Вода и ветер: два в одном
Изобретатель-самоучка из Днепропетровска Вадим Веремко сконструировал принципиально новую модель ветроводяной установки, которую можно использовать для получения дешевой электрической энергии в локальных масштабах.
— Вадим, какова предыстория этого изобретения?
— Ветер и вода — одни из наиболее мощных энергетических источников, которые издавна использует человек. Важнейшей характеристикой, определяющей их энергетическую ценность, является скорость. И воздушный, и водный потоки обладают запасом кинетической энергии, которую какое-либо рабочее устройство преобразует в механическую.
Если говорить о ветре, то в зависимости от назначения ветроустановки механическая энергия с помощью исполнительных механизмов (генератора, компрессора) может быть преобразована в электрическую или тепловую. Но так как плотность воздуха очень мала (в 800 раз меньше, чем у воды), то для получения относительно больших мощностей приходится применять ветродвигатели со значительной поверхностью ветроколеса. Однако постоянные изменения скорости ветра приводят к тому, что мощность, развиваемая двигателем, изменяется в очень больших пределах: от нуля во время штиля до величины, в десятки раз превосходящей установленную мощность при определенной расчетной скорости ветра. Для получения вращающего момента на оси лопасти должны поворачиваться к потоку таким образом, чтобы принять на себя как можно большее давление. В известных конструкциях они укреплялись на оси с помощью шарниров и на активном участке фиксировались в нужном положении специальными устройствами — упорами. Аналогичным образом способны работать и двигатели, которые можно применять в водной среде. Эта идея и легла в основу создания моей комбинированной энергетической установки.
— В чем же главная изюминка вашего ноу-хау?
— В сентябре 2009 года я получил патент Украины на карусельный лопастной гидроветродвигатель, который может эффективно использовать как энергию ветра, так и потенциал текущей воды. В этом его главное преимущество. В ходе патентования изобретения специалисты Государственного реестра патентов Украины выяснили, что такое устройство еще никто не реализовал на практике. Нечто подобное, насколько мне известно, пытались сделать американские разработчики, но лопатки их агрегата не выдерживали нагрузок и ломались. Я же представил принцип его работы немного в другом аспекте. Изучил огромное количество литературы по этой теме, сделал предварительные зарисовки, чертежи и отдал наработки мастерам, которые изготовили придуманное мной устройство.
Конструкция моего гидроветродвигателя весьма проста. Механизм карусельного типа приводится в движение любым потоком — водяным или воздушным. И если классическому ветряному двигателю нужен мощный поток воздуха, то это устройство работает при ветре любой силы. Конечно же, главная новация в том, что данный механизм имеет возможность с высокой эффективностью использовать и проточную воду. Если КПД существующих ветряных или гидродвигателей сегодня составляет около 30%, то в моем изобретении он не ниже 70. За счет чего это достигается? В рабочем положении, перпендикулярном вращению несущего барабана, находятся лишь несколько лопастей, на которые приходится давление потока воды или воздуха. Лопатки, площадь которых не находится под давлением окружающей среды, пребывают во флюгерном состоянии. Специальный механизм поочередно ориентирует лопасти на этот поток, а потом разворачивает их в исходное положение, сводя потери мощности к минимуму. Кроме того, мощность двигателя значительно повышает широкая плоскость самих лопастей, которую можно увеличивать без изменения других конструктивных элементов двигателя. Изготовленная модель имеет размах лопастей 70 см и способна зажечь 200-ваттную лампочку. Но если сделать конструкцию с размахом лопастей примерно в 5 метров, то вырабатываемой энергии будет достаточно для освещения и отопления жилого здания средних размеров.
— Ваше детище прошло испытания? Как оно зарекомендовало себя при работе в разных средах?
— Испытания проводились на протяжении полутора лет в умеренно континентальной климатической зоне Украины и в течение полугода — в водной среде быстротекущей реки. Полученные данные подтвердили расчетную мощность двигателя, высокую надежность, хорошую защищенность от разрушительного воздействия окружающей среды. Причем уровень шума при использовании его в качестве «ветряка» не превысил 30 децибел.
— Где и в каких масштабах может найти применение гидроветродвигатель?
— Ветроводяная установка работает в любых условиях, где есть ветер или бегущая вода, и может устанавливаться вблизи жилых домов и промышленных объектов. В зависимости от целей установка может быть больших или меньших размеров. К сожалению, без помощи серьезных производителей я не могу изготовить двигатель промышленного масштаба. Моей задачей было показать и запатентовать новый принцип его работы. Выпуск такой продукции можно наладить на любом машиностроительном производстве с использованием стандартных материалов и деталей. В этом случае дешевой энергией можно обеспечить заводы, жилые микрорайоны, сельские фермерские и частные хозяйства.
Как это работает?
В механической части гидроветродвигателя используется кинематическая пара высшего порядка, предназначенная для соединения беспрерывного вращательного движения с прерывистым движением действующих элементов с меньшим кругом вращения. Обращение лопаточной карусели осуществляется по часовой стрелке или же против нее, что определяется специфическими конструктивными элементами устройства.
Справка «УТГ»
Как известно, двигатель работает благодаря наличию разности сил лобового давления, образуемых относительно оси вращения. При этом наибольшую мощность он развивает в том случае, когда рабочая плоскость, воспринимающая давление ветра, движется по направлению воздушного потока со скоростью, равной примерно 1/3 скорости ветра. Большинство ветродвигателей имеет весьма простую конструкцию, но тем не менее они не получили широкого распространения из-за своей тихоходности, громоздкости, малого значения коэффициента использования энергии ветра, а также трудностей, возникающих при необходимости оборудования их системами автоматического регулирования мощности и частоты вращения. В последние годы в ряде зарубежных стран (США, Канаде, Аргентине, Великобритании) внимание вновь привлекли ветродвигатели с вертикальной осью вращения, предложенные еще в 30-х годах ХХ века французским изобретателем Дарье. Ветроприемное устройство — ротор — состоит из двух-четырех изогнутых лопастей, образующих пространственную конструкцию и имеющих в поперечном сечении аэродинамический профиль. Кроме того, в отличие от двигателей с горизонтальной осью, система Дарье не нуждается в механизме ориентации по направлению ветрового потока.
Более совершенные конструкции — так называемые крыльчатые ветродвигатели с горизонтальной осью вращения ветроколеса, рабочий момент на котором создается за счет аэродинамических сил, возникающих на лопастях. В современных агрегатах применяют лопасти, имеющие специальный аэродинамический профиль. Такие ветродвигатели более быстроходны, имеют меньшую относительную массу, снабжены устройствами, автоматически регулирующими развиваемую мощность, ограничивающими частоту вращения и ориентирующими ось ветроколеса по направлению вектора скорости потока. Коэффициент использования энергии ветра у них примерно в 3 раза выше, чем у других типов двигателей. Такие устройства обычно производят небольшими партиями, но есть немало мастеров, которые изготовляют их самостоятельно.
