Добрый день.
Сегодня мы коснёмся темы ветро и гидроэлектростанций, а также немного заденем рычаг за его плечо.
Поехали.
I
Ветроэлектростанции используют энергию ветра для выработки электроэнергии, крупные станции состоят из множества ветрогенераторов, объединенных в единую сеть. Станции классифицируются по различным признакам, по функциональности: мобильные, стационарные. По расположению: прибрежные, наземные, плавающие. По типу конструкции существуют две основные разновидности ветрогенераторов: роторные с вертикальной осью вращения-эти устройства менее эффективны, ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения. Они считаются наиболее эффективными и способны производить достаточно большое количество электроэнергии., имеют больший КПД. Поэтому они получили наибольшее распространение в мире.
Роторные в свою очередь подразделяются еще на несколько видов:
1. с ортогональным ротором. Его лопасти расположены по касательной к окружности вращения и имеют сечение как у крыла самолета. Способен начинать вращаться даже при относительно слабом ветре, увеличивая скорость за счет разрежения воздуха над поверхностью лопастей и уплотнения под ней.
2. с ротором Савониуса. Устройство представляет собой две изогнутые в виде половинок трубы лопасти. Поток, действующий на внутреннюю часть лопасти, отражается от ее изгиба и частично попадает в изгиб второй лопасти, усиливая ее вращение. Обратная сторона разбивает поток на равные части, одна из которых обтекает изгиб и попадает на рабочую часть, увеличивая вращающий момент, а другая уходит в сторону.
3. с ротором Дарье. Один из вариантов ортогональной конструкции. Имеет вантовый вид лопастей, концы которых присоединены к валу вращения, а центральные части, плавно изгибаясь, отходят от вала таким образом, что при взгляде со стороны лопасти образуют своими очертаниями овал или круг. Ротор имеет малую мощность, высокий уровень шума и вибраций.
4. с геликоидным ротором. генератор имеет лопасти сложной формы, закрученной вокруг вертикальной оси. Это позволяет стабилизировать скорость вращения и устранить шум, создаваемый лопастями при вращении.
5. с многолопастным ротором. Конструкция имеет несколько лопастей, что позволяет получить ровное и мощное вращение ротора при относительно слабом ветровом давлении. Обычно используется несколько узких полос на некотором расстоянии от вала вращения.
Горизонтальные ветрогенераторы имеют гораздо меньше вариантов конструкции, так как принято считать, что они устроены достаточно удачно. Размеры каждого промышленного агрегата впечатляют — они имеют более 100 м высоты и размах лопастей от 120 м.
Почему же три лопасти?
Горизонтальные устройства получают полную энергию потока, приходящуюся на площадь лопастей. Ограничение их количества — вынужденная мера, вызванная необходимостью снижать фронтальную нагрузку на мачту. При больших размерах ветрогенератора давление на крыльчатку, оборудованную большим числом лопастей, превысит допустимые пределы, и мачта попросту переломится. Поэтому на крупных промышленных турбинах устанавливают лишь по 3 лопасти.
II
Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, использующая в качестве источника энергии движение водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Принцип работы ГЭС состоит в том, что энергия напора воды с помощью гидроагрегата преобразуется в электроэнергию. В гидроагрегате вода поступает на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие гидрогенератор, вырабатывающий непосредственно электроэнергию.
Гидроагрегат— объединяет в своём составе гидротурбину и генератор вместе с их вспомогательными системами. Различают горизонтальные осевые и вертикальные гидроагрегаты. Горизонтальные осевые гидроагрегаты делятся на прямоточные и погружные.
Турбина —лопаточная машина, применяется в качестве привода электрического генератора на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях, а также мельницах. В официальных источниках известна еще со времён Герона, а это середина первого века нашей эры. По сути является тем же многолопастным ротором.
Изучив ветряные роторы и гидротурбины. Напрашивается вывод, что существует всего два типа приводов.
Первый: приводы, осуществляющие передачу движения за счет своей площади соприкосновения с окружающей средой и по сути для нас не особо интересны из-за очень маленького кпд, и необходимостью задействовать всю свою площадь для соприкосновения со средой.
Второй: приводы, осуществляющие передачу движения за счет явно выраженного рычажного механизма в своей конструкции. Они являются очень интересными сооружениями с огромным кпд, и необходимостью задействовать только свой внешний периметр.
И по своей сути все виды приводов являются пассивными, то есть ждущими, когда к ним приложат силу и сами повлиять на это не имеют возможности. А ведь было бы замечательно увидеть активные приводы не так ли?
III
Рычаг: простейший механизм, представляющий собой балку, вращающуюся вокруг точки опоры. Рычаг используется для создания большого усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече или для получения большего перемещения на длинном плече с помощью меньшего перемещения на коротком плече. Сделав плечо рычага достаточно длинным, теоретически, можно развить любое усилие. Частными случаями рычага являются два других простейших механизма: ворот и Блок. А также два чуть более сложных механизма: ременный привод и зубчатая передача. Различают рычаги 1 рода, в которых точка опоры располагается между точками приложенных сил, и рычаги 2 рода, в которых точки приложенных сил располагаются по одну сторону от опоры. Среди рычагов 2 рода выделяют рычаги 3 рода, с точкой приложения силы ближе к точке опоры, чем нагрузки, что даёт выигрыш в скорости и пути.
Так вот, второй тип приводов преобразует очень малую приложенную силу в огромную выходящую силу, но с потерей расстояния. И учёные приравнивая второй тип к первому сообщают о малом кпд устройства. Но разве это так? … Ну да там же потерялось в скорости или расстоянии и из общих формул следует что кпд равен 0%. Все проникающий закон сохранения энергии никуда не делся. Тогда вопрос: как вообще привод мог передать мощность? … А, может всё не так однозначно. Всем известно, что в гидро-ветро-энергетике применяются мало оборотистые многополюсные генераторы на 50-200 оборотов в минуту. И значит выходная скорость привода не столь важна, более важно во сколько раз возможно превысить силу на выходе относительно входа. На простом рычаге в 1 метр отданная сила может превосходить приложенную в десять и более раз, что уж говорить о группе рычагов или большем диаметре.
Официально утверждается что рычаг не даёт выигрыша в работе. Из этого утверждения если логически рассудить, следует, что кпд этого механизма всегда должно равняться нулю. Но как показывает практика, свойства рычага используется в большом количестве механизмов и устройств.
Так может не всё так просто и нужно взглянуть на всё с другого угла?