2011. október 28., péntek

Tölteléknek

Pillanatnyilag államvizsgára készülök, ezért aztán nincs kedvem/energiám/időm újabb bejegyzésre a szélkerék építéssel kapcsolatban. Addig is, amíg folytatom a munkát, itt van néhány érdekes kép szélturbina lapátokról, belső felépítésükről, avagy: hogyan csinálják ezt a nagyok! :-)


2011. október 7., péntek

Hogyan működik a H-rotor?

Amíg sikerül összeszednem gondolatban, hogy miként is kezdődött a saját szélkerekem építése - ahogy az első bejegyzésben írtam, kb. egy éve kezdtem hozzá, szóval nem tegnap volt :-) -, addig is tekintsük meg, hogy mitől  forog egy függőleges tengelyű, H-rotor! Akinek ez triviális, az lapozzon.:-)
Először is lássunk egy ábrát, a működés megértéséhez, mert amit le lehet rajzolni, azt nem lehet elmondani :-)

Az ábrát a netről szedtem le, majd ha kicsit töb időm lesz rá, talán megrajzolom saját magam és ellátom magyar felirattal, addig viszont ez is megteszi. Tisztázzuk a fogalmakat:
U' - a szélsebesség
wR- a lapát kerületi sebessége
UR- a szélsebesség és kerületi sebesség eredője
"alfa" - a megfúvási szög (állásszög)
Lift force - felhajtóerő
Drag force - ellenállás erő

Dimenziókat szándékosan nem tűntettem fel, a működési elvhez nem szükségesek.

Az ábrán a szélkerék lapát négy különböző "nevezetes" pillanatban látható, már forgás közben, tehát van kerületi sebessége (az álló helyzetet majd később, egy másik bejegyzésben vizsgáljuk, olyankor csak a szélsebesség van jelen).
Nézzük először a 12 óránál látható pillanatban, hogy mi történik! A sebesség vektorok eredője egyszerűen adódik, "alfa" szög alatt történik a lapát megfúvása. A felhajtóerőről annyit elég most dióhéjban tudni, hogy iránya merőleges a megfúvási irányra. A légellenállás pedig párhuzamos a megfúvással. Ez látszik is az ábrán. A felhajtóerő felbontható két erőre, az egyik sugárirányú, a másik érintő irányú. Az érintő irányú erőkomponens készteti forgásra a szélkereket.
A 9 óránál látható pillanatban a szélkerék lapátot a szélsebesség a kilépőél felől éri, és a kerületi sebességkomponenssel vett eredőjét mutatja a hosszabbik fekete nyíl  (a kerületi sebességből ki kell vonni a szélsebességet). Látszik, hogy ebben a pillanatban a lapáton ellenállás erő ébred, felhajtóerő nem keletkezik. Ez azért van, mert a kerületi sebesség komponens párhuzamos a szélsebességgel.
6 óra irányában a helyzet ugyanaz, mint ami 12 óránál volt, annyi különbséggel, hogy a felhajtóerő iránya kifelé mutat.

És itt néhány mondat erejéig meg kell állnunk, mert ez egy sarkalatos pontja ennek a szélkerék tipusnak. Egy teljes körülfordulás alatt ugyanis a lapátot terhelő felhajtóerő előjelet vált, vagyis a lapátot ide-oda hajlítani igyekszik. Képzeljünk el egy vonalzót, amit folyamatosan ide-oda hajlítgatunk...vagy méginkább egy drótdarabot...előbb-utóbb megadja magát és eltörik, ugye?
Na ezért készítem a szélkerék lapátokat szénszálas-üvegszálas epoxi gyanta alapú kompozitból! Drága mulatság, a sima poliészter-üvegpaplan párosítás sokkal olcsóbb lenne, de egyúttal gyengébb is és a fárasztó igénybevételnek kevésbé állna ellen, ráaádásul a tömege is nagyobb. Nem véletlenül készülnek a terhelésnek kitett repülőgép alkatrészek is első osztályú szénszálas-üvegszálas-(aramid)-epoxi kompozitból. Mint például ez a gép is:
Képzeljük el ezeket a szárnyakat rossz minőségű anyagból megépítve. :-))
És akkor még nem is beszéltünk arról, hogy a felhajtóerőn kívül folyamatosan hat a lapátokra a centrifugális erő! Számításaim szerint az én szélkerekemnél a centrifugális erő lesz a domináns, minden üzemállapotban meg fogja haladni a felhajtóerőt, tehát mondhatjuk, hogy a folyamatosan "kifelé" mutató centrifugális erőre "épül" rá a váltakozó előjelű felhajtóerő.

Térjünk vissza a lapátra ható erőkre, hátra van még a 3 óra irányának taglalása. Nos, ez a 9 óránál látható állapotra hasonlít, annyi eltéréssel, hogy itt a szélsebesség és a kerületi sebesség összeadódik és a kettejük összegéből származó légellenállást kell legyőznie a lapátnak.

A nevezetes pontok közötti szakaszokon az erőkomponensek folyamatosan változnak, mind az irányuk, mind pedig nagyságuk, a szélsebesség és kerületi sebesség által meghatározott eredő sebességtől függően.

Elismerem ez a bejegyzés egy kicsit elméletire sikeredett, de annak, aki esetleg H-rotort szeretne építeni, nem árt tisztában lennie, hogy miféle erők hatnak a lapátokra. Ráadásul az sem túl szerencsés, hogy a centrifugális erő hajlítani igyekszik a lapátokat, nem pedig húzni, mint egy vizszintes tengelyű, hagyományos szélkeréknél. Hogy miért gond ez? Próbáljunk csak meg eltörni egy hurkapálcát úgy, hogy megfogjuk a két végét és egyre nagyobb erővel hajíltjuk. Könnyen megy, ugye? És most próbáljunk meg egy ugyanilyen hurkapálcát elszakítani úgy, hogy hosszirányban húzzuk. Sikerült? :-)
 Sok vitát olvastam a neten mindenfelé, hogy melyik a jobb: a függőleges tengelyű, vagy a vizszintes tengelyű szélkerék és e tekintetben mindig csak a hatásfokot próbálják összehasonlítani, a széliránytól való függetlenséget/függőséget, fordulatszámot, zajt, stb. A fellépő erők természetét nem látom sehol, hogy bárki figyelembe venné. Pedig én pont ebben látom a függőleges tengelyű szélkerék, konkrétan a H-rotor fő hátrányát, gyenge pontját a vizszintes tengelyű kialakítással szemben. Ez azonban véleményem szerint kivédhető a megfelelő méretezéssel és a felhasznált anyagok körültekintő megválasztásával.
Végezetül lássunk egy rövid kis videót "megnyugtatásként", mert bizony a vizszintes tengelyű szélturbinák is tudnak nyűgösek lenni, szóval aggodalomra semmi ok, jó lesz az a H-rotor, csak tessék építeni!:-)


2011. október 6., csütörtök

Bevezetés

Üdvözöllek a blogomon!

Az oldal címe bár rövid és tömör, szerintem elárulja, hogy miről lesz itt szó és az alatta látható idézet nagyjából azt is tükrözi, hogy milyen okból hoztam létre. Az oldal elsősorban azoknak szól, akik hajlandóak szembenézni azzal a bizonyos  "legnagyobb igazsággal" és képesek is tenni valamit ellene. Persze aki csak szimplán érdeklődik a műszaki dolgok iránt, talán az is el tud majd csemegézni itt.

De hogy konkréten miről is beszélek? Íme:
Gondolom sokan felismerik, ez egy függőleges tengelyű szélkerék, un. H-rotor. Nagyjából egy évvel ezelőtt döntöttem úgy, hogy kezdek valamit magammal az unalmas téli estéken és mivel szeretek műszaki problémákon agyalni, barkácsolni, valamennyit konyítok az "üvegszálazáshoz", szinte adta magát az ötlet, hogy építsek egy saját H-rotort! :-) Az ötletet tett követte, napról-napra újabb és újabb skiccek jelentek meg a vázlatfüzetemben, felelevenítettem az egyetemen tanultakat, aerodinamika, gépészet, kompozittechnológia, nanotechnológia, szépirodalom...ja, azért ennyire nem, túlzásokba ne essünk.:-) A lényeg, hogy igyekeztem először mindent átgondolni és csak azután vonultam ki a műhelybe, mert már az elején eldöntött tény volt, hogy itt most nem vadgesztenyéből fogok atomreaktort tákolni :-), hanem a lehetőségekhez mérten komoly, műszakilag korrekt megoldásokkal, a kritikus részeken jó minőségű anyagok felhasználásával fogok a cél felé araszolgatni. Ebből persze automatikusan következik, hogy az a bizonyos hét krajcár ide kevés lesz, tehát a projekt el is húzódhat, de nem bántam és most sem bánom. Ha már építek, akkor úgy gondolom, nem egy-két évre előre tervezek, hanem hosszabb időre, akkor tehát megéri kicsit több időt, energiát (pénzt) fektetni az ügybe.
Na, de nem ragozom tovább, a lényeg tehát, hogy itt most szélkerék építésről lesz szó, lépésről-lépésre, töviről-hegyire, méghozzá jó hosszú időn keresztül, szóval akit nem érdekel, az már nyomhatja is kis "ikszet" a jobb felső sarokban.:-)) Aki marad az viszont remélem, hogy talál majd számára is hasznos információkat, esetleg kedvet kap hozzá, hogy ő maga is építsen efféle szerkezetet.
Pesszimistábbak persze kérdezhetik, hogy "na és mi köze egy ilyen jelentéktelen kis szélkeréknek az idézetben szereplő legnagyobb igazsághoz?"
Ja, kérem, mindenki annyit tegyen, amennyi tőle telik. Tőlem jelenleg ennyire futja, pont. :-)

Bevezetésnek szerintem ennyi elég is, a következő bejegyzésem már az eddig megvalósult részletekről fog szólni, kezdve a legelejétől..