Come le moderne turbine eoliche combattono i capricci del vento. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Nella Russia pre-rivoluzionaria non esisteva alcuna industria che producesse turbine eoliche; sono stati costruiti solo in modo artigianale. Ma l’idea dell’uso migliore e più redditizio dell’energia eolica è nata in Russia.

Anche il grande scienziato russo, "padre dell'aviazione russa", il professor N. E. Zhukovsky (1847-1921) creò le basi teoriche di un motore eolico. Le sue straordinarie opere trovarono applicazione pratica solo sotto il dominio sovietico.

Su iniziativa di N. E. Zhukovsky e con il sostegno di V. I. Lenin, nel 1918 fu organizzato a Mosca l'Istituto Centrale Aeroidrodinamico (TsAGI). Qui furono costruite le prime turbine eoliche domestiche ad alta velocità.

Basandosi sui lavori del prof. N. E. Zhukovsky, i suoi studenti prof. V. P. Vetchinkin (1888-1950), Onorato lavoratore della scienza e della tecnologia, prof. G. X. Sabinin e il prof. N.V. Krasovsky ha sviluppato le basi teoriche per la progettazione di moderni motori eolici di alta qualità e il prof. E. M. Fateev ha sviluppato le basi del loro corretto funzionamento in agricoltura.

I progettisti sovietici hanno creato turbine eoliche ad alta velocità originali e ancora insuperate nella loro qualità con una potenza che va da diverse decine di watt a diverse migliaia di kilowatt.

Le turbine eoliche interamente in metallo prodotte in fabbrica, a differenza delle centrali eoliche in legno-metallo discusse sopra, sono dotate di dispositivi speciali per combattere i “capricci” del vento.

Tutti sanno che il vento può cambiare direzione e velocità più volte al giorno.

Le turbine eoliche a tamburo più semplici avevano un ricevitore di energia eolica, che veniva installato rigidamente, una volta per tutte, in qualsiasi posizione.Le turbine eoliche a carosello e rotanti funzionano in qualsiasi direzione del vento, ma, come le turbine eoliche a tamburo, non lo sono protetto da possibili distruzioni in caso di forti venti. Il mulino a vento più semplice può funzionare normalmente solo in presenza di una persona. La persona deve monitorare il vento e impostare la ruota eolica nella giusta posizione in tempo. Se il mulino a vento è grande, almeno due sono necessarie persone per installare la ruota nel vento, se non ha un cancello speciale (la macchina più semplice per sollevare un carico). Con l'ulteriore sviluppo della tecnologia per la costruzione di turbine eoliche, hanno iniziato a sforzarsi di utilizzare la forza del vento vento non solo per ruotare la ruota eolica, ma anche per installarla automaticamente controvento, come si può vedere con una banderuola convenzionale, che mostra la direzione del vento. Per fare ciò, nelle parti posteriori della testa rotante cominciò a attaccare una coda, costituita da una lunga asta o da una speciale travatura con una superficie all'estremità, chiamata penne della coda (vedi. riso. 24).

Fig.24. Schema di una turbina eolica a palette

Se il vento cambiava direzione, la coda girava automaticamente la testa. La ruota eolica è stata nuovamente installata frontalmente rispetto al vento. È così che è apparso il dispositivo più semplice per trasformare una ruota eolica nel vento senza l'intervento umano. Nelle moderne turbine eoliche, le code sono calcolate in modo tale da iniziare a girare la testa con la ruota eolica nel vento quando la sua direzione cambia di un angolo di circa 10 gradi.

Per ruotare le teste delle grandi turbine eoliche, le penne della coda vengono talvolta realizzate sotto forma di due o tre superfici verticali poste parallele ad una certa distanza l'una dall'altra (vedi Fig. 27).

In altri sistemi eolici, il ruolo della coda è svolto dalla ruota eolica stessa. Si posiziona sopravento non appena il vento cambia direzione. Per fare ciò, la ruota eolica non viene posizionata davanti alla torre, ma dietro la torre. In questo caso la ruota, come una banderuola, segue automaticamente il vento.

Se la ruota del vento è grande, le svolte brusche della coda possono causare la rottura delle ali. Pertanto, con l'aiuto delle code, di solito vengono installate nel vento solo piccole ruote eoliche con un diametro fino a 18 metri.

I dispositivi più comuni sono costituiti da due ruote eoliche multipala poste nella parte posteriore del traliccio di testa. Tali dispositivi sono chiamati Windows. Le rose dei venti sono posizionate in modo che se il vento soffia nella parte anteriore della girante, finiscono per essere rivolte nella direzione del vento e rimanere immobili. Quando il vento soffia di lato, le andane cominciano a muoversi e, tramite un meccanismo di trasmissione, girano la testa con la ruota eolica contro vento fino a portarla rigorosamente controvento (Fig. 26). In questo momento, le rose dei venti si posizioneranno nuovamente di taglio rispetto al vento e si fermeranno finché il vento non cambierà nuovamente direzione.

Fig.26. Schema per trasformare la testa di una turbina eolica nel vento con l'aiuto di rose dei venti

Altri dispositivi ingegnosi vengono utilizzati per trasformare in vento le grandi ruote eoliche delle moderne turbine eoliche ad alta velocità. Con qualsiasi vento, muovono con attenzione e dolcezza la ruota eolica nel vento.

In genere, i meccanismi interni fanno ruotare la testa rispetto alla torretta a una velocità molto bassa, un giro completo in pochi minuti.

Nelle grandi turbine eoliche, la testa è orientata al vento mediante un motore elettrico controllato da una piccola banderuola. Quando cambia la direzione del vento, la banderuola gira e chiude la linea elettrica, accendendo automaticamente il motore elettrico.

Il motore elettrico si fermerà solo quando la linea sarà scollegata. E questo accadrà quando la banderuola sarà posizionata lungo il flusso d'aria e la ruota eolica sarà posizionata frontalmente rispetto al vento.

Questi sono i dispositivi principali delle moderne turbine eoliche per trasformare automaticamente la ruota eolica in vento.

Tuttavia, il vento può cambiare non solo la sua direzione, ma anche la sua velocità. Di conseguenza cambia anche la forza di pressione sulla ruota eolica. All’aumentare della velocità del vento, aumenta il numero di giri della ruota eolica. Possono raggiungere valori elevati. Ciò è pericoloso non solo per la robustezza della ruota, ma anche per l'intero impianto e le macchine ad esso collegate.

Per evitare ciò, le moderne turbine eoliche sono dotate di dispositivi speciali che entrano in azione a velocità del vento elevate. Si assicurano che con l'ulteriore intensificazione del vento il numero di giri della ruota eolica non aumenti e in caso di tempesta si fermi.

Il metodo più semplice per limitare la velocità di una ruota eolica è che quando c'è vento a una certa velocità, inizia a spostarsi parzialmente rispetto al vento.

All'aumentare della velocità del vento, la ruota eolica gira ad un angolo sempre più significativo e durante un temporale si posiziona con il bordo verso il flusso d'aria e si ferma. Allo stesso tempo, le molle di controllo vengono allungate o viene sollevato un peso speciale che, quando la velocità del vento diminuisce, riporta nuovamente la ruota eolica nel vento.

La regolazione della velocità spostando l'intera ruota eolica fuori dal vento viene solitamente utilizzata solo nelle turbine eoliche a bassa velocità con piccole ruote eoliche.

Per regolare la velocità delle grandi turbine eoliche ad alta velocità, non sono le ruote eoliche ad essere rimosse dal vento, ma le singole ali o le loro parti terminali, pari a 1/4 o 1/8 della lunghezza totale dell'ala.

Attualmente, il modo più avanzato è regolare le turbine eoliche ad alta velocità utilizzando speciali superfici aerodinamiche: stabilizzatori, che sono fissati alle parti rotanti delle ali su cremagliere. Gli stabilizzatori sono controllati da masse centrifughe poste all'interno delle ali. I carichi sono molto sensibili ai cambiamenti nella velocità della ruota eolica e quindi alla velocità del vento. Un leggero movimento delle masse centrifughe fa girare gli stabilizzatori, sui quali si genera la forza del vento in arrivo, che fa girare le estremità delle pale proprio come un piccolo timone fa girare una grande barca. Quando le parti rotanti delle ali escono dal vento, il numero di giri della ruota eolica diminuisce.

Questo regolamento originale è stato sviluppato da scienziati e progettisti sovietici sotto la guida dell'Onorato Lavoratore della Scienza e della Tecnologia, Prof. G. X. Sabinina e il prof. N.V. Krasovsky. Viene utilizzato nella maggior parte delle moderne turbine eoliche ad alta velocità con una potenza da 10 a 1000 kilowatt.

L'inventore A.G. Ufimtsev e il prof. V.P. Vetchinkin ha proposto di regolare la velocità delle ruote eoliche delle turbine eoliche ad alta velocità rimuovendo le ali dal vento a causa della pressione del flusso d'aria su di esse. In caso di vento forte, le ali, come banderuole, possono ruotare rispetto agli assi di sbattimento, consentendo liberamente il passaggio del flusso d'aria. La necessaria uniformità di rotazione della ruota eolica con questa regolazione è ottenuta attraverso il funzionamento della cosiddetta batteria inerziale, o, più semplicemente, di un volano compreso nella trasmissione. Il disco accumulatore, ruotando rapidamente, assorbe l'energia in eccesso quando la velocità del vento aumenta e la cede alle macchine in lavoro quando la velocità del vento diminuisce. Tale regolazione è installata, ad esempio, nelle turbine eoliche 1-D-18 del sistema Ufimtsev-Vetchinkin (Fig. 27).

Fig.27. Turbina eolica 1-D-18 con una capacità fino a 30 kilowatt.

Nelle piccole turbine eoliche ad alta velocità, la rotazione delle ali viene effettuata a causa di ulteriori forze centrifughe che si formano su pesi speciali fissati alle ali vicino all'albero della ruota eolica.

Questo dispositivo, semplice nell'esecuzione e molto originale nel concetto, è stato proposto dal vincitore V. S. Shamanin.

Questi sono i meccanismi automatici di base delle moderne turbine eoliche a pale, con l'aiuto dei quali le ruote eoliche vengono installate nel vento e mantengono la velocità data ad alte velocità.

Autore: Karmishin AV

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