Ветрогенератор парусный. Ветрогенератор и его вертикальные и горизонтальные конструкции их характеристики и основные виды для преобразовании энергии ветра Изготовления спиц для парусного ветряка

Рассказать в:
Тут теория!!! перейти к практике можно сюда!!!

Как сделать ветряк своими руками. Возможен ли вообще самодельный ветрогенератор?

Некоторые любознательные граждане не раз задумывались над вопросом: "Как сделать ветряк своими руками, какие чертежи необходимы и насколько сложно его изготовление?"

Кажется невероятным, но самодельный ветрогенератор своими руками можно изготовить из обыкновенного велосипедного колеса. Главное - это немного разбираться в физике и иметь "золотые" руки.

На велосипедное колесо устанавливаются лопасти, количество которых может быть от трех до шести, в зависимости от замысла изобретателя. Балку для хвоста можно изготовить из ПВХ трубы. Велосипедное колесо крепится к торцевой заглушке трубы, в которой предварительно сверлится отверстие. Генератором служит двигатель, рабочее напряжение которого имеет параметр 24В. Раньше такие движки широко применялись в старых компьютерах для привода диска. Скорее всего, такие моторчики не составит труда подыскать на "барахоловках" компьютерной техники.

Далее, генератор необходимо при помощи обыкновенного уголка прикрепить к ветряку. Итогом должна стать прочная палочка, которая закрепляется с помощью хомутов. Этот шест предназначается для того, чтобы ветряные электростанции своими руками находились на достаточной возвышенности и могли взаимодействовать с потоками ветра. Кроме того, внутри него также прокладывается вся электропроводка.

Самодельный ветрогенератор должен полностью уравновешиваться хвостом, для чего заранее просчитывается его вес. В качестве генератора в данном примере был использован двигатель, работающий на постоянных магнитах, а также приводной ремень, устойчивый к длительному солнечному воздействию.

Характеристики разработанной конструкции способны составить конкуренцию солнечным батареям, а выходных параметров вполне хватает для обеспечения автономного энергоснабжения жилого дома. Общая стоимость самодельного аппарата при условии, что все комплектующие были приобретены в магазине, окупается за несколько месяцев его работы.

По данной технологии можно изготавливать также и ветрогенераторы вертикальные, но длина шеста в этом случае должна быть в 1.5 раза больше.

Ветровые электростанции - энергия ветра в наших руках.

С каждым днем возрастают цены на традиционные носители энергии. В связи с этим в современное время особой актуальностью пользуется альтернативная, нетрадиционная энергетика, как более экономный способ обеспечения энергоресурсами потребностей населения. Естественно, что энергия ветра не осталась без внимания, так как это неиссякаемый источник для получения электричества и, к тому же, абсолютно бесплатный.

Ветроэнергетика - отрасль энергетики, основной специализацией которой является возможность использования ветровой энергии, вырабатываемой кинетической энергии от движения всех воздушных масс в слоях атмосферы.

Уже никого не удивляют загадочные конструкции, представляющие собой мельницы на длинных столбах, которые можно встретить на возвышенной местности. Все знают, что это ветровые электростанции, предназначенные для выработки электрической энергии из движения воздушных масс. Когда-то давно они считались экзотикой и устанавливались только на крупных предприятиях, способных позволить себе такое дорогостоящее оборудование.

На сегодняшний день ситуация кардинально изменилась. Данные конструкции можно встретить на сельскохозяйственных и промышленных территориях, а также в частных секторах, где иногда легче позаботится об автономной системе энергоснабжения, чем зависеть от централизованных линий.

Ветроэнергетические установки являются экономичными, а главное, экологически чистыми, так как при их использовании полностью исключается возможность выброса токсичных отходов в атмосферу. Также следует учитывать, что для работы таких электростанций нет необходимости использовать какие-либо топливные ресурсы, что, учитывая всевозрастающие цены на бензин и дизельное топливо, ставят ветер вне конкуренции.

Нельзя исключать и технические аспекты: отпадает необходимость в традиционной электроэнергии, что позволяет обустраивать бесперебойное энергоснабжение даже в местах, где его полного отсутствия. Ветроустановки способны обеспечивать предприятия или частные постройки электричеством на долгие годы при условии минимальной скорости ветрового потока 9м/с.

Ветряные генераторы для дома и дачи. Устройство и область применения.

Ветряные генераторы считаются одним из наиболее перспективных на сегодняшнее время систем, способных вырабатывать электроэнергию в автономном режиме. Наиболее оптимальным и мощным по количеству вырабатываемой энергии является система ветрогенераторов, объединенных в одну сеть при помощи компьютерной системы. Это дает возможность управления несколькими сотнями ветровых турбин одновременно.

Прежде чем устанавливать данные устройства, необходимо произвести некоторые расчеты. Прежде всего, нужно будет определить, каким ветропотенциалом обладает местность в районе, где планируется возводить автономные источники энергии. Также особое внимание следует уделить разработке схемы размещения турбин, учитывая характеристики площадки.

В большинстве случаев ветряки, ветряные электростанции для дома или для промышленных предприятий состоят из следующих основных компонентов: ветротурбины, включающей в себя генератор и поворотное устройство, блоков управления и преобразования, мачты, на которую крепится турбина и аккумуляторной батареи.

Как правило, ветротурбины состоят из трех лопастей, хотя, теоретически, возможно любое их количество. Во избежание возникновения частых неисправностей турбины, используется аэромеханическая система, предназначенная для стабилизации частоты вращения.

За производство электроэнергии отвечает генератор, который подсоединен к турбине. В зависимости от модели установки, возможно его подсоединение как напрямую, так и через трансмиссию.

Для возможности ориентирования ветротурбины в зависимости от направления ветровых потоков в данный момент времени, предусмотрено специальное устройство, расположенное на мачте.

Ветрогенераторы для дома, дачи имеют отличную от профессионального оборудования комплектацию и являются менее мощными устройствами. Однако, они прекрасно справляются с проблемой энергообеспечения отдельно стоящих домов во время обесточивания централизованной линии. Они могут вырабатывать энергию круглосуточно, являются экономичными, экологичными, а также достаточно красивыми.

Вертикальные ветрогенераторы. Основные характеристики.

На сегодняшний день ветрогенераторы с вертикальной осью вращения можно встретить гораздо реже, чем с горизонтальной. Однако, они также заслуживают внимания потребителей. В отдельных случаях их установка - это наиболее оптимальное решение проблемы автономного энергоснабжения.

По принципу работы они подразделяются на:
- тихоходные;
- быстроходные.

Наиболее распространенным примером вертикальной ветровой установки являются ветряки карусельного типа.

Ниже приведены усредненные рабочие параметры такого рода конструкции, которые могут незначительно меняться в зависимости от конкретной модели:
- оптимальная мощность - 1кВт;
- установлено два ветромодуля;
- в конструкции отсутствуют растяжки;
- средняя высота установки составляет 12 метров;
- полностью бесшумна;
- минимальная скорость ветра, при которой осуществляется выработка энергии, составляет 3 м/с.

В современное время данные установки пользуются особой популярностью в США, Японии, Канаде и Англии, где их производство поставлено на массовый поток. Вертикальные ветрогенераторы являются простыми в эксплуатации, не требуют сложного технического обслуживания и способны прекрасно справляться даже с приземными часто меняющимися воздушными потоками.

В случае возрастания скорости ветра, данная система способна моментально нарастить силу тяги. После этого скорость вращения будет автоматически стабилизирована. К числу особенностей данной установки также можно отнести их тихоходность, что позволяет применять к ним простейшие электрические схемы. При этом полностью исключается риск повреждения агрегата в случае резкого порыва ветра.

Также существует ортогональный тип ветроустановок, который, в основном, используется в крупной энергетике. Данный тип ветрогенераторов имеет один, но очень существенный недостаток: ему необходим "разбег". Другими словами, чтобы перевести аппарат в режим генератора из режима двигателя, необходимо подвести к нему энергию, чтобы осуществить его раскрутку до необходимых аэродинамических параметров.

Самодельный генератор для ветряка.

Оказывается, что самодельный генератор для ветряка своими руками способен изготовить человек, даже далекий от инженерной деятельности. Для этого необходимо раздобыть тормозные диски автомобиля, у которых следует отшлифовать внутреннюю сторону. Это необходимо сделать для того, чтобы обеспечить магнитам лучшее крепление.

В процессе изготовления к статору необходимо приварить оси для дисков ротора, а в просверленные заранее отверстия обязательно нужно будет вставить шпильки для возможности его крепления.

Все катушки статора должны наматываться в одном и том же направлении, а начало обмоток рекомендуется сразу же помечать, чтобы впоследствии их удалось правильно соединить. На данном этапе придется потрудиться над изготовлением приспособления для намотки. После того, как катушки намотаны, их необходимо покрыть клеем. В итоге должно получиться девять катушек. После этого необходимо приступать к изготовлению формы для отливки статора. В качестве материала для ее изготовления лучше всего подойдут фанерные листы.

Катушки следует равномерно разложить по отмеченной окружности и залить эпоксидной клеем. Для придания статору максимальной прочности, с обеих сторон делаются прокладки из стекловолокна.

Итогом всех манипуляций будет являться трехфазный генератор - основное устройство ветрогенератора, без которого он просто не сможет функционировать.

Конечно, можно избежать всех этих утомительных операций и изготовить ветряк из автомобильного генератора, который, в принципе, удовлетворяет всеми необходимыми характеристиками для данных целей.

Лопасти для ветрогенератора можно изготовить из фанеры, листового пластика или даже из кровельного железа. Главное - позаботиться о том, чтобы они были подходящего размера. В любом случае, по возможности необходимо избегать чрезмерно толстых заготовок, так как ротор должен иметь малый вес. Это уменьшит трение, возникающее в подшипниках и, как следствие, весь барабан будет намного легче раскручиваться ветровыми потоками.

Самодельный ветрогенератор на постоянных магнитах.

Для тех, кто всерьез задумался обеспечить свое жилище постоянным автономным энергоснабжением и при этом использовать бесплатную энергию ветра, особый интерес представляет самодельный ветрогенератор на постоянных магнитах, который возможно изготовить самостоятельно.

Для него необходимо раздобыть велосипедную втулку от заднего колеса. Магниты для генератора можно найти в старых громкоговорителях (колокольчиках), которые и на сегодняшний день можно увидеть на вокзалах, в общественных местах и везде, где обустраивали раньше громкую связь.

Как показывает практика, вполне хватит четырех сгоревших динамиков. Далее, их следует распилить на 16 частей и установить таким образом, чтобы они были направлены друг на друга одинаковыми полюсами.

Соединение катушек можно выполнять двумя способами: последовательным и параллельным. Следует учитывать, что при первом способе соединения увеличивается сила тока, а при втором - напряжение. Какой из этих вариантов будет наиболее оптимальным в конкретной ситуации, следует подбирать экспериментальным методом.

Данный тип ветровой мини-электростанции является достаточно простым, практичным и не требует материальных затрат на его изготовление. Но перед тем, как сделать ветряк, ветрогенератор, необходимо рассчитать его необходимые параметры и учесть планируемые условия эксплуатации.

Также самостоятельно можно изготовить и ветрогенераторы вертикальные. Обычно на них устанавливают четыре лопасти, каждая из которой имеет 1 метр в высоту и ширину 0.8 метра. Материалом для их изготовления могут служить крыши легковых автомобилей, скрепляемых между собой металлическими крестовинами.

Крепление крестовин проводится к трубе, которою можно раздобыть в старых строительных лесах. Основание такой электростанции будет представлять собой пирамидальную сварную конструкцию.

Основными преимуществами такой конструкции являются маленькая стоимость расходных материалов, надежность, простота сборки, возможность перемещения агрегата из одной точки в другую, простое техническое обслуживание.

Ветрогенераторы промышленные. Достаточна ли мощность?

Для обеспечения бесперебойным автономным электроснабжением различных промышленных и сельскохозяйственных предприятий используются специальные установки, способные получать электричество из энергии ветра. На сегодняшний день ветрогенераторы промышленные устанавливаются за средства, выделенные государством или крупнейшими корпорациями. Зачастую, отдельные устройства объединяют в цепи с компьютерным управлением. Так получаются ветроэлектростанции.

Основным преимуществом ветра, как источника энергии, является полное отсутствие как исходного сырья для питания генераторов, так и отходов, которые могли бы нанести вред окружающей среде.

К сожалению, и в настоящее время промышленные установки такого плана, преимущественно, производят за рубежом ввиду необходимости использования масштабной ресурсоемкости производства. Плюс к этому, в некоторых странах наблюдаются серьезные проблемы с энергообеспечением, и такие установки представляют собой единственный выход из сложившейся ситуации.

Применимо к промышленным агрегатам для выработки энергии из ветра, по конструкции наиболее распространены трехлопастные ветрогенераторы с осью вращения, расположенной горизонтально. Прежде чем переходить к их установке на местности, необходимо произвести полные исследования площадей, а также выполнить ряд сложных подготовительных и монтажных работ.

Большая мощность ветрогенератора, достигающая 6 Мвт - вот отличительная особенность электростанций, работающих на энергии ветра, что, естественно, сказывается на их стоимости.

Для населения промышленные агрегаты являются недоступными по цене, поэтому среди обычных потребителей наиболее распространены установки небольшой мощности порядка 2-5 кВт. Если скорость ветра будет достигать 4 м/с, такая миниэлектростанция вполне способна будет обеспечить электричеством загородный коттедж или частный дом со всеми установленными в нем бытовыми приборами. Последний вид данного такого устройства также применяется к общественным местам небольших площадей, например, кафе, частных гостиницах и т.д.

Ветрогенератор для дачи. Принцип действия и преимущества.

Работа любой ветровой электростанции, независимо от того, предназначена ли она для энергообеспечения целого города или это всего лишь ветрогенератор для дачи, сводится к одним и тем же принципам:

Необходимо, чтобы дул ветер;
- при помощи хвоста генератора конструкция разворачивается по ветру;
- лопасти, которые присоединены к генератору, под воздействием ветра приходят в движение;
- за счет вращения лопастей осуществляется выработка электричества, которое потребители могут использовать в своих бытовых целях.

Такой простой принцип действия и объясняет популярность установки среди потребителей, желающих даже в дачном домике иметь автономное бесперебойное энергообеспечение. Для таких целей идеально подходит мини ветряк, мощность которого составляет всего лишь 2 кВт. Данное устройство прекрасно подойдет для обеспечения освещения и работы необходимых бытовых приборов: холодильника, телевизора и т.д. Такой автономный источник энергии может установить даже один человек.

Небезынтересно будет узнать, что можно изготовить ветрогенератор из автомобильного генератора. Конечно, точную себестоимость данного проекта предварительно назвать не представляется возможным. Все зависит от того, какие комплектующие и детали имеются в арсенале у мастера, а какие ему необходимо будет приобрести в магазине. Если придется все покупать, то рекомендуется идти не в магазин, а на рынок, где возможно приобрести б/у детали хорошего качества. Приведем некоторые расценки: б/у генератор мощностью 3-4кВт можно купить за 30-40 у.е. Также необходимо будет обзавестись конденсаторами (металлобумажными или бумажными определенной емкости), схемами подключения конденсатора к обмотке и схемой блока управления, которая состоит из трех рубильников. На данном этапе можно считать, что генераторная установка готова.

Своими руками также можно сконструировать бытовой ветрогенератор вертикальный бесшумный, основное отличие которого заключается в положении оси вращения. Обладатель такой установки, безусловно, оценит все ее преимущества: долговечность, стабильность выдаваемого тока, полное отсутствие шума.

Парусный ветряк. Конструктивные особенности изготовления.

Самым тихоходным ветрогенератором является, безусловно, парусный ветряк. Однако, из-за колоссальной аэродинамики его быстроходность находится в пределах 1- 1,5. Но, несмотря на это, у него существует масса достоинств, основным из которых является чрезвычайная чувствительность. Он реагирует на малейшее движение воздушных масс, начиная от 1 м/с. Это преимущество особенно важно для российской местности, где редко встречается ветер, скорость которого превышает 4-5 м/с. Именно в таких ситуациях, когда более быстроходные ветряки простаивают без дела, данные ветряные электрогенераторы прекрасно справляются с поставленной перед ними задачей.

Еще одним безусловным достоинством данного рода конструкции является элементарность его изготовления. Составляющие данного агрегата можно пересчитать по пальцам: вал установки на подшипниках, на валу находится ступица, к ней, в свою очередь, крепятся мачты, количество которых может варьироваться от 8-ми до 24-х. К мачтам крепятся паруса, которые изготовляются из тонкой, но очень прочной материи, преимущественно синтетической. Противоположный конец паруса прикрепляется при помощи штоков, выполняющих одновременно две роли: противоштормовой защиты и регуляторов углов поворота.

Именно такое элементарное изготовление ветряков объясняет их использование и в современное время, когда, по логике, такие установки должны были давным-давно быть вытесненными из употребления более технологичными агрегатами.

Кроме того, такие миниэлектростанции являются идеальным вариантом для походов и путешествий, так как в сложенном виде имеют размеры небольшого чемодана, паруса можно свернуть, а мачты - сложить. И хотя их эффективность остается невысокой, для подзарядки аккумулятора мобильного телефона ее вполне хватит.

Как вариант, предлагается использовать в качестве материала изготовления парусов пластик, что может способствовать увеличению быстроходности в несколько раз. Однако, это неминуемо должно привести к снижению мобильности, то есть в разобранном виде данная конструкция будет занимать гораздо больше места.

Раздел: [Теоретические материалы]
Сохрани статью в:
Оставь свой комментарий или вопрос:

Россия в отношении ветроэнергетических ресурсов занимает двоякое положение. С одной стороны, благодаря огромной общей площади и обилию равнинных местностей ветра в целом много, и он большей частью ровный. С другой – наши ветры преимущественно низкопотенциальные, медленные, см. рис. С третьей, в мало обжитых местностях ветры буйные. Исходя из этого, задача завести на хозяйстве ветрогенератор вполне актуальна. Но, чтобы решить – покупать достаточно дорогое устройство, или сделать его своими руками, нужно как следует подумать, какой тип (а их очень много) для какой цели выбрать.

Основные понятия

1. КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. В случае применения для расчета механистической модели плоского ветра (см. далее) он равен КПД ротора ветросиловой установки (ВСУ).
2. КПД – сквозной КПД ВСУ, от набегающего ветра до клемм электрогенератора, или до количества накачанной в бак воды.
3. Минимальная рабочая скорость ветра (МРС) – скорость его, при которой ветряк начинает давать ток в нагрузку.
4. Максимально допустимая скорость ветра (МДС) – его скорость, при которой выработка энергии прекращается: автоматика или отключает генератор, или ставит ротор во флюгер, или складывает его и прячет, или ротор сам останавливается, или ВСУ просто разрушается.
5. Стартовая скорость ветра (ССВ) – при такой его скорости ротор способен провернуться без нагрузки, раскрутиться и войти в рабочий режим, после чего можно включать генератор.
6. Отрицательная стартовая скорость (ОСС) – это значит, что ВСУ (или ВЭУ – ветроэнергетическая установка, или ВЭА, ветроэнергетический агрегат) для запуска при любой скорости ветра требует обязательной раскрутки от постороннего источника энергии.
7. Стартовый (начальный) момент – способность ротора, принудительно заторможенного в потоке воздуха, создавать вращающий момент на валу.
8. Ветродвигатель (ВД) – часть ВСУ от ротора до вала генератора или насоса, или другого потребителя энергии.
9. Роторный ветрогенератор – ВСУ, в которой энергия ветра преобразуется во вращательный момент на валу отбора мощности посредством вращения ротора в потоке воздуха.
10. Диапазон рабочих скоростей ротора – разность между МДС и МРС при работе на номинальную нагрузку.
11. Тихоходный ветряк – в нем линейная скорость частей ротора в потоке существенно не превосходит скорость ветра или ниже ее. Динамический напор потока непосредственно преобразуется в тягу лопасти.
12. Быстроходный ветряк – линейная скорость лопастей существенно (до 20 и более раз) выше скорости ветра, и ротор образует свою собственную циркуляцию воздуха. Цикл преобразования энергии потока в тягу сложный.

Примечания:

1. Тихоходные ВСУ, как правило, имеют КИЭВ ниже, чем быстроходные, но имеют стартовый момент, достаточный для раскрутки генератора без отключения нагрузки и нулевую ССВ, т.е. абсолютно самозапускающиеся и применимы при самых слабых ветрах.
2. Тихоходность и быстроходность – понятия относительные. Бытовой ветряк на 300 об/мин может быть тихоходным, а мощные ВСУ типа EuroWind, из которых набирают поля ветроэлектростанций, ВЭС (см. рис.) и роторы которых делают порядка 10 об/мин – быстроходные, т.к. при таком их диаметре линейная скорость лопастей и их аэродинамика на большей части размаха – вполне «самолетные», см. далее.

Какой нужен генератор?

Электрический генератор для ветряка бытового назначения должен вырабатывать электроэнергию в широком диапазоне скоростей вращения и обладать способностью самозапуска без автоматики и внешних источников питания. В случае использования ВСУ с ОСС (ветряки с раскруткой), обладающих, как правило, высокими КИЭВ и КПД, он должен быть и обратимым, т.е. уметь работать и как двигатель. При мощностях до 5 кВт этому условию удовлетворяют электрические машины с постоянными магнитами на основе ниобия (супермагнитами); на стальных или ферритовых магнитах можно рассчитывать не более чем на 0,5-0,7 кВт.

Примечание: асинхронные генераторы переменного тока или коллекторные с ненамагниченным статором не годятся совершенно. При уменьшении силы ветра они «погаснут» задолго до того, как его скорость упадет до МРС, и потом сами не запустятся.

Отличное «сердце» ВСУ мощностью от 0,3 до 1-2 кВт получается из автогенератора переменного тока со встроенным выпрямителем; таких сейчас большинство. Во-первых, они держат выходное напряжение 11,6-14,7 В в довольно широком диапазоне скоростей без внешних электронных стабилизаторов. Во-вторых, кремниевые вентили открываются, когда напряжение на обмотке достигнет примерно 1,4 В, а до этого генератор «не видит» нагрузки. Для этого генератор нужно уже довольно прилично раскрутить.

В большинстве случаев автогенератор можно непосредственно, без зубчатой или ременной передачи, соединить с валом быстроходного ВД, подобрав обороты выбором количества лопастей, см. ниже. «Быстроходки» имеют малый или нулевой стартовый момент, но ротор и без отключения нагрузки успеет достаточно раскрутиться, прежде чем вентили откроются и генератор даст ток.

Выбор по ветру

Прежде чем решать, какой сделать ветрогенератор, определимся с местной аэрологией. В серо-зеленоватых (безветренных) областях ветровой карты хоть какой-то толк будет лишь от парусного ветродвигателя (и них далее поговорим). Если необходимо постоянное энергоснабжение, то придется добавить бустер (выпрямитель со стабилизатором напряжения), зарядное устройство, мощную аккумуляторную батарею, инвертор 12/24/36/48 В постоянки в 220/380 В 50 Гц переменного тока. Обойдется такое хозяйство никак не менее $20.000, и снять долговременную мощность более 3-4 кВт вряд ли получится. В общем, при непреклонном стремлении к альтернативной энергетике лучше поискать другой ее источник.

В желто-зеленых , слабоветренных местах, при потребности в электричестве до 2-3 кВт самому можно взяться за тихоходный вертикальный ветрогенератор . Их разработано несть числа, и есть конструкции, по КИЭВ и КПД почти не уступающие «лопастникам» промышленного изготовления.

Если же ВЭУ для дома предполагается купить, то лучше ориентироваться на ветряк с парусным ротором. Споров и них много, и в теории пока еще не все ясно, но работают. В РФ «парусники» выпускают в Таганроге на мощность 1-100 кВт.

В красных , ветреных, регионах выбор зависит от потребной мощности. В диапазоне 0,5-1,5 кВт оправданы самодельные «вертикалки»; 1,5-5 кВт – покупные «парусники». «Вертикалка» тоже может быть покупной, но обойдется дороже ВСУ горизонтальной схемы. И, наконец, если требуется ветряк мощностью 5 кВт и более, то выбирать нужно между горизонтальными покупными «лопастниками» или «парусниками».

Примечание: многие производители, особенно второго эшелона, предлагают комплекты деталей, из которых можно собрать ветрогенератор мощностью до 10 кВт самостоятельно. Обойдется такой набор на 20-50% дешевле готового с установкой. Но прежде покупки нужно внимательно изучить аэрологию предполагаемого места установки, а затем по спецификациям подобрать подходящие тип и модель.

О безопасности

Детали ветродвигателя бытового назначения в работе могут иметь линейную скорость, превосходящую 120 и даже 150 м/с, а кусочек любого твердого материала весом в 20 г, летящий со скоростью 100 м/с, при «удачном» попадании убивает здорового мужика наповал. Стальная, или из жесткого пластика, пластина толщиной 2 мм, движущаяся со скоростью 20 м/с, рассекает его же напополам.

Кроме того, большинство ветряков мощностью более 100 Вт довольно сильно шумят. Многие порождают колебания давления воздуха сверхнизкой (менее 16 Гц) частоты – инфразвуки. Инфразвуки неслышимы, но губительны для здоровья, а распространяются очень далеко.

Примечание: в конце 80-х в США был скандал – пришлось закрыть крупнейшую на тот момент в стране ВЭС. Индейцы из резервации в 200 км от поля ее ВСУ доказали в суде, что резко участившиеся у них после ввода ВЭС в эксплуатацию расстройства здоровья обусловлены ее инфразвуками.

В силу указанных выше причин установка ВСУ допускается на расстоянии не менее 5 их высот от ближайших жилых строений. Во дворах частных домовладений можно устанавливать ветряки промышленного изготовления, соответствующим образом сертифицированные. На крышах ставить ВСУ вообще нельзя – при их работе, даже у маломощных, возникают знакопеременные механические нагрузки, способные вызвать резонанс строительной конструкции и ее разрушение.

Примечание: высотой ВСУ считается наивысшая точка ометаемого диска (для лопастных роторов) или геомерической фигуры (для вертикальных ВСУ с ротором на древке). Если мачта ВСУ или ось ротора выступают вверх еще выше, высота считается по их топу – верхушке.

Ветер, аэродинамика, КИЭВ

Самодельный ветрогенератор подчиняется тем же законам природы, что и заводской, рассчитанный на компьютере. И самодельщику основы его работы нужно понимать очень хорошо – в его распоряжении чаще всего нет дорогих суперсовременных материалов и технологического оборудования. Аэродинамика же ВСУ ох как непроста…

Ветер и КИЭВ

Для расчета серийных заводских ВСУ используется т. наз. плоская механистическая модель ветра. В ее основе следующие предположения:

• Скорость и направление ветра постоянны в пределах эффективной поверхности ротора.
• Воздух – сплошная среда.
• Эффективная поверхность ротора равна ометаемой площади.
• Энергия воздушного потока – чисто кинетическая.

При таких условиях максимальную энергию единицы объема воздуха вычисляют по школьной формуле, полагая плотность воздуха при нормальных условиях 1,29 кг*куб. м. При скорости ветра 10 м/с один куб воздуха несет в себе 65 Дж, и с одного квадрата эффективной поверхности ротора можно, при 100% КПД всей ВСУ, снять 650 Вт. Это весьма упрощенный подход – все знают, что ветер идеально ровным не бывает. Но на это приходится идти, чтобы обеспечить повторяемость изделий – обычное в технике дело.

Плоскую модель игнорировать не следует, она дает четкий минимум доступной энергии ветра. Но воздух, во-первых, сжимаем, во-вторых, очень текуч (динамическая вязкость всего 17,2 мкПа*с). Это значит, поток может обтекать ометаемую площадь, уменьшая эффективную поверхность и КИЭВ, что чаще всего и наблюдается. Но в принципе возможна и обратная ситуация: ветер стекается к ротору и площадь эффективной поверхности тогда окажется больше ометаемой, а КИЭВ – больше 1 относительно его же для плоского ветра.

Приведем два примера. Первый – прогулочная, довольно тяжеловесная, яхта может идти не только против ветра, но и быстрее его. Ветер имеется в виду внешний; вымпельный ветер все равно должен быть быстрее, иначе как он судно потянет?

Второй – классика авиационной истории. На испытаниях МИГ-19 оказалось, что перехватчик, который был на тонну тяжелее фронтового истребителя, по скорости разгоняется быстрее. С теми же движками в том же планере.

Теоретики не знали, что и думать, и всерьез засомневались в законе сохранения энергии. В конце концов оказалось – дело в выступающем из воздухозаборника конусе обтекателя РЛС. От его носка к обечайке возникало уплотнение воздуха, как бы сгребавшее его со сторон к компрессорам двигателей. С тех пор ударные волны прочно вошли в теорию как полезные, и фантастические летные данные современных самолетов в немалой степени обусловлены их умелым использованием.

Аэродинамика

Развитие аэродинамики принято делить на две эпохи – до Н. Г. Жуковского и после. Его доклад «О присоединенных вихрях» от 15 ноября 1905 г. стал началом новой эры в авиации.

До Жуковского летали на поставленных плашмя парусах: полагалось, что частицы набегающего потока отдают весь свой импульс передней кромке крыла. Это позволяло сразу избавиться от векторной величины – момента количества движения – порождавшей зубодробительную и чаще всего неаналитическую математику, перейти к куда более удобным скалярным чисто энергетическим соотношениям, и получить в итоге расчетное поле давления на несущую плоскость, более-менее похожее на настоящее.

Такой механистический подход позволил создать аппараты, способные худо-бедно подняться в воздух и совершить перелет из одного места в другое, не обязательно грохнувшись на землю где-то по пути. Но стремление увеличить скорость, грузоподъемность и другие летные качества все больше выявляло несовершенство первоначальной аэродинамической теории.

Идея Жуковского была такова: вдоль верхней и нижней поверхностей крыла воздух проходит разный путь. Из условия непрерывности среды (пузыри вакуума сами по себе в воздухе не образуются) следует, что скорости верхнего и нижнего потоков, сходящих с задней кромки, должны отличаться. Вследствие пусть малой, но конечной вязкости воздуха там из-за разности скоростей должен образоваться вихрь.

Вихрь вращается, а закон сохранения количества движения, столь же непреложный, как и закон сохранения энергии, справедлив и для векторных величин, т.е. должен учитывать и направление движения. Поэтому тут же, на задней кромке, должен сформироваться противоположно вращающийся вихрь с таким же вращательным моментом. За счет чего? За счет энергии, вырабатываемой двигателем.

Для практики авиации это означало революцию: выбрав соответствующий профиль крыла, можно было присоединенный вихрь пустить вокруг крыла в виде циркуляции Г, увеличивающей его подъемную силу. Т.е., затратив часть, а для больших скоростей и нагрузок на крыло – большую часть, мощности мотора, можно создать вокруг аппарата воздушный поток, позволяющий добиться лучших летных качеств.

Это делало авиацию авиацией, а не частью воздухоплавания: теперь летательный аппарат мог сам создавать себе нужную для полета среду и не быть более игрушкой воздушных потоков. Нужен только двигатель помощнее, и еще и еще мощнее…

Снова КИЭВ

Но у ветряка мотора нет. Он, наоборот, должен отбирать энергию у ветра и давать ее потребителям. И здесь выходит – ноги вытащил, хвост увяз. Пустили слишком мало энергии ветра на собственную циркуляцию ротора – она будет слабой, тяга лопастей – малой, а КИЭВ и мощность – низкими. Отдадим на циркуляцию много – ротор при слабом ветре будет на холостом ходу крутиться как бешеный, но потребителям опять достается мало: чуть дали нагрузку, ротор затормозился, ветер сдул циркуляцию, и ротор стал.

Закон сохранения энергии «золотую середину» дает как раз посерединке: 50% энергии даем в нагрузку, а на остальные 50% подкручиваем поток до оптимума. Практика подтверждает предположения: если КПД хорошего тянущего пропеллера составляет 75-80%, то КИЭВ так же тщательно рассчитанного и продутого в аэродинамической трубе лопастного ротора доходит до 38-40%, т.е. до половины от того, чего можно добиться при избытке энергии.

Современность

Ныне аэродинамика, вооруженная современной математикой и компьютерами, все более уходит от неизбежно что-то да упрощающих моделей к точному описанию поведения реального тела в реальном потоке. И тут, кроме генеральной линии – мощность, мощность, и еще раз мощность! – обнаруживаются пути побочные, но многообещающие как раз при ограниченном количестве поступающей в систему энергии.

Известный авиатор-альтернативщик Пол Маккриди еще в 80-х создал самолет, с двумя моторчиками от бензопилы мощностью в 16 л.с. показавший 360 км/ч. Причем шасси его было трехопорным неубирающимся, а колеса – без обтекателей. Ни один из аппаратов Маккриди не вышел на линию и не встал на боевое дежурство, но два – один с поршневыми моторами и пропеллерами, а другой реактивный – впервые в истории облетели вокруг земного шара без посадки на одной заправке.

Парусов, породивших изначальное крыло, развитие теории тоже коснулось весьма существенно. «Живая» аэродинамика позволила яхтам при ветре в 8 узл. встать на подводные крылья (см. рис.); чтобы разогнать такую громадину до нужной скорости гребным винтом, требуется двигатель не менее 100 л.с. Гоночные катамараны при таком же ветре ходят со скоростью около 30 узл. (55 км/ч).

Есть и находки совершенно нетривиальные. Любители самого редкого и экстемального спорта – бейсджампинга – надев апециальный костюм-крыло, вингсьют, летают без мотора, маневрируя, на скорости более 200 км/ч (рис. справа), а затем плавно приземляются в заранее выбранном месте. В какой сказке люди летают сами по себе?

Разрешились и многие загадки природы; в частности – полет жука. По классической аэродинамике, он летать не способен. Точно так же, как и родоначальник «стелсов» F-117 с его крылом ромбовидного профиля тоже не способен подняться в воздух. А МИГ-29 и Су-27, которые некоторое время могут лететь хвостом вперед, и вовсе ни в какие представления не укладываются.

И почему тогда, занимаясь ветродвигателями, не забавой и не орудием уничтожения себе подобных, а источником жизненно важного ресурса, нужно плясать непременно от теории слабых потоков с ее моделью плоского ветра? Неужели не найдется возможности продвинуться дальше?

Чего ожидать от классики?

Однако от классики отказываться ни в коем случае не следует. Она дает основу, не оперевшись на которую нельзя подняться выше. Точно так же, как теория множеств не отменяет таблицу умножения, а от квантовой хромодинамики яблоки с деревьев вверх не улетят.

Итак, на что можно рассчитывать при классическом подходе? Посмотрим на рисунок. Слева – типы роторов; они изображены условно. 1 – вертикальный карусельный, 2 – вертикальный ортогональный (ветряная турбина); 2-5 – лопастные роторы с разным количеством лопастей с оптимизированными профилями.

Справа по горизонтальной оси отложена относительная скорость ротора, т.е., отношение линейной скорости лопасти к скорости ветра. По вертикальной вверх – КИЭВ. А вниз – опять же относительный крутящий момент. Единичным (100%) крутящим моментом считается такой, который создает насильно заторможенный в потоке ротор со 100% КИЭВ, т.е. когда вся энергия потока преобразуется во вращающее усилие.

Такой подход позволяет делать далеко идущие выводы. Скажем, количество лопастей нужно выбирать не только и не столько по желательной скорости вращения: 3- и 4-лопастники сразу много теряют по КИЭВ и вращательному моменту по сравнению с хорошо работающими примерно в том же диапазоне скорстей 2- и 6-лопастниками. А внешне похожие карусель и ортогонал обладают принципиально разными свойствами.

В целом же предпочтение следует отдавать лопастным роторам, кроме случаев, когда требуются предельная дешевизна, простота, необслуживаемый самозапуск без автоматики и невозможен подъем на мачту.

Примечание: о парусных роторах поговорим особо – они, похоже, в классику не укладываются.

Вертикалки

ВСУ с вертикальной осью вращения имеют неоспоримое для быта преимущество: их узлы, требующие обслуживания, сосредоточены внизу и не нужен подъем наверх. Там остается, и то не всегда, упорно-опорный самоустанавливающийся подшипник, но он прочен и долговечен. Поэтому, проектируя простой ветрогенератор, отбор вариантов нужно начинать с вертикалок. Основные их типы представлены на рис.

ВС

На первой позиции – самый простейший, чаще всего называемый ротором Савониуса. На самом деле его изобрели в 1924 г. в СССР Я. А. и А. А. Воронины, а финский промышленник Сигурд Савониус бессовестно присвоил себе изобретение, проигнорировав советское авторское свидетельство, и начал серийный выпуск. Но внедрение в судьбе изобретения значит очень много, поэтому мы, чтобы не ворошить прошлое и не тревожить прах усопших, назовем этот ветряк ротором Ворониных-Савониуса, или для краткости, ВС.

ВС для самодельщика всем хорош, кроме «паровозного» КИЭВ в 10-18%. Однако в СССР над ним работали много, и наработки есть. Ниже мы рассмотрим усовершенствованную конструкцию, не намного более сложную, но по КИЭВ дающую фору лопастникам.

Примечание: двухлопастный ВС не крутится, а дергается рывками; 4-лопастный лишь немного плавнее, но много теряет в КИЭВ. Для улучшения 4-«корытные» чаще всего разносят на два этажа – пара лопастей внизу, а другая пара, повернутая на 90 градусов по горизонтали, над ними. КИЭВ сохраняется, и боковые нагрузки на механику слабеют, но изгибные несколько возрастают, и при ветре более 25 м/с у такой ВСУ на древке, т.е. без растянутого вантами подшипника над ротором, «срывает башню».

Дарье

Следующий – ротор Дарье; КИЭВ – до 20%. Он еще проще: лопасти – из простой упругой ленты безо всякого профиля. Теория ротора Дарье еще недостаточно разработана. Ясно только, что начинает он раскручиваться за счет разности аэродинамического сопротивления горба и кармана ленты, а затем становится вроде как быстроходным, образуя собственную циркуляцию.

Вращательный момент мал, а в стартовых положениях ротора параллельно и перпендикулярно ветру вообще отсутствует, поэтому самораскрутка возможна только при нечетном количестве лопастей (крыльев?) В любом случае на время раскрутки нагрузку от генератора нужно отключать.

Есть у ротора Дарье еще два нехороших качества. Во-первых, при вращении вектор тяги лопасти описывает полный оборот относительно ее аэродинамического фокуса, и не плавно, а рывками. Поэтому ротор Дарье быстро разбивает свою механику даже при ровном ветре.

Во-вторых, Дарье не то что шумит, а вопит и визжит, вплоть до того, что лента рвется. Происходит это вследствие ее вибрации. И чем больше лопастей, тем сильнее рев. Так что Дарье если и делают, то двухлопастными, из дорогих высокопрочных звукопоглощающих материалов (карбона, майлара), а для раскрутки посередине мачты-древка приспосабливают небольшой ВС.

Ортогонал

На поз. 3 – ортогональный вертикальный ротор с профилированными лопастями. Ортогональный потому, что крылья торчат вертикально. Переход от ВС к ортогоналу иллюстрирует рис. слева.

Угол установки лопастей относительно касательной к окружности, касающейся аэродинамических фокусов крыльев, может быть как положительным (на рис.), так и отрицательным, сообразно силе ветра. Иногда лопасти делают поворотными и ставят на них флюгерки, автоматически держащие «альфу», но такие конструкции часто ломаются.

Центральное тело (голубое на рис.) позволяет довести КИЭВ почти до 50% В трехлопастном ортогонале оно должно в разрезе иметь форму треугольника со слегка выпуклыми сторонами и скругленными углами, а при большем количестве лопастей достаточно простого цилиндра. Но теория для ортогонала оптимальное количество лопастей дает однозначно: их должно быть ровно 3.

Ортогонал относится к быстроходным ветрякам с ОСС, т.е. обязательно требует раскрутки при вводе в эксплуатацию и после штиля. По ортогональной схеме выпускаются серийные необслуживаемые ВСУ мощностью до 20 кВт.

Геликоид

Геликоидный ротор, или ротор Горлова (поз. 4) – разновидность ортогонала, обеспечивающая равномерное вращение; ортогонал с прямыми крыльями «рвет» лишь немного слабее двухлопастного ВС. Изгиб лопастей по геликоиде позволяет избежать потерь КИЭВ из-за их кривизны. Хотя часть потока кривая лопасть и отбрасывает, не используя, но зато и загребает часть в зону наибольшей линейной скорости, компенсируя потери. Геликоиды используют реже прочих ветряков, т.к. они вследствие сложности изготовления оказываются дороже равных по качеству собратьев.

Бочка-загребушка

На 5 поз. – ротор типа ВС, окруженный направляющим аппаратом; его схема представлена на рис. справа. В промышленном исполнении встречается редко, т.к. дорогостоящий отвод земли не компенсирует прироста мощности, а материалоемкость и сложность производства велики. Но самодельщик, боящийся работы – уже не мастер, а потребитель, и, если нужно не более 0,5-1,5 кВт, то для него «бочка-загребушка» лакомый кусок:

• Ротор такого типа абсолютно безопасен, бесшумен, не создает вибраций и может быть установлен где угодно, хоть на детской площадке.
• Согнуть «корыта» из оцинковки и сварить каркас из труб – работа ерундовая.
• Вращение – абсолютно равномерное, детали механики можно взять самые дешевые или из хлама.
• Не боится ураганов – слишком сильный ветер не может протолкнуться в «бочку»; вокруг нее возникает обтекаемый вихревой кокон (мы с этим эффектом еще столкнемся).
• А самое главное – поскольку поверхность «загребушки» в несколько раз больше таковой ротора внутри, КИЭВ может быть и сверхединичным, а вращательным момент уже при 3 м/с у «бочки» трехметрового диаметра такой, что генератору на 1 кВт с предельной нагрузкой, как говорится, лучше и не дергаться.

Видео: ветрогенератор Ленца

В 60-х в СССР Е. С. Бирюков запатентовал карусельную ВСУ с КИЭВ 46%. Немного позже В. Блинов добился от конструкции на том же принципе КИЭВ 58%, но данных о ее испытаниях нет. А натурные испытания ВСУ Бирюкова были проведены сотрудниками журнала «Изобретатель и рационализатор». Двухэтажный ротор диаметром 0,75 м и высотой 2 м при свежем ветре раскручивал на полную мощность асинхронный генератор 1,2 кВт и выдерживал без поломки 30 м/с. Чертежи ВСУ Бирюкова приведены на рис.

1. ротор из кровельной оцинковки;
2. самоустанавливающийся двухрядный шариковый подшипник;
3. ванты – 5 мм стальной трос;
4. ось-древко – стальная труба с толщиной стенок 1,5-2,5 мм;
5. рычаги аэродинамического регулятора оборотов;
6. лопасти регулятора оборотов – 3-4 мм фанера или листовой пластик;
7. тяги регулятора оборотов;
8. груз регулятора оборотов, его вес определяет частоту вращения;
9. ведущий шкив – велосипедное колесо без шины с камерой;
10. подпятник – упорно-опорный подшипник;
11. ведомый шкив – штатный шкив генератора;
12. генератор.

Бирюков на свою ВСУ получил сразу несколько авторских свидетельств. Во-первых, обратите внимание на разрез ротора. При разгоне он работает подобно ВС, создавая большой стартовый момент. По мере раскрутки во внешних карманах лопастей создается вихревая подушка. С точки зрения ветра, лопасти становятся профилированными, и ротор превращается в быстроходный ортогонал, причем виртуальный профиль меняется соответственно силе ветра.

Во-вторых, профилированный канал между лопастями в рабочем диапазоне скоростей работает как центральное тело. Если же ветер усиливается, то в нем также создается вихревая подушка, выходящая за пределы ротора. Возникает такой же вихревой кокон, как вокруг ВСУ с направляющим аппаратом. Энергия на его создание берется от ветра, и тому на поломку ветряка ее уже не хватает.

В-третьих, регулятор оборотов предназначен прежде всего для турбины. Он держит ее обороты оптимальными с точки зрения КИЭВ. А оптимум частоты вращения генератора обеспечивается выбором передаточного отношения механики.

Примечание: после публикаций в ИР за 1965 г. ВСУ Бирюкова канула в небытие. Ответа от инстанций автор так и не дождался. Судьба многих советских изобретений. Говорят, какой-то японец стал миллиардером, регулярно читая советские популярно-технические журналы и патентуя у себя все, заслуживающее внимания.

Лопастники

Как у сказано, по классике горизонтальный ветрогенератор с лопастным ротором – наилучший. Но, во-первых, ему нужен стабильный хотя бы средней силы ветер. Во-вторых, конструкция для самодельщика таит в себе немало подводных камней, из-за чего нередко плод долгих упорных трудов в лучшем случае освещает туалет, прихожую или крыльцо, а то и оказывается способен только раскрутить самого себя.

По схемам на рис. рассмотрим подробнее; позиции:

• Фиг. А:

1. лопасти ротора;
2. генератор;
3. станина генератора;
4. защитный флюгер (ураганная лопата);
5. токосъемник;
6. шасси;
7. поворотный узел;
8. рабочий флюгер;
9. мачта;
10. хомут под ванты.

• Фиг. Б, вид сверху:

1. защитный флюгер;
2. рабочий флюгер;
3. регулятор натяжения пружины защитного флюгера.

• Фиг. Г, токосъемник:

1. коллектор с медными неразрезными кольцевыми шинами;
2. подпружиненные меднографитовые щетки.

Примечание: ураганная защита для горизонтального лопастника диаметром более 1 м совершенно необходима, т.к. создать вокруг себя вихревой кокон он не способен. При меньших размерах можно добиться выносливости ротора до 30 м/с с лопастями из пропилена.

Итак, где нас ждут «спотыки»?

Лопасти

Рассчитывать добиться мощности на валу генератора более 150-200 Вт на лопастях любого размаха, вырезанных из толстостенной пластиковой трубы, как часто советуют – надежды беспросветного дилетанта. Лопасть из трубы (если только она не настолько толстая, что используется просто как заготовка) будет иметь сегментный профиль, т.е. его верхняя, или обе поверхности будут дугами окружности.

Сегментные профили пригодны для несжимаемой среды, скажем, для подводных крыльев или лопастей гребного винта. Для газов же нужна лопасть переменного профиля и шага, для примера см. рис.; размах – 2 м. Это будет сложное и трудоемкое изделие, требующее кропотливого расчета во всеоружии теории, продувок в трубе и натурных испытаний.

Генератор

При насадке ротора прямо на его вал штатный подшипник скоро разобьется – одинаковой нагрузки на все лопасти в ветряках не бывает. Нужен промежуточный вал со специальным опорным подшипником и механическая передача от него на генератор. Для больших ветряков опорный подшипник берут самоустанавливающийся двухрядный; в лучших моделях – трехъярусный, Фиг. Д на рис. выше. Такой позволяет валу ротора не только слегка изгибаться, но и немного смещаться из стороны в сторону или вверх-вниз.

Примечание: на разработку опорного подшипника для ВСУ типа EuroWind ушло около 30 лет.

Аварийный флюгер

Принцип его работы показывает Фиг. В. Ветер, усиливаясь, давит на лопату, пружина растягивается, ротор перекашивается, обороты его падают и в конце концов он становится параллельно потоку. Вроде бы все хорошо, но – гладко было на бумаге…

Попробуйте в ветреный день удержать за ручку параллельно ветру крышку от выварки или большой кастрюли. Только осторожно – вертлявая железяка может садануть по физиономbии так, что расквасит нос, рассечет губу, а то и выбьет глаз.

Плоский ветер бывает только в теоретических выкладках и, с достаточной для практики точностью, в аэродинамических трубах. Реально же ураган ветряки с ураганной лопатой корежит больше, чем вовсе беззащитные. Лучше все-таки менять исковерканные лопасти, чем делать заново все. В промышленных установках – другое дело. Там шаг лопастей, по каждой в отдельности, отслеживает и регулирует автоматика под управлением бортового компьютера. И делаются они из сверхпрочных композитов, а не из водопроводных труб.

Токосъемник

Это – регулярно обслуживаемый узел. Любой энергетик знает, что коллектор со щетками нужно чистить, смазывать, регулировать. А мачта – из водопроводной трубы. Не залезешь, раз в месяц-два придется весь ветряк валить на землю и потом опять поднимать. Сколько он протянет от такой «профилактики»?

Видео: лопастной ветрогенератор + солнечная панель для электроснабжения дачи

Мини и микро

Но с уменьшением размеров лопастника трудности падают по квадрату диаметра колеса. Изготовление горизонтальной лопастной ВСУ своими силами на мощность до 100 Вт уже возможно. Оптимальным будет 6-лопастный. При большем количестве лопастей диаметр ротора, рассчитанного на ту же мощность, будет меньше, но их окажется трудно прочно закрепить на ступице. Роторы о менее чем 6 лопастях можно не иметь в виду: 2-лопастнику на 100 Вт нужен ротор диаметром 6,34 м, а 4-лопастнику той же мощности – 4,5 м. Для 6-лопастного зависимость мощность – диаметр выражается следующим образом:

• 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.
• 100 Вт – 3,68 м.
• 300 Вт – 6,34 м.

Оптимальным будет рассчитывать на мощность 10-20 Вт. Во-первых, лопасть из пластика размахом более 0,8 м без дополнительных мер защиты не выдержит ветер более 20 м/с. Во-вторых, при размахе лопасти до тех же 0,8 м линейная скорость ее концов не превысит скорость ветра более чем втрое, и требования к профилировке с круткой снижаются на порядки; здесь уже вполне удовлетворительно будет работать «корытце» с сегментным профилем из трубы, поз. Б на рис. А 10-20 Вт обеспечат питание планшетки, подзарядку смартфона или засветят лампочку-экономку.

Далее, выбираем генератор. Отлично подойдет китайский моторчик – ступица колеса для электровелосипедов, поз. 1 на рис. Его мощность как мотора – 200-300 Вт, но в режиме генератора он даст примерно до 100 Вт. Но подойдет ли он нам по оборотам?

Показатель быстроходности z для 6 лопастей равен 3. Формула для расчета скорости вращения под нагрузкой – N = v/l*z*60, где N – частота вращения, 1/мин, v – скорость ветра, а l – длина окружности ротора. При размахе лопасти 0,8 м и ветре 5 м/с получаем 72 об/мин; при 20 м/с – 288 об/мин. Примерно с такой же скоростью вращается и велосипедное колесо, так что свои 10-20 Вт от генератора, способного дать 100, мы уж снимем. Можно ротор сажать прямо на его вал.

Но тут возникает следующая проблема: мы, потратив немало труда и денег, хотя бы на моторчик, получили… игрушку! Что такое 10-20, ну, 50 Вт? А лопастный ветряк, способный запитать хотя бы телевизор, дома не сделаешь. Нельзя ли купить готовый мини-ветрогенератор, и не обойдется ли он дешевле? Еще как можно, и еще как дешевле, см. поз. 4 и 5. Кроме того, он будет еще и мобильным. Поставил на пенек – и пользуйся.

Второй вариант – если где-то валяется шаговый двигатель от старого 5- или 8-дюймового дисковода, или от привода бумаги или каретки негодного струйного или матричного принтера. Он может работать как генератор, и приделать к нему карусельный ротор из консервных банок (поз. 6) проще, чем собирать конструкцию наподобие показанной на поз. 3.

В целом по «лопастникам» вывод однозначен: самодельные – скорее для того, чтобы помастерить всласть, но не для реальной долговременной энергоотдачи.

Видео: простейший ветрогенератор для освещения дачи

Парусники

Парусный ветрогенератор известен давно, но мягкие полотнища его лопастей (см. рис.) начали делать с появлением высокопрочных износостойких синтетических тканей и пленок. Многолопастные ветряки с жесткими парусами широко разошлись по миру как привод маломощных автоматических водокачек, но их техданные ниже даже чем у каруселей.

Однако мягкий парус как крыло ветряка, похоже, оказался не так-то прост. Дело не в ветроустойчивости (производители не ограничивают максимально допустимую скорость ветра): яхсменам-парусникам и так известно, что ветру разорвать полотнище бермудского паруса практически невозможно. Скорее шкот вырвет, или мачту сломает, или вся посудина сделает «поворот оверкиль». Дело в энергетике.

К сожалению, точных данных испытаний не удается найти. По отзывам пользователей удалось составить «синтетические» зависимости для установки ВЭУ-4.380/220.50 таганрогского производства с диаметром ветроколеса 5 м, массой ветроголовки 160 кг и частотой вращения до 40 1/мин; они представлены на рис.

Разумеется, ручательств за 100% достоверность быть не может, но и так видно, что плоско-механистической моделью тут и не пахнет. Никак не может 5-метровое колесо на плоском ветре в 3 м/с дать около 1 кВт, при 7 м/с выйти на плато по мощности и далее держать ее до жестокого шторма. Производители, кстати, заявляют, что номинальные 4 кВт можно получить и при 3 м/с, но при установке их силами по результатам исследований местной аэрологии.

Количественной теории также не обнаруживается; пояснения разработчиков маловразумительны. Однако, поскольку таганрогские ВЭУ народ покупает, и они работают, остается предположить, что заявленные коническая циркуляция и пропульсивный эффект – не фикция. Во всяком случае, возможны.

Тогда, выходит, ПЕРЕД ротором, по закону сохранения импульса, должен возникнуть тоже конический вихрь, но расширяющийся и медленный. И такая воронка будет сгонять ветер к ротору, его эффективная поверхность получится больше ометаемой, а КИЭВ – сверхединичным.

Пролить свет на этот вопрос могли бы натурные измерения поля давления перед ротором, хотя бы бытовым анероидом. Если оно окажется выше, чем с боков в стороне, то, действительно, парусные ВСУ работают, как жук летает.

Самодельный генератор

Из сказанного выше ясно, что самодельщикам лучше браться или за вертикалки, или за парусники. Но те и другие очень медленные, а передача на быстроходный генератор – лишняя работа, лишние затраты и потери. Можно ли сделать эффективный тихоходный электрогенератор самому?

Да, можно, на магнитах из ниобиевого сплава, т. наз. супермагнитах. Процесс изготовления основных деталей показан на рис. Катушки – каждая из 55 витков медного 1 мм провода в термостойкой высокопрочной эмалевой изоляции, ПЭММ, ПЭТВ и т.п. Высота обмоток – 9 мм.

Обратите внимание на пазы под шпонки в половинах ротора. Они должны быть расположены так, чтобы магниты (они приклеиваются к магнитопроводу эпоксидкой или акрилом) после сборки сошлись разноименными полюсами. «Блины» (магнитопроводы) должны быть изготовлены из магнитомягкого ферромагнетика; подойдет обычная конструкционная сталь. Толщина «блинов» – не менее 6 мм.

Вообще-то лучше купить магниты с осевым отверстием и притянуть их винтами; супермагниты притягиваются со страшной силой. По этой же причине на вал между «блинами» надевается цилиндрическая проставка высотой 12 мм.

Обмотки, составляющие секции статора, соединяются по схемам, также приведенным на рис. Спаянные концы не должны быть натянуты, но должны образовывать петли, иначе эпоксидка, которой будет залит статор, застывая, может порвать провода.

Заливают статор в изложнице до толщины 10 мм. Центрировать и балансировать не нужно, статор не вращается. Зазор между ротором и статором – по 1 мм с каждой стороны. Статор в корпусе генератора нужно надежно зафиксировать не только от смещения по оси, но и от проворачивания; сильное магнитное поле при токе в нагрузке будет тянуть его за собой.

Видео: генератор для ветряка своими руками

Вывод

И что же мы имеем напоследок? Интерес к «лопастникам» объясняется скорее их эффектным внешним видом, чем действительными эксплуатационными качествами в самодельном исполнении и на малых мощностях. Самодельная карусельная ВСУ даст «дежурную» мощность для зарядки автоаккумулятора или энергоснабжения небольшого дома.

А вот с парусными ВСУ стоит поэкспериментировать мастерам с творческой жилкой, особенно в мини-исполнении, с колесом 1-2 м диаметром. Если предположения разработчиков верны, то с такого можно будет снять, посредством описанного выше китайского движка-генератора, все его 200-300 Вт.

Андрей сказал(а):

Спасибо за вашу бесплатную консультацию…А цены “от фирм”не реально дороги,и я думаю,что мастеровые люди из глубинки смогут сделать генераторы подобные вашему.А аккамуляторы Li-po можно выписать из Китая,инверторы в Челябинске делают очень хорошие (с плавным синусом).А паруса,лопасти или роторы – это очередной повод для полёта мысли наших рукастых Русских мужиков.

Иван сказал(а):

вопрос:
Для ветряков с вертикальной осью(позиция 1) и варианта “Ленца” возможно добавить дополнительную деталь – крыльчатку,выставляющуюся по ветру, и закрывающую от него же бесполезную сторону(идущую в сторону ветра). То есть ветер будет не лопасть тормозить, а этот “экран”. Постановка по ветру “хвостом”, находящимся за самим ветряком ниже и выше лопостей(гребней). Читал статью и родилась идея.

Нажимая кнопку «Добавить комментарий», я соглашаюсь с сайта.

Парусный ветрогенератор отличается материалом своих рабочих лопастей. Если в ветрогенераторах обычных типов лопасти – жёсткие, то здесь они изготавливаются из материалов, которые могут под действием ветра изменять площадь своей рабочей поверхности: парусины, брезента, нетканых слоистых материалов.

О недостатках ветрогенераторов с жёсткими лопастями

Ветрогенераторы традиционного исполнения – системы весьма инерционные: для того, чтобы раскрутить лопасти до более-менее значительной угловой скорости, необходим сильный ветер. Это подтверждается и многочисленными теоретическими выкладками, и практическими вариантами различных конструкций данных ветрогенераторов. Итог неутешителен: например, для лопастей или винта с размахом 3 м, и при минимально необходимом числе оборотов генератора 400 мин -1 , окружная скорость винта/лопасти должна быть не менее 500 км/ч! Иначе, требуемый перепад давлений, при котором жёсткая лопасть не только начнёт вращаться, но и станет при этом вырабатывать хоть какую-нибудь электроэнергию, соответствует скорости ветра не менее 10 м/с. Но и это ещё не всё. Распределение давления ветра на жёсткие лопасти происходит крайне неравномерно: большая часть приходится на центральную часть лопасти, угловая скорость которой намного ниже, чем периферийных областей. Такой неприятный факт приводит к тому, что для увеличения коэффициента использования энергии ветра (КИЭВ) – аналог более привычного термина КПД - необходимо увеличивать размах лопастей до неприлично больших размеров – 10 и более метров! И сразу возникают проблемы – где установить такой монстр, как защитить птиц от истребления вращающимися лопастями, каким образом обслуживать и т.д. И даже в наиболее оптимистичных конструкциях ветрогенераторов с жёсткими лопастями их КИЭВ не превышает 20%.

Виды парусных ветрогенераторов

Практически разрабатываются в двух вариантах:

• с круговыми парусными лопастями;
• с круговым парусным колесом.

Ветрогенераторы первого исполнения используют парусные лопасти треугольной формы. Форма треугольника подбирается индивидуально, в зависимости от силы ветра в данной местности. Во многих случаях из-за простоты используют заваленный прямоугольный треугольник (см. рис. 1), хотя для промышленного изготовления более технологичными будут парусные лопасти в виде равнобедренных треугольников (см. рис.2).

В чём же эффективность использования парусных лопастей?

Весь секрет – в упругости материала лопасти, благодаря чему струя воздуха при встрече с поверхностью паруса отклоняется на некоторый угол в сторону и передаёт при этом свою кинетическую энергию парусной лопасти. Последняя начинает вращаться (быстрее это получится у лёгких лопастей с большой площадью) и передавать полезную энергию валу электрогенератора. Вследствие этих особенностей парусный ветрогенератор начинает производить полезную работу уже при скоростях ветра 5 м/с – вдвое меньших, чем для генератора с жёсткими лопастями.

Такие парусные генераторы разрабатываются и производятся во многих странах мира: в США, Франции, России (СКТБ "Энергия-гравио», г.Таганрог) и др.

Вместе с тем парусные ветрогенераторы лопастного исполнения обладают существенными недостатками – низкой стойкостью лопастей (вызванной ограничениями по применяемым материалам) и всё же недостаточным (хотя и большим, чем у ветрогенераторов с жёсткими лопастями) КИЭВ. Объясняется это тем, что круговой парус по определению не сбалансирован, не уравновешен и, следовательно, активен только с одной стороны. При внезапном изменении направления ветра такая лопасть сначала остановится, а потом очень медленно начнёт набирать обороты.

Таких недостатков лишен парусный ветрогенератор с парусным колесом, разрабатываемый и производимый фирмой Saphon Energy (Тунис). В генераторе Saphonian лопасти и вращающиеся части отсутствуют. Внешне конструкция схожа со спутниковой антенной (см. рис. 3).

С помощью воздушных клапанов парус ветрогенератора совершает возвратные высокочастотные колебательные движения. При помощи механической системы эти колебания воспринимаются поршнями гидравлической системы, которые преобразуют энергию получаемой энергии в давление несжимаемой жидкости. Именно энергия давления этой жидкости и используется в дальнейшем для вращения вала электрогенератора.

КИЭВ генератора Saphonian достигает 80%, что в 2 раза превышает эффективность лопастных парусных генераторов. И хотя, строго говоря, Saphonian не представляет собой парусный ветрогенератор в «чистом» виде, его принцип работы заслуживает самого широкого рассмотрения и внедрения.

Подводим итоги

В чём заключаются плюсы парусных ветрогенераторов:

• более высокий, по сравнению с традиционными ветрогенераторами, КИЭВ;
• меньший уровень шума;
• работоспособность при меньших значениях силы и скорости ветра;
• лёгкость и доступность для внедрения;
• безопасность в эксплуатации и обслуживании.

Говорят, новое - хорошо забытое старое. И энергетика здесь, похоже, не является исключением. Ожегшись на Чернобыле, столкнувшись в ряде мест с угрозой энергетического кризиса, человечество все чаще обращает свой взор на технические решения, незаслуженно списанные в прошлом в архив. Использование даровой силы ветра - в числе именно таких решений. Приходят к ним в своих творческих изысканиях и любители мастерить все своими руками (см., например, «М-К» № 4/84, 5/86, 6/90, 7/92|.

В этой связи предлагаемая публикация сделанная по материалам американского журнала «Механик иллюстрейтед», думается, представляет особый интерес и актуальность для многих наших читателей.

Идея - обуздать ветер, обеспечив тем самым сеЬя даровой электроэнергией,- несомненно, весьма заманчива. Но выпускаемые промышленностью ветроэнергоустановки не всегда подходят для размещения их, например, возле загородного дома. Да и цены на них астрономические.

Альтернативой может стать вполне доступная с точки зрения семьи со средним достатком самодельная ветроэнергоустановка - такая, как изображена на публикуемых иллюстрациях. За исключением синхронного электрогенератора переменного тока, ее конструкция не содержит дорогих и остродефицитных деталей и узлов. Проста (а следовательно, надежна в работе, легка в изготовлении и наладке) кинематика. А энергетические возможности таковы, что при средней скорости ветра Увср=4,8 м/с. они с лихвой обеспечат потребность в электроэнергии небольшого дома с усадьбой и хозяйственными постройками.

«Изюминка» всей конструкции здесь - ветровое колесо. Во-первых, оно лопастное. Уступая простейшему роторному некоторой архаичностью своего внешнего вида, напоминающего средневековые мельницы, с которыми сражался небезызвестный Дон-Кихот, этот ветряк выигрывает в главном: мощности, отдаваемой в нагрузку. Во-вторых, в паре с ветром в данном случае работает… парус - на каждой из трех лопастей с изменяемой площадью Б* и самоограничением, предусмотренным для сильных ветров.

Дело в том, что лопастной узел у крыла ветряка состоит из жесткой передней кромки, ребер соответствующего сечения и «закрутки», обеспечивающих оптимальный режим работы концевой, средней частей и основания, а также задней кромки, натяжение которой обеспечивает стальной трос. Парус лопасти - из пропитанного синтетическим лаком капрона. Он натянут на остов с закреплением прижимной планкой на распорке-основании (см. рис.), а благодаря тросу - всегда упруг. Ткань после пропитки синтетическим лаком отнюдь не потеряла своей эластичности, и лопасть способна изменять форму в ответ на порывы ветра. Автоматически принимает и наилучший для каждой конкретно складывающейся ветровой нагрузки угол тангажа.

Ну а случись - налетит ураган. Что тогда? Да ничего страшного не произойдет. Трос, задающий натяжение задней кромке, напряжен так, что при скоростях ветра, превышающих рабочий диапазон, парус опадает, становится как бы недействующим: возникает режим самоограничения, причем - автоматически.

Из других технических решений, удачно вписавшихся в конструкцию данной ветроэлектроустановки, нельзя не отметить также простоту и надежность выполнения опорно-поворотного узла, съем электроэнергии в нагрузку, использование в кинематической схеме не углового редуктора, а обычных цепных передач, успешное размещение практически всей кинематики в капсуле обтекателя. Неплохо зарекомендовала себя в деле и сама капсула.

Особенности изготовления основных узлов, как и всей рассматриваемой ветроэлектроустановки,- следствие ее оригинальности.

Взять, к примеру, переднюю кромку лопастного узла. По сути своей это кессонная конструкция. Для нее нужен остов: лонжерон с соответствующими взаимосвязанными элементами. А их не сделать без шаблонов.

Шаблонов потребуется шесть. Два - для образующих ребра

блоков, три - для сборочного приспособления лопастного узла (стапеля) и один - для исходной заготовки ребра. При их изготовлении требуются максимальные аккуратность и сосредоточенность, чистота разметки.

1 – потребитель электроэнергии (нагрузка), 2 синхронный электрогенератор с трансмиссией в капсуле обтекателя. 3 - лонжерон лопасти (3 шт.), 4 - кок ветроколеса, 5 - лопасть парусная (3 шт.), 6 опорно-поворотный узел, 7 - мачта из металлических ферм, 8 – оттяжки.

1- ветроколесо трехлопастное парусное, 2- шарикоподшипник радиально-упорный (2 шт.), 3 - труба опорная квадратного сечения, 4 - вал ведущий, 5 - шарикоподшипник радиальный (2 шт.), 6 - промежуточный вал, 7 - передача силовая с приводной роликовой цепью ПР-19,05, 8 - обтекатель, 9 - передача силовая с приводной роликовой цепью ПР-12,7, 10 - генератор синхронный мощностью 1200 Вт, 11 - стойка-труба внутренняя, 12 - подшипник радиальный самосмазывающнйся, 13 - стойка-труба внешняя, 14 - подпятник, 15 - мачта нз металлических ферм.

1 - планка прижимная (полоса сечением 3X25 мм, АЛ9-1), 2 - распорка-основание (отрезок склепанных и «эпоксидированных» вместе алюминиевых уголков 25X25 мм с приданием нужной конфигурации), 3 - парус (пропитанное синтетическим лаком капроновое полотно массой 113,4 г), 4 - большая укосина (12-мм алюминиевый прокат), 5 - особой конфигурации), 9 - ребро-«сандвич» (склепанные и «эпоксидированные» вместе заготовки из 6-мм листа АЛ9-1; 3 шт.), 10 - кронштейн стыковочный (20-мм отрезок алюминиевого уголка 25X25 мм, 6 шт.), 11 - малая укосина (12-мм алюминиевый прокат), 12 - законцовка (отрезок склепанных вместе и «эпоксидированных» алюминиевых уголков 25Х 25 мм), 13 - гильза свинцовая (12-мм отрезок сплющиваемого цилиндра с наружным диаметром 12 мм и внутренним - 3 мм, 2 шт.), 14 - оболочка троса (два последовательно составленные отрезка полиэтиленовой трубки), 15 - трос натяжной.

1 - полоса усиления (75-мм ширины капрон) законцовочной части, 2 - припуск шва 20-мм, 3 - заготовка полотна паруса (капрон, сложенный вдвое), 4 - полоса усиления основания (75-мм ширины капрон).

1 - ребро-«саидвнч» (3 шт.), 2 - «носик» раскорки-законцовки, 3 - кронштейн стыковочный (6 шт.), 4 - хвостовик распорки-законцовки и (такая же деталь) распорка-середина, 5 - распорка-основание.

1 - формующий брусок (20-мм фанера), 2 - кронштейн стыковочный, 3 - контур деревянного блока, а равно - второго слоя у ребра-«сандвича», 4 - первый слой ребра-«саидвича».

1 - базис, 2 - распорка, 3 - стойка-фиксатор лонжерона лопасти (2 шт.), 4 - шаблон для выполнения работ на основании паруса, 5 - плаика усиления (3 шт.), 6 - стойка-фиксатор середины паруса, 7 - стойка для работ на законцовке. Все детали стапеля изготавливаются из 20-мм фанеры, крепление - на шурупах. Стрелками указаны направления, в которых прикрепляются ребра-«сандвичн» к стапелю на предусмотренные для них места.

1 - вал ведущий (диаметр 25 мм, длина 1500 мм, Сталь 45), 2 - кок ветроколеса (Д16), 3 - держатель (полоса сечения 3×25 мм, Ст3, 3 шт., 4 - спица ступицы приварная (стальной уголок 25 X 25 мм, 3 шт.), 5 - ступица {Сталь 20), 6 подшипниковый узел ведущего вала (2 шт.), 7 - горизонтальный кронштейн (стальной уголок 25X 25 мм, 2 шт.), 8 - труба опорная стальная (в сечении - квадрат 50Х 50 мм, толшина стенки 4 мм) с наварными квадратными стальными 4-мм щечками на концах, 9 - звездочка Z3=45 (Сталь 45), 10 - цепь ПР 12,7, II - кронштейн вертикальный (300-мм отрезок стального швеллера № 8, приваренный к боковым стенкам опорной трубы), 12 - гайка М14 с шайбой Гровера (4 шт.), 13 - промежуточный вал (диаметр 20 мм, длина 350 мм, Сталь 45), 14 - подшипниковый узел промежуточного вала (2 шт.), 15 - болт М14 (4 шт.), 16 - цепь ПР-19,05, 17 - звездочка Z2= 18 (Сталь 45), 18 - звездочка Z1 = 42 (Сталь 45), 19 - болт М18 (4 шт.), 20 звездочка Z4= 17 (Сталь 45), 21 - кронштейн коробчатый (размеры по месту установки в зависимости от типа генератора, Ст3, 2 шт.), 22-генератор электрический, синхронный, мощностью 1200 Вт, 23 - опорно-поворотный узел, 24 - стойка-труба стальная внутренняя (длина 90 мм, внешний диаметр 60 мм, толшина стенки 4,5 мм), 25 - укосина приварная (305 мм отрезок стального уголка 25X 25 мм, 2 шт.), 26 - шайба стопорная (4 шт.), 27 - гайка М18 (4 шт.), 28 - гайка М12 самоконтрящаяся прорезная (6 шт.), 29 - лонжерон лопасти (1830-мм отрезок трубы с внешним диаметром 50 мм и толщиной стенки 3,5 мм, АЛ9-1, режим термообработки Т6, 3 шт.), 30 - болт М12 (6 шт.).

1- шпангоут основной (многослойная фанера, 3 шт.), 2 - продольная панель обшивки люка (12-мм фанера, 2шт.), 3 - лонжерон (рейка из многослойной фанеры, вырезанная с изгибом после 3-го шпангоута, 4 шт.), 4 - соединение болтовое М16 с самофиксацией (8 шт.), 5 - кронштейн-направляющая (100-мм отрезок стального уголка 40Х Х40 мм, 4 шт.), 6 - полоса обшивки (фанера, суживающаяся по ширине после прогиба на 3-м шпангоуте, 23 шт.), 7 - шпангоут переходной (20-мм фанера), 8 - шпангоут концевой, 9 - покрытие стеклопластиковое, 10 - насадка конусообразная (максимальный диаметр 386 мм, пенопласт) ,11 - поперечная панель обшивки люка (20-мм фанера).

1- кронштейн приварной (стальной уголок 25Х 25 мм), 2- заклепка (4 шт.), 3 - кабель электрический, 4 - клемма н подвод к щетке контактной (2 шт.), 5 - жила электрокабеля (2 шт.), 6 - 5-мм пластина стеклотекстолитовая, 7 - упор-кронштейн (алюминиевый уголок 12Х 12 мм, 2 шт.), 8 - пружина с контактным винтом (2 шт.), 9 - гнездо-направляющая (алюминиевая труба квадратного сечения с элементами крепежа, 2 шт.), 10 - щетка контактная (2 шт.) ,11 - электропривод изолированный (2 шт.), 12 - стойка-труба стальная внутренняя, 13 - кольцо латунное с контактным винтом (2 шт.), 14 - втулка текстолитовая с двумя установочными винтами, 15 - шайба (Ст3) гребенчатая с двумя установочными винтами, 16 - подшипник радиальный самосмазывающийся (АФГМ), 17-стойка-труба стальная наружная, 18 - подпятник (БрАЖ9-4), 19 - болт М24 с гайкой и фиксацией затяжки.

Два шаблона (см. рис. 6, поз. 1) приклеивают к отрезку 20-мм фанеры. Следуя контуру, вырезают ножовкой или лобзиком две образующие ребро фанерные подкладки. Просверливают 5-мм отверстия под центр лонжерона и разметки сборки. Закругление радиусом 2,5 мм (для загибания фланца) и пятиградусный срез заднего угла выполняют с помощью рашпиля.

Шаблон (поз. 4 рис. 6) с 15-мм кромкой под фланец приклеивают к 6-мм алюминиевому листу АЛ9-1, прошедшему термообработку Т4. Получившуюся заготовку аккуратно вырезают; просверливают лонжеронный центр, а для правильной установки на стапеле - соответствующие отверстия. Это своеобразный новый шаблон для изготовления еще восьми таких заготовок (по 3 шт. на каждую лопасть).

Ребра-«сандвичи» получают, «прослаивая» заготовки между двух формующих блоков (подкладок). Жесткой фиксации добиваются, вставляя 5-мм болты через отверстие в стапеле и отверстие лонжеронного центра в формующие блоки с заготовками. А чтобы «прослаивание» шло успешнее, будущие «сандвичи» зажимают в кузнечных тисках. Отгибания фланцев в нужные стороны достигают, используя резиновый молоток.

Формовку фланца завершают, используя свинцовый мягкий припой. После чего получившееся ребро вынимают, подрезают задний край, чтобы максимально приспособить к лонжерону. Теперь дело за остальными деталями лопасти.”

Стыковочные кронштейны изготавливают из алюминиевого уголка 25X25 мм. Из него же выполняют распорки для удержания каната и натяжения задней кромки в основании, в середине и на законцовке лопасти. Делают их весьма своеобразно: не из одного, а их двух отрезков алюминиевого уголка, склепанных и «эпоксидированных» вместе. Длина такой заготовки 2,4 м. В своем сечении она напоминает букву Т. Высокое качество шва достигается тщательной очисткой поверхностей до их соединения, для чего используют сильные моющие средства с последующим «прополаскиванием водой и протиранием до блеска металлической «путанкой».

Нужной формы у распорок добиваются, воспользовавшись ножовкой по металлу. А вырез для лонжерона, заклепочные и тросовое отверстия высверливают электродрелью. Как, впрочем, и отверстия в распорке-основании для прикрепления впоследствии прижимной планки, чтобы надежно удерживать парус на лопасти даже во время самых больших ветровых нагрузок.

Что касается стыковочных кронштейнов, то они приклепываются и «эпоксидируются» и к распоркам (см. иллюстрации), и к ребрам-«сандвичам», и к лонжерону лопасти. Причем удобнее это делать на специальном приспособлении - стапеле, благодаря которому обеспечивается единообразное выполнение лопастей и правильно устанавливаются углы тангажа.

Вот одна из таких операций.

Ребра-«сандвичи» прикрепляют болтами к стапелю на предусмотренные для них места (в направлениях, указанных на рис. 7 соответствующими стрелками, и по установочным отверстиям, которые сделаны как в стапеле, так и в самих ребрах). Затем аккуратно укладывают, начиная с законцовки, «боковые полочки» тросовых распорок на предназначенные для них «постаменты», располагающиеся под требуемыми углами к базису торцы фанерных выступов: стойки 7, стойки-фиксатора 6 и шаблона 4 (см. рис. 7). Лопастный лонжерон продевают в образовавшиеся на стапеле отверстия, благо полукруглые выемки радиусом 25 мм для этого специально и предусмотрены.

Выполняют разметку заклепочных отверстий в лонжероне. Потом последний вынимают, сверлят в нем отверстия. А установив лонжерон вновь в стапеле, приклепывают и «эпоксидируют» стыковочные кронштейны.

Алюминиевую обшивку передней кромки лопасти выполняют из 6-мм листа АЛ9-1, предварительно изогнув его в виде параболы. Причем последнее лучше сделать на ровном полу с помощью длинной доски, наложенной ребром по оси изгиба. Упершись коленями в доску, руками, всем телом создают необходимое давление на лист, добиваясь получения желанной формы.

Следующая операция - прикрепление обшивки к лопастному скелету. При этом целесообразно воспользоваться специальными С-образными зажимами (на иллюстрациях не показаны).

Начиная с законцовки, просверливают заклепочные отверстия в покрытии, лонжероне и в ребрах. Соединяемые детали «эпоксидируют» и приклеивают. А после того как «эпоксид» затвердеет окончательно, выполняют обрезку «избыточного» алюминия с опиловкой образовавшихся острых краев.

Теперь - несколько слов о задней кромке лопасти. Монтируется она с 3-мм гибким стальным тросом, который продевают через предназначенные для него отверстия в распорках. Трос устанавливают в хлорвиниловые трубки и закрепляют у законцовки, зажав его в свинцовой гильзе. После чего на лопастный скелет натягивают парус.

Столь ответственную операцию лучше выполнять вдвоем. Один человек встает на стол, удерживая в своих руках лопасть таким образом, чтобы распорка-основание находилась внизу, а трос задней кромки располагался вертикально с навешенной на конце двухпудовой гирей. Тогда другой (помощник), убедившись, что требуемое натяжение достигнуто, запрессовывает на тросе вторую, находящуюся у распорки-основания свинцовую гильзу. Излишек троса и гильзы обтачивают. А «открытый» конец паруса заворачивают с последующим закреплением на распорке-основании с помощью прижимной планки и болтов с гайками.

Остальные лопасти изготавливают аналогичным образом. Что касается других узлов и деталей, то их выполнение особых трудностей, как правило, ни у кого не вызывает. То же можно сказать и о сборке всей ветроэлектроустановки в целом. Проста и отладка. Дерзайте!

Материал подготовил к публикации Н. КОЧЕТОВ

Какой у Вас ветер - Вы уже знаете, и его скорости, и сколько дней в году и откуда именно он дует, и будет-ли Ваш ветряк видеть горизонт по всему горизонту. Смотрим таблицу (сразу уточнение – а почему диаметр колеса до 10 метров? – потому, что если Вы способны соорудить колесо размером больше, чем до крыши трёхэтажного дома, то Вы есть «крутой» профессиональный ветрякостроитель и на этом форуме Вам делать явно нечего), мелочи ниже киловатта Вас не интересуют, а Ваш среднегодовой ветер – 4 м/сек, видите – Вам нужно колесо диаметром 10 м, как раз до крыши трёхэтажного дома. Предположим теперь, что на Вашей фазенде ветер 5 м/сек – уже полегче, для того-же киловатта колесо всего каких-то 7 метров диаметром. Но, может, занесла Вас судьбинушка высоко в горы, или на островок в океане и Вы можете наслаждаться среднегодовым ветром 7 м/сек (свят, свят) – тогда маааленькое такое колёсико в какие-то жалкие 4,5 м диаметром – и целый киловатт Ваш, в среднем, разумеется. Ну а где-же 5 киловат, или 10 –15 ? – а в таблице, и только в ней (не у самодельщика). Это всё я к тому, что самодельщик должен исходить не из желаемых киловатт, а из своих реальных возможностей сделать ветроколесо. Вы можете сделать лопасть длиной 5 метров (лучше из дерева), да выдержав точность профиля в ±100 микрон в каждой точке, да в трёх экземплярах? Извиняюсь, конечно – вопрос чисто риторический. А какую лопасть Вы берётесь сделать и с какой точностью (а неточный профиль даже того КИЭВ в 0,35, что в таблице, не даст)?. 1,5 метра? – это более-менее реально, тогда с 6 метрового ветра аж 300 ватт удастся снять!

Обратимся теперь к второму варианту – многокрыл. Многокрылы бывают разные. Здесь речь пойдёт о American windmill. Это ветроколесо вот такого типа

Придумано в США в начале второй половины 19 века для водоподъёма и производятся по сегодня (см. например http://www.aermotorwindmill.com). Основное отличие от пропеллера – многокрыл тихоходен (Z=1-2) и это определяет все остальные его свойства (сравнительно с пропеллером подобного диаметра):

1. Безшумность – само колесо на фоне шума ветра вообще не слышно, если что и звучит, то другие движущиеся части;

2. Устойчивость к турбулентности;

3. Отсутствие вибраций;

4. Плавно и чётко отрабатывает заходы ветра (даже в подветренном варианте);

5. Страгивание – при ветре 2 и менее м/сек;

6. Высокий крутящий момент, с самого начала вращения сдвинет любой генератор и любой (почти) мультипликатор.

7. И главное – такое колесо может сделать каждый, и 4-метровое и 6- и 8-метровое. Не на кухне конечно, сарай нужен или гараж. Причем конструкция эта не слишком требовательна к точности изготовления – при аккуратной работе 0,35 КИЭВ гарантирован.

Cretan windmill Парусный ветряк – чертежи и описание

В первой и второй конструкции вращение оси колеса переводится в возвратно-поступательное движение вертикальной тяги для привода насоса, в третьей – вращение вертикальным валом передаётся вниз на двухступенчатый мультипликатор и, далее, на генератор. Первая конструкция – почти полностью из дерева. Приведены также примеры чертежей.

1. Construction manual for a Cretan windmill , 18.5Mb

27-28 % (механический, на оси), который для колёс с такими парусами был показан в книге John A. C. Kentfield, The Fundamentals of Wind-driven Water Pumpers, Taylor & Francis, 1996 http://books.google.lv/books?id=qwie. 0bJUNVCMzHp09Q

а также в книге Войцеховский Б.В., Войцеховская Ф.Ф., Войцеховский М.Б. Микромодульная ветроэнергетика (Новосибирск, 1995. – 71 с.)

У парусных ВЭС дополнительно теряется энергия на “хлопание” паруса.

P.S. Что ж до многокрылки Евгения – он сперва сделал 12 крылку, а потом 6 лопастей снял – четко видно оставшиеся спицы для лопастей

Далее – попробуйте найти и выложите здесь коэффициент передачи мощности для зубчатого ремня и расчёт потери мощности двухступенчатого мультипликатора на таких ремнях (количество подшипников желательно свести к минимуму).

Для того чтобы построить такую таблицу надо все таки потратить 15 минут, ну и еще минут пять чтобы все красиво оформить в рисунок.

Какой в этом смысл сейчас, когда имеется развитая промышленная индустрия ветрогенераторов? В США, Европе производятся сотни тысяч этих устройств в год. Китайцы их наделали уже больше полутора миллионов и темпы прироста объемов идут в геометрической прогрессии.

Заметьте, почему-то практически все они 2-3 лопастные. Я не думаю, что люди, вкладывающие свой капитал в этот промышленный бизнес, не разбираются в технических тонкостях или плохо считают эффективность той или иной конструкции.

Я думаю, что Зеленый Кот довольно точно отметил основные недостатки многолопастного варианта по сравнению с 2-3 лопастным. Чтобы многолопастный имел более-менее достаточную мощность, его ветроколесо должно быть весьма большим и, соответственно, иметь большой вес и, самое главное, очень приличную парусность. Поэтому вышку придется делать очень мощной, иначе она сломается при первом же хорошем ветре. Это, в совокупности с необходимостью делать редуктор, настолько удорожает всю конструкцию, что затраты на нее становятся совсем нерентабельными.

ЗЫ. Ветрогенератор 1 квт (без мачты и контроллера) продается в Китае оптом от 50 шт по 100 долларов за экземпляр. В розницу с контроллером – 400-500. За 1000 долларов купите весь необходимый комплект с мачтой и инвертором.

А Вы предлагаете делать многокрыл в сарае?

В течение лета сооружу электрическую полуземлянку и поставлю поверх нее мачту.

Нужно ли для этого ветрогенератора разрешение электросетей и контролирующих органов.

Купил среднюю модель, которая имеет генератор номинальной мощности 1 квт, но слегка увеличенные лопасти и, следовательно, мощность до 1,5 квт.

Обрисуйте Вашу ситуацию (наличие ветра, размер участка) и что Вы хотите иметь (минимальные потребности, полная автономка или есть сетевое электричество, режим использования дома) – подскажу вариант технического оборудования.

За последнее время удалось определить мощностные характеристики моего парусника. Основные параметры: диаметр 4,1м, 12 парусов, подветренное, PMG генератор 1 KW, ветер страгивания – 1,5 м/с, мультипликатор 1:15 цепной 2-хступенчатый. Основные характеристики – на двух графиках

Ветряк(многокрыл и парусник) – чертежи и описание

http://ipicture.ru/uploads/080417/59Y2RUouxe.gif Все хотят киловатты - кто 5 (скромненько), кто 10, кто 15 … Причём сразу, попроще (подешевле) и понадёжнее!! Практика показывает, что альтернатив реальных всего две (с осью, параллельной ветру, т.е. горизонтальной) – или трёхлопастный пропеллер, или многокрыл. Попробуем разобраться, что кому подходит. Начнём с хорошо известной таблицы зависимости получаемой мощности от скорости ветра и диаметра ветроколеса при КИЭВ=0,35 (о нём чуть позже).

Ветрогенератор парусный

Человечество использует паруса с незапамятных времен, уже много тысяч лет. Вобщем, сколько себя помнит. Когда о аэродинамике еще и понятия не имели. Но ветряные мельницы уже крутились и лодки под парусами уже плавали. Правда в те времена пользовались обычно плоскими парусами. В средние века были изобретены паруса более совершенные, что тут же повлекло резкий скачок в развитии мореплавания, и как следствие – наиболее громкие географические открытия. Но до сих пор парус продолжает служить и будет служить людям до тех пор, пока дует ветер.

Как выглядит парусный ветряк вам должно быть понятно из фотографий. Не вдаваясь в дебри аэродинамики, можно сказать, что парусный ветряк один из самых простых, но в тоже время один из самых неэффективных существующих ветряков. КИЭВ парусного ветряка не может быть выше 20% даже теоретически. Это означает, что вы будете получать только 1/5 часть мощности ветрового потока, попадающего на лопасти парусного ветряка. Например, если ветер дует со скоростью 5 м/с, а ветряк у вас 5 метров в диаметре, то мощность ветрового потока будет ок. 1500 Ватт. Вы же реально можете снять с ветряка только 300 Ватт (в лучшем случае). И это с пятиметровой конструкции!

К счастью только низким КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) недостатки парусного ветряка и ограничиваются. Дальше идут только достоинства.

Парусный ветряк – самый тихоходный ветряк. Его быстроходность редко приближается к 2, а обычно находится в диапазоне от 1 до 1,5. И все из за его чудовищной аэродинамики.

С другой стороны, парусный ветряк – один из самых чувствительных ветряков. Он работает с самого низа диапазона скоростей ветра, начиная буквально от штиля, с 1-2 метров в секунду. А это намаловажный фактор в условиях центральной России, где ветер редко бывает больше 3-5 метров в секунду. Тут, где более быстроходные ветряки по большей части бьют баклуши, парусный ветряк будет хоть что то выдавать. Хотя, как вам наверное известно, Россия не славится ветряными мельницами, тут не приморская Голландия и ветра нас не балуют. Зато было много водяных мельниц.

Еще одним достоинством парусного ветряка является удивительная простота его конструкции. Вал ветряка, на подшипниках, естественно, на валу – ступица. К ступице прикреплены «мачты», обычно из от 8 до 24-х. А от мачт отходят косые паруса из прочной тонкой материи, как правило, синтетической. Другая часть паруса крепится шкотами, которые выполняют и роль регуляторов угла поворота парусов и роль противоштормовой защиты. Т.е. самое примитивное парусное вооружение, проще, чем на самой простой яхте.

Именно эта простота конструкции и не позволяет отправлять парусный ветряк в архив технических достижений человечества. Для переносного, перевозного, походного, аварийного варианта парусный ветряк – достаточно достойная конструкция. В собранном варианте он представляет собой упаковку не больше, чем палатка. Паруса свернуты, мачты сложены. Даже 2-х метровый парусный ветряк на ветре в 5 метров/сек даст верных 25-40 Ватт энергии, чего с лихвой хватит для зарядка аккумуляторов и связной и навигационной аппаратуры, да и для незамысловатой системы освещения на мощных светодиодах хватит.

Невысокая по определению мощность парусного ветряка наводит на мысль о применении в качестве генератора шагового двигателя аналогичной мощности (30-40 Ватт). Ему тоже не требуются высокие обороты, 200-300 в минуту вполне хватит. Что идеально согласуется с частотой оборотов ветряка. Ведь он при быстроходности 1,5, будет выдавать эти 200 оборотов уже при ветре 4-5 метров в секунду. Используя готовый шаговый двигатель вы тем самым избавите себя от достаточно серьезной мороки по изготовлению электрогенератора. Поскольку изначально подразумевается наличие редуктора или мультипликатора, то легко можно согласовать обороты парусного ветряка и генератора.

Если сделать вариант с жесткими (пластиковыми парусами), то можно будет несколько увеличить быстроходность, правда за счет некоторого снижения мобильности. В разобранном виде ветряк будет занимать больше места.

Поэтому если ваши амбиции по запряганию ветра в свою телегу ограничиваются мощностью в пару-тройку десятков Ватт для зарядки небольших и средних аккумуляторов, (до 100 А.ч), организацией простого освещения с помощью инвертора до 220 вольт и энергосберегающих ламп, то парусный ветряк – весьма и весьма достойный вариант. Это будет пусть и не самый эффективный в плане использования энергии ветра, но очень бюджетный и быстро окупаемый вариант. 2-3 метровый ветряк будет выдавать вам до 1 КВт энергии в сутки.

В качестве походного, парусный ветряк будет дешевле самого дешевого бензинового электрогенератора и окупит себя изначально.

Стационарные парусные ветряки строят изначально большие именно из-за их невысокого КИЭВ. Не менее 5-6 метров диаметром, иначе нет смысла. Такой ветряк уже стабильно будет выдавать до 2-3 Квт энергии в сутки. И при рачительном ее использовании, их можно превратить в 3-5 Квт осветительной энергии (например для освещения теплицы или парника). А при использовании теплового насоса – в 5-6 Квт тепловой энергии, что позволит отапливать небольшой садовый домик в 20-30 кв. метров и серьезно экономить топливо.

Поэтому парусный ветряк, несмотря на свою архаичность конструкции остается способом использования ветра все еще заслуживающим внимания. Особенно в зоне слабых ветров.

Верхний предел рабочей скорости ветра у парусного ветряка не более 10-12 метров в секунду. И то у самых надежных ветряков. Поэтому при конструировании парусного ветряка следует серьезно озаботиться штормовой защитой. Например сделать «ломающиеся» мачты, на основе конструкции антенны Куликова, или придумать устройство расслабляющие шкоты, что бы превратить паруса во флаги, или складывать мачты при помощи тросов –растяжек, и т.д.

Парусный ветряк

Ветрогенератор парусный Человечество использует паруса с незапамятных времен, уже много тысяч лет. Вобщем, сколько себя помнит. Когда о аэродинамике еще и понятия не

ВЭУ (парусного типа) – устройство позволяющее преобразовывать природную (бесплатную) энергию ветра в электричество, широко используемое в повседневной жизни. Парус – не мое изобретение и даже уже не изобретение вообще, поскольку используется человеком не одно тысячелетие. Мое участие как инженера свелось к подбору имеющихся на рынке доступных МАТЕРИАЛОВ и оптимизации конструкции в целом. Ветряки нового поколения адаптированы для работы на так называемых малых ветрах, характерных для подавляющей территории Европы.

Установки представляют собой высокоэффективную, бесшумную, самоориентирующуюся систему способную работать в автономном режиме при минимальных скоростях ветра от 2-3 м/с. При устойчивых скоростях ветра 3-5-7 м/с – парусная установка способна отдавать электроэнергию заявленной мощности.

Благодаря использованию в качестве рабочего органа не жесткой лопасти, а традиционного паруса, мой ветряк способен при небольших габаритах и высокой культуре веса производить электроэнергию переменного тока, (трёхфазную, 380 вольт),и вливать её непосредственно ДО штатного электросчетчика(в сеть абонента), на что ветрогенераторы иных производителей не способны. При этом,– имея однофазный абонентский ввод,потребитель может по своему усмотрению использовать и трехфазный вывод энергии с ветряка: во всех случаях произведенная Вашим ветряком электроэнергия используется Вашими потребителями (электрокотел, пилорама и др.) непосредственно, а из сети ДОБИРАЕТСЯ (если слабый ветер)лишь недостающие проценты мощности.

Использование простой и надежной аэромеханической схемы построения ветроколеса и использование серийной, сертифицированной электрической машины общего назначения (мотор-редуктора) делает ее значительно дешевле западноевропейских и американских аналогов в несколько раз. Например, бельгийская 10 кВт станция, стоит в Бельгии на условиях FСА (франко-склад) 66 000 Евро, моя станция мощностью 10 кВт стоит(в сборе, без мачты, Самовывоз) в среднем от 6 до 10 Евро (зависит от комплектации).Здесь уместно сказать, что ЛЮБАЯ лопастная машина предлагаемая рынком, не выдает заявленной мощности на наших ПОВСЕДНЕВНЫХ ветрах – практически простаивает. В редкие моменты (шквалы или буревые порывы) когда «лопастники» выходят на номинальную мощность (сопровождаемую рёвом взлетающего грузового вертолета) – подходить к месту размещения ветряка – небезопасно. Сравните – обороты типового парусного ветроколеса при любом ветре – не более 30, а при достижении буревой скорости ветра – СВЫШЕ 60 метров в секунду, паруса автоматически (и абсолютно безопасно) – СБРАСЫВАЮТСЯ (режим самосохранения).

Применение в качестве генератора штатного двигателя приобретенного Вами мотор-редуктора в типовом исполнении – (Мп,или Мц) позволяет НЕ СОГЛАСОВЫВАТЬ установку ветряка с энергонадзором, поскольку Вы ОФИЦИАЛЬНО и на ЗАКОННОМ основании имеете право включать в сеть РАО ЕЭС серийный, сертифицированный и выпускающийся по лицензии асинхронный электродвигатель без дополнительного разрешения. . справка:

Установка ветрогенератора (любого изготовителя) с использованием самодельных или СИНХРОННЫХ генераторов – выпускаемых даже инофирмами – производится с ОБЯЗАТЕЛЬНЫМ согласованием полного комплекта документов на эксплуатацию ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ мощности.

Для сельского жителя необязательно иметь ветряк с генератором электричества. Качать воду, пилить дрова, и отапливать теплицы можно использовать только ветроколесо закрепленное не горизонтальном валу имеющем вал отбора мощности и ручной тормоз. В таком исполнении ветряки довольно дешевы, так как основная затратная часть (мотор-редуктор)исключена. В Ногайских степях уже многие чабаны установили ветряки парусного типа для водоподъема на отгонных пастбищах.

Миф о недолговечности парусов распространяемый неудачливыми конкурентами(зиждется на мысленной картинке «флаг на ветру – полощется» а значит и изнашивается.

Если это не патология, я советую ЗАКРЕПИТЬ (мысленно) ФЛАГ ЗА ВСЕ ЧЕТЫРЕ СТОРОНЫ И ПОСТАВИТЬ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО ПОТОКУ…- образовавшийся купол – и есть собственно ПАРУС. Наполненный ветром, он будет держать форму (пока есть ветер), двигая лодку(или вращая ветроколесо). Это доступно пониманию каждому. В аэродинамике такое положение вещей называется ПРОФИЛЬ, НЕ ПЕРЕХОДИТ ЛИНИЮ ВЕТРА…

Немаловажным преимуществом парусных ветроколес является – способность работать в приземных воздушных потоках. Турбулизированый местными препятствиями ветер, не сильно сказывается на выходной мощности(традиционные ветряные мельницы работают тоже в приземных слоях). Строить 15- метровую опору рекомендуется только в случае особо плохих условий подхода ветра, или необходима мощность более 70 кВа. В остальных случаях (степные районы)вполне хватает высоты в 6 -7 м. Установка опоры(ж/б столб или труба) – консольная. Глубина шурфа не менее – 2метра. Оттяжки не требуются.

МикроГЭС / 12.02.2007

Большинство землепользователей не имеют на своем участке даже плохонького ручья… Но те счастливчики у кого ручей в огороде, – не имеют права сооружать гидротехнические сооружения для использования этого возобновляемого источника даровой энергии для собственных нужд. Это прописано в Законе. Поэтому мои бытовые гравитационные источники энергии незаменимы в указанных условиях.

Парусный ветрогенератор самодельный

Собрать ветрогенератор дома, своими руками – значит не только значительно сэкономить на его установке, но и получить для своего дома выгодный источник энергии.

В России ветрогенераторы для дома не пользуются большой популярностью, однако есть в такие климатические зоны, где их использование очень даже выгодно.

Самые часто используемые виды ветрогенераторов для дома – вертикальные генераторы на неодимовых магнитах.

Собрать такое устройство для дома на неодимовых магнитах можно самому и из подручных средств, в домашних условиях.

Часто вертикальный ветрогенератор для дома делают из асинхронного двигателя.

Стоит такое устройство для дома недешево, но можно собрать его в домашних условиях – это будет гораздо более выгодно.

Из статьи вы узнаете, какие типы ветрогенераторов бывают, для каких целей они подходят и как сделать его самостоятельно.

Виды ветрогенераторов

Чтобы устройство приносило для дома пользу, оно должно вырабатывать электроэнергию в очень большом диапазоне, при этом запускаться самостоятельно без внешних источников питания.

При использовании ветряков с раскруткой должна быть возможность использования их как обычного двигателя.

Этим условиям лучше всего соответствуют устройства на неодимовых магнитах (супер-магнитах). Такое устройство на неодимовых магнитах вы сможете создать дома.

Выбор ветрогенератора зависит от места вашего проживания.

Прежде чем приступать к сборке, посмотрите на ветровую карту – если вы живете в безветренной области, то единственный подходящий для вас вариант – парусный ветродвигатель.

Его придется оснастить бустером, зарядным устройством и аккумуляторной батареей большой мощности.

Цена такого устройства не менее 100 000 рублей, поэтому подумайте, будет ли оно выгодным для вашего дома.

Для слабоветренных районов подойдет тихоходный вертикальный ветрогенератор. В домашних условиях вы вполне сможете сделать вертикальный ветрогенератор своими руками.

Это устройство мало чем уступает аппаратам, в основе работы которых стоят лопасти и сможет обеспечить вас необходимой дополнительной энергией (для маловетренных регионов это 2-3 кВт).

В регионах с сильными ветрами выбор ветрогенератора зависит от мощности, которую вы хотите от него получить.

Если вам будет достаточно 1.5-5 кВт, то выбирайте самодельный вертикальный или готовый парусный ветрогенератор.

Если нужна мощность более 5 кВт, то собрать такой ветрогенератор самостоятельно уже не получится – нужен готовый парусный аппарат или «лопастник».

Идеальная мощность ветрогенератора – 220 - 330 вольт. При мощности 220 В гарантировано яркое освещение со светодиодами, а также вполне возможна работа компьютера и телевизора.

До 300 вольт мощность не всегда дотягивает, но и стандартные 220в здесь вполне приемлемы.

Существуют и мини ветрогенераторы. Напряжение мини устройства совсем небольшое – всего 35 вольт.

Устанавливают мини ветрогенераторы на вершине холмов, то есть делать башню для него не придется.

Однако, если вы живете на равнинной местности, то подобный мини ветрогенератор будет совершенно бесполезен в вашем доме.

Что нужно для сборки ветрогенератора

Схема на магнитах постоянного тока – самый популярный вариант для генератора своими руками. Следовательно, вам понадобится двигатель.

Некоторые используют ленточные компьютерные накопители. Самым лучшим вариантом подобного двигателя признана модель компании Ametek.

Но проблема в том, что сегодня именно эти устройства практически не найти, поэтому можно попробовать подыскать подобные двигатели, которые вполне сгодятся для создания ветрогенератора.

При выборе модели не забывайте о том, на какую мощность вы рассчитываете.

Например, чтобы получить мощность в 12 и более вольт, мощность вращения двигателя должна быть не меньше, чем 7200 оборотов в минуту.

Стоят такие двигатели совсем недорого: для сравнения, устройство компании Ametek обойдется вам в 26$.

Сложность лишь в том, чтобы его найти. Чаще всего можно найти зарубежную подержанную модель.

Вариант с вертикальной осью вращения используется чаще всего. Вертикальной осью вращения турбина соединяется с ротором, который находится в вертикальном положении.

Лопасти можно сделать из дерева, но, выбрав такой вариант, готовьтесь потратить много времени и сил. Более простой вариант – трубы ПВХ.

Кроме того, они будут легче, чем деревянные лопасти, и работают более эффективно.

Прежде всего, определитесь с длиной – длина стандартной лопасти составляет около 50 см при диаметре в 10 см.

То есть, с одной стандартной трубы (диаметр 1/5 от длины), у вас получится 4 полноценных лопасти: 3 функционирующих и одна про запас.

Чтобы сделать лопасть, разрежьте трубу на 4 равных части, просверлите отверстие и сделайте надрез.

Вам нужно удалить квадратик материала у основания (примерно в 5 см), и чтобы сделать это правильно и не отрезать больше, чем нужно, делается надрез. После этого вырежьте лопасть.

Теперь вы можете использовать ее как лекало для создания следующих лопастей.

Некоторые создают ветрогенератор, отказываясь от лопастей в пользу турбины, однако турбина устанавливается не так часто, и этот вариант не самый популярный, поэтому не будет рассматриваться здесь.

После того, как лопасти готовы, обработайте их края шлифовальной машиной и наждаком – это сгладит края и сделает работу вашего будущего ветрогенератора более эффективной.

Когда механические части вашего изделия готовы, можно начать работу над его электронной системой. Хотя она устанавливается только после монтажа ветрогенератора, сделать ее можно заранее.

Мотор для ветрогенератора можно сделать по-разному: из автомобильного или асинхронного двигателя, стиральной машины, шуруповерта и других подручных средств.

Из автомобильного двигателя получится вполне удачная и мощная конструкция. Чертежи и схемы ветрогенератора из автомобильного двигателя можно найти в интернете.

Создание двигателя для ветрогенератора возможно собрать из старого шуруповерта и двигателя стиральной машины. Для этого вам нужен барабан стиральной машины с осью.

С помощью треноги и подшипника можно сделать опору для будущего ветрогенератора. У шуруповерта можно позаимствовать аккумулятор.

Вам нужно колесо и небольшая ось, которая зажимается в патроне шуруповерта. Это устройство шуруповерта прекрасно генерирует энергию и дает мощность до 220 вольт.

Собирая устройство из стиральной машины и шуруповерта самостоятельно, можно значительно сэкономить, а также избавиться от хлама, который было жалко выкинуть.

Другой вариант генератора – из асинхронного двигателя. Чтобы собрать такой аппарат из асинхронного двигателя, магниты нужно приклеить к ротору, а после они залить смолой – это делает их устойчивыми.

Собрать генератор из асинхронного двигателя под силу и новичку, поэтому этот способ часто использует те, кто создает устройство своими руками.

Подобрать контроллер для ветрогенератора несложно: стоят они недорого, и приобрести такое устройство не составит труда.

Можно собрать контроллер и самостоятельно, если у вас уже есть опыт работы с электроникой.

В интернете есть схемы сборки устройств специально для ветрогенераторов – на их основе вы сможете собрать свой блок.

Чтобы электростанция заработала, вам нужна турбина, сохраняющие энергию батареи, диод, защищающий вращение двигателя от сохраненной в электростанции энергии, балласт – нагрузка, необходимая в случае избытка энергии при максимальном заряде батареи, а также устройство контроля запуска системы – это и есть контроллер.

Контроллер в устройстве нужен, чтобы следить за правильной работой устройства. Он отключает батарею, когда заряд энергии становится слишком велик, и включает по мере ее расходования.

Если контроллер сделать самостоятельно не получилось – не отчаивайтесь и купите готовый контроллер. В любом случае, для работы машины без него не обойтись. Контроллер нужен обязательно.

Монтаж устройства на местности

Чтобы ветровая электростанция заработала, ее надо правильно установить. Это можно сделать, если закрепить лопасти болтами и соединить конструкцию с валом двигателя.

После этого нужно установить саму турбину. Разместить ее можно на обычной доске – подставке из дерева. Размер основания не так важен, главное - чтобы в итоге конструкция оказалась устойчива.

Чтобы защитить двигатель от дождя, можно сделать специальный щит из пластиковый трубы, оставшейся у вас после изготовления лопастей.

Для хвостовой части машины, которая будет направлять ее в нужном направлении ветра, можно использовать обычный алюминиевый лист.

Он достаточно прочный и тяжелый, чтобы поворачивать конструкцию.

Чем выше находится ветрогенератор, тем более эффективно он работает.

Обычно под него сооружают специальную башню, сверху которой происходит установка машины.

Эта вышка позволяет устройству улавливать ветер и свободно вращаться.

Башню делают из длинной тонкой трубы диаметром 2.5 см.

Чтобы получить главное устройство, нужно подключить фланец из железа на расстоянии 19 см от места, где кончается генератор, и установить в него железную трубу.

Здесь будут сквозь центр трубы провода устройства будут проходить: к основанию башни.

Чтобы сделать основание для башни, нужен лист фанеры – из него вырезается круг диаметром около 60 см.

В середине устанавливается тройник, а в самом диске высверливаются отверстия, где будут стальные вставки – они нужны для прочной фиксации всей конструкции на земле.

Деревянные части ветрогенератора покрываются несколькими слоями краски.

Труба, из которой вы будете собирать башню, может быть цельная или разбираться – это не принципиально.

Главное – ее длина. Она должна быть не менее 3 метров. Закрепить трубу можно с помощью обычных веревок с хомутами.

После того, как башня установлена и тщательно закреплена, ветрогенератор на нее можно устанавливать ветрогенератор.

Провода для подключения должны быть протянуты сквозь трубу и не видны снаружи. С контроллером они соединяются через проделанное заранее отверстие.

На этом создание и сборку ветрогенератора можно считать законченной. Если вы все сделали правильно, то устройство должно работать и давать стандартные 12 вольт при слабом ветре.

Затраты на создание ветрогенератора минимальны – обычно не более 15 тысяч рублей.

Многие элементы, такие, как аккумулятор стиральной машины или части шуруповерта, можно найти у себя в гараже – значит, они обойдутся вам бесплатно.

Для сравнения, покупной ветрогенератор будет стоить около 50 000 рублей.

С другой стороны – вам не придется тратить время на его сборку и установку, которая может отнять много сил, особенно, если у вас мало опыта в подобных работах.

Какой бы вариант вы ни выбрали, установка ветрогенератора положительно скажется на экономии электроэнергии в вашем доме, поэтому, если погодные условия вашего региона располагают, не затягивайте с его устанокой.