Вода й вітер: два в одному
Винахідник-самоук із Дніпропетровська Вадим Веремко сконструював принципово нову модель вітроводяної установки, за допомогою якої можна виробляти дешеву електричну енергію в локальних масштабах.
— Вадиме, яка передісторія цього винаходу?
— Вітер і вода — одні з найпотужніших енергетичних джерел, які здавна використовує людина. Найважливішою характеристикою, яка визначає їхню енергетичну цінність, є швидкість. І повітряний, і водний потоки мають запас кінетичної енергії, який певний робочий пристрій перетворює на механічну.
Якщо говорити про вітер, то залежно від призначення вітроустановок механічна енергія за допомогою виконавчих механізмів (генератора, компресора) може бути перетворена на електричну або теплову. Але оскільки густина повітря дуже мала (у 800 разів менше, ніж у води), то для одержання порівняно великих потужностей доводиться застосовувати вітродвигуни зі значною поверхнею вітроколеса. Однак через постійні зміни швидкості вітру потужність, яка розвивається двигуном, змінюється в дуже великих межах: від нуля під час штилю до величини, у десятки разів більшої від установленої потужності за певної розрахункової швидкості вітру. Для одержання крутного моменту на осі лопаті повинні повертатися до потоку таким чином, щоб прийняти на себе якомога більший тиск. У відомих конструкціях вони закріплювались на осі за допомогою шарнірів і на активній ділянці фіксувалися в потрібному положенні спеціальними пристроями — упорами. Аналогічним чином здатні працювати й двигуни, які можна застосовувати у водному середовищі. Цю ідею й покладено в основу створення моєї комбінованої енергетичної установки.
— У чому ж головна особливість вашого ноу-хау?
— У вересні 2009 року я здобув патент України на карусельний лопатевий гідродвигун, який може ефективно використовувати як енергію вітру, так і потенціал поточної води. У цьому його головна перевага. Під час патентування винаходу фахівці Державного реєстру патентів України з’ясували, що такий пристрій ще ніхто не реалізував на практиці. Щось подібне, наскільки мені відомо, намагалися зробити американські розробники, але лопаті їхнього агрегату не витримували навантажень і ламалися. Я ж представив принцип його роботи в дещо іншому аспекті. Вивчив величезну кількість літератури з цієї теми, зробив попередні замальовки, креслення й віддав наробітки майстрам, які виготовили придуманий мною пристрій.
Конструкція мого гідровітродвигуна досить проста. Механізм карусельного типу приводиться в рух будь-яким потоком — водяним або повітряним. І якщо класичному вітряному двигуну потрібний потужний потік повітря, то цей пристрій працює за вітру будь-якої сили. Звичайно ж, головна новація в тому, що цей механізм має можливість із високою ефективністю використовувати й проточну воду. Якщо ККД наявних вітряних або гідродвигунів сьогодні становить близько 30%, то в моєму винаході він не нижче 70. За рахунок чого це досягається? У робочому положенні, перпендикулярному обертанню несучого барабана, перебувають лише кілька лопатей, на які припадає тиск потоку води або повітря. Лопаті, площа яких зазнає тиску навколишнього середовища, перебувають у флюгерному стані. Спеціальний механізм по черзі орієнтує лопаті на цей потік, а потім розвертає їх у вихідне положення, мінімізуючи втрати потужності. Крім того, потужність двигуна значно підвищує широка площина самих лопатей, яку можна збільшувати без зміни інших конструктивних елементів двигуна. Виготовлена модель має розмах лопатей 70 см і здатна запалити лампочку 200 ватів. Але якщо зробити конструкцію з розмахом лопатей приблизно в 5 метрів, то виробленої енергії вистачить для освітлення та опалення житлового будинку середніх розмірів.
— Ваш пристрій пройшов випробування? Як він зарекомендував себе під час роботи в різному середовищі?
— Випробування проводилися протягом півтора року в помірно континентальній кліматичній зоні України й протягом півроку — у водному середовищі ріки із швидкою течією. Отримані дані підтвердили розрахункову потужність двигуна, високу надійність, добру захищеність від руйнівного впливу навколишнього середовища. Причому рівень шуму у разі його використання як «вітряка» не перевищив 30 децибелів.
— Де й у яких масштабах може застосовуватися гідровітродвигун?
— Вітроводяна установка працює в будь-яких умовах, де є вітер або вода, і може встановлюватися поблизу житлових будинків і промислових об’єктів. Залежно від потреб установка може бути більших або менших розмірів. На жаль, без допомоги серйозних виробників я не можу виготовити двигун промислового масштабу. Моїм завданням було показати й запатентувати новий принцип його роботи. Випуск такої продукції можна налагодити на будь-якому машинобудівному виробництві з використанням стандартних матеріалів і деталей. У цьому випадку дешевою енергією можна забезпечити заводи, житлові мікрорайони, сільські фермерські й приватні господарства.
Як це працює?
У механічній частині гідровітродвигуна використовується кінематична пара вищого порядку, призначена для з’єднання безперервного обертового руху з переривчастим рухом діючих елементів із меншим колом обертання. Лопатева карусель обертається за годинниковою стрілкою або ж проти неї, що визначається специфічними конструктивними елементами пристрою.
Довідка «УТГ»
Як відомо, двигун працює завдяки наявності різниці сил лобового тиску, утворених відносно осі обертання. При цьому найбільшу потужність він розвиває тоді, коли робоча площина, яка, у нашому випадку, сприймає тиск вітру, рухається за повітряним потоком зі швидкістю, рівною приблизно 1/3 швидкості вітру. Більшість вітродвигунів має досить просту конструкцію, проте вони не дістали поширення через свою тихохідність, громіздкість, мале значення коефіцієнта використання енергії вітру, а також через труднощі, які виникають у разі необхідності обладнання їх системами автоматичного регулювання потужності та частоти обертання. В останні роки в декількох зарубіжних країнах (США, Канаді, Аргентині, Великій Британії) увагу знову привернули вітродвигуни з вертикальною віссю обертання, запропоновані ще в 30-х роках ХХ століття французьким винахідником Дар’є. Вітроприймальний пристрій — ротор — складається із двох-чотирьох зігнутих лопатей, які утворюють просторову конструкцію й мають у поперечному перерізі аеродинамічний профіль. Крім того, на відміну від двигунів з горизонтальною віссю система Дар’є не потребує механізму орієнтації за напрямком вітрового потоку.
Більш досконалі конструкції — так звані крилчасті вітродвигуни з горизонтальною віссю обертання вітроколеса, робочий момент на якому створюється за рахунок аеродинамічних сил, які виникають на лопатях. У сучасних агрегатах застосовують лопаті, які мають спеціальний аеродинамічний профіль. Такі вітродвигуни більш швидкохідні, мають меншу відносну масу, оснащені пристроями, які автоматично регулюють потужність, що розвивається, і обмежують частоту обертання та орієнтують вісь вітроколеса за напрямком вектора швидкості потоку. Коефіцієнт використання енергії вітру в них приблизно втричі вище, ніж у інших типів двигунів. Такі пристрої звичайно роблять невеликими партіями, та є чимало майстрів, які виготовляють їх самотужки.
