szélkerék-agymenés

[Király Gyula]

Üdv!

Akit nem érdekel, -> DEL , mert hosszú leszek.
Továbbá édesanyám szidalmazásának mellözése kéretik...:}}
Bocs, azt hiszem, darabos lesz a gondolatmenet, de a végére mindenkinek
össze fog állni, mint a rizseshús...:}

    1.Miért akarok szélkereket építeni?
1.1    Ha hétvégi házba világítás kell, akkor be kell spájzolni két
méretes akkumulátort, amit otthon agyba-föbe töltök, és
viszem magammal a kéróba, amíg az elözö még megy, jó,
aztán csere, régit hazavisz, _jól feltölt_ NEM 14.4 V-ra, hanem ami belefér!
Örök életüek lesznek, cipekedni kell ugyan, de a késöbb következök miatt
erre csak ez a megoldás.Emiatt csak hobbizásból szabad szélkerekezni.
1.2   Mondjuk olyan hülye valaki, mint én, és elkezd azon agyalni, hogy
pl. fütéskiegészítésre használja.Megintcsak késöbb kiderül, hogy arra
alkalmas lehet ( mint pl. Famulus ismerösének 8 m^3-es víztartálya, vagy
az én 2000 db samott-téglám, amelyböl méretes hötárolós kályha építhetö-
ehhez mondjuk elöre kell gondolkozni, mert ez külön helyiséget, spec aljzat-
betont,stb igényel, a hö kiszedésének mikéntjét meg ne is ragozzuk.)
Itt mellékszálként bejön az, hogy nyáron kell a ...nak a meleg,ekkor célszerü
eladni a termett energiát az ÉDÁSZ-nak.( Csönd, tudom, hogy már nem az...}})
Ehhez ún. egyenáramú betét kell: termelek villanyt -késöbb kiderül,miért-
3 fázisú váltót, ebböl egyenfeszt csinálok, aztán intelligens UPS módjára
bedöföm a hálózatba. Nem egyszerü...
  

    2.Szélkerék= ventillátor= légcsavar?
A szélkerék = inverz ventillátor az összes forrásaim szerint.
A légcsavar sem tér el lényegében, de _az mozog elöre_.
Emiatt lehet Charles kollégának az a gondja, hogy 1LE~2kg
tolóerö hogy adekvát a szélkerék hátrafeszítö erejével.

    3.Szélkereket akarok építeniii!!!!


3.0     Tudni kell, milyenek a szélviszonyok az adott helyen.
Gusztustalannak tünö javaslat, de legalább 1 évig regisztrálni kellene
az adott telepítési helyen, _az adott magasságban_ telepített érzékelövel
a szélviszonyokat.Az semmit nem jelent, hogy pl. a szomszéd telken
van egy meteorológiai méröállomás a maga 20 m-es magasságban mérö
herkentyüjével, mert az lényegében _órai átlagot_mér.Tekintettel arra, hogy
a szélkerék teljesítménye a _szélsebesség köbével_ arányos, nem mindegy
milyen sebességingadozások vannak, illetve az adatgyüjtésnek olyannak kell
lennie, hogy késöbb, különbözö idöállandójú erögépekre használható kalkulációt
lehessen végezni.

3.1 Egy szélkerék lehetséges teljesítménye
Nem szívesen, de képletek jönnek (Pattantyús 2. köt.813 és vidéke, de másutt is ilyenek)
Ideális légcsavar(szélkerék) a rajta áthaladó levegö mozgási energiacsökkenését 
veszteség nélkül hasznosítja:
P= ró/2*A((C1+C2)/2)(C1^2-C2^2)
ahol ró a légsürüség, C1 a megfújási sebesség, C2 messze a légcsavar/szélkerék mögötti
légsebesség.
De a lényeg: a P teljesítménynek C2 függvényében maximuma van C2= C1/3-nál,
vagyis amikor a csavar a levegö sebességét 1/3-ra csökkenti.
( Nem vagyok egy matekzseni, helyböl nem hittem el.Rázavartam egy programot,
ha nem is nagyon púpos, de tényleg ott a max.)
Így aztán optimális esetben a súrlódásmentes légcsavar által adott teljesítmény:
P= 8/27 *ró*A*C1^3
ró még mindig a levegö sürüsége, A a lapátok által súrolt felület, C1 meg a megfújási szélsebesség.
Namármost ennek 50-80%-ával szokás számolni.50 % esetére:
        átmérö[m]
C1 |       2            4            6
-----|---------------------------------------
2   | 0,0046    0,0184    0,414
5   | 0,0718    0,287    0,646
10 |   0,574    2,297    3,77
14 |   1,576    6,30    14,18

C1 m/ s akar lenni, a teljesítmény meg kW.
A bal fölsö sarok alapján látszik, hogy esély sincs kisméretü lapátokkal akkutöltésre,még késöbb
kiderül, miért még kevésbé...:{{{

3.2 Milyen jellegü legyen a kerék?

3.2.1 A lapátok száma
Mindenki látott már soklapátos ( ún.amerikai) meg 3-2-söt még egylapátos szélkereket is.
Alapesetben a fö irányelv, hogy a soklapátos _lassújárású_ kerekek könnyebben megindulnak,
kis szélben is termelnek, míg a kevesebb lapátúak, a _gyorsjárásúak_ ugyan jobb hatásfokúak,
ám kis szélben nehezen indulnak meg ( van olyan alkalmazás, ahol meghajtják biztatásnak...:}})
A soklapátossal érzékelhetöen az a baj, hogy az egyes lapátok zavarják a másik áramlási
viszonyait.Na meg az, hogy a lapátköltség _n_-szeres.Továbbá a lassú járatú kerék
nagyobb gyorsítóáttételt igényel->nagyobb veszteség.Én sok tökölés után abban maradtam
magammal, hogy 3 lapátos, 4-6 m átméröjü kerék lehet érdekes házilag.Ez erösen függ attól,
milyenek a szélviszonyok.Mondjuk én a Móri- árok torkában lévö hegytetön képzeltem el
a dolgot,úgyhogy ott azért fúj néha a szél->kisebb átmérö is jó lehet egy átlagos teljesítményhez. 

3.2.2 Gyorsjárási tényezö ( lambda)
A ~ azt jelenti, hogy a lapát egy adott metszete a megfújási sebesség ( eddig C1 volt) hányszorosával
halad a maga körívén.Szebben kifejezve: a kerületi sebesség és a megfújási sebesség viszonyszáma.
Lényeges eleme a tervezésnek, mert ez fogja eldönteni, a lapátok profiljainak szögállását, söt a
szóba került hátrafeszítö eröt is drasztikusan befolyásolja.Lassú járásúnál akár 1 is lehet, 3-5 lapátosnál
5-7 , de akár 15 is lehet. Itt (is)aztán jól elkell gondolkodni, mekkora szélsebességig akarom használni 
a gépet, mert a legnagyobb átmérö kerületi sebessége azért ne legyen már akármekkora...:}}}
Jól tud fütyülni.
A lambda azért érdekes, mert meghatározza a forgássíkhoz képest a profil állásszögét,minél
nagyobb a ~ annál inkább a forgássíkba simul a profil (ld.késöbb.),továbbá a fordulatszámot is.
Ha mindig a lehetö legnagyobb teljesítményt akarom kivenni, akkor úgy kell terhelni a kereket,
hogy a szélsebességnek megfelelöen változzon a fordulatszám>maradjon a méretezésnek megfelelö
profilmegfújási szög.Ha a méretezési állásszöghöz képest más irányból fújom a szárnyszelvényt, 
nem lesz tragédia, de a hatásfok romlik.

3.2.3 A lapát profilja
Ha igazán jó kereket akar valaki készíteni, valami olyan profilt kell keresni, amely nagyon jó 
Cf/Ce viszonnyal rendelkezik, vagyis a _megfújási irányra meröleges_ felhajtóerö-tényezö
és az azzal egyirányú profilellenállás aránya nagy ( mellesleg a mechanikai /beépítési szempontoknak
is megfelel). És egyúttal most kell arról beszélni, hogy az adott profilon milyen erök keletkeznek.
Alapesetben a felhajtóerö 1m szelvényen, ha _h_ a szárnymélység.

Ff=(ró/2)*c^2*h*Cf 
Ugyanígy az Fe is.
Ez egyúttal Charlesnak is válasz: a légerök nem csak nagy sebességeknél négyzetes függvény 
szerint változnak.
Mondjuk egy combos ( mechanikailag) profil 14 fokos -megfújáshoz képest- állásszögnél Cf =1.5,
Ce=0.025    ( NACA 652-415).
Jobb választás olyan profil, amely a megfújáshoz képest kisebb állásszögnél tud ilyesmit,
de az meg vékony.Egy G436 már 5 fokos állásszögnél tud 1,05 Cf-et.
Ez amiatt érdekes, hogy a választott gyorsjárási tényezö által adódó állásszöghöz képest
még annyi fokkal ki kell fordítani a profilt, ami a hátrafeszítö eröt növeli.
Cseles, de a lemezböl készült körív-szelvénynek is Cf~1.5, Ce~0.03 paraméterei vannak
~9 fokos állásszögnél> elgondolkodtató, hogy bizonyos méretekig nem jobb/sokkal olcsóbb
lemezböl lapátozni.

3.2.3.1 lapátkonstrukció
A választott profil és lambda adja a lapát szélén levö profil állásszögét.
Tudjuk továbbá egy C1 szélsebesség esetén a fordulatszámot (n= lambda*C1/dk), n[1/s/],
C1 [m/s],dkülsö>m.
Az eredö megfújási sebesség az adott szelvény kerületi sebessége és a szélsebesség
vektoriális összege.Minél beljebb megyünk a rotoragy felé, annál jobban el kell csavarni
a profilt, hogy az egyes elemi szelvénydarabkák azonos állásszöggel legyenek megfújva.
( és persze értelemszerüen az eredö sebesség egyre csökken).Szélsö eset a tengelynél
közvetlenül, itt a profil csak az állásszögével fordul a szél irányába, tehát a lapátot
adott esetben nagyon bonyolult alakúra kellene készíteni.Az elemi szelvénydarabka
által termelt forgatónyomaték a 3.2.3 -ban leírt egyenlet szerint elöálló felhajtóerö és
ellenállás vektoriális eredöjének forgásirányú és hátrafeszítés irányú felbontásából adódik.
Nem nagyon érdemes a rotoragyig lapátot készíteni, mert hiszen mondjuk dbelsö=dkülsö/2
esetén a súrolt felület 25%-kal ugyan csökken, de feleannyi lapátfelület kell.
Ennek jól látszik a ventillátoroknál a lényege: némelyiknek csak épp a forgórész szélén
van lapátozása, a közepe úgysem játszik (sokat).
Úgyhogy én a belsö 25-50% átméröt simán kihagynám.Elsösorban amiatt, mert még a
profil nem tekeredik olyan durván, könnyebb kialakítani.Én a KÖFÉM-nek azt a kör belsejü,
8 db T-profillal körülvett profilját néztem ki lapát-fötartónak, amelynek alakja miatt
baromnagy a hajlítónyomatéka, a T-k közé csavarfej passzol, mert a békesség
kedvéért a fötartón keletkezö hátrafeszítö nyomatékmaximumnál kikötném az agyból 
elöre kinyúló rúdhoz a fötartókat.
Nyilván üvegszálerösítésü müanyagnak kellene lennie ( vagy utólag kihabozva, vagy a 
faragott habra felrakva. Itt aztán lehet tökölni, mennyi idöt is bír ki egy mügyanta...:{{{
Ezért aztán arra gondoltam, hogy max.0.5 ( de inkább 0.3) mm Al lemez burkolat kell
az egészre.Vékony, mert arra a csámpás felületre fel kellene gyógyítani.
Innen látszik, hogy el lehet ezt jól bonyolítani...:}}}

3.2.4.energiatermelés
Az igazán fogós kérdés ezzel van.Mert ugye, felteszek egy körbeforgó, farokstabilizátoros
lapátot egy nekem tetszö generátorra, de hogy szedem le a villanyt? Elég hamar arra
jutottam, hogy célszerü úgy megoldani a dolgot, hogy egy derékszögü ( célszerüen
gyorsító ) áttételen a körbeforgó rotortartóról a forgástengelyben elhelyezett, függöleges
generátort kell ácsolni, mert így az áll.( az állórésze...:}}}).Erre meg pl. autó differenciálmü
elég szigorú lehet.( gondoltam jó kis RÁBA busz-hátsóhídra, ott a kerékben van jó kis
áttétel pluszban, de az ára...:}}})
Ezzel két mellékkörülmény jár. A rosszabb az, hogy a kerék lényegében sosem a szél
irányában áll, mert a lehajtott nyomaték kifordítani igyekszik a szélböl a kereket.Ennek
ellentartani a farokstabilizátor tud, amennyire.Jobbik az, hogy viharban -mondjuk tárcsafék-
(ek)kel megállíthatom a lehajtó tengelyt, ennek hatására kifordul a szélböl, addig, amíg
a farokstabilizátor által kifejtett nyomaték egyenlö nem lesz a kerék által kifejtett nyo-
matékkal.Okosan tervezett farokstabilizátor egy határ után " eltörik", aztán, ha elmúlt a
vihar, rugó visszahúzza a helyére, fék feloldás után mehet a meccs. 
Kis teljesítményeknél jó lenne szgk. generátor, de mi a fenével gyorsítsam fel?
Kacérkodtam a vasúti vagonokon levö generátorokkal ( EVIG csinált ilyet),azokban
benne van egy gyorsító áttétel.
Végül is háromfázisú csúszógyürüs motor = gépk. generátor, ugyanolyan jól
szabályozható.Praktikus nyilván minél alacsonyabb névleges fordulatszámú motorral
kikezdeni.
Mivel a lehetö legtöbb energia kinyeréséhez változó fordulatszám tartozik, azt pedig
csak a terhelés változtatásával tudjuk befolyásolni, legegyszerübb a hötermelés
a hötárolós kályhában használatos fütötestekkel ( vagy boyleresekkel vízben).
Ma már el lehet töprengeni azon, hogy a termelt villanyból DC->azt meg benyomni a hálózatba,
hiszen manapság már elég olcsó a kapcsolástechnika ( az adminisztrációval való
küzdés meg - gondolom- legalább akkora nyüg, mint egy szélkerék.)


 
3.2.5 Vihar elleni védelem
Tulajdonképpen már leírtam.Egyet nem szabad:terheletlenül pörögni hagyni a kereket,
mert akkora hátrafeszítö erö keletkezik, hogy ha le nem is veri az egészet, de nagyon
megkínozza a szél.Ha megállítom a lapátokat, akkor ~ csak a torlónyomás van, nagyságrenddel
kisebb erö ébred.Az igazi meg az, ha kifordítom az egészet a szélböl.(Megoldás még az
is, ha a lapátok maguk tudnak kifordulni, de ez egyrészt elég bonyolult, másrészt a derékszögü
lehajtás minden szempontból praktikusabb.)

3.2.6 Most lehet szidni a Királyt...:}}}

Gyula