5.8.2012 - Kto občas sleduje IP kameru, nastavenú na turbínu už vie, že na stožiari je momentálne len alternátor. Nekonečne ma mrzí takýto obrázok, ale ako som  pred pár dňami napísal do noviniek v diskusii, krídla som dal dolu preto, lebo záves, resp. ramená na ktorých boli upevnené k alternátoru neboli dostatočne pevné. Boli navrhované na podstatne menšie krídla a najmä kvôli nedostatku času som ich použil aj na krídla nové a o polovicu väčšie. Ukázalo sa, že rozdiel je príliš veľký a nechcem riskovať zničenie drahých krídel. Navyše, keď nebudem po ruke, ťažko by sa riešil akýkoľvek problém, ktorý by sa mohol veľmi pravdepodobne vyskytnúť. Ale nechcem ani čakať až do ďalšej dovolenky, preto budem hľadať spôsob situáciu poriešit čím skôr. Obr. vľavo: Staré krídla ešte bez horných spojok zľahka prevísali vlastnou váhou

       S akými silami bojujeme som mal možnosť zistiť hneď po zložení starých krátkych krídel zo stožiara. Už to malo byť pre mňa prvým varovaním. Pri poslednej úprave vlani v zime som ramená vystužil v hornej časti drôtenými spojkami. Prvoradým účelom týchto spojok bolo to, aby krídla stáli kolmo a neovísali ťahané svojou vlastnou hmotnosťou. Lebo pravdupovediac, ramená, aj keď z 5 mm železa sú fakticky len trochu krajšou železnou pásovinou bez potrebných prelisov na získanie tuhosti v ohybe. Obr. vpravo: Staré krídla s hornými spojkami

     Spojky plnili svoj účel veľmi dobre. Až na to, že som si na jar všimol, že krídla síce nepoklesli (horná časť by sa nakláňala od stredu), ale naopak, od stredu sa odkláňala spodná časť. Prečo to je tak, bolo jasné hneď po vylezení k turbíne. Spojky v hornej časti nielen že držali krídla proti poklesu, ale nedovolili, aby sa pri vysokých otáčkach vplyvom odstredivej sily ťahali krídla od seba. Pri takom hrubom železe a takých malých krídlach by som to síce veľmi nepredpokladal, ale dôvod, prečo sa zmenila geometria turbíny bol presne tento. Spodné ramená, ktoré neboli spojené drôtenými spojkami sa jednoducho pri otáčkach, ktoré mohli v maxime dosahovať 400 ot/min. začali vyrovnávať vo svojich pôvodných ohyboch napriek 5mm hrúbke železa. V dôsledku toho sa samozrejme ohli aj samotné úchyty na krídlach. Obr. vľavo: ohnuté úchyty starých krídel a ohnuté rameno

     Preto veľké krídla dostali spojky medzi ramenami aj v spodnej časti. Celá konštrukcia tak získala na stabilite, pretože krídla boli výrazne obmedzené vo vertikálnom pohybe. Nemali by sa pohnúť hore, ani dolu a ak, tak jedine všetky naraz, čo som nepokladal za možné. Toto nakoniec ani problém nebol. 

     Akým silám vlastne čelia krútiace sa krídla? Aspoň veľmi zjednodušene:

     Odstredivá sila. Už pri malých krídlach odstredivá sila prekonávala pevnosť materiálu ramien. Preto boli použité spojky medzi ramenami. Riešenie je to také veľmi amatérske, ale účinné. Teraz trocha ilustračných čísiel. Krídla turbíny s priemerom 1,6 m, ktorá sa točí rýchlosťou 300 ot./min. majú obvodovú rýchlosť 25 m/s (90 km/h). Pri hmotnosti krídla 6,5 kg, pôsobí pri tejto rýchlosti krídlo na ramená odstredivou silou uctyhodných 5100 N (510 kg). Pri dvoch úchytoch na krídle, je každé namáhané tak, ako keby na ňom bolo zavesené 255 kg závažie. Je to naozaj dosť, ale toto by mali uzavreté trojuholníky spojok a dosť hrubé železo ramien vydržať. Obr. vpravo: Nové krídla už majú spojky medzi ramenami v hornej aj spodnej časti

     Páka. Aby sa krídla krútili, musí na ne v smere pohybu (zjednodušene, pretože smer pohybu sú v skutočnosti zložené vektory rôznych síl) pôsobiť sila. Veľkosť tejto sily závisí od toho, ako veľmi bude pohyb brzdený alternátorom. Ak nebude alternátor zaťažený, postačí sila, ktorá prekoná trenie (ložísk a vzduchu). Ak začneme z alternátora odoberať energiu, bude brzdiť krídla navyše silou, ktorá s rovná ekvivalentu odoberaného výkonu, zväčšenou o straty vyplývajúce z účinnosti alternátora. Pre ľahšiu predstavu si vezmime 1 konskú silu (ks), ktorá sa rovná cca 750W. Ak teda odoberáme z alternátora 750W, na krídla bude musieť pôsobiť 1 ks (plus spomínané straty). Na jedno krídlo bude teda musieť pôsobiť viac ako tretina koňa (čo je ale veľmi zjednodušené, pretože krídla sa na ťahu nepodieľajú v každej chvíli rovnako, ale v závislosti na ich polohe k smeru vetra sa ich ťah jednotlivo mení). Nezdá sa mi to málo, ale ramená sú z dosť hrubého železa aby to vydržali. Ak sa neudeje niečo iné...

     Skrut. Alebo skôr v tomto prípade nerovnomerne rozložená páka. V skratke: vietor pôsobí na krídlo po celej jeho dĺžke. Ale nie všade rovnako. Pritom rozdiel v pôsobiacich silách v hornej a spodnej časti krídla môže byť kritický. Existenciu tejto nerovnomernosti spôsobuje prítomnosť stožiara v spodnej časti sústavy krídel a jeho absencia v hornej. Stožiar ako cudzí element vnútri turbíny narúša homogenitu prostredia a vytvára prekážky prúdiacim vzdušným vírom. Následkom toho je, že v hornej časti krídla pôsobí väčšia ťažná sila ako v spodnej. Vrch krídla chce byť rýchlejší ako spodok a krídlo sa chce skrúcať okolo svojej osi, ktorá pomyseľne prechádza stredom krídla a osou alternátora (pozri obr. vľavo). Práve toto bolo príčinou, že krídla museli ísť dolu. Pri tak dlhých krídlach a vysokých otáčkach, do ktorých sa s ľahkosťou dostávali, bol už účinok rozdielneho ťahu v hornej a spodnej časti podstatný. Ramená krídel s takto smerovanou silou nepočítali. Navyše, vôbec tu nepôjde o jednoduché kontinuálne pôsobenie nepriateľskej sily, ale skôr o kmitanie. Keď sú krídla v pohybe, v každom bode ich dráhy, ako už bolo spomínané, pôsobia na páku (ramená) inou silou - ťahom. Aj rozdiely síl pôsobiacich na hornú a spodnú časť krídla, spôsobené prítomnosťou stožiara, sa teda menia polohou krídel. Rýchlosť otáčania určuje frekvenciu týchto zmien - kmitov. Ak dosiahnu rezonančný kmitočet, môže to mať okamžité devastačné účinky. Obr. vľavo: Spôsobili ohnutie dokopy 22 mm železa vibrácie v torznom smere?

   Riešenie nie je až také zložité, ale dva dni, ktoré som na to mal do konca dovolenky boli predsa len trochu málo. Je potrebné jednoducho zlepšiť úchyt krídel. Dvojúrovňové uchytenie, ktoré som už mal pripravené, len vyžadovalo trochu viac času na realizáciu, som odsunul a uprednostnil rýchlejšie a pohodlnejšie riešenie - použitie starých ramien kotvených do jedného bodu. Poučenie to je dobré a verím, že nie len pre mňa. Ale teraz vďaka tomu môžme sledovať na kamere alternátor bez pohybu, ako sa po ňom prechádzajú holubi... čo nie je až taká veľká zábava...