Двух роторный ветрогенератор.

В статье Инновационные российские ветроэнергетические установки описана уникальная разработка компании «Инновационные системы» (г.Воронеж).

Каждый из двух роторов имеет рабочее колесо с 4-5 лопастями. Двух роторная компоновка позволила увеличить производительность по выработке электроэнергии в 2-2,5 раза в сравнении с известными 3-х лопастными турбинами. Весьма важно, что в ИнС-В-1000 удалось избавиться от вредного для человека, животных и растений инфразвука.

Все достоинства данной конструкции описанные в статье полная чушь.

Во первых высоко оборотистые винты действительно являются источником низкочастотного шума, но низкий уровень или отсутствие шума у данной конструкции говорит только о небольшой скорости вращения винтов. Многолопастные винты действительно имеют меньшую скорость вращения и соответственно более низкий КИЭВ чем трех лопастные.

Во вторых второй винт будет влиять на работу первого, тем что тоже подпирает поток воздуха и тем самым ухудшает работу первого винта.

В третьих винты описанной конструкции синхронизированы редуктором, и значит крутящий момент будет усредненной величиной работы двух винтов. В данном случаи можно предположить что, двух роторная компоновка в 2-2,5 раза хуже в сравнении с известными 3-х лопастными турбинами, а не на оборот.

Можно продолжать перечисление абсурдных утверждений приведенных в данной статье, но это не интересно и поэтому не охота тратить на это время.

Однако сама идея очень привлекательна, второй винт работает в тени первого и добавляет какой то процент к общей мощности. Но чтобы добиться такой прибавки необходимо решить ряд задач.

Во первых необходимо устранить подпор потока вторым винтом, пагубно влияющий на работу первого. Для решения этой задачи необходимо максимально развести винты и использовать пару однолопастных винтов, как показано на следующем рисунке.

1 Лопасть

2 Ротор

3 Статор

4 Понижающий редуктор

5 Флюгер

6 Мачта

Почему именно однолопастной винт, рассмотрим пример, имеем десяти лопастной винт. Заклиним винт, не дадим ему крутиться. Он будет создавать потоку не значительное препятствие. Отпустим его, вращающийся винт создает потоку уже большее препятствие и чем быстрее винт вращается тем больше он подпирает поток. Наш десяти лопастной винт вращается с определенной скоростью и создает подпор какой то величины, чтобы трех лопастному винту создать подпор такой же величины ему надо крутиться в несколько раз быстрее. Ну и само собой одно лопастной винт должен вращаться быстрее всех чтобы создать подпор такой же величины, получается что однолопастные винты самые скоростные и имеют КИЭВ самый близкий к идеалу. Чтобы создать серьезный подпор потоку однолопастной винт должен крутиться очень быстро. Работая в тени первого винта, второй винт не сможет набрать такой скорости что бы сильно влиять на работу первого.

Во вторых винты не должны быть связаны между собой ни каким редуктором, синхронизатором и должны иметь возможность вращаться не зависимо друг от друга.

В третьих необходимо применение генератора со встречно вращающимися ротором и статором.

В четвертых так как первый винт забирает у потока максимально возможное количество энергии, второму винту достается уже выжатый турбулентный поток. Крутящий момент второго винта на много меньше и есть вероятность что обе лопасти будут вращаться в одну сторону. Что бы исключить такой вариант необходимо чтобы второй винт вращал статор по средством понижающего редуктора с коэффициентом например 3/1.

Если рассматривать этот тандем как один двухлопастной винт, то его КИЭВ выше чем у трехлопастного, а следовательно у этой конструкции есть шанс показать большую эффективность чем у классического трехлопастного винта.

Справедливости ради стоит сказать что одно и двух лопастные винты имеют серьезный недостаток. В момент когда лопасть становиться параллельно опорной мачте проявляется момент излома. То есть если в момент когда лопасть параллельна опорной мачте ветрогенератор будет поворачиваться, из за бокового порыва ветра или по любой другой причине, то ветрогенератор легко повернется на какой то угол а вот лопасть подчиняясь закону сохранения импульса продолжит движение в плоскости в которой вращалась до этого. Это приводит к отламыванию лопастей. Для не больших ветрогенераторов худо бедно удается решить эту задачу, но там где лопасти имеют большой вес и размер эта проблема не разрешима.

Одно и двух лопастные винты за один оборот дважды становятся в момент излома, то есть вероятность поломать лопасти существует постоянно.

В рассмотренном тандеме однолопастных винтов, винты вращаются независимо с разной скоростью и вероятность того что оба винта станут параллельно мачте ничтожно мала. Кроме того винты вращаются навстречу друг другу а это уменьшает время параллельного расположения винтов и мачты, меньше время меньше угол возможного поворота ветрогенератора, меньше угол меньше усилие на излом. Кроме того винты сильно разнесены друг от друга и при повороте движутся не вкруг точки крепления лопастей а по дуге что в свою очередь тоже минимизирует разрушение лопасти.

То есть соединив два однолопастных винта в тандем нам удалось избавить конструкцию от серьезного недостатка присущего однолопастным винтам и получить ветрогенератор с более высоким КИЭВ чем у классических трех лопастных винтов.

Также можно решить проблему излома однолопастных винтов, применив противовес, как показано на рисунке. Применив двойной противовес, мы получим распределение массы как у стандартного тех лопастного винта.