Власов В.Н.
vitanar@yandex.ru
Есть ли будущее у ветрогенератора 2?
Введение.
В статье «Есть ли будущее у ветрогенератора» от 2007 года я постарался показать, что будущее у ветрогенератора есть, но сама концепция должна быть пересмотрена. Самое главное, следует более правильно использовать законы аэродинамики, вместо классических пропеллеров применять нечто похожее на крылья самолётов, чтобы опираться для получения энергии на подъёмную силу. К сожалению развитие ветровой энергетики пошло по направлению строительства ветрогенераторов с горизонтальной осью, на высоких мачтах и с длинными лопастями. Получились самые настоящие монстры, которые приходилось вращать при отсутствии ветра с помощью дизельных ДВС. Так как ветер дует прерывисто, то долгое время ветрогенерация страдала от отсутствия ёмких аккумуляторов. Но даже сегодня ветрогенераторы не могут использоваться в качестве надежного источника электроэнергии. По прежнему не менее 60% всей электроэнергии в большинстве стран вырабатывается на угольных электростанциях.
В некоторых случаях ветроэнергетика становится основной. Но такое возможно в регионах, куда не дотянулись электросети, подающие электроэнергию от крупных АЭС, ГЭС, ТЭС и т.п. Хотя есть страны, например Дания, где ветрогенерация медленно, но верно превращается в основной источник электроэнергии. Дании сам Бог велел, так как на её территории нет угля, нефти, газа и лесов. Вот и приходится датчанам выкручиваться, чтобы были хлеб с маслом и тепло зимой в квартире. В этой стране постоянно дуют ветры, так что датчане всё делают правильно. Но пример Дании не может служить основанием для широкого строительства ветропарков в России, тем более Россию Бог энергоносителями не обидел.
Предлагая свой вариант ветровой электростанции в замкнутом шаре (рис.1), я не надеялся, что кто-то попытается такое реализовать. Слишком необычно. В России такое не любят.
Рис.1. Закрытый блок ветроэлектростанции.
Хотя определённые преимущества в такой конструкции есть. Например, вместо воздуха для вращения лопастей ветрогенератора можно использовать пары легкокипящих жидкостей. Снизу греем, жидкость превращается в пар. Поднимается наверх и вращает лопасти. Наверху пары конденсируются, жидкость стекает вниз. И все повторяется. Если такие генераторы строить в регионах с жарким климатом и большим числом безоблачных дней, то вместо легкокипящих жидкостей можно использовать воду. Тогда снаружи шара размещаем солнечные нагреватели, передаём тепло в нижнюю часть шара. Греем воду там, доводим до пара высокого давления. А вверх шара охлаждаем, чтобы вода конденсировалась и стекала вниз. Система могла бы работать в автоматическом режиме. Думаю, что такие ветрогенераторы можно построить на Марсе.
У меня сложилось твёрдое мнение, что многие энергетические установки лучше сооружать в замкнутом пространстве, так как небольшим объёмом воздуха или воды проще управлять, легко реализовать физические эффекты (эффект Магнуса, например)., применять тепловые насосы и т.п. Уменьшатся потери тепла. Повысится КПД установки. Примеры в нашем быту это подтверждают. Например, всем известна мультиварка. Готовить пищу с её помощью легко, просто и энергетически выгодно.
Так и моё предложение. Этот блок позволил бы не зависеть от капризов природы. Он бы работал по схеме 24/7. Естественно потребовалось бы новые разработки, создания новых НИИ и конструкторских бюро. А у нас в России с ними в последние десятилетия плохо. Правда в последние годы начали использовать наработки СССР, как в военной сфере, так и в гражданской. И это при том, что многое в мире изменилось, появились новые технологии. Использование ранее неиспользованных разработок СССР хорошо, но не всегда это позволяет опережать наших зарубежных партнёров на десятилетия.
Пока в РФ вырабатывает электроэнергии столько, сколько надо на покрытие потребностей в быту и промышленности. Кое что продаём за рубеж, но иногда локальный дефицит электроэнергии себя проявляет. Тогда это ведёт к отключению целых городов и населённых пунктов, как это было совсем недавно в Краснодарском крае, Ставрополье и Ростовской области из-за непонятной аварии на АЭС.
Для получения электроэнергии следует использовать любые возможности. Например, практически забыты ГЭС на малых реках. Не используются гидротараны и гидропульсоры. Кое кто пытается нам внушить, что время малых ГЭС или гидротаранов прошло. При этом забывают, что малые ГЭС помогали жителям сельской местности, так как небольшие плотины превращали малые реки в цепочки прудов, в которых разводили ценные породы речных рыб. Попадались в прудах и раки. От добра добра не ищут. Отказавшись от малых ГЭС и гидротаранов наше общество в целом много потеряло.
В некоторых населённых пунктах стояли ветрогенераторы, которые питали электроэнергией как дома и квартиры, так и небольшие фермы. Где-то ветряные мельницы качали воду, а где-то с их помощью получали муку. Теперь всё позабыто и позаброшено. А жаль!.
Сейчас многие села и посёлки напоминают развалины, толи Мамай с Батыем прошёл, толи атомная бомбардировка была. Таковы результаты очередного социального эксперимента над Россией. Раньше были колхозы и совхозы, где в каждом из них трудились сотни и тысячи людей, по сути, в шаговой доступности. Теперь всё развалено, на работу селяне ездят в райцентр. Многие уехали в крупные города или работают вахтовым методом. Была школа с 11 классами, стала с 9 классами. Почтовое отделение и сбербанк работают по 2 раза в неделю. Расписание не всегда соблюдается, так как сотрудники приезжают из райцентра. Была участковая больница, теперь стационара нет, осталась амбулатория, медперсонал сократили. Численность населения нашего села уменьшилась процентов на 20. Слава Богу, что ещё работают продуктовые частные магазины, хотя цены в них выше, чем в райцентре и Москве. Между нашим селом и райцентром продолжает ходить строго по расписанию автобус. Хоть с этим пока хорошо. Прогресс, однако. Часть людей пытается выжить, выращивая на своих огородах овощи, фрукты и ягоды. Выращивать скот запретили. Да и нет у селян возможности приобретать корма для животных. Скоро запретят иметь и огороды. А ведь любой огород — это солнечная батарея, в которой солнечный свет непосредственно превращается в продукты питания для людей и животных. В своё врем, похоже, некие Боги хорошо над этим поработали. А мы взяли и всё развалили. Инфраструктура, созданная в СССР, разрушается. Толи ещё будет.
Есть надежда, что в РФ научатся строить безтопливные электромагнитные электростанции. Например, по технологии Уэсли В Гари или Хендершота. Недавно перевёл статью с английского про Уэсли В Гари. И удивился, что этот изобретатель реально создал безтопливный магнитный двигатель на новом физическом принципе. И даже продавал его в качестве моторов для швейных фабрик и стоматологам. Что касается Хендершота, то главным его изобретением был авиационный мотор, которому не нужно было топливо. Все пытаются собрать генератор Хендершота, а необходимо сделать авиамотор Хендершота. Познакомившись с творчеством Уэсли В Гари, я пришёл к выводу, что мотор Хендершота, возможно, был сделан по патенту Уэсли В Гари. В обоих изобретениях есть такое понятие, как нейтральная линия недалеко от полюсов постоянного магнита, вблизи которой железная пластина начинает колебаться, меняя полярность, что позволяло намотанной на пластину обмотке вырабатывать переменный электрический ток. Но это тема новой статьи.
Начальные сведения о ветрогенераторах.
Но вернёмся к нашим ветрогенераторам. Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую. Ветрогенераторы можно разделить на две категории: промышленные и домашние (для частного использования). Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветряная электростанция или ветропарк. Их основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — полное отсутствие как сырья, так и отходов. Единственное важное требование для ВЭС — высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 7,5 МВт и выше, она зависит от скорости ветра и ометаемой площади N=pSV2/2, где — V - скорость ветра, ρ - плотность воздуха, S - ометаемая площадь. Увеличение скорости ветра в два раза повышает мощность ветроустановки в 4 раза.
Эта формула справедлива для классических лопастей. Для лопастей иной формы формула может быть другой, особенно если лопасти имеют особую форму, например, ротор Онипко или похожие на него.
Рис.2. Ротор Онипко
Вот ветрогенератор похожей конструкции. Но у него немного по другому расположены лопасти.
Рис.3
Думаю, что такая конструкция ветрогенератора лучше ротора Онипко, так как в роторе Онипко воздушные потоки отлетают от ротора, а в данной конструкции потоки ветра заворачиваются к центру ветрогенератора, увеличивая его КПД.
Существуют два основных типа ветротурбин для свободных ветровых потоков: с вертикальной осью вращения и с горизонтальной. Индустрия домашних и промышленных ветрогенераторов активно развивается. Уже сейчас за вполне умеренные деньги можно приобрести ветряную установку и на долгие годы обеспечить энергонезависимость своему загородному дому. Правда это удовольствие не из дешёвых.
Рис.4. Ветрогенератор с горизонтальной осью вращения.
Обычно для обеспечения электроэнергией небольшого дома вполне достаточно установки номинальной мощностью 1-2 кВт при скорости ветра 8 м/с. Правды мачта получается такой высоты, что владелец дома сам не может её обслуживать.
Если местность не ветреная, ветрогенератор можно дополнить фотоэлектрическими элементами или дизель-генератором, а ветрогенераторы с вертикальными осями могут быть дополнены более меньшими ветрогенераторами (например, турбина Дарье может быть дополнена ротором Савониуса. И при этом одно другому не мешает — источники будут замечательно друг друга дополнять).
Рис.5. Ветрогенератор с вертикальной осью вращения.
Целью первого нашего обсуждения будет ветрогенератор с горизонтальной осью вращения. Внимательно посмотрим на рис.4. Никого не удивляет, что лопасти ветрогенератора имеют такую форму? Они практически в точности повторяют пропеллер на двигателях самолетов, или лопасти вентилятора. Лопасти вентилятора позволяют при вращении получить воздушный поток в заданном направлении. Для самолета такая форма лопастей оправдана, так как вращение таких лопастей позволяет создать силу, обеспечивающей перемещение самолета в горизонтальном направлении, при том, что похожие на лопасти крылья обеспечивают при заданной скорости подъёмную силы. Для самолета и вентилятора, таким образом, привычная форма лопастей связана с необходимостью создать воздушный поток, перемещающийся с заданной скоростью относительно самолета или вентилятора. А какую оптимальную форму должна иметь лопасть, если воздушный поток, т.е., ветер, уже существует, и нам необходимо, опираясь на него, получить вращение ветрового колеса в плоскости перпендикулярной направлению ветра с наибольшим КПД?
При всем уважении к тем инженерам, которые когда-то предложили для ветрогенераторов лопасть, похожую на крыло самолета, но слегка повернутую по отношению в направлению воздушного потока, практически в точности копирующую лопасть на двигателе самолета, нельзя не отметить, что такая лопасть имеет некоторые недостатки. Во-первых, воздушному потоку такая лопасть оказывает заметное сопротивление и только часть энергии ветра тратится на вращение ветроколеса. Во-вторых, из-за малой толщины лопасти во вращении лопасти принимает участие малый объем воздушного потока, что также снижает КПД ветроустановки. В-третьих, лопасти шире ближе к оси ветроколеса, а основной момент снимается с дистальных (удаленных от оси) частей лопасти, которая значительно уже. В-четвертых, для получения заметной мощности ветроколесо с такими лопастями должно вращаться с большой угловой скоростью, что приводит к формирования заметных центробежных сил, а при неблагоприятных ситуациях к поломке всего ветрогенератора. В-пятых, высокая скорость вращения ветроколеса ведет к формированию ультразвуковых и инфразвуковых колебаний. Гибнут птицы и животные, живущие в земле. В-шестых, ветропарки часто занимают огромные площади, под них на Западе нередко вырубают заповедные леса. Такая вот забота о природе. Ничего личного, только бизнес.
Многие недостатки ветрогенератора со «стандартными» лопастями удалось исправить в ветряке с цилиндрическими вращающимися лопастями (рис.6).
Рис.6. Ветряк с лопастями, использующих эффект Магнуса.
Вращение лопастей обеспечивается тем же самым ветром, что вращает ветроколесо. За счет эффекта Магнуса на одной стороне вращающего цилиндра создается повышенное, а на другой пониженное давление относительно среднего давления в воздушном потоке. И если все лопасти цилиндры будут вращаться в одну сторону, то ветроколесо будет вращаться в ту же сторону, что и лопасти-цилиндры. Такие лопасти в принципе могут вращаться отдельными двигателями, а можно создать механизм, который будет вращать лопасти при вращении всего ветроколеса. Такое ветроколесо нуждается в предварительной раскрутке. Но в раскрутке, вообще-то, нуждается и обычный, особенно промышленный, ветряк.
В последнее время ветроколеса на основе эффекта Магнуса иногда имеют другую конструкцию. И при этом, такие ветряки более эффективные. Обдувая такие ветряки обычными вентиляторами, удаётся вырабатывать энергии больше, чем тратится на обдувание вращающихся цилиндров. На этот парадокс мало кто обращает внимание. При этом нарушения закона сохранения энергии не происходит, ибо на вихревые процессы ЗСЭ не распространяется. Потому что силовое воздействие и силовой ответ перпендикулярны друг другу.
Ветрогенератор и крыло самолёта.
В одной из статей я показал, что обыкновенное крыло самолета можно использовать в качестве энергогенератора, если специально обдувать его воздушным потоком, либо с помощью вентилятора, либо направляя на него природный воздушный поток. Причём получаемая мощность будет значительно больше мощности воздушного потока, с помощью которого будет обдуваться крыло. Почему?
Потому, что такова она подъемная сила. Но недостатком такой системы будет необходимость создавать пульсирующий воздушный поток, чтобы крыло то поднималось вверх, то опускалось вниз, тем самым обеспечивая вращение генератора то в одну, то в другую сторону. Между тем можно поступить по иному и получить возможность получать энергию при постоянном воздушном потоке.
Рис.7. Простой энергогенератор на базе крыла самолёта.
Для этого надо из крыльев самолета создать ветроколесо. Каждая лопасть, закрепленная на оси ветроколеса будет расположена своей плоскостью в плоскости направления воздушного потока. В результате все лопасти будут создавать подъёмную силу, направленную в одну сторону, что заставит все колесо вращаться в одну сторону. Причем сила, заставляющая такие лопасти вращаться будет направлена исключительно, или практически исключительно, в плоскости вращения ветроколеса. И чем больше будет «ширина» такой лопасти (в разумных пределах), тем больше будет сила. С другой стороны такие лопасти будут обладать гораздо меньшим сопротивлением по отношению к набегающему воздушному потоку.
Для придания такому ветроколесу большей жесткости можно «надеть» на концы лопастей обод, который в сечении также будет повторять сечение крыла самолета. Это приведет к тому, что такой ветрогенератор будет легче поворачиваться при изменении направления ветра, а также поток воздуха будет со всех сторон сдавливать этот обод, стабилизировать положение ветроколеса и противодействовать центробежным силам, возникающих в лопастях. Не исключено, что для получения заданной мощности такое ветроколесо можно сделать с меньшим диаметром, чем в случае использования классических лопастей.
На рис.8. схематично показано устройство ветряка с 4-мя лопастями, обрамлённого обручем. И лопасти и обруч имеют сечение, которое обычно принято в крыльях самолета. Если представить, что поток воздуха идет от читателя к ветроколесу, то ветроколесо будет вращаться против часовой стрелки. Также сечение обода таково, что давление воздуха снаружи будет выше, чем внутри, благодаря чему ветроколесо будет со всех сторон сжиматься окружающим воздухом, и тем самым стабилизировать положение колеса относительно потока воздуха, а также обеспечивать самоподстройку положения колеса в зависимости от отклонения направления воздушного потока от первоначального направления.
Рис.8. Ветряк с лопастями и ободом в виде крыльев самолёта.
Думаю, что в таком ветроколесе лопасти можно изогнуть. Получится что-то напоминающее 4 спирали. Это позволит увеличить длину лопастей и мощность ветроколеса. При желании из Боинга можно сделать замечательный ветрогенератор. Придётся одно крыло перевернуть, а потом крылья свернуть в спирали. После этого Боинг следует засунуть в трубу подходящего диаметра. Продувая воздух по этой трубе, мы заставим Боинг вращаться, и если подключить к нему электрогенератор, то можно получать много энергии.
Внутри такого ветроколеса будет создаваться вакуум. Это увеличит приток воздуха внутрь такого ветроколеса, а это увеличение мощности.
Всё это верно для ветрогенератора, который будет работать на свежем воздухе и ловить свободные потоки ветра. Так что для такого ветрогенератора многие недостатки классического ветрогенератора с горизонтальной осью никуда не исчезнут. Но мощность с такого ветрогенератора при равном диаметре ветротурбины будет, похоже, больше.
Рис.
9. ДВУХБАЛОЧНОЕ КРЫЛО биплана из древесины.
А - главный лонжерон; В - задний лонжерон;
С - нервюра; D - хорда.
На рисунке 8 дана схема, как можно сделать лопасти для такого ветряка. В силу того, что такая лопасть будет испытывать меньшее сопротивление набегающему воздушному потоку, а также «подъемная» сила не будет сильно давить на крыло, так как крыло будет вращаться вместе с воздушным потоком, то можно применить материалы с меньшей прочностью, чем это требовалось для обычных лопастей. Такое колесо будет способно выдержать более сильный ветер, а мощность такого колеса можно регулировать подбором «ширины» лопасти-крыла. Что касается скорости вращения такого колеса, то в данном случае желательно, чтобы скорость вращения была небольшой, но мощность такого колеса при одинаковом диаметре с колесом со стандартными лопастями, скорее всего, будет выше.
Насколько предлагаемая форма лопастей для ветрогенераторов будет эффективней существующей, покажут только будущие эксперименты. Но у меня есть надежда, что такой ветряк будет проще в изготовлении, будет мощней при том же диаметре ветроколеса. Поживем, увидим.
Мне указанная выше идея пришла в голову в 2011 году. Тогда я ограничился небольшой статьёй, где показал, как можно усовершенствовать ветрогенератор. Тогда же я нашёл немного информации о том, что в Германии одна фирма начала производить ветрогенераторы с лопастями, похожими на крылья самолёта, как это показано на рис.7. К сожалению, сегодня этой фирмы уже нет, как нет и статьи о таком ветрогенераторе. Видно такая конструкция ветрогенератору кому-то показался нежелательным, поэтому фирму прикрыли. Хотя, не исключено, что тему просто засекретили до лучших времён.
Но недавно меня сильно заинтересовала, по сути, рекламная статья некого Ивана Бутусова. Привожу её полностью не с целью рекламы этого изобретателя, а чтобы читатель вник в то, что предлагает Иван Бутусов. Я с ним связался по электронной почте, мы обменялись несколькими письмами. Секрета свой турбины он мне не раскрыл. Но я узнал, что и патент на свою турбину Иван ещё не получил. Видимо, надеется продать саму идею. Хотя мой жизненный опыт говорит о том, что такие идеи следует сразу вбрасывать в народ, а не ждать подачки от богатого инвестора, который, как правило, обманет или присвоит идею себе. Жизнь полна таких примеров. И хорошо, если изобретатель оставался живым, хоть и без штанов.
Про турбину Бутусова.
Вот эта небольшая цитата, из которой читатель может извлечь важную информацию, чтобы поразмышлять про вечность и «вечные» двигатели.
Универсальная турбина Бутусова (изобретение).
(отрывок из рекламной статьи)
Простая и очень эффективная конструкция, работает при скорости течения от 1,0 до 100,0 м/с и выше. Принцип работы заимствован у природы. При выработке электроэнергии на реке в виде микро – ГЭС на одной платформе, вдоль по течению можно разместить несколько десятков подобных гидротурбин общей мощностью в несколько сотен киловатт, совершенно не мешающих работе друг друга, КПД до 75%. Обороты и мощность зависят от диаметра турбины и скорости течения. Минимальная глубина русла – 20,0 см. При скорости воды 1,0 м/с уверенно вырабатывает до 3,0 кВт/м2 чистой мощности.
Данный вид гидротурбины можно установить на электромоторную лодку, катер или более крупное водное судно, а выработка мощности на 1,0 кв. метр при движении будет на порядок больше, чем удельное потребление тягового электродвигателя. Данная разработка является обыкновенным усилителем мощности.
Турбина, установленная на катере или субмарине, движущейся со скоростью 50 км/ч способна генерировать до 650 кВт/м2 (соответствует 2200 - 2600 л.с. любого ДВС). Если установить на теплоходе, движущимся со скоростью 25км/ч, то выработка достигает 170кВт/м2. Таким образом, водный транспорт способен ходить как угодно долго без всякого углеводородного топлива и дополнительной подзарядки, при полной автономии, останавливаясь лишь на текущее ТО.
Этот же эффект наблюдается и на воздушных судах, например: при скорости дирижабля 150,0 км/ч воздушная турбина генерирует до 7,0 кВт/м2 чистой мощности; - самолёт, вертолёт или экраноплан при скорости 360 км/ч - выработка достигает 40,0 кВт/м2; авиалайнер на скорости 900 км/ч — турбина выдаст 270кВт/м2.
Воздушная установка, смонтированная на электромобиле, способна вырабатывать 1,5 кВт/м2 чистой мощности при скорости 70км/ч; - до 4,0 кВт/м2 при скорости 110км/ч. Это будет хорошим подспорьем электромобилю при подзарядке батарей.
Монтаж нескольких десятков таких турбин на одном створе плотинной ГЭС создаст условия для повышения производства электроэнергии в 20 – 100 раз (зависит от высоты плотины), по сравнению с традиционной «древней» однотурбинной схемой!
Приливная ЭС может уверенно производить до 150 кВт/м2 при перепаде высоты всего 4,0 м, при этом на одном водоводе устанавливается несколько десятков генераторов с турбинами вместо одного, совершенно не мешающих работе друг друга. Следовательно, конечная мощность станции увеличивается в несколько десятков раз, по сравнению с традиционной схемой.
Волновая ЭС (если её правильно построить) может отбирать энергию у волны в 2 – 2,5 раза больше, и вырабатывать 100,0 кВт/м2, работая в непрерывном режиме. Высота волн в этом диапазоне мощности составляет 2,0 – 2,5 м.
P.S.
По многочисленным прогнозам учёных в следующем десятилетии ожидается бурный переход всех видов транспорта на электротягу, т. к., такой транспорт проще по конструкции и экономичнее в 7 раз, чем любой ДВС.
Кроме того, для комфортного проживания каждому человеку на планете необходимо наличие генерирующей удельной мощности в 2,0 – 3,0кВт, сейчас в 4 – 7 раз меньше, а развивающихся странах ещё в 200 раз меньше. К середине века эта потребность возрастёт ещё в 6 – 7 раз. Значит за электрогенерацией и электротранспортом грандиозное будущее! Кто поймёт это сегодня и начнёт действовать – завтра будет на гребне волны и впереди планеты всей!
На сегодня из всего объёма добываемых углеводородов 12% тратиться на выработку электроэнергии, 13% на производство тепла и 75% потребляют все виды транспорта! США «съедают» до 40% всех углеводородов планеты. Даже частичной электрификации транспорта никогда не достичь на должном уровне, если методы производства электроэнергии останутся прежними, без прорывных технологий. Резкое увеличение сжигания углеводородов приведёт к экономическому и экологическому коллапсу.
Следовательно, человечеству, чтобы остаться в живых, жить в комфорте и в согласии с природой, необходимо найти возобновляемые сверх - эффективные технологии получения необходимого количества энергии, не только в промышленных масштабах, но и в индивидуальное пользование. Некоторые из них представлены выше.
Автор: Бутусов Иван, Россия.
E-mail: raduga823@mail.ru
Правда, интересно? Меня подкосило в этом отрывке то, что установленные друг за другом установки не мешают друг другу. И что такие турбины способны вырабатывать энергии больше, чем будет тратиться энергии на преодоление сопротивления встречного потока. И тут меня сильно что-то ударило по голове. Ведь данный эффект наблюдается у самолёта. У любого самолёта, у любого крыла подъёмная сила больше сопротивления набегающего потока воздуха примерно раз в 10. И тут вспомнил о своём предложении подправить форму ветроколеса.
Конечно, появилась и мысль, что турбина Бутусова могла быть похожей на винт Архимеда. В последнее время в Ютьюбе стали попадаться фильмы, в которых показана работа таких турбин. Но...
Сравнение моей турбины с турбиной Бутусова.
Рассмотрение свойств винта Архимеда оставим на будущее. Посмотрим, может ли турбина Бутусова быть похожей на мою турбину с самолётными лопастями. И прихожу к выводу, что может.
Моя турбина при работе практически не будет оказывать сопротивления набегающему воздушному и водному потоку. Она их будет закручивать в спираль. Но это даже лучше.
Несколько моих турбин можно посадить на общую ось. И они будут дружно её вращать. Причём расположить турбины можно на относительно большом расстоянии, так и практически вплотную. Каждую следующую турбину при тесном расположении можно на оси повернуть на небольшой угол относительно положения предыдущей. И если таких турбин будет много, то такая турбина будет ничем функционально не отличаться от винта Архимеда.
Такую турбину можно устанавливать на самолёт, дирижабль, автомобиль, подводную лодку, надводный корабль, любое торговое судно. Для такой турбины совершенно не важно, как создаётся поток воздуха или воды. Ибо у такой турбины высокий коэффициент усиления мощности (КУМ), более 1000%. Поэтому любое транспортное средство, перемещаясь по поверхности земли, в воздухе, по поверхности воды или под водой, всегда будет обеспечено электроэнергией, за исключением первоначального запуска. В случае временной остановки транспортное средство можно запустить от аккумуляторов, а в процессе движения аккумуляторы легко подзарядить.
То есть, я понял, что моя турбина, которую я предлагал для ветрогенератора, можно использовать и в водной среде с ещё большим успехом. А что моя турбина по функционалу очень близка к турбине Бутусова Ивана.
Для повышения эффективности такой турбины следует правильно выбрать сечение лопасти, “отшлифовать” её форму в аэродинамической трубе или специальном водном бассейне.
И тут возникает целый фейерверк мыслей. Если такие турбины позволяют получать энергию от природных воздушных и водных потоков, то как поведёт турбина, если на неё “подуть” воздухом, паром или водой. И прихожу к выводу, что можно дуть на такую турбину в закрытой трубе, в том числе смесью воздуха и воды. А для этого можно задействовать большой пульверизатор. Разгоняя воздух до высоких скоростей, можно увлекать воздухом воду и уже смесь воздуха и воды подавать на такую турбину. За счёт увеличения плотности потока рабочей среды можно получить соответствующее увеличение мощности.
Везде крылышки.
Вспомнил “Торнадо” Виктора Шаубергера, в котором раскрученный до высоких скоростей ротор, засасывал воду из нижней части водной массы и затем центробежная сила выбрасывала воду из винтообразных рожков, концы которых имели форму крылышек, только не обычных, в некотором смысле перевернутых. Возможно, большая часть исследователей наследия Шаубергера этих крылышек не видит, но я их вижу. Поэтому возникла мысль сделать нечто подобное (рис.10).
Рис.10.
Диск показан в виде двух окружностей чёрного цвета. На диске укреплены крылышки чёрного цвета. Синие стрелки показывают движение рабочей среды, в качестве которой может выступать воздух или вода. Или продукты сгорания бензина или дизельного топлива. Красной стрелкой показана одна из «подъёмных» сил. Сколько крылышек, столько и сил. Эти силы создают момент вращения. Произведение момента вращения на 2 пи показывает работу этого момента за оборот. Делим эту работу на период вращения диска, получаем мощность вращения диска с крылышками. Чем больше крылышек и скорость движения рабочей среды между крылышками, тем больше мощность. Остаётся подобрать эти параметры и можно конструировать такую турбину. В принципе, это турбина Николы Тесла. Но в модификации Виктора Шаубергера.
Такой диск есть в двигателе для самолёта П9. Возможно, такие диски с крылышками есть во многих турбореактивных двигателях. Нужно внимательно изучить эти двигатели, чтобы найти эти диски с крылышками. И понять для чего они необходимы.
Эта турбина похожа на турбину Пелтона, только силы, вращающие такую турбину создаются благодаря градиенту давления рабочей среды при обтекании крылышек с разных сторон. Там, где поток обтекает выпуклую поверхность, создаётся вакуум среды, он может быть незначительным, но при этом порождать высокий градиент давления среды. А градиент давления среды породит силу, равную произведению итогового градиента на объём крылышка.
Похоже, что Виктор Шаубергер либо сам дошел до понимания роли таких крылышек, либо читал работы авиаторов и конструкторов самолётов, которые не читали те профессора, которые пытались загнать этого гения в сумасшедший дом.
Из таких дисков с крылышками можно собрать турбину Николы Тесла. Только крылышки желательно делать небольшого размера (высоты) и в большом количестве по периметру диска. На некоторых устройствах Виктора Шаубергера эти крылышки прекрасно видно. И тогда при подаче воздуха или воды в тонкий промежуток между дисками под высоким давлением рабочая среда станет перемещаться от центра к периферии диска. При проходе среды мимо крылышек она будет формировать силы, аналогичные подъёмным, направленные перпендикулярно радиусу. Силы эти будут подъёмными, но направленны вдоль плоскости диска.
Чем больше крылышек будет размещено на диске, чем тоньше будут эти крылышки и чем больше дисков с крылышками будет сидеть на одной оси, тем мощнее будет такой ротор. Ясно, что это всего лишь идея. Как смог, так и изобразил. Но думаю, что читатель поймёт.
Из таких дисков кроме крайних можно создать турбину, куда вовнутрь можно нагнетать воздух или воду. Крайние диски должны выполнять роль боковых стенок внутренней полости турбины. И чем выше будет давление в центральной камере такой турбины, тем больше будет её мощность. Вместо воздуха и воды в такую камеру можно подавать топливную смесь либо в режиме непрерывного горения, либо в виде горения импульсного. Например, поджигать топливную смесь обычной свечой. В последнем случае получится некий ДВС, КПД которого можно сделать достаточного высоким. Уверен, что можно получить КПД на уровне 50% и выше. Эта идея требует инженерной проработки. В результате мы получим интересное устройство, на вал которого можно посадить электрогенератор и получать электричество необходимой мощности.
В такой турбине можно сжигать любое топливо, в том числе смесь воды (75%) и угля или углеводородного топлива (25%).
Причём не исключаю, что при некоторой высокой угловой скорости вращения такая турбина перейдёт в режим самовращения, как это имело место с некоторыми генераторами Виктора Шаубергера. Дело в том, что скоростью потока воды или воздуха можно управлять. Увеличение скорости потока в два раза приводит к увеличению мощности генератора в 4 раза. Этот факт прекрасно знал Виктор Шаубергер. Поэтому в построенной им ГЭС водный поток перед подачей на его турбину предварительно суживался и разгонялся в несколько раз перед подачей на турбину его конструкции. В результате до сих пор ученые никак не могут понять, почему эта ГЭС при небольшой высоте плотины вырабатывает больше электроэнергии, чем большая ГЭС с высокой плотиной по соседству. Это показывает, что не каждый академик помнит основные законы мироздания.
Вот вариант ветрогенератора, в котором к качестве ветротурбины используется турбина Николы Тесла с крылышками по периметру каждого внутреннего диска. Турбина показала высокие результаты.
Рис.11.
Итак, используя мою турбину, ротор Онипко, и, возможно, турбину Бутусова, можно построить мощный ветрогенератор, мощность которого будет выше во много раз тех, что сегодня строят в Германии или США.
Конструкция простая. Система воронок, установленных друг над другом, ловят ветер со всех сторон и направляют его вниз, где установлена турбина больших размеров. Так как такому ветрогенератору любой ветер будет попутным, а площадь сбора ветра большая, то с помощь такого ветрогенератора можно снять хорошую мощность.
В интернете сегодня можно найти снимки вот таких ветрогенераторов (рис.12). Это изобретение одного российского инженера. Но сегодня об этом на Западе забыли, изобретение присвоили себе, и теперь на Западе такие ветрогенераторы начали завоёвывать рынок, пока в России бизнес сопли жуёт.
Рис.12.
Чем хороши такие ветрогенераторы? Никаких лопастей снаружи. Это очень важно. Специальные воронки ловят ветер со всех сторон. И направляют его вверх, где установлены ветротурбина и электрогенератор. Такой ветрогенератор может иметь мощность в 10-20 кватт. Для дома такая мощность достаточна. Ветрогенератор работает тихо, лопасти турбины спрятаны, для человека и животных конструкция не представляет опасности. На многоквартирном доме можно установить такие генераторы для каждой квартиры. И они практически не будут мешать друг другу. Хорошо эти ветрогенераторы подходят для небольших фирм, в которых не требуются промышленные объёмы электроэнергии.
Хотя лучше создавать целые фермы таких ветрогенераторов. Подключать к ним мощные аккумуляторы. А саму ферму подключать к общей сети. Естественно, ветротурбины на таких генераторах должны быть высокоэффективными. Типа ротора Онипко, Бутусова или моей конструкции.
Пока же, в этих ветрогенераторах лопасти ветроколеса обычные, со всеми присущими им недостатками. Установив мою турбину можно повысить мощность такой ветроустановки в раз 5-10. Поэтому я предлагаю делать подобные ветрогенераторы бОльших размеров, потоки ветра направлять вниз, а турбину и электрогенератор располагать внизу, где их легче обслуживать . А в качестве ветротурбины предлагаю использовать мою турбину с крыльями самолёта вместо лопастей. Можно использовать ротор Онипко, Или попробовать турбину Николы Тесла с крылышками между дисками. Такую турбину рекомендует использовать и некоторые зарубежные изобретатели, которые отмечают, что турбина Николы Тесла в качестве ветротурбины показала себя с хорошей стороны. Она быстро вращается при слабых потоках воздуха, и имеет высокий КПД, более 70%.
Турбину Тесла можно смело использовать вместо турбины Сименса, так как по КПД они практически равны, а для изготовления турбины Тесла не нужны титановые лопатки. Диски можно сделать из любого материала, собрать турбину Тесла, хоть с крылышками, хоть без крылышек, можно на любом заводе. Так что это особенно актуально в наше время, когда Запад объявил России торговую войну. Это можно реализовать на новых АЭС, ТЭС или ТЭЦ. Или заменять турбины Сименса по мере выхода их из строя.
Выводы.
Таким образом, отвечая на вопрос, есть ли будущее у ветрогенератора, можно смело отвечать – есть! Только строить такие ветрогенераторы следует на “иных физических принципах”, опираясь на уравнение Даниила Бернулли и законы пограничного слоя. Не надо тупо копировать западные решения, закупая сотнями их поганые и опасные ветрогенераторы. Следует применять русскую смекалку. И помнить, что самый главный закон в физике – это уравнение Даниила Бернулли, это самый правильный закон сохранения энергии (ЗСЭ). Опираясь на струйные технологии, в основе которых лежит уравнение Даниила Бернулли, можно спокойно обойти возражения Петра Капицы к ветру как источнику энергии. И получать от правильно сконструированной ветротурбины в 10 раз больше энергии, чем это имеет место сегодня у классических ветряков с горизонтальной остью вращения ветроколеса. То же самое справедливо и для водяных турбин. Всё это позволит уменьшить диаметр ветро- и гидротурбин, если попытаться ограничится повышением мощности в 3-5 раз.
Так что, с помощью правильного подхода к конструированию турбин для воздуха и воды можно увеличить выработку энергии в 10 раз. А в некоторых случаях можно строить транспортные средства, для которых не потребуется топливо. Вечный двигатель, однако! Это не точно. Но подумать о таком транспорте следует.
30.10.2024
