Živoucí turbína!

Pracuji na návrhu turbíny, která vychází z konceptu fyziky, aerodynamiky, letecké mechaniky a jednoduché logiky.

Pojďme se logicky zamyslet nad tím, co vlastně chceme od větrné turbíny, která má plně využít rychlosti / síly vanoucího větru a přeměnit tuto sílu na dynamickou energii která uvede do pohybu generátor. Prvním předpokladem pro ideální běh takové turbíny je její aerodynamika "proti" větru. Představte si že stojíte například uprostřed parkoviště a fouká silný vítr, vy držíte v ruce kulatou desku (plný kruh) o průměru dva metry, jakým způsobem musíte umístit do větru kruh tak, aby kladl větru minimální odpor a to i za předpokladu že vítr prudce změní směr?

Určitě horizontálně, tedy vodorovně. Deska se poté chová ve větru "neutrálně", a pokud s ní chcete otáčet kolem její vertikální osy, tak se bude tato deska točit prakticky bez problémů po větru, tak i proti větru. Základem mnou navržené turbíny bude tedy tvar aerodynamického disku, který v režimu klidu neklade větru téměř žádný odpor.

Dalším benefitem tohoto tvaru turbíny je to, že je všesměrová, je jedno z jaké strany fouká vítr, nebo jestli se vítr točí, turbína je díky svému tvaru  odolná jak poryvům větru, tak změnám směru větru.

Nyní, když víme jak vypadá ideální tvar turbíny, která  pokud je v klidovém režimu tak kolem ní vítr proudí lehce, dobré je že i v tomto režimu dokáže turbína generovat stále "minimální" výkon, nyní se můžeme začít věnovat tomu, jak turbínu ve větru oživit.

Princip každé větrné turbíny spočívá v tom, že se točí proti větru lehce a po větru se snaží zachytit co nejvíce energie kterou vítr má.

Vzhledem k tomu, že tentokrát nejde primárně o rychlost rotace turbíny, ale spíše její silový výkon, můžeme si dovolit lopatky turbíny mechanicky řídit pomocí síly větru. Zde využijeme leteckou mechaniku, kdy stejným systémem jakým pilot ovládá pomocí kniplu směrovky letadla (uvědomte si že pilot není kulturista a chod kniplu není dlouhý) budeme pomocí řídícího mechanismu kontrolovat směr a sílu větru a podle směru a síly větru budeme zajištovat tu správnou polohu lopatek turbíny.

Vzhledem k tomu, že se chystáme lopatkami turbíny ve větru "mávat" jako ptáci, musíme zvolit pro ovládání polohy lopatek turbíny
levný, efektivní, výkonný, trvanlivý a hlavně jednoduchý systém. 

Vybral jsem si stejný princip, kterým ovládáme deštník. Deštník má totiž přesně ty vlastnosti jaké od lopatky naší turbíny chceme, pokud je složený, tak neklade větru žádný odpor, ale pokud jej rozevřeme, tak nám jej vítr dokáže vytrhnout z ruky (kdo z vás zkoušel otevřít deštník po větru, tak ví jak rychle dokáže vítr deštník otevřít). K ovládání tohoto mechanismu použijeme jednoduchý princip táhel, připojených ke dvěma řídícím klapkám, které slouží pouze pro ovládání mechanismu otevírání lopatek turbíny. 

Díky tomu že součástí mechanismu bude i pružina, tak budeme moci dobře kontrolovat jak výkon turbíny (mluvím o maximálním výkonu turbíny aby nedocházelo k přetížení generátoru), tak sílu a poryvy větru (zde mám na mysli maximální rychlost větru na jakou je turbína konstruovaná). 
Bez pružiny by se nám deštník sice dobře silou větru otevíral, ale pomalu a špatně by se nám proti větru zavíral.
Protože my potřebujeme reakci na změnu směru a síly větru co nejrychlejší, použijeme pružinu, která nám pomůže deštník zase zavřít.

Zajímavé je také zmínit že až do chvíle přetížení, a je jedno zda se jedná o přetížení generátoru nebo přetížení turbíny větrem, do této chvíle pracují všechny lopatky jednotlivě, nezávisle na ostatních.
To znamená že každá z lopatek turbíny reaguje na rychlost a směr větru nezávisle na ostatních lopatkách. Díky tomu využívá turbína s maximální efektivitou vítr ze všech směrů a není tedy nijak náchylná ke změnám směru větru.
Ve chvíli přetížení generátoru nebo extrémních povětrnostních podmínek spouští kterákoli lopatka řetězovou reakci a dochází k přechodu všech lopatek turbíny do minimálního výkonu. Turbína se bude stále točit a dodávat minimální výkon. V tomto režimu je turbína schopna odolat i těm nejsilnějším větrům a je stále schopna produkovat elektrickou energii.
(Tornádo a hurikán asi nezvládne, ale standardní středoevropské vichřice nebo orkány by měla díky své konstrukci zvládnout s přehledem.)

Demonstrace principu - v přípravě.

Dostal jsem zajímavý nápad jak demonstrovat princip mnou navrhované turbíny.
Použiji kolo z obyčejného jízdního kola a vytvořím model turbíny.
Tento model osadím tím nejjednodušším systémem pružných lopatek který mne napadl.
Osadíme tachometrem a uvidíme jak rychle dokážeme ve větru tento model roztočit.
Protože to bude ale pouze model k demonstraci principu mé turbíny, nebude vybaven žádnou regulací.
Pokud budou výsledky takové jaké očekávám a při testu bez zátěže nedojde k destrukci modelu,
pokusím se model namontovat na generátor a vyzkoušet model i v zátěži.