Lee Teschler
Machine Design
Разработчики ветрогенераторов часто со скептицизмом относятся к идее ветряных турбин, способных эффективно работать при низких скоростях ветра. Датская компания Archimedes пошла своим путем, использовав конструкцию, более похожую на водяное колесо, нежели на традиционную ветряную турбину.
Многие разработчики ветряных турбин коммунального масштаба, то есть, работающих в условиях городской застройки, не верят в возможность эффективного получения энергии при малой скорости ветра, или в районах, где потоки ветра непостоянны. В своей аргументации они опираются на закон Беца, определяющий максимальное количество энергии, которую можно получить от ветрогенератора. Закон основан на принципах сохранения масс и момента импульса воздушного потока, проходящего через абстрактный идеальный цилиндр, извлекающий энергию из потока ветра. Здесь подразумевается, и это важно подчеркнуть, что речь идет о турбинах, роторы которых имеют аэродинамические лопасти. Закон Беца гласит, что никакая турбина не может преобразовать более 59.3% кинетической энергии ветра. На практике городские турбины обычно достигают 75% … 80% предела Беца. Таким образом, при низкой скорости ветра для работы генератора просто не хватает энергии.
 |
| Городская турбина Liam F1 компании Archimedes. |
Один из способов, позволяющих обойти эту проблему малых скоростей, заключается в том, чтобы отказаться от использования аэродинамических лопастей и использовать что-то, больше напоминающее водяное колесо, чем классическую ветряную турбину. Этот подход лег в основу городской турбины, разработанной датской фирмой Archimedes, и названной Liam F1. Лопасти турбины имеют форму винта Архимеда. Примечательно, что винты Архимеда часто используются в конструкциях гидросистем с низким напором. При этом они имеют кривую эффективности, плоскую в широком диапазоне скоростей потока.
Мэринус Миремет (Marinus Mieremet), соучредитель Archimedes, говорит об этом так: «Вообще говоря, между фронтальной и тыльной сторонами лопастей ротора ветряной турбины существует разница давлений. Однако в случае с Liam F1 это не так. Разница давлений создается пространственной фигурой спиральной лопасти. Это намного улучшает характеристики турбины, ротор которой начинает вращаться даже тогда, когда ветер дует на него под углом 60 градусов. Нам не потребовалось дорогие программы, поскольку из-за конической формы турбина автоматически разворачивает себя в оптимальном направлении относительно ветра. Точно так же, как флюгер. И, поскольку турбина оказывает минимальное сопротивление, она практически бесшумна». Миремет добавил также, что ее эффективность равна примерно 80%.
 |
| Турбина, сконструированная компанией Wind Sail Receptor. |
Вращение турбины начинается при скорости ветра порядка 4.5 миль в час. Ее максимальная выходная мощность достигает 1.5 кВт, когда ветер дует со скоростью чуть большей 11 миль в час. Компания сообщает, что ее разработка адресована частным домовладельцам.
Archimedes – не первый разработчик ветряных турбин, пошедший по пути использования принципа водяного колеса. Компания Wind Sail Receptor из Невады конструирует похожие на детские вертушки турбины, физика работы которых гораздо ближе к гидро-, чем к аэродинамике.
