Меню

Вортекс генератор для чего

Как устроен генератор Vortex Bladeless

Основная идея

Vortex Bladeless – это генератор, который работает за счет вибраций, возникающих в момент, когда ветряной поток проходит вдоль поверхности устройства, создавая аэроупругие колебательные движения на его поверхности. Генератор напоминает высокий столб обтекаемой формы с цилиндром в земле.

В отличие от классической ветряной мельницы у него нет лопастей. Под воздействием ветра, мачта колеблется, пружинит из стороны в сторону, благодаря чему производится энергия. Другими словами, это ветряное устройство – вовсе не турбина. Вихревые ветрогенераторы больше похожи на солнечные панели, нежели на обычные ветровые электростанции, они так же просты и экономичны.

Проект финансируется Европейским Союзом, Программой Инноваций Horizon 2020.

Устройство

Внешний столб вибрирует от силы ветра, без ограничений в амплитуде. Его основание прочно зафиксировано в зеле блоком в форме цилиндра. Устройство собрано с использованием смол, укрепленных углеродом и стекловолокном. Это обеспечивает высокую прочность без потери КПД.

Конструкция ветрового устройства сильно отличается от обычного ветряка. Вместо привычной башни с лопастями есть только мачта из очень прочных и легких материалов.

Такая конструкция снижает издержки на производство и упрощает монтаж.

Преобразование энергии

Устройство улавливает энергию ветра благодаря аэродинамике вихревого потока. Если углубляться в гидромеханику, то когда ветер проходит через мачту столба, поток видоизменяется в круговые вихри. Как только их частота становится ближе к частоте мачты, столб начинает колебаться и взаимодействовать с ветром. Это называется Вихревая Индуцированная Вибрация (VIV).

Гидродинамика Vortex Technology

В структурной инженерии, аэронавтике и архитектуре стараются избежать вихревой индуцированной вибрации (VIV). Турбины Vortex же, напротив, улавливают и увеличивают энергию от колебаний и аэродинамической нестабильности. Форма мачты устройства специально разработана для достижения максимальной производительности при средних скоростях ветра. В обычных городских условиях она способна очень быстро адаптироваться к изменениям направления ветра и колебаний потоков воздуха.

Проблема обычных ветрогенераторов в том, что их приходится устанавливать далеко друг от друга, поскольку мешают потоки нисходящего ветра, которые создают «эффект пробуждения» для запуска. Vortex лишены этих проблем: для нормальной работы мачты требуется свободная площадь, радиус которой составляет половину от высоты устройства. Вокруг обычных ветряков требуется пространство длиной больше его высоты в пять раз.

Специально разработано для потребительского рынка

Генератор переменного тока

Сейчас Vortex создаёт электричество с помощью катушек и магнитов, приспособленных к динамике ветрового вихря. Без шестерёнок, валиков или каких-либо вращающихся частей, оставаясь при этом «малой ветряной турбиной».

Генераторы переменного тока – уже известная технология, но Vortex её усовершенствовал и запатентовал. Такая конструкция устраняет необходимость в смазке и позволяет сократить объемы технического обслуживания.

Настройка частоты

Частота производительности Vortex пропорциональна скорости ветрового потока, но каждое устройство имеет собственную частоту колебаний. Чтобы уравнять частоту ветра с собственной частотой каждого устройства, вы должны изменить массу тела (чем больше масса, тем меньше собственная частота) и жесткость (чем больше жесткость, тем выше частоты), среди ряда других показателей.

Следовательно, вам потребуются сложные механизмы для изменения собственной частоты одного устройства. Для решения данной задачи мы предусмотрели систему удержания на магнитах, которые увеличивают жесткость мачты в зависимости от степени её изгиба. Степень сгибания увеличивается по мере усиления ветра. Мы называем это «регулировкой».

Таким образом, запатентованная система Vortex получает электроэнергию, самораспределяя нужные изменения конструкции для взаимодействия с потоком ветра, что позволяет без усилий захватывать более широкий диапазон скоростей ветра, с начальной скоростью от 3 м/с. Без какого-либо механического или ручного вмешательства. Таким образом точка блокировки аэрогенератора расширяется.

Вихревой эффект Фон Кармана

Эффект вихревых дорожек Vortex Street или Vortex Shedding впервые описал гений аэронавтики Теодор фон Карман в 1911году. Эффект создается боковыми силами ветра на объекте, погруженном в ламинарный поток, из-за чего возникают кольцевые вихри, а это может стать инженерной проблемой для тонких конструкций – мачт, башен и дымоходов. Как пример, разрушение узкого моста в Такоме в 1940 году, США.

Vortex успешно подстраивает частоту устройства, чтобы взаимодействовать с частотами ветра в широком диапазоне скоростей ветра

Понимание колебаний

Идея Vortex заключается в использовании одной и той же силы для производства энергии. Колеблясь, система использует энергию движения в качестве обычного генератора.

Читайте также:  Газовый генератор для помещения

Вы найдете много примеров эффекта Vortex Shedding в повседневной жизни. Используя различные физические явления, Команда Vortex создала множество вычислительных моделей, которые показывают правильное создание формы и параметров для развития и повышения эффективности таких проектов.

Вычислительное моделирование

Принцип улавливания энергии вихрей ветрового потока (VIV, Вихревая Индуцированная Вибрация) – это 3D-феномен. А поскольку наша технология нова, мы должны создавать новые модели и подтверждать их эффективность. 3D-моделирование основано на числе Рейнольдса, важной безразмерной величине в гидромеханике, а она используется, чтобы помочь предсказать направление потоков воздуха в различных ситуациях потока жидкости.

Мы прилагаем все свои усилия чтобы найти лучший способ достижения результатов исходя из доступного количества ресурсов и времени. Используем программное обеспечение Altair, также сотрудничаем с Суперкомпьютерным центром Барселоны, используя их вычислительные мощности.

Технология защищена во всем мире 6 различными патентными семействами.

Основные функции

МАТЕРИАЛЫ И СРОК СЛУЖБЫ

Поддерживание разных уровней нагрузки при переменных скоростях ветра предъявляет высокие требования к запчастям. Выхревые устройства полностью исключают механические элементы, которые могут изнашиваться из-за трения. Это исключает затраты на техобслуживание. Vortex построено из полимеров углеродного волокна, пластмассы, стали, неодима и меди, — износ которых приходит далеко после срока эксплуатации ветровой башни.

Долговечность

Конечно, страховки от изнашиваемости любой турбины нет. Под большими нагрузкам и изгибами от колебаний, материал со временем может рушится, но Vortex уделила этому вопросу особое внимание.
Углеродный стержень рассчитан на максимальную амплитуду 2,7º, при ней материал лишь минимально деформируется. После вычислений, мы проанализировали и выбрали лучший материал, который принесёт огромный срок службы.

Эффективность затрат

Бюджетность – одно из ключевых преимуществ Vortex. Мы сделали стоимость производимой электроэнергии доступной, чтобы быстрее окупить инвестиции.

Это делает нашу технологию конкурентоспособной не только в сравнении с альтернативными или возобновляемыми источниками энергии, но даже по сравнению с традиционными технологиями.

Простой лаконичный дизайн, не требующий большого количества механизмов и материалов, тоже способствует сокращению денежных расходов. Легкий вес и центр тяжести, расположенный близко к земле, снижает требования к фундаменту и облегчая установку. Таким образом, избавляет от нужды в дорогостоящих комплектующих, в отличие от традиционных ветрогенераторов.

Vortex сотрудничает с неправительственными организациями, университетами и ведущими научно-исследовательскими центрами по всему миру.

Потенциал линейки

Vortex занимает до 30% рабочей площади обычного 3-лопастного ветряка с такой же высотой. При преобразовании энергии ветра, выработка электроэнергии пропорциональна площади диаметра лопастей. Следовательно, мы можем сказать, что Vortex вырабатывает меньше электроэнергии. С другой стороны, меньшая площадь позволяет устанавливать на одной и той же поверхности больше устройств Vortex, компенсируя энергоэффективность за счет экономии пространства и установки более дешевого оборудования.

Ориентировочная номинальная мощность Vortex Tacoma (2,75 м) составляет 100 Вт. Преимущества системы:

  • принимает потоки ветра с любой стороны/направления;
  • отсутствие силы сопротивления;
  • устройство запускается и выключается само, без нужды в механических тормозах;
  • нисходящие потоки ветра не влияют на энергоэффективность благодаря отсутствию лопастей;
  • производит электроэнергию даже от слабых ветров;
  • почти бесшумная работа.

Адаптация к атмосфере

В условиях города потоки ветра очень беспорядочны, что создает ряд проблем для обычных ветряков. Кроме того, из-за нисходящих потоков ветра работа обычных ветряных мельниц вызывает проблемы при установке нескольких агрегатов в одном месте, если не соблюдать достаточное расстояние между ними.

Вихревые ветрогенераторы проще использовать из-за круговой всенаправленности устройства. Vortex очень быстро адаптируется к изменениям направления и интенсивности ветра, независимо от турбулентности.

Низкая стоимость, простота установки и дешевое обслуживание. Подключи свой вихрь!

Экологичность

Вихревые турбины – «более зеленая» альтернатива ветряным мельницам. Хотя необходим более тщательный анализ выбросов углекислого газа, уже очевидно, что вихревая энергия ветра обеспечивает дополнительные преимущества с точки зрения окружающей среды. Vortex Bladeless – это умное решение для генерации чистой энергии. Устройство можно установить во дворе или даже на крыше дома. Оно может работать в составе единой системы из нескольких устройств, в одиночку и в паре с солнечными панелями.

Читайте также:  Генератор постоянного тока для сварочных работ

Воздействие на окружающую среду

Простая конструкция и легкий вес позволяют сократить необходимое количество материалов для производства вихревой турбины. При этом упрощается производственный процесс.

Отсутствие смазочных материалов – отсутствие отходов!

Остаточный вес Vortex Tacoma после промышленной переработки – менее 15 кг. При правильной установке в земле и калибровке устройства оно будет абсолютно бесшумным. Помехи для радиосигналов практически отсутствуют.

Воздействие на дикую природу

Хотя небольшие ветряные турбины, как правило, не представляют серьезной проблемы для местной фауны. Конструкция Vortex позволит птицам и летучим мышам легко избегать их во время полета.

Источник

Генератор вихрей — Vortex generator

Вихревой генератор ( VG ) представляет собой аэродинамическое устройство, состоящее из небольшой лопасти , как правило , прикрепленной к несущей поверхности (или аэродинамического профиля , такой как крыло самолета ) или лопасти ротора ветряной турбины . VG также могут быть прикреплены к какой-либо части аэродинамического транспортного средства, например к фюзеляжу самолета или автомобиля. Когда профиль или тело движутся относительно воздуха, VG создает вихрь , который, удаляя некоторую часть медленно движущегося пограничного слоя, контактирующего с поверхностью профиля, задерживает локальный отрыв потока и аэродинамическое торможение , тем самым улучшая эффективность крыльев и поверхностей управления , таких как закрылки , рули высоты , элероны и рули направления .

СОДЕРЖАНИЕ

Метод работы

Генераторы вихрей чаще всего используются для задержки отрыва потока . Для этого их часто размещают на внешних поверхностях транспортных средств и лопастей ветряных турбин. И на самолетах, и на лопастях ветряных турбин они обычно устанавливаются довольно близко к передней кромке аэродинамического профиля , чтобы поддерживать постоянный воздушный поток над управляющими поверхностями на задней кромке. VG обычно имеют прямоугольную или треугольную форму, примерно такую ​​же высоту, что и местный пограничный слой , и проходят линиями по размаху обычно около самой толстой части крыла. Их можно увидеть на крыльях и вертикальных хвостах многих авиалайнеров .

Генераторы вихрей расположены под наклоном, так что они имеют угол атаки по отношению к локальному воздушному потоку, чтобы создать концевой вихрь, который втягивает энергичный, быстро движущийся внешний воздух в медленно движущийся пограничный слой, контактирующий с поверхностью. Турбулентный пограничный слой с меньшей вероятностью отделяется, чем ламинарный, и поэтому желателен для обеспечения эффективности управляющих поверхностей задней кромки. Генераторы вихрей используются для запуска этого перехода. Другие устройства , такие как vortilons , передовые расширения и передовые манжет , а также задержать разделение потока на больших углах атаки путем повторного включени пограничного слоя.

Примеры самолетов, которые используют VG, включают ST Aerospace A-4SU Super Skyhawk и Symphony SA-160 . Для околозвуковых конструкций со стреловидным крылом VG устраняют потенциальные проблемы со срывом удара (например, Harrier , Blackburn Buccaneer , Gloster Javelin ).

Послепродажная установка

Многие самолеты оснащены крыльчатыми вихревыми генераторами с момента их производства, но есть также поставщики послепродажного обслуживания, которые продают комплекты VG для улучшения характеристик КВП некоторых легких самолетов. Поставщики послепродажного обслуживания заявляют (i) что VG снижают скорость сваливания и скорость взлета и посадки, и (ii) что VG повышают эффективность элеронов, рулей высоты и рулей направления, тем самым улучшая управляемость и безопасность на низких скоростях. Для самодельных и экспериментальных китпланов VG дешевы, рентабельны и могут быть быстро установлены; но для сертифицированных авиационных установок затраты на сертификацию могут быть высокими, что делает модификацию относительно дорогостоящим процессом.

Владельцы устанавливают VG на вторичном рынке в первую очередь для получения преимуществ на низких скоростях, но недостатком является то, что такие VG могут немного снизить крейсерскую скорость. В ходе испытаний, проведенных на Cessna 182 и Piper PA-28-235 Cherokee , независимые обозреватели зафиксировали потерю крейсерской скорости от 1,5 до 2,0 узлов (от 2,8 до 3,7 км / ч). Однако эти потери относительно невелики, так как крыло самолета на высокой скорости имеет небольшой угол атаки, что снижает сопротивление VG до минимума.

Владельцы сообщают, что на земле может быть труднее очистить снег и лед с поверхностей крыла с помощью VG, чем с гладкого крыла, но VG, как правило, не склонны к обледенению в полете, поскольку они находятся в пограничном слое воздушного потока. У VG могут быть острые края, которые могут порвать ткань обшивки планера, и поэтому могут потребоваться специальные покрытия.

Читайте также:  Форд торнео кастом ремень генератора

Для двухмоторных самолетов производители заявляют, что VG снижают скорость управления одним двигателем ( Vmca ), увеличивают нулевой расход топлива и полную массу, повышают эффективность элеронов и руля направления, обеспечивают более плавный полет в условиях турбулентности и делают самолет более устойчивой инструментальной платформой. .

Увеличение максимальной взлетной массы

Некоторые комплекты VG, доступные для легких двухмоторных самолетов, могут позволить увеличить максимальный взлетный вес . Максимальный взлетный вес двухмоторного самолета определяется конструктивными требованиями и требованиями к характеристикам набора высоты для одного двигателя (которые ниже для более низкой скорости сваливания). Для многих легких двухмоторных самолетов требования к характеристикам набора высоты с одним двигателем определяют меньшую максимальную массу, а не конструктивные требования. Следовательно, все, что можно сделать для улучшения характеристик набора высоты при неработающем одном двигателе, приведет к увеличению максимальной взлетной массы.

В США с 1945 по 1991 год требование набора высоты с одним неработающим двигателем для многомоторных самолетов с максимальной взлетной массой 6000 фунтов (2700 кг) или меньше было следующим:

Все многомоторные самолеты, имеющие скорость сваливания более 70 миль в час, должны иметь постоянную скорость набора высоты не менее футов в минуту на высоте 5000 футов при неработающем критическом двигателе, а остальные двигатели работают не более чем на максимальной скорости. постоянная мощность, неработающий гребной винт в положении минимального сопротивления, шасси убрано, закрылки в наиболее выгодном положении… V s 0 <\ displaystyle V_ > 0,02 ( V s 0 ) 2 <\ Displaystyle 0,02 (V_ ) ^ <2>>

где — скорость сваливания в посадочной конфигурации в милях в час. V s 0 <\ displaystyle V_ >

Установка вихревых генераторов обычно может привести к небольшому снижению скорости сваливания самолета и, следовательно, к снижению требуемых характеристик набора высоты при неработающем одном двигателе. Снижение требований к характеристикам набора высоты позволяет увеличить максимальный взлетный вес, по крайней мере, до максимального веса, разрешенного конструктивными требованиями. Увеличение максимального веса, разрешенного конструктивными требованиями, обычно может быть достигнуто путем указания максимального веса с нулевым топливом или, если максимальный вес с нулевым топливом уже указан в качестве одного из ограничений самолета, путем определения нового более высокого максимального веса с нулевым топливом. По этим причинам комплекты вихревых генераторов для многих легких двухмоторных самолетов сопровождаются уменьшением максимального веса без топлива и увеличением максимального взлетного веса.

Требование к скорости набора высоты при неработающем одном двигателе не распространяется на однодвигательные самолеты, поэтому увеличение максимальной взлетной массы (на основе скорости сваливания или конструктивных соображений) менее значимо по сравнению с аналогичными показателями для близнецов 1945–1991 гг.

После 1991 года требования сертификации летной годности в США определяют требование набора высоты с одним неработающим двигателем как градиент, не зависящий от скорости сваливания, поэтому у генераторов вихрей меньше возможностей увеличить максимальную взлетную массу многомоторных самолетов, сертификационная основа которых FAR 23 с поправкой 23-42 или более поздней версии.

Максимальный посадочный вес

Поскольку посадочная масса большинства легких самолетов определяется конструктивными особенностями, а не скоростью сваливания, большинство комплектов VG увеличивают только взлетную массу, а не посадочную. Любое увеличение посадочной массы потребует либо структурных изменений, либо повторных испытаний самолета при более высокой посадочной массе, чтобы продемонстрировать, что требования сертификации по-прежнему выполняются. Однако после продолжительного полета могло быть израсходовано достаточное количество топлива, в результате чего самолет вернулся ниже разрешенной максимальной посадочной массы.

Снижение шума самолета

Вихревые генераторы используются на нижней стороне крыла самолетов семейства Airbus A320 для снижения шума, создаваемого воздушным потоком через круглые отверстия для выравнивания давления в топливных баках. Lufthansa утверждает, что таким образом можно добиться снижения уровня шума до 2 дБ.

Источник

Adblock
detector