≡×МЕНЮ

• Інтер'єр
• Вікна
• Стіни
• Проекти
• Будівлі

Як зробити вітрильний вітрогенератор своїми руками? Вітрогенератор вітрильний Вітрогенератор з різною потужністю

Парусні вітряки конструкції Gravio можуть бути реалізовані як з горизонтальною, так і вертикальною віссю обертання вітроколеса. І головною особливістювітряків (ВЕУ) Gravio є те, що ці вітряки вітрильні.

Чи справа, що вітрильники «візуально» тягнуть нас у минуле і не такі естетичні, як красиві сучасні лопатки! Але НАМ ТО ЩО ПОТРІБНО? Краса та естетика? Або РОБОТА агрегату (електрика) при слабкому вітрі? А тим паче, що вітрильники для того й збираються, щоб там, де лопатки просто стоятимуть і око радуватимуть своєю естетикою (при 3х-4х м/с), вони (парусники), незважаючи на свою громіздкість і НЕестетику, вже ОРВАЛИ й ВИРОБЛЮВАЛИ потужність!

Незважаючи на те, що до самого Gravio можна ставитися підозріло, оскільки він веде на своєму сайті та форумі не зовсім «прозоро», проте питання не в самій особистості Gravio, а в тих ідеях, які він викладає у своїх коротких статтях, відповіді та коментарі на форумах.

Основна частина сухопутних вітрильників Gravio є спадкоємцями стародавнього критського вітроколеса, різні варіанти якого продовжують використовувати в вітряківІспанії, Греції та інших країнах Середземномор'я. Враховуючи, що цивілізація Криту - це один із напрямків прарусської цивілізації, можна вважати, що вітрильне вітроколесо - це один із великих винаходів російського народу. колись мешкає на Криті.

У порівнянні з лопатями класичних млинів, наприклад, голландських або російських, вітрильні лопаті простіше у виготовленні, експлуатації чи ремонті. У вітрила є одна важлива особливість, Якої немає у класичної лопаті. Вітрило практично миттєво підлаштовується під силу і напрям вітру, що забезпечує можливість роботи вітрильного вітряка в широкому діапазоні швидкостей вітру, від найменших до буревих (50-60 м/с). Так як вітрила розташовуються по периферії вітроколеса, навіть при слабкому вітрі таке вітроколесо передає на вісь електрогенератора помітну потужність, тоді як перетин лопаті у класичного лопатевого вітряка зменшується від центру до периферії, тому лопатеві вітряки, не здатні утилізувати слабкий вітер.

Дані вітрильні вітрогенератори є винаходами Gravio, такий нік узяв собі, напевно, Каплій Володимир Іванович, частина винаходів якого лежать на Місяці та Венері.

У конструкції вітрильних вітряків Gravio є багато позитивних якостей. Вони відрізняються від традиційних лопатевих вітроустановок дешевизною, абсолютною екологічністю, здатністю використовувати енергію слабких вітрів (2...5м/сек) і все це на тлі повної відсутності великих рознесених мас, що обертаються, які забезпечують досить високий ступінь безпеки для оточуючих. Наприклад, класичну лопатеву вертушку-маломірку не можна поставити на пасіці через ймовірність смертовбивства бджіл та іншої живності. Відсутні звукові збурення, вібрації та інші негативні сторони традиційних вітряних систем.

Пропоновані Gravio вітрильні вітрогенератори найкраще підходять для сільскої місцевості. Сільському жителю, що має обійстя, постійно доводиться запарювати корм тваринам або обігрівати теплиці. Крім того, для потреб господарства потрібна і механічна енергія, наприклад, для водопідйому чи пресування саману. Залежно від комплектації вітрильні ВЕУ постачаються в однофазному виконанні та трифазному. Типові моделі: 1кВт, 4кВт, 10кВт. Максимальна потужність – до 100кВт. Комплект: поворотна опора (механізм кріплення на штангу), мотор-редуктор, вітро-колесо, дві запасні лопаті (вітрила). Напруга на виході: 380В. Додаткова комплектація: акумуляторні батареї, зарядний пристрій, інвертор, електроніка, щогла, кріплення.

Ця інформація дає досить повне уявлення, що вітрильні вітроустановки Gravio могли б при масовому застосуванні в сільській місцевості та в невеликих містах вирішити багато проблем, які через погане управління енергомережами Росії виникають все частіше і частіше. Можливо, вартість кватт*години на таких установках буде вищою, ніж одержуваної із загальної мережі, але хто відшкодовуватиме збитки у разі відключення населеного пункту від загальної мережі? Чому при розрахунку вартості кватт*години ніколи не враховується втрачена вигода, а іноді й прямі збитки тих, у кого відключається електроенергія? Щось не було чути, щоб Чубайс покрив збитки Москви та москвичів за відомої енергетичної катастрофи у Москві. Люди трохи помучилися і на цьому все завершилося. Добрий у нас народ за безжальної держави з безсовісними чиновниками та бізнесменами.

Про гідність ВЕУ із горизонтальною віссю обертання чудово висловився сам Gravio. Але у Gravio є варіанти ВЕУ з вертикальною віссю обертання. І знову замість жорсткої лопаті у вітроколесі використовується «гнучке» вітрило. Як пристрій, що передає обертання від осі вітроколеса до осі електрогенератора, використовується задній міст автомобіля: від УАЗа до КАМАЗу. Відповідно і потужність таких ВЕУ сягає 100 квт і більше.

Звичайно, варіанти вітрильних ВЕУ, запропоновані Gravio, не єдині. Багато авторів, як у Європі, так і в США, працюють над різними варіантами вітрильних вітроколес.

Основними перевагами його конструкцій є те, що вони доступні для самостійного виготовлення сільськими жителями широко поширених комплектуючих. Електрогенератор - асинхронний мотор потрібної потужності, який підключається за схемами, добре відомими будь-якому грамотному електрику. Вітрила мають просте кріплення та протибуровий захист, якою виступає сталевий трос заздалегідь розрахованого діаметра, який при досягненні критичної сили вітру просто рветься, надаючи вітрилам полоскатися за вітром. Для приведення колеса у «бойову» готовність достатньо замінити порваний трос на новий.

Колеса вітрильників обертаються повільно, але мають велику потужність і момент. Віддалене щодо осі обертання розташування вітрил дозволяє утилізувати струмки слабкого вітру. Примусового розкручування вітрильник не потребує. Тканина вітрила дуже гнучко підлаштовується під будь-який вітер, що дозволяє витягувати з вітру потужність (енергію) з максимально можливим ККД без застосування спеціальної системи управління. Орієнтується вітроколесо за вітром самостійно, а завдяки малій інерції та високій «флюгерності» вітроколесо здійснює це швидко і без втрати потужності. При великому радіусі парусного колеса йому не страшні нерівномірності у швидкості вітру по висоті, тому що кожне вітрило, працюючи на загальну вісь, Гнучко сам підлаштовується під силу та напрямок локального повітряного потоку. Крім того, вітрила в «робочому» стані створюють між собою систему повітряних каналів, повітря в яких перенаправляється в такому напрямку, що забезпечується збільшення потужності вітроколеса, в тому числі за рахунок ефекту приєднаних мас, оскільки збільшення швидкості повітря між вітрилами призводить до падіння. тиску між ними, а значить, у ці зони спрямовуватиметься повітряні потоки, що «пролітають» поруч із вітроколесом. Тобто. ефективна площа перерізу повітряного потоку, яка формуватиме підсумкову потужність ВЕУ більше омітається вітрильником перерізу, якщо брати до уваги діаметр колеса. І весь цей повітряний потік перехоплюється вітрилами з високою ефективністю.

Відомо, що потужність вітряка прямопропорційна площі, що омітається, і кубу швидкості вітру. Максимальна потужність вітряка з площею в 1 кв.м. при швидкості вітру 10 м/с приблизно становить 600 ват. Так як вітрильний вітряк швидше повертається за вітром, ніж класичний лопатник, самостійно обертається при вітрах слабше 1 м / с, то за однаковий час експлуатації «вітрило» при тій же площі, що омітається, зніме з вітру більше енергії, ніж класичний лопатник. Вітрильник при зміні напряму вітру на 180 градусів цей факт просто не помітить, тому що його колесо обертатиметься і в тому й іншому випадку в один бік. Класичний лопатник половину поривів вітру просто пропускає через свою високу інерційність, а на слабкі пориви вітру, що навіть дмуть уздовж осі вітроколеса, не в змозі реагувати. При зміні напряму сильного вітру на 180 градусів лопатник змінить обертання на зворотне. А це вже зовсім погано. Тут ніякий флюгер не допоможе.

Вибираючи джерело енергії, тобто мережу або вітрильник, необхідно враховувати не тільки параметри ВЕУ, але найголовніше, треба заздалегідь з'ясувати, а чи є взагалі сенс встановлювати вітряк. Потужність вітряка повинна відповідати потужності вітрів на ділянці землі, що вибирається, і заданій висоті. За наявності великої кількості сонячних днів зупинити свій вибір на сонячних батареях та сонячних колекторах. Але в будь-якому випадку мати власне безпаливне джерело енергії в наш бурхливий та складний час завжди корисно. Важливо, щоб держава цього процесу хоч би не заважала. І тоді сухопутна вітрильна флотилія буде здатна вирішити проблеми енергетичної безпеки багатьох громадян Росії, особливо у сільській місцевості. Зайва енергія в наш час - те саме, що кінь і меч у Середні віки.

Таким чином, Вітрильний вітрогенератор:
* Дозволяє ефективно використовувати енергію вітру з високим ККДза рахунок використання великої площівітрового потоку;

* За рахунок порівняно повільного руху вітрильних елементів (у порівнянні з вітротурбінами), безпечна для людини та тварин, не створює шумових інфразвуків та радіоперешкод;

* Працює в приземних повітряних потоках. Турбулентність приземного повітряного потоку мало впливає ефективність роботи;

Мета використання технології «Вітрильних вітрогенераторів» полягає:
1. У максимальному використанні потужності вітрового потоку, тобто входить до установки вітер 10 м/сек, а після відбору енергії виходить вітер 2-3 м/сек.

2. У компактності, безпеці та спрощенні монтажу та обслуговування.

3. У зниженні шуму, відсутності шкідливих інфразвуків, безпеки для птахів та людини.

4. У зниженні вартості електроенергії, що виробляється

5. У виключенні необхідності у надвисоких технологіях рівня літакобудування, як це має місце при створенні лопатевих ВЕУ.

6. У доступності вітрильної ВЕУ для широкого споживання.

7. У наземному базуванні установок, що також впливає зручність обслуговування й у результаті ціну кіловата.

Розповісти у:
Тут теорія! перейти до практики можна сюди!

Як зробити вітряк своїми руками. Чи можливий взагалі саморобний вітрогенератор?

Деякі допитливі громадяни неодноразово замислювалися над питанням: "Як зробити вітряк своїми руками, які креслення необхідні і наскільки складно його виготовлення?"

Здається неймовірним, але саморобний вітрогенераторсвоїми руками можна виготовити із звичайного велосипедного колеса. Головне - це трохи розбиратися у фізиці та мати "золоті" руки.

На велосипедне колесо встановлюються лопаті, кількість яких може бути від трьох до шести, залежно від задуму винахідника. Балку для хвоста можна виготовити із ПВХ труби. Велосипедне колесо кріпиться до торцевої заглушки труби, в якій попередньо свердлиться отвір. Генератором служить двигун, робоча напруга якого має параметр 24В. Раніше такі движки широко застосовувалися в старих комп'ютерах приводу диска. Швидше за все, такі моторчики не важко підшукати на "барахолівках" комп'ютерної техніки.

Далі, генератор необхідно за допомогою звичайного куточка прикріпити до вітряка. Підсумком має стати міцна паличка, яка закріплюється за допомогою хомутів. Ця жердина призначається для того, щоб вітряні електростанції своїми руками знаходилися на достатній височині і могли взаємодіяти з потоками вітру. Крім того, у ньому також прокладається вся електропроводка.

Саморобний вітрогенератор повинен повністю врівноважуватись хвостом, для чого заздалегідь прораховується його вага. Як генератор в цьому прикладі був використаний двигун, що працює на постійних магнітах, а також приводний ремінь, стійкий до тривалого сонячного впливу.

Характеристики розробленої конструкції здатні скласти конкуренцію сонячним батареяма вихідних параметрів цілком вистачає для забезпечення автономного енергопостачання житлового будинку. Загальна вартість саморобного апарату за умови, що всі комплектуючі придбали в магазині, окупається за кілька місяців його роботи.

За цією технологією можна виготовляти також і вітрогенератори вертикальні, але довжина жердини в цьому випадку має бути в 1,5 рази більше.

Вітрові електростанції – енергія вітру в наших руках.

Щодня зростають ціни на традиційні носії енергії. У зв'язку з цим у сучасний часособливою актуальністю користується альтернативна, нетрадиційна енергетика, як і більше економний спосібзабезпечення енергоресурсами потреб населення Природно, що енергія вітру не залишилася поза увагою, оскільки це невичерпне джерело отримання електроенергії і, до того ж, абсолютно безкоштовне.

Вітроенергетика - галузь енергетики, основною спеціалізацією якої є можливість використання вітрової енергії, кінетичної енергії, що виробляється від руху всіх повітряних масу шарах атмосфери.

Вже нікого не дивують загадкові конструкції, які є млинами на довгих стовпах, які можна зустріти на піднесеній місцевості. Всі знають, що це вітрові електростанції, призначені для вироблення електричної енергії з руху повітряних мас. Колись давно вони вважалися екзотикою та встановлювалися лише на великих підприємствах, здатних дозволити собі таке дороге обладнання.

На сьогоднішній день ситуація кардинально змінилася. Дані конструкції можна зустріти на сільськогосподарських та промислових територіях, а також у приватних секторах, де іноді легше подбає про автономну систему енергопостачання, ніж залежати від централізованих ліній.

Вітроенергетичні установки є економічними, а головне екологічно чистими, тому що при їх використанні повністю виключається можливість викиду токсичних відходів в атмосферу. Також слід враховувати, що для роботи таких електростанцій немає необхідності використовувати будь-які паливні ресурси, що, враховуючи ціни на бензин і дизельне паливо, що зростають, ставлять вітер поза конкуренцією.

Не можна виключати і технічні аспекти: відпадає потреба у традиційній електроенергії, що дозволяє облаштовувати безперебійне енергопостачання навіть у місцях, де його повна відсутність. Вітроустановки здатні забезпечувати підприємства чи приватні споруди електрикою на довгі роки за умови мінімальної швидкості вітрового потоку 9м/с.

Вітряні генератори для дому та дачі. Пристрій та область застосування.

Вітряні генератори вважаються одним із найбільш перспективних на сьогоднішній час систем, здатних виробляти електроенергію в автономному режимі. Найбільш оптимальним і потужним за кількістю енергії, що виробляється, є система вітрогенераторів, об'єднаних в одну мережу за допомогою комп'ютерної системи. Це дає можливість керувати кількома сотнями вітрових турбін одночасно.

Перш ніж встановлювати дані пристрою, необхідно зробити деякі розрахунки. Насамперед, потрібно буде визначити, який вітропотенціал має місцевість у районі, де планується зводити автономні джерела енергії. Також особливу увагу слід приділити розробці схеми розміщення турбін з огляду на характеристики майданчика.

У більшості випадків вітряки, вітряні електростанції для дому або для промислових підприємств складаються з наступних основних компонентів: вітротурбіни, що включає генератор і поворотний пристрій, блоків управління і перетворення, щогли, на яку кріпиться турбіна і акумуляторної батареї.

Як правило, вітротурбіни складаються з трьох лопатей, хоча, теоретично, можлива будь-яка їх кількість. Щоб уникнути виникнення частих несправностей турбіни, використовується аеромеханічна система, призначена для стабілізації частоти обертання.

За виробництво електроенергії відповідає генератор, який приєднаний до турбіни. Залежно від моделі установки, можливе його приєднання як безпосередньо, так і через трансмісію.

Для можливості орієнтування вітротурбіни в залежності від напрямку вітрових потоків в даний момент часу передбачено спеціальний пристрій, розташований на щоглі.

Вітрогенератори для будинку, дачі мають відмінну від професійного обладнаннякомплектацію та є менш потужними пристроями. Проте, вони чудово справляються з проблемою енергозабезпечення будинків, що окремо стоять, під час знеструмлення централізованої лінії. Вони можуть виробляти енергію цілодобово, є економічними, екологічними та досить красивими.

Вертикальні вітрогенератори. Основні характеристики.

На сьогоднішній день вітрогенератори з вертикальною віссю обертання можна зустріти набагато рідше, ніж із горизонтальною. Однак, вони також заслуговують на увагу споживачів. У окремих випадкахїх встановлення – це найбільш оптимальне вирішення проблеми автономного енергопостачання.

За принципом роботи вони поділяються на:
- тихохідні;
- Швидкохідні.

Найбільш поширеним прикладом вертикальної вітрової установки є вітряки карусельного типу.

Нижче наведені усереднені робочі параметри такого роду конструкції, які можуть змінюватись незначно залежно від конкретної моделі:
- Оптимальна потужність - 1кВт;
- встановлено два вітромодулі;
- у конструкції відсутні розтяжки;
- Середня висота установки складає 12 метрів;
- повністю безшумна;
- мінімальна швидкість вітру, за якої здійснюється вироблення енергії, становить 3 м/с.

В даний час дані установки користуються особливою популярністю в США, Японії, Канаді та Англії, де їх виробництво поставлено на масовий потік. Вертикальні вітрогенератори є простими в експлуатації, не вимагають складного технічного обслуговування і здатні чудово справлятися навіть з повітряними потоками, що часто змінюються.

У разі зростання швидкості вітру, дана системаздатна миттєво збільшити силу тяги. Після цього швидкість обертання автоматично стабілізується. До особливостей даної установки також можна віднести їхню тихохідність, що дозволяє застосовувати до них найпростіші електричні схеми. При цьому повністю унеможливлюється ризик пошкодження агрегату у разі різкого пориву вітру.

Також існує ортогональний тип вітроустановок, який переважно використовується у великій енергетиці. Цей тип вітрогенераторів має один, але дуже істотний недолік: йому необхідний "розбіг". Іншими словами, щоб перевести апарат у режим генератора з режиму двигуна, необхідно підвести до нього енергію, щоб здійснити його розкручування до необхідних аеродинамічних параметрів.

Саморобний генератор для вітряка.

Виявляється, що саморобний генератордля вітряка своїми руками здатна виготовити людина, навіть далека від інженерної діяльності. Для цього необхідно роздобути гальмівні диски автомобіля, які мають відшліфувати внутрішню сторону. Це необхідно зробити для того, щоб забезпечити магнітам найкраще кріплення.

У процесі виготовлення до статора необхідно приварити осі для дисків ротора, а в заздалегідь просвердлені отвори обов'язково потрібно буде вставити шпильки для можливості його кріплення.

Усі котушки статора повинні намотуватися в тому самому напрямку, а початок обмоток рекомендується відразу ж помічати, щоб згодом їх вдалося правильно з'єднати. На даному етапі доведеться попрацювати над виготовленням пристрою для намотування. Після того, як котушки намотані, їх потрібно покрити клеєм. У результаті має вийти дев'ять котушок. Після цього необхідно приступати до виготовлення форми для виливки статора. Як матеріал для її виготовлення найкраще підійдуть фанерні листи.

Котушки слід рівномірно розкласти по зазначеному колу та залити епоксидним клеєм. Для надання статору максимальної міцності, по обидва боки робляться прокладки зі скловолокна.

Підсумком всіх маніпуляцій буде трифазний генератор - основний пристрій вітрогенератора, без якого він просто не зможе функціонувати.

Звичайно, можна уникнути всіх цих втомливих операцій і виготовити вітряк з автомобільного генератора, який, в принципі, задовольняє всіма необхідними характеристикамидля цих цілей.

Лопаті для вітрогенератора можна виготовити із фанери, листового пластику або навіть із покрівельного заліза. Головне – подбати про те, щоб вони були відповідного розміру. У будь-якому випадку, по можливості необхідно уникати надмірно товстих заготовок, оскільки ротор повинен мати малу вагу. Це зменшить тертя, що виникає в підшипниках і, як наслідок, весь барабан набагато легше розкручуватиметься вітровими потоками.

Саморобний вітрогенератор на постійних магнітах.

Для тих, хто всерйоз замислився забезпечити своє помешкання постійним автономним енергопостачанням і при цьому використовувати безкоштовну енергію вітру, особливий інтерес представляє саморобний вітрогенератор на постійних магнітах, який можна виготовити самостійно.

Для нього необхідно роздобути велосипедну втулку від заднього колеса. Магніти для генератора можна знайти у старих гучномовцях (дзвіночках), які і на сьогоднішній день можна побачити на вокзалах, у громадських місцях та скрізь, де облаштовували раніше гучний зв'язок.

Як показує практика, цілком вистачить чотирьох динаміків, що згоріли. Далі їх слід розпиляти на 16 частин і встановити таким чином, щоб вони були спрямовані один на одного однаковими полюсами.

З'єднання котушок можна виконувати двома способами: послідовним та паралельним. Слід враховувати, що з першому способі з'єднання збільшується сила струму, а другому - напруга. Який із цих варіантів буде найбільш оптимальним у конкретній ситуації, слід підбирати експериментальним методом.

Даний тип вітрової міні-електростанції є досить простим, практичним і не вимагає матеріальних витратна його виготовлення. Але перед тим, як зробити вітряк, вітрогенератор, необхідно розрахувати його необхідні параметри та врахувати заплановані умови експлуатації.

Також самостійно можна виготовити і вертикальні вітрогенератори. Зазвичай на них встановлюють чотири лопаті, кожна з яких має 1 метр у висоту та ширину 0.8 метра. Матеріалом для їх виготовлення можуть бути дахи легкових автомобілів, що скріплюються між собою металевими хрестовинами.

Кріплення хрестовин проводиться до труби, яку можна роздобути у старих будівельних лісах. Основа такої електростанції буде пірамідальною звареною конструкцією.

Основними перевагами такої конструкції є невелика вартість витратних матеріалів, Надійність, простота складання, можливість переміщення агрегату з однієї точки в іншу, просте технічне обслуговування.

Вітрогенератори промислові. Чи достатньо потужність?

Для забезпечення безперебійним автономним електропостачанням різних промислових і сільськогосподарських підприємств використовують спеціальні установки, здатні отримувати електрику з енергії вітру. На сьогоднішній день промислові вітрогенератори встановлюються за кошти, виділені державою або найбільшими корпораціями. Часто окремі пристрої об'єднують у ланцюги з комп'ютерним керуванням. Так виходять вітроелектростанції.

Основною перевагою вітру як джерела енергії є повна відсутність як вихідної сировини для живлення генераторів, так і відходів, які могли б завдати шкоди навколишньому середовищу.

На жаль, і в даний час промислові установки такого плану переважно виробляють за кордоном через необхідність використання масштабної ресурсоємності виробництва. Плюс до цього, в деяких країнах спостерігаються серйозні проблеми з енергозабезпеченням, і такі установки є єдиним виходом із ситуації.

Застосовно промислових агрегатів для вироблення енергії з вітру, по конструкції найбільш поширені трилопатеві вітрогенератори з віссю обертання, розташованої горизонтально. Перш ніж переходити до їх встановлення на території, необхідно провести повні дослідження площ, а також виконати ряд складних підготовчих та монтажних робіт.

Велика потужність вітрогенератора, що досягає 6 МВт – ось відмінна особливістьелектростанцій, що працюють на енергії вітру, що, природно, позначається на їхній вартості.

Для населення промислові агрегати недоступні за ціною, тому серед звичайних споживачів найбільш поширені установки невеликої потужності близько 2-5 кВт. Якщо швидкість вітру досягатиме 4 м/с, така мініелектростанція цілком здатна забезпечити електрикою заміський котедж або приватний будинокз усіма встановленими у ньому побутовими приладами. Останній вид цього пристрою також застосовується до громадських місць невеликих площ, наприклад, кафе, приватних готелях і т.д.

Вітрогенератор для дачі. Принцип дії та переваги.

Робота будь-якої вітрової електростанції, незалежно від того, призначена вона для енергозабезпечення цілого міста або це лише вітрогенератор для дачі, зводиться до тих самих принципів:

Необхідно, щоб віяв вітер;
- за допомогою хвоста генератора конструкція розгортається за вітром;
- лопаті, які приєднані до генератора, під впливом вітру починають рухатися;
- за рахунок обертання лопатей здійснюється вироблення електрики, яку споживачі можуть використовувати у своїх побутових цілях.

Такий простий принцип дії і пояснює популярність установки серед споживачів, які бажають навіть у дачному будиночку мати автономне безперебійне енергозабезпечення. Для таких цілей ідеально підходить міні вітряк, потужність якого становить лише 2 кВт. Цей пристрій чудово підійде для забезпечення освітлення та роботи необхідних побутових приладів: холодильника, телевізора тощо. Таке автономне джерело енергії може встановити навіть одна людина.

Цікаво буде дізнатися, що можна виготовити вітрогенератор з автомобільного генератора. Звичайно, точну собівартість даного проекту попередньо назвати неможливо. Все залежить від того, які комплектуючі та деталі є в арсеналі майстра, а які йому необхідно буде придбати в магазині. Якщо доведеться все купувати, то рекомендується йти не в магазин, а на ринок, де можна придбати деталі хорошої якості. Наведемо деякі розцінки: б/в генератор потужністю 3-4 кВт можна купити за 30-40 у.о. Також необхідно буде обзавестися конденсаторами (металобажаними або паперовими певної ємності), схемами підключення конденсатора до обмотки та схемою блоку управління, яка складається з трьох рубильників. На цьому етапі вважатимуться, що генераторна установка готова.

Своїми руками можна сконструювати побутовий вітрогенератор вертикальний безшумний, основна відмінність якого полягає в положенні осі обертання. Власник такої установки, безумовно, оцінить усі її переваги: ​​довговічність, стабільність струму, що видається, повна відсутність шуму.

Вітрильний вітряк. Конструктивні особливостівиготовлення.

Найбільш тихохідним вітрогенератором є, безумовно, вітрильний вітряк. Однак, через колосальну аеродинаміку його швидкохідність знаходиться в межах 1-1,5. Але, незважаючи на це, у нього існує безліч переваг, основною з яких є надзвичайна чутливість. Він реагує на найменший рух повітряних мас від 1 м/с. Ця перевага особливо важлива для російської місцевості, де рідко зустрічається вітер, швидкість якого перевищує 4-5 м/с. Саме в таких ситуаціях, коли більш швидкохідні вітряки простоюють без діла, ці вітряні електрогенератори чудово справляються з поставленим перед ними завданням.

Ще одним безумовним достоїнством такого роду конструкції є елементарність його виготовлення. Складові даного агрегату можна перерахувати на пальцях: вал установки на підшипниках, на валу знаходиться маточина, до неї, у свою чергу, кріпляться щогли, кількість яких може змінюватись від 8-ми до 24-х. До щоглів кріпляться вітрила, які виготовляються з тонкої, але дуже міцної матерії, переважно синтетичної. Протилежний кінець вітрила прикріплюється за допомогою штоків, що виконують одночасно дві ролі: протиштормового захисту та регуляторів кутів повороту.

Саме таке елементарне виготовлення вітряків пояснює їх використання і в сучасний час, коли, за логікою, такі установки повинні були бути витісненими з використання більш технологічними агрегатами.

Крім того, такі міні-електростанції є ідеальним варіантом для походів і подорожей, так як у складеному вигляді мають розміри невеликої валізи, вітрила можна згорнути, а щогли - скласти. І хоча їхня ефективність залишається невисокою, для підзарядки акумулятора мобільного телефону її цілком вистачить.

Як варіант, пропонується використовувати як матеріал виготовлення вітрил пластик, що може сприяти збільшенню швидкохідності в кілька разів. Однак, це неминуче має призвести до зниження мобільності, тобто в розібраному вигляді дана конструкція займатиме набагато більше місця.

Розділ: [Теоретичні матеріали]
Збережи статтю в:
Залиш свій коментар або запитання:

Проблемою використання вітрогенераторів в Україні, Росії та багатьох інших європейських країнахі країнах СНД є низька середньорічна швидкість вітру в місцях найбільшої потреби в електроенергії (3-5 метрів за секунду, а дуже часто дме вітер зі швидкістю менше 3 метрів за секунду). Для вирішення цієї проблеми застосовують лопатеві вітряки на великих висотах (50-100 метрів) або встановлюють їх у вітряних місцях, наприклад, в ущелинах, на пагорбах, у прибережних місцях і т.д. Або купують вітрогенератор потужністю 10 кВт для того, щоб він виробляв 2 кВт, але це як мінімум дорого і далеко не всім ці методи підходять. Що робити? Вітрильний вітрогенератор!
Якщо звернутися до цифрових показників – видно, що заявлені потужності лопатеві вітрогенератори видають при швидкостях вітру 8-15 м/с; при цьому мінімальна швидкість вітру (так звана швидкість стругування) 2,5-4 м/с, максимальна експлуатаційна - 25-45 м/с. Дещо інші показники мають багатолопатеві та стаксельні (вітрильні) вітряки. Мінімальна швидкість вітру 05-15 м/с. Максимальна потужність за швидкості вітру 6-20 м/с, максимальна експлуатаційна швидкість вітру – 15-30 м/с.
Різниця характеристик визначається в основному «заповненістю» кола, яке описують лопаті. Чим повніше - тим нижча робоча швидкість вітру. Таким чином вітряки вітрильного типу навпаки навіть у слабкі вітри (нижче 3 м/сек) виробляють електроенергію.

Переваги вітрильних вітрогенераторів (вітряків):
- мінімальна швидкість вітру для стругування 0,5-1,5 м/с;
- вітрило практично миттєво підлаштовується під силу та напрям вітру, що забезпечує можливість роботи вітрильного вітряка в широкому діапазоні швидкостей вітру, від найменших до бурових (50-60 м/с);
- легкі лопаті великої площі, щоб «зняти» енергію з мінімального вітру та менше інерційність;
- лопатник половину поривів вітру просто пропускає через свою високу інерційність;
- вітрило дешевше і легше лопаті, що спрощує ремонт, вища ремонтопридатність;
- доступність матеріалу лопаті (парусину, парашутний шовк та ін.) на відміну від композитних склопластиків, спецсплавів та сотень лопатей вертикальних вітряків;
- лопаті можна скласти буквально в трубочку та легко транспортувати;
- такий вітряк можна зробити своїми руками, оскільки тут не дуже важлива точність та балансування лопат;
- вітрильні вітряки можуть бути вертикальними та горизонтальними;
- не створюються шумові інфразвуки та радіоперешкоди (вітрила радіопрозорі);
- завдяки порівняно повільному обертанню вітрил-лопатей забезпечується безпека для людини та тварин;
- компактність, безпека, простота монтажу та обслуговування;
- невисока вартість енергії, що виробляється.

Недоліки вітрильних вітрогенераторів (вітряків):
- при посиленні вітру вони втрачають перевагу, а на сильних вітрах програють лопатевим вітрогенераторам через посилення тертя повітря.
- має меншу в порівнянні з лопатеві швидкохідність, тому потрібен більш тихохідний генератор або мультиплікатор з більшим передатним числом;

При середньому та сильному вітрі вітрильний вітряк вигідний і для опалення будинків, дач, ферм, курників, теплиць, парників та ін. допомогою найпростішого АВР. Навіть невелика ВЕУ забезпечить цю можливість.

Росія щодо вітроенергетичних ресурсів займає подвійне становище. З одного боку, завдяки величезній загальній площі та розмаїттю рівнинних місцевостей вітру загалом багато, і він переважно рівний. З іншого боку – наші вітри переважно низькопотенційні, повільні, див. рис. З третьої, мало обжитих місцевостях вітри буйні. Виходячи з цього, завдання завести на господарстві вітрогенератор є цілком актуальним. Але щоб вирішити – купувати достатньо дорогий пристрій, або зробити його своїми руками, потрібно добре подумати, який тип (а їх дуже багато) для якої мети вибрати.

Основні поняття

1. КИЕВ – коефіцієнт використання енергії вітру. У разі застосування для розрахунку механістичної моделі плоского вітру (див. далі) він дорівнює ККД ротора ветросилової установки (ЗСУ).
2. ККД – наскрізний ККД ЗСУ, від вітру, що набігає, до клем електрогенератора, або до кількості накачаної в бак води.
3. Мінімальна робоча швидкість вітру (МРС) – швидкість його, коли він вітряк починає давати струм у навантаження.
4. Максимально допустима швидкість вітру (МДС) – його швидкість, при якій вироблення енергії припиняється: автоматика або відключає генератор, або ставить ротор у флюгер, або складає його і ховає, або сам ротор зупиняється, або ЗСУ просто руйнується.
5. Стартова швидкість вітру (ССВ) – при такій швидкості ротор здатний провернутися без навантаження, розкрутитися і увійти в робочий режим, після чого можна включати генератор.
6. Негативна стартова швидкість (ОСС) – це означає, що ЗСУ (або ВЕУ – вітроенергетична установка, або ВЕА, вітроенергетичний агрегат) для запуску за будь-якої швидкості вітру вимагає обов'язкового розкручування від стороннього джерела енергії.
7. Стартовий (початковий) момент – здатність ротора, примусово загальмованого в потоці повітря, створювати крутний момент на валу.
8. Вітродвигун (ВД) – частина ЗСУ від ротора до валу генератора чи насоса, чи іншого споживача енергії.
9. Роторний вітрогенератор - ЗСУ, в якій енергія вітру перетворюється на момент обертання на валу відбору потужності за допомогою обертання ротора в потоці повітря.
10. Діапазон робочих швидкостей ротора – різниця між МДС та МРС під час роботи на номінальне навантаження.
11. Тихохідний вітряк – у ньому лінійна швидкістьчастин ротора у потоці значно перевищує швидкість вітру чи нижче її. Динамічний напір потоку безпосередньо перетворюється на тягу лопаті.
12. Швидкохідний вітряк – лінійна швидкість лопат істотно (до 20 і більше разів) вище швидкості вітру, і ротор утворює свою власну циркуляцію повітря. Цикл перетворення енергії потоку в складний тягу.

Примітки:

1. Тихохідні ЗСУ, як правило, мають КИЕВ нижче, ніж швидкохідні, але мають стартовий момент, достатній для розкручування генератора без відключення навантаження та нульову ССВ, тобто. абсолютно самозапускаються і застосовні при слабких вітрах.
2. Тихохідність та швидкохідність – поняття відносні. Побутовий вітряк на 300 об/хв може бути тихохідним, а потужні ЗСУ типу EuroWind, з яких набирають поля вітроелектростанцій, ВЕС (рис.) і ротори яких роблять близько 10 об/хв – швидкохідні, т.к. при такому їх діаметрі лінійна швидкість лопатей та їх аеродинаміка на більшій частині розмаху – цілком «літакові», див. далі.

Який потрібний генератор?

Електричний генератор для вітряка побутового призначення повинен виробляти електроенергію в широкому діапазоні швидкостей обертання і володіти здатністю самозапуску без автоматики та зовнішніх джерелживлення. У разі використання ЗСУ з ОСС (вітряки з розкруткою), які мають, як правило, високі КИЕВ та ККД, він повинен бути і оборотним, тобто. вміти працювати і як двигун. При потужностях до 5 кВт цій умові задовольняють електричні машини з постійними магнітами на основі ніобію (супермагнітами); на сталевих чи феритових магнітах можна розраховувати лише на 0,5-0,7 кВт.

Примітка: асинхронні генератори змінного струму або колекторні з ненамагніченим статором не годяться зовсім. При зменшенні сили вітру вони згаснуть задовго до того, як його швидкість впаде до МРС, і потім самі не запустяться.

Відмінне «серце» ЗСУ потужністю від 0,3 до 1-2 кВт виходить із автогенератора змінного струму з вбудованим випрямлячем; таких зараз більшість. По-перше, вони тримають вихідну напругу 11,6-14,7 В досить широкому діапазоні швидкостей без зовнішніх електронних стабілізаторів. По-друге, кремнієві вентилі відкриваються, коли напруга на обмотці досягне приблизно 1,4, а до цього генератор «не бачить» навантаження. Для цього генератор потрібно вже досить добре розкрутити.

У більшості випадків автогенератор можна безпосередньо, без зубчастої або ремінної передачі, з'єднати з валом швидкохідного ВД, підібравши оберти вибором кількості лопат, див. нижче. "Швидкоходки" мають малий або нульовий стартовий момент, але ротор і без відключення навантаження встигне достатньо розкрутитися, перш ніж вентилі відкриються і генератор дасть струм.

Вибір за вітром

Перш ніж вирішувати, як зробити вітрогенератор, визначимося з місцевою аерологією. У сіро-зелених(безвітряних) областях вітрової карти хоч якийсь толк буде лише від вітрильного вітродвигуна(І їх далі поговоримо). Якщо необхідно постійне енергопостачання, то доведеться додати бустер (випрямляч зі стабілізатором напруги), зарядний пристрій, потужну акумуляторну батарею, інвертор 12/24/36/48 постійки в 220/380 В 50 Гц змінного струму. Обійдеться таке господарство не менше $20.000, і зняти довготривалу потужність понад 3-4 кВт навряд чи вийде. Загалом, при непохитному прагненні альтернативної енергетики краще пошукати інше її джерело.

У жовто-зелених, слабовітряних місцях, при потребі в електриці до 2-3 кВт, самому можна взятися за тихохідний. вертикальний вітрогенератор . Їх розроблено немає числа, і є конструкції, за КИЕВ та ККД майже не поступаються «лопатеві» промислового виготовлення.

Якщо ж ВЕУ для дому передбачається купити, то краще орієнтуватися на вітряк із вітрильним ротором. Спорів і їх багато, і теоретично поки що все ясно, але працюють. У РФ «вітрили» випускають у Таганрозі на потужність 1-100 кВт.

У червоних, вітряних регіонах вибір залежить від потрібної потужності.У діапазоні 0,5-1,5 кВт виправдані саморобні вертикалки; 1,5-5 кВт – покупні вітрильники. «Вертикалка» теж може бути покупною, але обійдеться дорожче за ЗСУ горизонтальної схеми. І, нарешті, якщо потрібно вітряк потужністю 5 кВт і більше, то вибирати потрібно між горизонтальними покупними "лопатями" або "вітрильниками".

Примітка: багато виробників, особливо другого ешелону, пропонують комплекти деталей, з яких можна зібрати вітрогенератор потужністю до 10 кВт самостійно. Обійдеться такий набір на 20-50% дешевше від готового з установкою. Але перш покупки потрібно уважно вивчити аерологію передбачуваного місця встановлення, а потім за специфікаціями підібрати відповідні тип та модель.

Про безпеку

Деталі вітродвигуна побутового призначення в роботі можуть мати лінійну швидкість, що перевищує 120 і навіть 150 м/с, а шматочок будь-якого твердого матеріалу вагою 20 г, що летить зі швидкістю 100 м/с, при «вдалому» попаданні вбиває здорового мужика наповал. Сталева, або з жорсткого пластику, пластина товщиною 2 мм, що рухається зі швидкістю 20 м/с, розтинає його навпіл.

Крім того, більшість вітряків потужністю понад 100 Вт досить сильно шумлять. Багато хто породжує коливання тиску повітря наднизькою (менше 16 Гц) частоти – інфразвуки. Інфразвуки нечутні, але згубні здоров'ю, а поширюються дуже далеко.

Примітка: наприкінці 80-х у США був скандал – довелося закрити найбільшу на той момент у країні ВЕС. Індіанці з резервації за 200 км від поля її ЗСУ довели в суді, що різко почастішали в них після введення ЗЕЗ в експлуатацію розлади здоров'я обумовлені її інфразвуками.

Через зазначені вище причини встановлення ЗСУ допускається на відстані не менше 5 їх висот від найближчих житлових будівель. У дворах приватних домоволодінь можна встановлювати вітряки промислового виготовлення, сертифіковані відповідним чином. На дахах ставити ЗСУ взагалі не можна – при їх роботі навіть у малопотужних виникають знакозмінні механічні навантаження, здатні викликати резонанс. будівельної конструкціїта її руйнування.

Примітка: висотою ЗСУ вважається найвища точка диска, що омітається (для лопатевих роторів) або геомеричної фігури (для вертикальних ЗСУ з ротором на держаку). Якщо щогла ЗСУ або вісь ротора виступають вгору ще вище, висота вважається за їхньою топою - верхівкою.

Вітер, аеродинаміка, КИЕВ

Саморобний вітрогенератор підпорядковується тим самим законам природи, як і заводський, розрахований на комп'ютері. І саморобнику основи його роботи потрібно розуміти дуже добре – у його розпорядженні найчастіше немає дорогих суперсучасних матеріалів та технологічного обладнання. Аеродинаміка ж ЗСУ ох як непроста…

Вітер та КИЕВ

Для розрахунку серійних заводських ЗСУ використовується т. зв. плоскі механістичні моделі вітру. У її основі такі припущення:

• Швидкість та напрямок вітру постійні в межах ефективної поверхні ротора.
• Повітря – суцільне середовище.
• Ефективна поверхня ротора дорівнює площі, що омітається.
• Енергія повітряного потоку – суто кінетична.

За таких умов максимальну енергію одиниці об'єму повітря обчислюють за шкільною формулою, вважаючи густину повітря за нормальних умов 1,29 кг*куб. м. При швидкості вітру 10 м/с один куб повітря несе 65 Дж, і з одного квадрата ефективної поверхні ротора можна, при 100% ККД всієї ЗСУ, зняти 650 Вт. Це дуже спрощений підхід - всі знають, що вітер ідеально рівним не буває. Але це доводиться йти, щоб забезпечити повторюваність виробів – звичайне у техніці справа.

Плоскую модель не слід ігнорувати, вона дає чіткий мінімум доступної енергії вітру. Але повітря, по-перше, стискаємо, по-друге, дуже плинний (динамічна в'язкість всього 17,2 мкПа * с). Це означає, що потік може обтікати площу, що ометається, зменшуючи ефективну поверхню і КИЕВ, що найчастіше і спостерігається. Але в принципі можлива і зворотна ситуація: вітер стікається до ротора і площа ефективної поверхні тоді виявиться більше омітається, а КИЕВ - більше 1 щодо його для плоского вітру.

Наведемо два приклади. Перший - прогулянкова, досить важка, яхта може йти не тільки проти вітру, а й швидше за нього. Вітер мається на увазі зовнішній; вимпельний вітер все одно має бути швидшим, інакше як він судно потягне?

Другий – класика авіаційної історії. На випробуваннях МІГ-19 виявилося, що перехоплювач, який був на тонну важчий за фронтовий винищувач, за швидкістю розганяється швидше. З тими ж двигунами в тому ж планері.

Теоретики не знали, що і думати, і всерйоз засумнівалися у законі збереження енергії. Зрештою виявилося - справа в конусі обтічника РЛС, що виступає з повітрозабірника. Від його носка до обічайки виникало ущільнення повітря, яке ніби згрібало його зі сторін до компресорів двигунів. З того часу ударні хвилі міцно увійшли в теорію як корисні, і фантастичні льотні дані сучасних літаків значною мірою зумовлені їх умілим використанням.

Аеродинаміка

Розвиток аеродинаміки прийнято ділити на дві епохи – до Н. Г. Жуковського та після. Його доповідь «Про приєднані вихори» від 15 листопада 1905 р. стала початком нової ери в авіації.

До Жуковського літали на поставлених плашмя вітрилах: вважалося, що частинки потоку, що набігає, віддають весь свій імпульс передній кромці крила. Це дозволяло відразу позбавитися векторної величини – моменту кількості руху – породжувала зубодробну і найчастіше неаналітичну математику, перейти до куди зручнішим скалярним суто енергетичним співвідношенням, і отримати в результаті розрахункове поле тиску на несучу площину, більш-менш схоже на сьогодення.

Такий механістичний підхід дозволив створити апарати, здатні сяк-так піднятися в повітря і здійснити переліт з одного місця в інше, не обов'язково впавши на землю десь по дорозі. Але прагнення збільшити швидкість, вантажопідйомність та інші льотні якості дедалі більше виявляло недосконалість початкової аеродинамічної теорії.

Ідея Жуковського була така: вздовж верхньої та нижньої поверхонь крила повітря проходить різний шлях. З умови безперервності середовища (бульбашки вакууму самі по собі в повітрі не утворюються) випливає, що швидкості верхнього та нижнього потоків, що сходять із задньої кромки, повинні відрізнятися. Внаслідок нехай малої, але кінцевої в'язкості повітря там через різницю швидкостей має утворитися вихор.

Вихор обертається, а закон збереження кількості руху, настільки ж незаперечний, як закон збереження енергії, справедливий й у векторних величин, тобто. повинен враховувати напрям руху. Тому тут же, на задній кромці, повинен сформуватися вихор, що протилежно обертається, з таким же обертальним моментом. За рахунок чого? За рахунок енергії, що виробляється двигуном.

Для практики авіації це означало революцію: обравши відповідний профіль крила, можна було приєднаний вихор пустити навколо крила як циркуляції Р, що збільшує його підйомну силу. Тобто, витративши частину, а для великих швидкостей та навантажень на крило – більшу частину, потужності мотора, можна створити навколо апарату повітряний потік, що дозволяє досягти кращих льотних якостей.

Це робило авіацію авіацією, а не частиною повітроплавання: тепер літальний апарат міг сам створювати собі необхідне для польоту середовище і не бути іграшкою повітряних потоків. Потрібен тільки двигун потужніший, і ще й ще потужніший.

Знову КИЇВ

Але у вітряка двигуна немає. Він, навпаки, повинен відбирати енергію у вітру та давати її споживачам. І тут виходить – ноги витяг, хвіст ув'яз. Пустили надто мало енергії вітру на власну циркуляцію ротора – вона буде слабкою, тяга лопатей – малою, а КИЕВ та потужність – низькими. Віддамо на циркуляцію багато - ротор при слабкому вітрі буде на холостому ходу крутитися як шалений, але споживачам знову дістається мало: трохи дали навантаження, ротор загальмувався, вітер здув циркуляцію, і ротор став.

Закон збереження енергії " золоту серединудає саме посередині: 50% енергії даємо в навантаження, а на інші 50% підкручуємо потік до оптимуму. Практика підтверджує припущення: якщо ККД хорошого пропелера, що тягне, становить 75-80%, то КИЕВ так само ретельно розрахованого і продутого в аеродинамічній трубі лопатевого ротора доходить до 38-40%, тобто. до половини від того, чого можна досягти при надлишку енергії.

Сучасність

Нині аеродинаміка, озброєна сучасною математикою та комп'ютерами, дедалі більше уникає неминуче щось та спрощують моделей до точного описи поведінки реального тіла на реальному потоці. І тут, крім генеральної лінії – потужність, потужність, та ще раз потужність! - Виявляються шляхи побічні, але багатообіцяючі якраз при обмеженій кількості енергії, що надходить в систему.

Відомий авіатор-альтернативник Пол Маккріді ще у 80-х створив літак, з двома моторчиками від бензопили потужністю 16 к.с. що показав 360 км/год. Причому шасі його було триопорним, а колеса - без обтічників. Жоден з апаратів Маккріді не вийшов на лінію і не став на бойове чергування, але два – один із поршневими моторами та пропелерами, а інший реактивний – вперше в історії облетіли навколо земної кулібез посадки на одній заправці.

Вітрильників, що породили початкове крило, розвиток теорії теж торкнувся дуже суттєво. "Жива" аеродинаміка дозволила яхтам при вітрі в 8 вузл. стати на підводні крила (див. рис.); щоб розігнати таку гігант до потрібної швидкості гребним гвинтом, потрібен двигун не менше 100 к.с. Гоночні катамарани при такому вітрі ходять зі швидкістю близько 30 вузл. (55 км/год).

Є й знахідки зовсім нетривіальні. Любителі найрідкіснішого та екстемального спорту – бейсджампінгу – одягнувши апеціальний костюм-крило, вінгсьют, літають без мотора, маневруючи, на швидкості понад 200 км/год (рис. праворуч), а потім плавно приземляються у заздалегідь обраному місці. У якій казці люди літають самі собою?

Дозволено й багато загадок природи; зокрема – політ жука. За класичною аеродинамікою він літати не здатний. Так само, як і родоначальник «стелсов» F-117 з його крилом ромбоподібного профілю теж не здатний піднятися в повітря. А МІГ-29 та Су-27, які деякий час можуть летіти хвостом уперед, і зовсім ні в які уявлення не вкладаються.

І чому тоді, займаючись вітродвигунами, не забавою та не знаряддям знищення собі подібних, а джерелом життєво важливого ресурсуЧи потрібно танцювати неодмінно від теорії слабких потоків з її моделлю плоского вітру? Невже не знайдеться можливості рушити далі?

Чого чекати від класики?

Однак від класики відмовлятися в жодному разі не слід. Вона дає основу, не спираючись на яку не можна піднятися вище. Точно так, як теорія множин не скасовує таблицю множення, а від квантової хромодинаміки яблука з дерев нагору не відлетять.

Отже, на що можна розраховувати за класичного підходу? Подивимося на малюнок. Зліва – типи роторів; вони зображені умовно. 1 – вертикальний карусельний, 2 – вертикальний ортогональний ( вітряна турбіна); 2-5 - лопатеві ротори з різною кількістю лопатей з оптимізованими профілями.

Праворуч по горизонтальній осі відкладена відносна швидкість ротора, тобто відношення лінійної швидкості лопаті до швидкості вітру. По вертикальній догори – КИЕВ. А вниз - знову ж таки відносний крутний момент. Одиничним (100%) крутним моментом вважається такий, що створює насильно загальмований у потоці ротор зі 100% КИЕВ, тобто. коли вся енергія потоку перетворюється на зусилля, що обертає.

Такий підхід дозволяє робити далекосяжні висновки. Скажімо, кількість лопатей потрібно вибирати не тільки і не стільки за бажаною швидкістю обертання: 3- і 4-лопастники відразу багато втрачають по КИЕВ і обертальний момент порівняно з 2- і 6-лопатниками, що добре працюють приблизно в тому ж діапазоні скоростей. А зовні схожі карусель і ортогонал мають принципово різні властивості.

В цілому ж перевагу слід віддавати лопатевим роторам, крім випадків, коли потрібна гранична дешевизна, простота, самозапуск без автоматики, що не обслуговується, і неможливий підйом на щоглу.

Примітка: про вітрильні ротори поговоримо особливо - вони, схоже, в класику не вкладаються.

Вертикалки

ЗСУ з вертикальною віссю обертання мають незаперечну для побуту перевагу: їх вузли, що потребують обслуговування, зосереджені внизу і не потрібне підйом нагору. Там залишається, і то не завжди, упорно-опорний самовстановлюваний підшипник, але він міцний і довговічний. Тому, проектуючи простий вітрогенератор, вибір варіантів потрібно починати з вертикалок. Основні їх типи представлені на рис.

НД

На першій позиції – найпростіший, найчастіше званий ротором Савоніуса. Насправді його винайшли в 1924 р. в СРСР Я. А. і А. А. Вороніни, а фінський промисловець Сігурд Савоніус безсовісно привласнив собі винахід, проігнорувавши радянське авторське свідоцтво, і розпочав серійний випуск. Але впровадження у долі винаходу означає дуже багато, тому ми, щоб не ворушити минуле і не турбувати порох померлих, назвемо цей вітряк ротором Вороніних-Савоніуса, або для стислості, ВС.

ВС для самороба всім хороший, крім «паровозного» КИЕВ у 10-18%. Однак у СРСР над ним працювало багато, і напрацювання є. Нижче ми розглянемо вдосконалену конструкцію, не набагато складнішу, але по КИЕВ, що дає фору лопаткам.

Примітка: дволопатевий ПС не крутиться, а смикається ривками; 4-лопатевий лише трохи плавніший, але багато втрачає в КИЕВ. Для покращення 4-«коритні» найчастіше розносять на два поверхи – пару лопатей унизу, а інша пара, повернена на 90 градусів по горизонталі, над ними. КИЕВ зберігається, і бічні навантаження на механіку слабшають, але згинальні дещо зростають, і за вітру понад 25 м/с у такої ЗСУ на держаку, тобто. без розтягнутого вантами підшипника над ротором, зриває вежу.

Дар'ї

Наступний – ротор Дар'ї; КИЇВ – до 20%. Він ще простіше: лопаті – з простої пружної стрічки без жодного профілю. Теорія ротора Дар'ї ще недостатньо розроблена. Зрозуміло тільки, що починає він розкручуватися за рахунок різниці аеродинамічного опору горба та кишені стрічки, а потім стає ніби швидкохідним, утворюючи власну циркуляцію.

Обертальний момент малий, а в стартових положеннях ротора паралельно і перпендикулярно вітру взагалі відсутня, тому саморозкручування можливе тільки при непарній кількості лопатей (крил?) У будь-якому випадку на час розкручування навантаження від генератора потрібно відключати.

Є у ротора Дар'ї ще дві погані якості. По-перше, при обертанні вектор тяги лопаті описує повний оберт щодо її аеродинамічного фокусу, і не плавно, а ривками. Тому ротор Дар'ї швидко розбиває свою механіку навіть за рівного вітру.

По-друге, Дар'ї не те що галасує, а кричить і верещить, аж до того, що стрічка рветься. Відбувається це внаслідок її вібрації. І чим більше лопатей, тим сильніше ревіння. Так що Дар'ї якщо й роблять, то дволопатевими, з дорогих високоміцних звукопоглинаючих матеріалів (карбону, майлару), а для розкручування посередині щогли-древка пристосовують невеликий НД.

Ортогонал

На поз. 3 – ортогональний вертикальний ротор із профільованими лопатями. Ортогональний тому, що крила стирчать вертикально. Перехід від ВС до ортогоналу ілюструє рис. зліва.

Кут установки лопатей щодо дотичної до кола, що стосується аеродинамічних фокусів крил, може бути як позитивним (на рис.), так і негативним, за силою вітру. Іноді лопаті роблять поворотними і ставлять на них флюгерки, які автоматично тримають «альфу», але такі конструкції часто ламаються.

Центральне тіло (блакитне на рис.) дозволяє довести КИЕВ майже до 50%. У трилопатевому ортогоналі воно повинно в розрізі мати форму трикутника зі злегка опуклими сторонами і округленими кутами, а при більшій кількості лопатей досить простого циліндра. Але теорія для ортогоналу оптимальна кількість лопатей дає однозначно: їх має бути 3.

Ортогонал належить до швидкохідних вітряків з ОСС, тобто. обов'язково вимагає розкручування при введенні в експлуатацію та після штилю. За ортогональною схемою випускаються серійні ВСУ, що не обслуговуються, потужністю до 20 кВт.

Гелікоїд

Гелікоїдний ротор, або ротор Горлова (поз. 4) - різновид ортогоналу, що забезпечує рівномірне обертання; ортогонал з прямими крилами «рве» лише трохи слабше за дволопатевий ВС. Вигин лопатей по гелікоїді дозволяє уникнути втрат КИЕВ через їхню кривизну. Хоча частина потоку крива лопать і відкидає, не використовуючи, зате й загрібає частину в зону найбільшої лінійної швидкості, компенсуючи втрати. Гелікоїди використовують рідше за інші вітряки, т.к. вони внаслідок складності виготовлення виявляються дорожчими за рівних за якістю побратимів.

Бочка-загребушка

на 5 поз. - Ротор типу ВС, оточений направляючим апаратом; його схема представлена ​​на рис. праворуч. У промисловому виконанні трапляється рідко, т.к. дороге відведення землі не компенсує приросту потужності, а матеріаломісткість і складність виробництва великі. Але саморобник, який боїться роботи – вже не майстер, а споживач, і, якщо потрібно не більше 0,5-1,5 кВт, то для нього «бочка-загребушка» ласий шматок:

• Ротор такого типу абсолютно безпечний, безшумний, не створює вібрацій і може бути встановлений будь-де, хоч на дитячому майданчику.
• Зігнути «корита» з оцинковки та зварити каркас із труб – робота нісенітна.
• Обертання – абсолютно рівномірне, деталі механіки можна взяти найдешевші або з непотребу.
• Не боїться ураганів - надто сильний вітер не може проштовхнутися в бочку; навколо неї виникає обтічний вихровий кокон (ми з цим ефектом ще зіткнемося).
• А найголовніше - оскільки поверхня «загребушки» в кілька разів більша за такий ротора всередині, КИЕВ може бути і надпоодиноким, а обертальним моментом вже при 3 м/с у «бочки» триметрового діаметру такий, що генератору на 1 кВт з граничним навантаженням, як кажуть, краще і не смикатися.

Відео: вітрогенератор Ленца

У 60-х у СРСР Є. С. Бірюков запатентував карусельну ЗСУ з КИЕВ 46%. Трохи пізніше В. Блінов досяг від конструкції на тому ж принципі КИЕВ 58%, але даних про її випробування немає. А натурні випробування ЗСУ Бірюкова було проведено співробітниками журналу «Винахідник і раціоналізатор». Двоповерховий ротор діаметром 0,75 м та висотою 2 м при свіжому вітрі розкручував на повну потужність асинхронний генератор 1,2 кВт та витримував без поломки 30 м/с. Креслення ВСУ Бірюкова наведено на рис.

1. ротор з покрівельної оцинковки;
2. самовстановлюваний дворядний кульковий підшипник;
3. ванти - 5 мм сталевий трос;
4. вісь-древко – сталева трубаіз товщиною стінок 1,5-2,5 мм;
5. важелі аеродинамічного регулятора обертів;
6. лопаті регулятора обертів - 3-4 мм фанера або листовий пластик;
7. тяги регулятора оборотів;
8. вантаж регулятора оборотів, його вага визначає частоту обертання;
9. ведучий шків - велосипедне колесо без шини з камерою;
10. підп'ятник - упорно-опорний підшипник;
11. ведений шків - штатний шків генератора;
12. генератор.

Бірюков на свою ЗСУ отримав одразу кілька авторських свідоцтв. По-перше, зверніть увагу на розріз ротора. При розгоні він працює подібно до НД, створюючи великий стартовий момент. У міру розкручування у зовнішніх кишенях лопатей створюється вихрова подушка. З погляду вітру, лопаті стають профільованими, і ротор перетворюється на швидкохідний ортогонал, причому віртуальний профіль змінюється відповідно до сили вітру.

По-друге, профільований канал між лопатями у робочому діапазоні швидкостей працює як центральне тіло. Якщо ж вітер посилюється, то в ньому створюється вихрова подушка, що виходить за межі ротора. Виникає такий самий вихровий кокон, як навколо ЗСУ з направляючим апаратом. Енергія на його створення береться від вітру, тому на поломку вітряка її вже не вистачає.

По-третє, регулятор обертів призначений насамперед для турбіни. Він тримає її оберти оптимальними з погляду КИЕВ. Оптимум частоти обертання генератора забезпечується вибором передавального відношення механіки.

Примітка: після публікацій в ІР за 1965 р. ЗСУ Бірюкова канула в небуття. Відповіді від інстанцій автор так і не дочекався. Доля багатьох радянських винаходів. Кажуть, якийсь японець став мільярдером, регулярно читаючи радянські популярно-технічні журнали і патентуючи у себе все, що заслуговує на увагу.

Лопатники

Як у сказано, за класикою горизонтальний вітрогенератор із лопатевим ротором – найкращий. Але, по-перше, йому потрібний стабільний хоча б середньої сили вітер. По-друге, конструкція для саморобника таїть у собі чимало підводних каменів, через що нерідко плід довгих завзятих праць у кращому разі висвітлює туалет, передпокій або ганок, а то й виявляється здатний лише розкрутити самого себе.

За схемами на рис. розглянемо докладніше; позиції:

• Фіг. А:

1. лопаті ротора;
2. генератор;
3. станина генератора;
4. захисний флюгер (ураганна лопата);
5. струмознімач;
6. шасі;
7. поворотний вузол;
8. робочий флюгер;
9. щогла;
10. хомут під ванти.

• Фіг. Б, вид зверху:

1. захисний флюгер;
2. робочий флюгер;
3. регулятор натягу пружини захисного флюгера.

• Фіг. Г, струмознімач:

1. колектор із мідними нерозрізними кільцевими шинами;
2. пружні міднографітові щітки.

Примітка: ураганний захист для горизонтального лопатника діаметром понад 1 м абсолютно необхідний, т.к. створити навколо себе вихровий кокон він не здатний. При менших розмірах можна досягти витривалості ротора до 30 м/с з лопатями з пропілену.

Отже, де на нас чекають «спотики»?

Лопаті

Розраховувати досягти потужності на валу генератора більше 150-200 Вт на лопатях будь-якого розмаху, вирізаних з товстостінної пластикової трубиЯк часто радять – надії безпросвітного дилетанта. Лопата з труби (якщо вона не настільки товста, що використовується просто як заготівля) матиме сегментний профіль, тобто. його верхня або обидві поверхні будуть дугами кола.

Сегментні профілі придатні для несжимаемого середовища, скажімо, для підводних крил або лопатей гребного гвинта. Для газів же потрібна лопать змінного профілю та кроку, наприклад див. рис.; розмах – 2 м. Це буде складний і трудомісткий виріб, що вимагає кропіткого розрахунку у всеозброєнні теорії, продувок у трубі та натурних випробувань.

Генератор

При насадці ротора прямо на його вал штатний підшипник швидко розіб'ється - однакового навантаження на всі лопаті у вітряках не буває. Потрібен проміжний вал із спеціальним опорним підшипником та механічна передача від нього на генератор. Для великих вітряків опорний підшипник беруть дворядний самовстановлюваний; в кращих моделях- Триярусний, Фіг. Д на рис. вище. Такий дозволяє валу ротора не тільки злегка згинатися, а й трохи зміщуватися з боку в бік або вгору-вниз.

Примітка: На розробку опорного підшипника для ЗСУ типу EuroWind пішло близько 30 років.

Аварійний флюгер

Принцип його показує Фіг. В. Вітер, посилюючись, тисне на лопату, пружина розтягується, ротор перекошується, обороти його падають і врешті-решт він стає паралельним потоку. Начебто все добре, але – гладко було на папері…

Спробуйте у вітряний день утримати за ручку паралельно вітру кришку від виварювання чи великої каструлі. Тільки обережно - вертлява залізяка може саданути по фізіономії так, що розквасить ніс, розсіче губу, а то й виб'є око.

Плоский вітер буває лише в теоретичних викладках і з достатньою для практики точністю в аеродинамічних трубах. Реально ж ураган вітряки з ураганною лопатою корежить більше, ніж беззахисні. Краще все-таки міняти зіпсовані лопаті, ніж робити знову все. У промислових установках – інша річ. Там крок лопатей, по кожній окремо, відстежує та регулює автоматика під керуванням бортового комп'ютера. І робляться вони із надміцних композитів, а не з водопровідних труб.

Струмознімач

Це – вузол, що регулярно обслуговується. Будь-який енергетик знає, що колектор із щітками потрібно чистити, змащувати, регулювати. А щогла – з водопровідної труби. Не залізеш, раз на місяць-два доведеться весь вітряк валити на землю і потім знову піднімати. Скільки він протягне від такої "профілактики"?

Відео: лопатевий вітрогенератор + сонячна панель для електропостачання дачі

Міні та мікро

Але із зменшенням розмірів лопатника проблеми падають по квадрату діаметра колеса. Виготовлення горизонтальної лопатевої ЗСУ своїми силами на потужність до 100 Вт вже можливе. Оптимальним буде 6-лопатевий. При більшій кількості лопат діаметр ротора, розрахованого на ту ж потужність, буде менше, але їх виявиться важко міцно закріпити на маточині. Ротори про менш ніж 6 лопатях можна не мати на увазі: 2-лопатникові на 100 Вт потрібен ротор діаметром 6,34 м, а 4-лопатникові тієї ж потужності - 4,5 м. Для 6-лопаткового залежність потужність - діаметр виражається наступним чином :

• 10 Вт - 1,16 м.
• 20 Вт - 1,64 м.
• 30 Вт - 2 м.
• 40 Вт - 2,32 м.
• 50 Вт - 2,6 м.
• 60 Вт - 2,84 м.
• 70 Вт - 3,08 м.
• 80 Вт - 3,28 м.
• 90 Вт – 3,48 м-коду.
• 100 Вт - 3,68 м.
• 300 Вт - 6,34 м.

Оптимальним буде розраховувати на потужність 10-20 Вт. По-перше, лопать із пластику розмахом понад 0,8 м без додаткових заходів захисту не витримає вітер понад 20 м/с. По-друге, при розмаху лопаті до тих же 0,8 м лінійна швидкість її кінців не перевищить швидкість вітру більш ніж утричі, і вимоги до профілювання з круткою знижуються на порядки; тут вже цілком задовільно працюватиме «корытце» із сегментним профілем із труби, поз. Б на рис. А 10-20 Вт забезпечать живлення планшетки, підзарядку смартфона або засвітять лампочку-економку.

Далі вибираємо генератор. Відмінно підійде китайський моторчик - маточина колеса для електровелосипедів, поз. 1 на рис. Його потужність як двигуна – 200-300 Вт, але в режимі генератора він дасть приблизно до 100 Вт. Але чи підійде він нам за оборотами?

Показник швидкохідності z для 6 лопатей дорівнює 3. Формула розрахунку швидкості обертання під навантаженням – N = v/l*z*60, де N – частота обертання, 1/хв, v – швидкість вітру, а l – довжина кола ротора. При розмаху лопаті 0,8 м та вітрі 5 м/с отримуємо 72 об/хв; при 20 м/с – 288 об/хв. Приблизно з такою ж швидкістю обертається велосипедне колесо, так що свої 10-20 Вт від генератора, здатного дати 100, ми вже знімемо. Можна садити ротор прямо на його вал.

Але тут виникає така проблема: ми, витративши чимало праці та грошей, хоч би на моторчик, отримали… іграшку! Що таке 10-20, ну, 50 Вт? А лопатевий вітряк, здатний запитати хоча б телевізор, удома не зробиш. Чи не можна купити готовий міні-вітрогенератор, і чи не обійдеться він дешевше? Ще як можна, і ще як дешевше, див. 4 та 5. Крім того, він буде ще й мобільним. Поставив на пеньок – і користуйся.

Другий варіант – якщо десь валяється кроковий двигун від старого 5- чи 8-дюймового дисководу, або від приводу паперу чи каретки непридатного струминного чи матричного принтера. Він може працювати як генератор, і приробити до нього карусельний ротор з консервних банок(поз. 6) простіше, ніж збирати конструкцію на зразок показаної на поз. 3.

Загалом щодо «лопатників» висновок однозначний: саморобні – скоріше для того, щоб помайструвати досхочу, але не для реальної довготривалої енерговіддачі.

Відео: найпростіший вітрогенератор для освітлення дачі

Вітрильники

Вітрильний вітрогенератор відомий давно, але м'які полотнища його лопатей почали робити з появою високоміцних зносостійких синтетичних тканин і плівок. Багатолопатеві вітряки з жорсткими вітрилами широко розійшлися по світу як привід малопотужних автоматичних водокачок, але їх техдані нижче навіть у каруселів.

Однак м'яке вітрило як крило вітряка, схоже, виявилося не так простим. Справа не у вітростійкості (виробники не обмежують максимально допустиму швидкість вітру): яхсменам-парусникам і так відомо, що вітру розірвати полотнище бермудського вітрила практично неможливо. Швидше шкот вирве, або щоглу зламає, або весь посуд зробить поворот оберкіль. Справа в енергетиці.

На жаль, точних даних випробувань не вдається знайти. За відгуками користувачів вдалося скласти «синтетичні» залежності для встановлення ВЕУ-4.380/220.50 таганрозького виробництва з діаметром вітроколеса 5 м, масою вітроголовки 160 кг та частотою обертання до 40 1/хв; вони представлені на рис.

Зрозуміло, гарантій за 100% достовірність бути не може, але і так видно, що плоско-механістичної моделлю тут і не пахне. Не може 5-метрове колесо на плоскому вітрі в 3 м/с дати близько 1 кВт, при 7 м/с вийти на плато за потужністю і далі тримати її до жорстокого шторму. Виробники, до речі, заявляють, що номінальні 4 кВт можна отримати і за 3 м/с, але при встановленні їх силами за результатами досліджень місцевої аерології.

Кількісної теорії також не виявляється; пояснення розробників малозрозумілі. Однак, оскільки таганрозькі ВЕУ народ купує, і вони працюють, залишається припустити, що заявлена ​​конічна циркуляція та пропульсивний ефект – не фікція. Принаймні можливі.

Тоді, виходить, ПЕРЕД ротором, за законом збереження імпульсу, повинен виникнути також конічний вихор, але повільний, що розширюється. І така вирва зганятиме вітер до ротора, його ефективна поверхнявийде більше омітається, а КИЕВ - надпоодиноким.

Пролити світло це питання могли б натурні вимірювання поля тиску перед ротором, хоча б побутовим анероїдом. Якщо воно виявиться вищим, ніж із боків осторонь, то, дійсно, вітрильні ЗСУ працюють, як жук літає.

Саморобний генератор

Зі сказаного вище ясно, що саморобам краще братися або за вертикалки, або за вітрильники. Але ті та інші дуже повільні, а передача на швидкохідний генератор – зайва робота, зайві витратита втрати. Чи можна зробити найефективніший тихохідний електрогенератор самому?

Так, можна, на магнітах з ніобієвого металу, т. зв. супермагніти. Процес виготовлення основних деталей показано на рис. Котушки – кожна з 55 витків мідного 1 мм дроту у термостійкій високоміцній емалевій ізоляції, ПЕММ, ПЕТВ тощо. Висота обмоток – 9 мм.

Зверніть увагу на пази під шпонки половини ротора. Вони повинні бути розташовані так, щоб магніти (вони приклеюються до магнітопроводу епоксидкою або акрилом) після збирання зійшлися різними полюсами. «Млинці» (магнітопроводи) повинні бути виготовлені з магнітом'якого феромагнетика; підійде звичайнаконструкційна сталь. Товщина «млинців» – не менше 6 мм.

Взагалі краще купити магніти з осьовим отвором і притягнути їх гвинтами; супермагніти притягуються зі страшною силою. З цієї ж причини на вал між «млинцями» одягається циліндрична проставка заввишки 12 мм.

Обмотки, що становлять секції статора, з'єднуються за схемами, також наведеними на рис. Спаяні кінці не повинні бути натягнуті, але повинні утворювати петлі, інакше епоксидка, якою залитиме статор, застигаючи, може порвати дроти.

Заливають статор у виливниці до товщини 10 мм. Центрувати та балансувати не потрібно, статор не обертається. Зазор між ротором та статором – по 1 мм з кожного боку. Статор у корпусі генератора потрібно надійно зафіксувати не тільки від зміщення по осі, а й від провертання; сильне магнітне поле при струмі в навантаженні тягне його за собою.

Відео: генератор для вітряка своїми руками

Висновок

І що ж ми маємо насамкінець? Інтерес до «лопатників» пояснюється скоріше їх ефектним. зовнішнім виглядом, Чим дійсними експлуатаційними якостями у саморобному виконанні та на малих потужностях. Саморобна карусельна ЗСУ дасть "чергову" потужність для зарядки автоакумулятора або енергопостачання невеликого будинку.

А ось із вітрильними ЗСУ варто поекспериментувати майстрам із творчою жилкою, особливо у міні-виконанні, з колесом 1-2 м діаметром. Якщо припущення розробників вірні, то з такого можна буде зняти, за допомогою описаного вище китайського двигуна-генератора, його 200-300 Вт.

Андрій сказав(ла):

Дякую за вашу безкоштовну консультацію ... А ціни "від фірм" не реально дорогі, і я думаю, що майстрові люди з глибинки зможуть зробити генератори подібні до вашого. синусом). А вітрила, лопаті або ротори - це черговий привід для польоту думки наших рукастих Російських мужиків.

Іван сказав(ла):

питання:
Для вітряків з вертикальною віссю (позиція 1) і варіанта "Ленця" можна додати додаткову деталь - крильчатку, що виставляється за вітром, і закриває від нього ж непотрібну сторону (що йде в бік вітру). Тобто вітер не лопатиме гальмувати, а цей “екран”. Постановка за вітром "хвістом", що знаходиться за самим вітряком нижче і вище лопатей (гребенів). Читав статтю та народилася ідея.

Натискаючи кнопку «Додати коментар», я погоджуюсь із сайту.