto zostrojenej elektrárne sú:
1. Až dvojnásobne väčšia náveterná plocha v porovnaní s rovnakými priestorovými rozmermi iných na podobnom princípe doposiaľ skonštruovaných vertikálnych veterných turbín (točiacich sa iba jedným smerom).
Tým, že sú listy (krídla) turbíny natáčané tak aby v maximálnej miere využili potenciál ich celej náveternej (zvislej) plochy na roztáčanie turbíny okolo hriadeľa do oboch strán od pomyselnej osy hriadeľa a zároveň touto náveternou plochou rozmerovo
zasahujú aj do priestoru susediacich v protismere sa pohybujúcich listov vo vodorovnej polohe, zväčšujú až dvojnásobne
náveternú plochu oproti jednosmerne sa pohybujúcim súčasným turbínam.
Čím je náveterná plocha krídel rotora väčšia, o to väčší tlak vetra na nich pôsobí a o to viac energie je schopný generátor vyrobiť.
1. Variant je zostrojený na princípe mechanického natáčania krídel z vodorovnej do vertikálnej polohy a opačne počas ich kruhového pohybu okolo osi hriadeľa v závislosti na smer prúdenia vzduchu tak aby v maximálnej miere využili silu vetra na roztáčanie turbíny.
2. Variant je navrhnutý tak aby sa krídla nielen súmerne otáčali okolo hriadeľa pomocou navzájom prepojených obručí do oboch strán ale zároveň plynule aj okolo vlastnej osi. Takto náveterná strana krídel pohybujúcich sa v smere vetra bude natáčaná od polohy 45° na začiatku pôsobenia vetra až do 90°, teda kolmo celou plochou na smer vetra v bode kulminácie.
Obe varianty vyhotovenia majú svoje opodstatnenie vzhľadom na možnosti využitia.
2. Odpor krídel pohybujúcich sa v protismere vetra sme znížili na minimum.
Súčasné turbíny s krídlami pripevnenými k zvislej osi hriadeľa okolo ktorej sa otáčajú iba do jednej strany musia zároveň druhou polovicou zametanej plochy v protismere prúdenia vzduchu pohybujúcich sa krídel prekonať nežiadúci odpor. Napriek tomu, že sú krídla rôzne tvarované, odpor v protismere sa pohybujúcich krídel je približne
1 : 3. Tento prirodzený jav v podstatnej miere znižuje výkon každej VAWT turbíny, viď. zobrazenie
Naša VTS turbína s krídlami v tvare tenkých listov točiacich sa okolo osi hriadeľa aj do protismeru prúdenia vetra po oboch stranách je zostrojená tak, aby sa krídla otáčali v horizontálnej - vodorovnej polohe (variant 1.).
Prekonávajú preto odpor vzduchu iba bočnou hranou o šírke cca 1 cm, teda s takmer nulovým brzdiacim účinkom.
Alebo (variant 2.) pri ktorom sa každé krídlo súmerne otáča aj okolo vlastnej osi o 180° pri jednej otáčke okolo hriadeľa a preráža vzduch prúdiaci v protismere v kulminačnom bode taktiež vo vodorovnej polohe, teda s 0° náklonu. Postupne s pribúdajúcim šikmím a pozdĺžnym natočením krídla proti smeru prúdenia vzduchu sa dostáva do náklonu 45° v bode od ktorého je tlačené v smere vetra a naberá zvislý uhol náklonu 90°, teda sa stáva hnacím krídlom.
Poloha krídla aj pri 2. variante umožňuje takmer bezodporové obtekanie úzkeho povrchu po šírke listu pohybujúceho sa v protismere prúdenia vzduchu. Počas cca 1/5 posunu krídla okolo hriadeľa proti smeru prúdenia vzduchu vzniká tlak na krídla pod uhlom od 0°do 45° smerom nahor alebo nadol, podľa požadovaného náklonu, viď zobrazenie.
Niečo podobné si môžme predstaviť u listov vrtule vrtuľníkov. Vzniknutý tzv. aerodynamický tlak dohora alebo nadol na listy turbíny je u VTS dômyselne eliminovaný konštrukčným riešením jeho zachytenia tak, aby nebrzdil turbínu, teda nebránil plynulému takmer bezodporovému otáčaniu krídel v protismernom pohybe.
3. Vznik 2 kulminačných bodov pri otáčaní listov.
Okrem kulminačných bodov bežných listových turbín keď sa vetrom tlačené krídlo nachádza v bode kolmo narážajúceho vetra na celú náveternú plochu krídla, nami vyhotovená turbína produkuje vyšší výkon aj pri nastavení náveterných krídel šikmo na smer prúdenia vzduchu (1. Variant ).
Takúto výhodu môže mať iba veterná elektráreň s obojstranným otáčaním krídel.
Pri turbíne (variant 1.) pôsobí sila vetra aj na krídla usporiadané vo vertikálnej rovine v tvare V tým, že ich vietor v ohraničenom uzavretom priestore od seba postupne odsúva tlakom na vnútorné bočné steny pohybujúce sa v smere vetra a zvyšuje tým účinnosť turbíny aj v momente keď iné veterné zariadenia na výrobu elektriny pomocou krídiel otáčajúcich sa iba jedným smerom tento efekt využiť nemôžu.
Zjednodušená ilustrácia znázorňuje daný stav.
Pri variante 2. vznikne ďalší tlak na listy turbíny v smere ich pohybu pri ich strete s v protismere sa pohybujúcimi krídlami v 90° uhle od osy hriadeľa proti smeru prúdenia vzduchu. V danom bode vznikne takmer uzatvorený priestor v tvare V odolávajúci silnému tlaku prúdiaceho vzduchu na listy pohybujúce sa v smere otáčania s vertikálnym sklonom ich plochy v uhle 67,5°. Listy otáčajúce sa v protismere budú mať v tom okamžiku sklon náveternej plochy iba 22,5° teda až 3 násobne nižší so zanedbateľným tlakom vzduchu pôsobiacim dohora alebo nadol.
4. Z uvedeného vyplýva, že napr. v porovnaní s bežnou (vyššie znázornenou) Savinius turbínou s dvomi protiľahlými zaoblenými krídlami, ktorá pri jednej otáčke o 360° dosiahne 2x maximálny impulzný tlak vetra na zaoblené náveterné plochy listov a (zároveň 2x čelí silnému brzdiacemu tlaku vetra na krídla pohybujúcich sa proti smeru prúdenia vzduchu), naša VTsupernova pri jednej otáčke 2x štyroch = 8 synchrónne v protismere sa pohybujúcich krídel okolo hriadeľa o 360° (s rovnako veľkou zametanou plochou) dosiahne až 2 x 4 = 8x maximálny impulzný tlak na kolmo otočené listy v smere vetra po oboch stranách a zároveň 8x dosiahne impulzný tlak vetra na listy točiace sa do oboch strán turbíny z polohy v tvare V . Samozrejme čiastočne v prospech dvojkrídlovej Savonius turbíny možno namietať mierne vyššiu účinnosť zaoblených krídel, ktorú ale hravo vymaže schopnosť VTS turbíny minimalizovať odpor vzduchu pri pohybe krídel otočených do vodorovnej polohy proti smeru vetra.
Preto tvrdíme, že predpokladaná výkonnosť, účinnosť a efektívnosť pri zachovaní rovnakých priestorových nárokov aj voči iným konštrukčným typom Sovonius turbín bude u VTS aj niekoľkonásobne vyššia !!!
5. Raritou VTS voči ostatným turbínam typu Savonius je zavesenie krídel našej turbíny. Tie sú pripevnené k obruči obiehajúcej okolo hriadeľa v horizontálnej polohe (pozdĺžne). Všetky doposiaľ známe turbíny majú krídla zavesené iba vo vertikálnej polohe. Výhodou tohto konštrukčného riešenia je možnosť ľubovoľne prispôsobiť dĺžku takto ukotvených krídel (optimálne) vzhľadom na poveternostné podmienky v mieste inštalácie. Totiž čím sú krídla dlhšie tým lepšie využívajú aj tzv. pákový efekt (väčšiu tlačnú silu) na dosiahnutie čo najvyšších výkonov.
6. Na základe uvedeného konštrukčného riešenia nastane rozbeh turbíny už pri slabom vetre.
Väčšina výkonných veterných turbín sa rozbieha až pri rýchlosti vetra 2,5 - 3,5 m/s pričom niektoré (Darrieus) musia byť nabudené elektricky.
7. Použité konštrukčné riešenie umožňuje takúto veternú turbínu variabilne prispôsobiť požiadavkám zákazníka vo forme skladačky, teda podľa požadovaných rozmerov, tvaru, výkonu a iných parametrov.
Keďže tento typ turbíny je funkčný už aj s dvomi protichodne sa otáčajúcimi obručami okolo hriadeľa nesúcimi po 4 listy obdĺžnikového tvaru, je v podstate jedno z koľkých obručí (vrtuli) nesúcich 4 listy bude zložená, ak požadujeme dosiahnutie maximálneho výkonu, teda aj maximálnej účinnosti vzhľadom na pretrvávajúce poveternostné podmienky v mieste výstavby. Mala by sa dať pomerne jednoducho, svojpomocne a podľa požiadaviek zákazníka nielen zložiť, ale aj dodatočne upravovať.
8. Tým, že listy turbíny sú rozmiestnené obojstranne a rovnomerne po oboch stranách od osi hriadeľa odolávajú aj tlaku vetra rovnomerne (na rozdiel od Savonius turbín). Teda aj ložiská a celá konštrukcia turbíny je namáhaná súmerne a oveľa šetrnejšie. Predlžuje sa tým životnosť turbíny a znižujú náklady na údržbu.
9. Má navrhnutý vlastný systém zabezpečenia pred poškodením zariadenia pri silnom vetre.
Navrhli sme sofistikovaný systém zabezpečenia. Je zárukou ochrany a podstatného zníženia nákladov vynaložených na tradičné brzdné zariadenie so zložitým natáčaním všetkých listov do polohy s minimálnym odporom pre odstavenie jej chodu a následným napájaním späť po prípadnom výskyte silného vetra, ktorý by turbínu mohol poškodiť.
10. Pri konštrukcii takéhoto účelového zariadenia s prioritou dosiahnutia najvyšších výkonov voči konkurencii je estetická stránka vyhotovenia konečného produktu zvyčajne potláčaná do úzadia. V našom prípade tomu nebolo inak, avšak zhodou okolností výsledný efekt VTS predčil naše očakávania a určite nebude strašiakom v prostredí kde bude umiestnená.
Základom pre zistenie skutočnej účinnosti a výkonu, teda aj budúcnosti tohto typu veternej turbíny, ako aj zabezpečenie optimalizácie konštrukčných riešení jednotlivých častí z ktorých sa skladá je vyhotovenie funkčného prototypu nami navrhnutého zariadenia. Preto ak vás VTsupernova stále zaujíma - čítajte ďalej.