Vėjo turbinos rotorius "Tulpė"

(Saulius Pakalnis, PhD, 2008.05.15)

Wind turbine rotor "Tulip" Here I present modern design vertical axis wind turbine rotor. The rotor external blades are slightly helical, so rotor spins in wind from all sides, even top, except from the bottom. The rotor has huge surface of interaction, as external blades consist from three sails, which efficiency is historically tested by sailors. It is efficient even if wind speed is 3 meters per second or less, when most conventional wind turbines stand by. Good new is that original US patent "Wind Turbine Rotor" Nm 4359311 is dated 1982 year, so you do not need any licence to manufacture the Tulip rotor. Originally it was designed just as cylinder, so I modified it to be like Tulip. There are two modifications of the rotor. First one is simplified: all blades are made by bending flat plastic sheets. Actually, it is three blade Savonius rotor. Second modification additionally has external blades of airfoil profile (as Darrieus rotor). Thus I have got a hybrid of both: Savonius and Darrieus wind rotors. I denominated it briefly - Tulip rotor. Video: 1)Tulip rotor - Savonius Darrieus rotors hybrid 2)Multi blade Darrieus wind rotor 3)Micro wind turbine with "'Tulip'' rotor   Čia pristatau modernaus dizaino tulpės žiedo formos vertikalios ašies vėjo jegainės rotoriaus modelį. Rotorius yra truputį "perkreiptas", t.y spirališkas, ko nėra originaliame patente. Todėl "Tulpė" sukasi, esant bet kokios krypties vėjui iš šonų ir net viršaus. Jo ypatybė tokia: jis turi didelį sąveikos paviršių (pagrindines mentes sudaro trys lanksčios trikampės burės, kurių efektyvumą istoriškai patikrino jūreiviai) ir, todėl, didelį jėgos momentą. Rotorius yra efektyvus net kai vėjo greitis yra 3 m/s ir mažiau, kai tradicines horizontalios ašies vėjo jėgainės stovi (jų darbinis intervalas: 3.5-19 m/s ). O Lietuvoje, ne pajūryje, vidutinis vėjo greitis yra būtent apie 3 m/s. Be to gerai, kad originalus US patentas "Wind Turbine Rotor" Nr 4359311, pagal kurį pagaminta "Tulpė", yra 1982 metų, taigi jokių licenzijų nebereikia. Manau, kad rotorius vertas jūsų dėmesio, tik originaliame patente jo dizainas (patente - tai paprastas cilindras) ne koks. Na, o tulpės žiedo forma - visai kitas reikalas. "Tulpe" galima papuošti savo sodybos tvorą ar net įmonės ofiso fasadą. Rotoriuje nėra viena kitos atžvilgiu judančių dalių, taigi jis - ilgaamžis. Jį gaminti galima iš lakštinio plastiko ar nerūdijančio plieno plokštės. Arba popieriaus - demonstracijai ir pardavinėti Kaziuko mugės metu. Vienu žodžiu - tai pigus projektas. Tokia ateities ūkininko vizija: įsivaizduokite lauką, kur apačioje auga rapsai, o virš jų tolygiai išdėstytos stovi 10 metrų aukščio besisukančios tulpės - vėjo jėgainės, gaminančios elektrą. Tokiu būdu tame pačiame žemės plote gali būti išgaunama ir vėjo, ir saulės energija.

"Tulpės" formos vėjo jėgainės rotorius, pagamintas iš plastiko. Sukurta Lietuvoje. Gerai matomos tiek trys išorinės-pagrindinės, tiek trys vidinės-pagalbinės mentės.

Mano pirmoji ekologiškai švari vėjo energija, išgauta balkone su keturiu menčių vertikalios ašies "Tulpės" tipo rotoriumi. Žingsninis variklis (stepper motor) dirba kaip elektros generatorius. Šia mažo galingumo jėgaine, pavyzdžiui, galima pakrauti mobilų telefoną, arba papuošti savo namą.

Turbina gyvai - šiame VIDEO (8 MB).

Internete yra sprendimų, kaip pasigaminti elektros generatorių, tačiau ne visi jie tinka. Kadangi rotorius "Tulpė" sukasi gana lėtai, o generatorius yra tiesiogiai kabinamas žemiau rotoriaus, tai netinka elektros generatoriai, skirti didelėms apsukoms. Reikėtų orientuotis į apie 120 apsukų per minutę sukimosi greitį. Todėl gaminti reikia daugiapolį elektros generatorių, ne mažiau 30-40 polių. O tai nėra labai paprasta. Tačiau kam gaminti, jei galima nusipirkti. Pvz. čia: http://www.alxion.com/e_index.html
Pats bokštas turbinai galėtų būti toks: http://www.fairwind.be/index/en/

"Tulpės" tipo rotoriaus technologija labai paprasta. Žemiau - instrucija, kaip pasidaryti bandomąjį modelį be generatoriaus, pažaidimui.

Nusiperkame reikiamo storio plastiką ir iškerpame šabloną pagal žemiau pateiktą paveikslėlį.

Pagrindinės mentės iškarpa. Reikia pasigaminti tris mentes. Skaidrus CD padetas ant šablono tam, kad būtų lengviau išlaikyti proporcijas, kopijuojant ar spausdinant šį paveikslėlį.

Viršutinis ir apatinis diskai. Diametrai atitinka šablono diskų matmenis. Viršutinis su guoliu, o apatiniam - guolis nebūtinas. Tinka bet koks vamzdelis, kurio vidinis diametras didesnis už stiebo diametrą. Diskai yra iš tekstolito. Guolis ir vamzdelis priklijuoti epoksidine derva.

Menčių išdėstymas. Kampai - 120 laipsnių.

Užlenkiant aukštyn mentes, jos savaime išlinksta būtent taip, kaip sumanyta. Pridedame stiebą (tai meškerės laikiklis), keletas varžtų ir dalinai surinkta "Tulpė" prieš jus. Beje, veikiantis modelis. Jei gaminate žaislą, galima šiame etape ir baigti. Rekomenduoju darbų ir technologijų mokytojams. Tai paprasta technologija net mokiniams.

Pastaba: nors turbina pati sau yra beveik betriukšmė, tačiau šioje konstrukcijoje, kai apatinis guolis pakeistas į vamzdelį, tas vamzdelis, esant vėjo gūsiams, nereguliariai daužosi į stiebą ir sukelia "genio" stuksenimą. Galima šį garsinį efektą panaudoti kurmių vaikymui iš savo pievos, žinoma, jei tikite, kad kurmiai apskritai bijo požeminių garso vibracijų.

Mano minėtame patente papildomai nurodomos vidinės-pagalbinės mentės, kurios nukreipia oro srautą į pagrindines mentes. Šablonas žemiau.

Reikia pasigaminti tris mentes. Skaidrus CD padetas ant šablono tam, kad būtų lengviau išlaikyti proporcijas, kopijuojant ar spausdinant šį paveikslėlį. Sujungiame mentes į vieną visumą. Aš naudojau kniedes, nes plastiko klijavimas yra keblus reikalas. Gaunasi tokia "piestelė".

Atkreipkite dėmesį į tai, kad "piestelę" reikia orientuoti ant apatinio disko taip, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau.

Menčių išdėstymo schema. Jeigu išorinėms mentėms papildomai suteiktumėte sparno profilį (rekomenduočiau gaminantiems rimtą vėjo jėgainę), gautumėte trijų menčių Savonius ir Darrieus rotorių schemų hibridą - Tulpės rotorių. Sparno profilis silpnai veikia, esant silpnam vėjui (iki 4m/s), tačiau tampa efektyvus ir suteikia papildoma sukimo momentą, kai vėjo srauto greitis išauga (panašiai kaip lėktuvo sparnas). Tačiau sparno profilio formavimas - gana sudėtinga technologija. Pastaba: kontroliuokite piesteles aukštį. Jeigu, auseles užlenksite nepakankamai arti prie mentės bazės, piestelė bus per aukšta, o visa tulpė - "pertempta". Tačiau nusiminti neverta - iš trečio karto paprastai viskas gaunasi.

Viska teisingai orientavę, suveržę ar sukniediję, rezultate turėtumete pasigaminti tokį tulpės rotorių, kuris patiks jūsų žmonai ar mamai. Beveik amžinas daiktas, jei nepamiršite apsaugoti guolį nuo lietaus.

Na, o jeigu jūs turite kūrybišką sielą ir harmonijai galite skirti daugiau laiko, negu pinigams, jums būtinai gausis kas nors panašaus į šią tulpę su besisukančiu žiedu.

P.S. Skaidrų plastiko lakštą (0.8 mm storio) ir spalvotas plėveles pirkau parduotuvėje Heliopolis, Žalgirio g., Vilniuje. Guolius išlupau iš pigios riedlentės, kurių prikrauta Maximoje. Stiebą nusipirkau žvejo reikmenų parduotuvėje. Klijai "Senukuose", tekstolitas - elektroninių detalių parduotuvėje Šeškinėje, Vilniuje. Sėkmės ir atminkite, kad geriausi dalykai šioje Žemėje, kaip Vėjas ir Saulė, nekainuoja nieko.