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!:-)
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése