Ротор Оніпка
Ротор Оніпка - це модель вітряного ротора, здатна працювати в широкому діапазоні швидкостей вітру (малих та середніх)і з високим коефіцієнтом перетворення енергії вітру, винайдений та запатентований українським вченим Олексієм Оніпком. На відміну від звичайних вітрових турбін, котрі використовують ефект підйомної сили крила, додатково використовується енергія тиску вітру.
Зміст
Основа винаходу
Вітрогенератор виконаний у формі конусноподібного шнека, що зорієнтований вершиною проти вітру. Винахід ґрунтується на застосуванні до форми генератора - "Золотої спіралі".
В основу винаходу поставлена задача вдосконалення відомих моделей ротора, у якому шляхом зміни конструкції зменшено інтенсивність турбулентних потоків за вершиною лопаті, їх обмін механічною енергією з лопаттю і, як наслідок, зменшено гальмування лопаті.
Ця задача вирішуються тим, що в роторі для перетворення руху енергетичного потоку в обертовий рух і навпаки, який містить конусоподібний корпус, з'єднаний із щонайменше однією спіралеподібною лопаттю, яка розташована на поверхні конусоподібного корпуса навкруги його осі, перша і друга бокові поверхні спіралеподібної лопаті з'єднані на її вершині, згідно з винаходом площа другої бокової поверхні спіралеподібної лопаті щонайменше в два рази більша площі першої бокової поверхні спіралеподібної лопаті і плавно нахилена навкруги і до основи конусоподібного корпуса. Сукупність наведених основних ознак ротора для перетворення руху енергетичного потоку в обертовий рух і навпаки забезпечує зменшення інтенсивності турбулентних потоків і гальмування ними лопаті. Крім того, як додатковий позитивний ефект, зменшується інтенсивність побічних звукових коливань в повітряному середовищі і побічних хвильових або кавітаційних процесів у рідині. У спеціально створеній лабораторії Української Академії Наук змодельовані прототипи різних розмірів роторів Оніпка. Для різних розмірів та діаметрів ротора визначені оптимальні форми. Адже просте масштабування моделі не зберігає оптимальність ККД пристрою, що засвідчили досліди в аеродинамічній трубі.
Отже аеродинамічна форма ротора розрахована таким чином, що якщо уявити вітер у вигляді ламінарного потоку частинок то всі частки віддають кінетичну енергію одночасно.
"Золота спіраль"
Золота спіраль (послідовність Фібоначчі)— в геометрії логарифмічна спіраль, швидкість росту якої рівна φ, золотого перерізу. Зустрічається у формах галактик, атмосферного циклону, розташування листя на стеблі і насіння соняшнику. Використовується у багатьох винаходах, мистецтві, геометрії. Золота спіраль також є концепцією дизайну вітрогенератора Оніпка, як досконала природна форма застосована у винаході.
Установка
Ротор Оніпка-це свого роду система, призначена для перетворення малих об'ємів енергії вітру в електричну і складається з чотирьох основних блоків:
1. Ротор.
2. Генератор.
3. Електричний блок управління.
4. Акумулятори з інвертором.
Високі показники Ротора Оніпка стали можливими не тільки завдяки формі вітряка, а завдяки спеціально виготовленому електрогенератору з практично нульовим моментом рушання біля 0,05 Nм. А ще мінімізувавши масу частин що обертаються, дуже точні геометричні форми які відтворені на 3D принтерах, розробленому контроллеру який слідкує за максимальним витяганням енергії при різних швидкостях вітру.
Особливості характеристики вітрогенератора даного типу
- Початок роботи припадає вже при швидкості 0,3 м/с., що прекрасно підходить до середніх вітрів по Україні, швидкість яких коливається у межах 2-6 м/с. Тоді як лопатеві вітряки починають обертатись при 3-5 м/с.
- При швидкості вітру більше 15 м/с. ККД ротора Оніпка і звичайного лопатевого вітряка стають однаковими.
- Не завжди доцільне встановлення вітрогенератора на великій висоті. Щоб максимально ефективно використати ефективність вітряних потоків рекомендується встановлення анемометра, записи якого визначать оптимальне розташування установки.
- Ефективніше виробляє енергію на перепадах швидкості вітру. Винахідник стверджує що якщо, наприклад, певний час швидкість вітру становила 1 м/сек., а потім 7 м/сек., то це в 400 разів ефективніше, аніж коли аналогічний час вітер постійно дме з однаковою швидкістю – 4 м/сек.
- Для ротора Оніпка також розроблений спеціальний генератор енергії, найменші обери його рухомої частини перетворюються в електричний струм.
- Низький рівень шуму.
- Широкий діапазон потужностей від 50 до 10000 Вт.
- Турбіна може виготовлятися із металу, армованого скловолокна (композит), пластмаси.
Ефективність інноваційного ротора
- Потужність вітру перевершити неможливо, адже діє закон збереження енергії. В аеродинамічній трубі лабораторії була випробувана машина діаметром 2,88м і отримано наступні результати при швидкості вітру 10 м. :
- Розрахункова кінетична енергія вітру - 3,9 кВТ;
- Теоретично можлива потужність з врахуванням критерію Бетца, вироблена вітрогенератором - 2,4 кВТ;
- Фактична потужність отримана генератором - 1,9 кВТ;
- ККД - наближається до найкращих показників вітроустановок 0,45.
- Також при швидкості вітру 1 м/с максимальна енергія яку можна зняти ротором Оніпко з одного квадратного метра площі захоплення (діаметр ротора 1,13 м) становить не більше 0,3 Вт, а при швидкості 3 м/с - 6,8 Вт (По критерію Бетца 0,35)
Експерименти
За дослідженнями російськийх науковців, серед розглянутих ними вітрогенераторів різних типів, ротор Оніпка отримав такий висновок: Ротор Оніпка найкраще підходить до районів з малою швидкістю вітру, так як він здатен запускатися при мінімальному русі. Вже при швидкості 7-10 м/с установка працює аналогічно як і трьохлопатевий генератор, тому на територіях з середніми потужностями вітрів ефективність ротора малопомітна.
Однак проведені дослідження показали що при роботі під навантаженням часточки повітря "забиваються" в пази ротора і утворюють своєрідний кокон, що призводить до поступової зупинки ротора в постійному по швидкості повітряному потоці.
Критика
Поряд із висновками російських експерементів з ротором Оніпка, піддаються сумніву і неоднозначні та можливо завищені показники рівня ККД.
На різноманітних форумах та сайтах йде викривлення, перебільшення або заниження технічних характеристик ротора.
