Airfoil vortex trap

Componenta lift  generata de profilul aerodinamic depinde de trei parametri principali : geometria profilul aerodinamic, unghiul de atac si numarul lui Reynolds.

Airfoil
Se remarca doua situatii :

  1. unghiul de atac este de 10 grade – componenta lift generata de profil atinge maximul
  2. unghiul de atac este de 20 grade- liniile de curent nu se mai „lipesc” de suprafata profilului, acestea se desprind si apar turbulente . Performantele profilui aerodinamic scad . (stall )

stall In cazul turbinelor VAWT pentru a obtine un  randament maxim trebuie ca tranzitia de la curgerea laminara la cea turbulenta sa se produca cat mai tarziu.
Una din solutii la nivel teoretic este  : airfoil vortex trap :
trapped vortexSe pleaca de la ipoteza ca o cavitate in profilul aerodinamic va genera un vortex (vartej, turbion) care va fi capabil sa  reataseaze pe suprafata profilului  liniile de curent  eliminand turbulentele.

Astel au aparut familiile de profile Kline–Fogleman airfoil in paralel cu constructori de turbine  VAWT care folosesc acest tip de profil cu cavitati sau in trepte  ca Pacwind sau FireflyPower .

Vezi si brevetele : US20100322770  si  US20070224029

KFMCFD

Din pacate testele in tunelul aerodinamic au aratat ca  vortexul este instabil sau in cazul cel mai bun are o perioada foarte scurta de stabilitate fapt ce face imposibila reatasarea liniilor de curent pe suprafata profilului aerodinamic. Si testele asupra profilelor KFm au dovedit slabe performante aerodinamice in raport cu profilele aerodinamice gen NACA.

Totusi se  incearca stabilizarea activa a vortexului   (VortexCells2050)  folosind senzori si suprafete de control.

Simularea CFD realizata de  Profesor Kunio Kuwahara,
Institute of Space and Astronautical Science , Japan

VAWT

Incurajati  de rezultatele obtinute de  ANew-S1,  ANew Institute lanseaza  ANew-M1 o turbina VAWT de 200kW . Generatorul sincron cu magneti permanenti este montat aproape de sol iar turbina are un sistem de franare in caz de urgenta hidraulic alaturi de cel electrodinamic. Interesanta este amplasarea inelului in partea superioara a stalpului de sustinere, solutie aleasa pentru descarcarea fortelor axiale si reducerea tensiunilor de incovoiere din bratele turbinei VAWT.

m1

De remarcat pasiunea polonezilor fata de VAWT !  (vezi si :  https://vawt.ro/savonius-2/)

Darrieus calculator

Darrieus

Modulul de calcul se foloseste pentru dimensionarea primara a turbinei Darrieus care nu tine cont de tipul de profil aerodinamic ales.

Dragonfly airfoil

Pentru o turbina VAWT cu c=120mm, TSR=1.6, v=7m/s valoarea  numarul lui numărul Reynolds (Re) este de 108555.

RE_VAWT

Un profil aerodinamic (airfoil) inspirat din sectiunea aripei de libelula ofera performante bune la acesta valoare a Re.

dragonfly

Dragonfly1

Pentru valori mici ale Re performantele profilului (airfoil) Dragonfly sunt comparabile cu un profil aerodinamic gen NACA.

Dragon Fly_Lift

In aceste conditii pentru o turbina de putere redusa care opereaza la viteze mici ale vantului se poate folosi profilul dragonfly cu un AOA de 12 grade pentru Cl max.

vawt, lenz2, savonius, darrieus, c-rotor, h-rotor,turbine eoliene cu ax vertical, energie verde, generatoar flux axial, wind turbines, vertical axis wind turbine, vawt, wind power, alternative energy, free energy, diy plans, eoliana, hawt

Lenz2

Lenz2: În primele ore ale dimineții, soarele încălzește culmile munților și aerul rece urcă pe creste. Seara temperatura scade mai consistent la înălțime în timp ce pe văi se menține căldura acumulată în timpul zilei. Ca urmare aerul rece și dens se scurge spre văi. . Aceste fenomene genereaza briza de munte care  nu depaseste viteza de 5 m/s. Potentialul eolian in aceste zone este de obicei redus.

briza de munteIn aceste conditii o turbina Lenz2 este alegerea perfecta. Conform testelor randamentul turbinei Lenz2  are valoarea maxima de 0.4 pentru o viteza a vantului de 5m/s, randamentul maxim scazand la 0.3 pentru o viteza a vantului de 7m/sLenz2

Un Lenz2  care lucreaza in aceste conditii este cel instalat in localitatea Malaia, Valcea.

Dimensiunile turbinei sunt D=1m , H=2m. Nervurile sunt construite din fibrotextolit, lonjeroanele din teava de 20x20mm , si aripa acoperita cu tabla de aluminiu de 0.4 mm
De remarcat alegerea corecta a raportului h/d>1 pentru a pastra o turatie ridicata a turbinei.

Lenz2

O turbina Lenz2  destinata celor ce vor sa intre in lumea turbinelor eoliene verticale.
Diametru D=900mm, Inaltime H=1200mm, Cp=35%, TSR=0.8
Turbina starteaza la 2.5m/s, la o viteza a vantului de 6m/s (~100 rot/min) livreaza 60w si la 11m/s atinge 300w (190 rot/min). . Lenz2 se remarca prin simplitatea constructiei si fiabilitate . Nu necesita sistem de franare  la viteze mari ale vantului.

Profilul la scara 1:1 pentru a putea fi tiparit si folosit ca sablon.
Profil Lenz2

Folosind designul turbinelor Windspire si avantajul constructiei simple a unui modul Lenz2 300w se deschide calea catre realizarea unei turbine etajate . Un astfel de sistem  cu D=1m, H=3,6m va produce 1kW la o viteza a vantului de 11m/s

In cazul construirii unei turbine VAWT  de dimensiuni mari  pentru micsorarea masei palei se recomanda urmatoarea solutie constructiva pentru nervura :

Hybrid VAWT o solutie pentru start la viteza mica a vantului

Hybrid VAWT : o turbina eoliana VAWT hibrid care se descurca excelent in turbulentele generate de cladiri , are un startup excelent  la viteze mici ale vantului si un randament superior unui Lenz2. Dimensiunile si geometria care definesc hibridul sunt :
D_darrieus=1.2m , H=1.2m, c=0.250m, d_savonius=500mm, TSR=1.6, Pmax=300w
hibrid

Pentru a functiona la randament maxim  Hybrid VAWT trebuie respectata conditia :TSR_Darrieus la ca turbina atinge puterea maxima trebuie sa fie egal cu TSR_Savonius  la care turbina Savonius incepe sa functioneza ca o frana aerodinamica ~1.6 (cp=0).

Din aceasta conditie se poate calcula  latimea palei pentru turbina Darrieus si diametrele celor doua  turbine.Pentru a nu solicita axul turbinei trebuie respectata regula:Hybrid VAWT

Windside Pearl River Savonius

Winside Savonius o companie  fondata in 1982 lider de piata pentru turbinele eoliene verticale „drag”. Turbinele se remarca prin fiabilitate marita, nivel redus de vibratii si zgomot, eficienta crescuta, cheltuieli minime de mentenanta si durata mare de viata.
windsideCreatorul turbinei Risto Joutsiniemi  a marcat un salt evolutiv pentru turbinele clasice VAWT ” drag” folosind  suprafete elicoidale. Winside a demonstrat ca solutia VAWT Savonius poate fi eficienta atat la poli in conditii de functionare extreme  cat si in inima  zgârie norilor.
WINSIDE1

 

Winside a amplasat 4 turbine Savonius VAWT in turnul Pearl River cu o inaltime de 309m.

Arhitectii turnului au creat in cladire 4 tunele cu sectiunea de 6×6,8m la inaltimi de 100 si 200 de metri in care au amplasat turbine WS-12 care datorita geometrii constructiei produc de 2.5 ori mai multa energie decat in mod normal. Energia produsa reprezinta 5% din necesarul energetic al cladirii.
savonius

VAWT Kliux

Zebra o turbina VAWT Savonius cu  componenta lift  pentru utilizare in zonele urbane cu o bună integrare arhitecturală și  impact vizual .

Componenta lift este obtinuta datorita unui design aerodinamic unic .Profilul aerodinamic al palei turbinei Savonius are unghi de atac de 9 grade. De remarcat faptul ca turbina are sensul de rotatie invers fata de o turbina Darrieus raportat la profilul aerodinamic.

SAVONIUS_AIRFOIL

WWEA Small Wind & VAWT

Un studiu realizat de  WWEA  scoate in relief dominatia HAWT si rolul de nisa a a turbinelor eoliene verticale. Din 327 producatori de turbine eoliene de mica putere 74% ofera solutii HAWT,  18% solutii VAWT si 8% dezvolta ambele tipuri de turbine eoliene in conditiile in care majoritatea modelelor de eoliene cu ax vertical au fost dezvoltate în ultimii 10 ani.  Din 157 de modele de turbine eoliene verticale 75% din acestea au puteri sub 5Kw.

VAWT : puterea medie a turbinelor  eoliene cu ax vertical vandute este de 1.6 kW. In raportul din 2015 WWEA se remarca urmatorii producatori  de eoliene verticale care ofera  turbine bazate pe solutii  Savonius si  Darrieus .

VAWThttp://www.kliux.com/     turbina Savonius

VAWThttp://www.turbina.de/     turbina Savonius cu concentratori periferici

VAWT http://www.envergate.com/    turbina Darrieus cu pas variabil

VAWT old school

Eoliene verticale VAWT construite de Laboratorul de Cercetare a Utilizarii Energiei Vantului Brasov (LCUEV) in perioada 1980-1990.

vawt

Eoliana verticala construita de INCREST  ( Institutul National pentru Creatie Stiintifica si Tehnica ) montata la Sfântu Gheorghe .

VAWT : Eoliana Savonius cu geometrie variabila-Tehnium 1982

vawt savonius

lenz2, savonius, darrieus, c-rotor, h-rotor,turbine eoliene cu ax vertical, energie verde, generatoare, wind turbines, vertical axis wind turbine, alternators, wind power, alternative energy, free energy, diy plans, wind turbine free plans,

 

Lenz2 istoric

Lenz2 : Totul a inceput cu un articol scris in august 2007 in revista Popular Science.

Lenz2

Lenz2 : Este descrisa o turbina eoliana verticala cu un TSR ~0.8 in sarcina si un randament  determinat in tunelul aerodinamic care depaseste 0.3.

Turbina este un hibrid cu o componenta drag predominanta dar avand si o componenta lift provenita din profilul palei un „thick airfoil” simplificat . Acesta combinatie o face o solutie excelenta pentru zonele cu potential eolian redus.

vawt, savonius, darrieus, c-rotor, h-rotor,turbine eoliene cu ax vertical, energie verde, generatoare, wind turbines, vertical axis wind turbine, vawt, Alternators, wind power, alternative energy, free energy, diy plans, wind turbine free plans

Lenz2

Un clasic Lenz2 cu d=3m, h=3m realizat de  „Arcadius„.Puterea maxima atinsa de turbina este de ~3 kW. Nu este rau de loc randamentul atins de turbina fiind mai mare de 0.3.

lenz2

Generatorul este trifazat cu 18 bobine (600 de spire g=1mm / bobina), 6 pe faza, 24poli magnetici, 48 magneti neodynium 40x40x20mm. Generatorul atinge 600V  la 60 rot/min.
Generatorul este conectat  ongrid impreuna cu un sistem fotovoltaic de 4kW

Lenz2 :Dimensiunile profilul palelor turbinei  construite din aluminiu.
lenz2savonius, darrieus, c-rotor, h-rotor,turbine eoliene cu ax vertical, energie verde, generatoar flux axial, wind turbines, vertical axis wind turbine, va wind power, alternative energy, free energy, diy plans, eoliana, hawt.

Un altfel de Lenz2 RolixWind

Firma Rolix  construieste o serie de patru turbine VAWT tip Lenz2. Este o noua demonstratie a faptului ca turbinele eoliene verticale reprezinta o solutie pentru mediul urban. Turbina LENZ2  este alegerea optima pentru zonele cu potential eolian redus avand costuri reduse de fabricatie si mentenanta.Rolix_Lenz2

Profilul palei migreaza de la clasicul Lenz2  la J-sails folosit de GreenSky in incercarea de a obtine un TSR>1 in sarcina