Věda a technika v pozadí Druhy větrníků

Celkový přehled Veřejnost MŠ 1. stupeň ZŠ 2. stupeň ZŠ SŠ VŠ

Jak exponát vypadá

Jak exponát vypadá:

Autor textu

Autor textu:

Mgr. Magda Králová

O čem je tento exponát

O čem je tento exponát:

Vyzkoušejte si různé druhy větrníků a najděte ten nejúčinnější.

Větrník nebo-li větrná turbína je stroj, který přeměňuje kinetickou energii větru na mechanickou energii. Jestliže je mechanická energie používána přímo strojem (např. jako čerpadlo nebo pohon mlýnských kamenů), pak se takové zařízení označuje jako větrný mlýn. Když je mechanická energie přeměňována na elektrickou energii, pak se stroj nazývá větrný generátor.

Teorie

Podle aerodynamického principu dělíme větrné motory na vztlakové (vrtule, Darrieův rotor, mnohalopatkový rotor) a odporové (např. větrný mlýn, plachetní větrné kolo a Savoniův rotor). Odporové motory jsou z historického hlediska starší. Jejich princip je jednodušší, ale jejich účinnost dosahuje maximálně 20 %, proto se s jejich využitím v energetice nepočítá. Odporové motory využívají různého odporu vůči proudícímu vzduchu a tím i rozdílu sil působících na lopatky. Toho je docíleno buď různým tvarem lopatek (miskové lopatky) nebo jejich natočením.

Účinnost vztlakových motorů dosahuje až 59,3 %. Vztlakové motory není třeba natáčet do směru převládajícího větru. Využívá síly, které vznikají na rotorovém listu při obtékání vzduchem, tzv. aerodynamické vztlakové síly. Tato síla vzniká díky speciálně tvarovanému profilu lopatek, podobně jako na křídlech letadla.

Podle směru osy rotace rozdělujeme větrné motory na vodorovné a svislé. Elektrárny se svislou osou otáčení se v praxi moc nerozšířily, protože u nich dochází k mnohem vyššímu dynamickému namáhání, které snižuje jejich životnost. U turbín se svisle uloženým rotorem odpadají problémy s odstavením rotoru při velké rychlosti větru. Systém Darrieus má navíc tu přednost, že celé velmi hmotné technické zařízení spočívá nízko pod rotorem, což zvyšuje stabilitu konstrukce.

Exponát Druhy větrníků.
Zdroj: Techmania Science Center. Under Creative Commons.

Nejrozšířenějším typem jsou elektrárny s vodorovnou osou otáčení, které pracují na vztlakovém principu. Vítr obtéká lopatky s profilem podobným letecké vrtuli. Při stejném průměru rotoru v zásadě platí přímá úměrnost mezi počtem lopatek a frekvencí otáčení. Nejčastěji tyto elektrárny mají tři lopatky, ale používají se i rotory s jednou lopatkou. Jejich výhodou je, že u nich nedochází k nežádoucímu rozkmitání velkých větrných generátorů. Při otáčení listu je rozdíl v rychlosti větru v horní a spodní části krutu, který opisuje dvoulistá vrtule. Ty mohou dosahovat až 2,8 m/s. Na každou polovinu pak působí jiné síly, které turbínu rozkmitají. Jednolistou vrtuli lze navíc dokonale vyvážit protizávažím.


Typ	Vrtule	Rotor typu Savonius	Rotor typu Darrieus	Mnoholopatkový rotor, Halladayova turbína
Exponát	4, 6	3	5, 7	2, 8
Nejobvyklejší použití	výroba třífázového el. proudu	čerpání vody, výroby stejnosměrného proudu	výroba stejnosměrného i střídavého proudu	čerpání vody, výroba el. proudu v malém
Princip	vztlakový, vodorovná osa otáčení	odporový, svislá osa otáčení	vztlakový, svislá osa otáčení	vztlakový, vodorovná osa otáčení
Účinnost rotoru	45 %	23 %	38 %	20 - 43 %
Počet lopatek	1 - 4	2	2 - 3	až 150
Minimální pracovní rychlost větru (m/s)	3 - 6	2 - 3	5 - 6	0,16
Zajímavost	nejpoužívanější	často slouží k rozběhu motoru typu Darrieus	rozběh jen s dopomocí