Ветрогенератор вертикальный своими руками


Вертикальный ветрогенератор своими руками: как собрать ветряк

Ветер обладает неимоверными энергетическими возможностями. Неиспользование его мощного потенциала надо смело признать неразумным расточительством. А ведь можно запросто соорудить вертикальный ветрогенератор своими руками и получать фактически бесплатную энергию для покрытия бытовых нужд. Это же вполне реально, согласны?

Представленная статья поможет детально разобраться в сложном техническом вопросе. Систематизированная, доступно изложенная информация в мельчайших подробностях освещает принцип действия популярных систем, перерабатывающих энергию воздушных масс в электричество.

Вне сомнений, вы увлечетесь идеей создания ветряка, специфика сборки которого описана в статье. Мы подробно рассмотрели разные виды вертикальных ветрогенераторов, затронули их различия, преимущества и недостатками. Текстовую часть материала отлично дополняют фото и видео-инструкции.

Преимущества и принцип работы ветряков

Современный вертикальный генератор – один из вариантов альтернативной энергии для дома. Агрегат способен преобразовать порывы ветра в энергетический ресурс. Для корректной работы он не нуждается в дополнительных устройствах, определяющих направление ветра.

Ветряной генератор роторного типа очень легко изготовить своими руками. Конечно, полностью взять на себя обеспечение частного крупногабаритного коттеджа энергией он не сможет, но с освещением хозяйственных построек, садовых дорожек и придомовой территории справится на отлично

Прибор вертикального типа функционирует на низкой высоте. Для его обслуживания не нужны различные приспособления, обеспечивающие безопасное проведение высотных ремонтных и обслуживающих работ.

Минимум движущихся деталей делает ветряную установку более надежной и эксплуатационно устойчивой. Оптимальный профиль лопастей и оригинальной формы ротор обеспечивают агрегату высокий уровень КПД независимо от того, в каком направлении дует ветер в каждый отдельный момент.

Малые бытовые модели состоят из трех и более легких лопастей, моментально улавливают самый слабый порыв и начинают вращаться, как только сила ветра превышает 1,5 м/с. Благодаря этой способности их эффективность часто превышает КПД крупных установок, нуждающихся в более сильном ветре

Генератор работает абсолютно бесшумно, не мешает хозяевам и соседям, не создает вредных выбросов в атмосферу и надежно служит в течение многих лет, аккуратно поставляя энергию в жилые помещения.

Вертикальный генератор ветрового типа работает по принципу магнитной левитации. В процессе вращения турбин образуются импульсная и подъемная силы, а также сила фактического торможения. Первые две заставляют крутиться лопасти агрегата. Это действие активирует ротор и он создает магнитное поле, вырабатывающее электричество.

Ветряк, имеющий вертикальную ось вращения, по эффективности уступает своим горизонтальным аналогам. Зато не предъявляет претензий к территориальному расположению и полноценно работает практически в любом удобном для домовладельцев месте

Прибор функционирует полностью самостоятельно и не требует вмешательства хозяев в процесс.

Классификация вертикальных генераторов

Между ветроулавливающими устройствами вертикального типа есть некоторая конструкционная разница. Она не делает агрегаты лучше или хуже, а просто позволяет подобрать самый удобный вариант для выполнения конкретных задач в определенной местности.

#1: Особенности ортогональных систем

Конструкционно ортогональный ветряной генератор состоит из прочной оси вертикального вращения и нескольких параллельных лопастей, удаленных от центровой основы на определенное расстояние.

Прибор не нуждается в дополнительных направляющих механизмах и нормально работает, независимо от направления ветра. Вертикально расположенный главный вал дает возможность размещать приводное оборудование на уровне земли, что существенно облегчает эксплуатацию, ремонт и техническое обслуживание.

Опорные узлы ортогонального генератора имеют не очень высокий срок службы. Это обусловлено высокими динамическими нагрузками, которые на них оказывает в процессе работы ротор. Чтобы установка не вышла из строя раньше времени, все опорные части необходимо регулярно осматривать и своевременно менять поврежденные на новые

К минусам ортогональных приборов относятся слишком массивная лопастная система и низкая эффективность по сравнению с КПД горизонтально-осевых модулей.

#2: Генераторы с ротором Дарье

Ветряной генератор, оснащенный ротором Дарье, имеет вертикальную ось вращения и 2-3 плоские полосы-лопасти без характерного аэродинамического профиля, закрепленные у основания и на верхушке оси вращения.

Агрегат в своей работе не ориентируется на силу или направление ветра, имеет высокую скорость вращения и допускает расположение приводных устройств на земле, что облегчает и ускоряет процесс планового обслуживания и возможного ремонта.

Двухлопастные генераторные установки с ротором Дарье активируются только сильным порывом ветра. При равномерно набегающем потоке запуститься самостоятельно они не могут

Опорные и вращающиеся узлы прибора с ротором Дарье уязвимы к повышенным динамическим нагрузкам, а эффективность лопастной системы по многим параметрам уступает осевым горизонтальным установкам.

#3: Агрегаты с ротором Савониуса

Вертикальный ветряной прибор с ротором Савониуса имеет полуцилиндрическую лопастную систему и от аналогичных установок отличается высоким пусковым крутящим моментом и способностью эффективно работать при низкоскоростных ветрах.

Мощность предлагаемых на рынке вертикальных ветрогенераторов с ротором Савониуса не превышает 5 кВт. Приборы редко используют как самостоятельную рабочую единицу, а чаще всего применяют для создания более высокого пускового момента для роторных установок Дарье

В упрек вертикальному комплексу с ротором Савониуса ставят повышенную материалоемкость и более низкий КПД по сравнению с ветрогенераторами горизонтальноосевого типа. Именно поэтому выпуск высокомощного оборудования такого класса считают не целесообразным.

#4: Ветряк с многолопастным ротором и направляющей

Этот вид прибора – усовершенствованная версия классического ортогонального ветрогенератора. Роторный комплекс здесь состоит из лопастей, расположенных в два ряда.

Внешний лопастной ярус остается статичным и работает как направляющий аппарат. Он улавливает ветряной поток, захватывает его, сжимает и таким способом заметно увеличивает фактическую скорость ветра.

Внутренний ряд лопастей представляет собой подвижную структуру, на которую под определенным углом попадает воздухопоток от первой роторной установки.

КПД ветряного генератора, имеющего многолопастный ротор с направляющей системой, делает этот прибор особенно привлекательными для потребителей. Однако, стоимость такого оборудования довольно высока, и оно окупается несколько дольше, нежели аналогичные устройства более простой конфигурации

Специалисты называют этот тип прибора максимально эффективным в своем классе и подчеркивают, что специфическая конструкция позволяет ему работать даже при максимально низких скоростях ветра.

#5: Характеристика приборов с геликоидным ротором

Геликоидная ветряная установка или генератор Горлова – еще одна модификация традиционной ортогональной роторной системы. Лопасти модели закручены по дуге. Эта конструкционная особенность дает возможность быстро улавливать поток воздуха и плавно вращаться без рывков.

Такой принцип работы существенно снижает динамическую нагрузку на основание и подвижные узлы, тем самым увеличивая срок их службы.

Аппараты с ротором геликоидного типа очень надежны и легко выдерживают значительные эксплуатационные нагрузки. Однако во время работы такие ветряки создают выраженные шумовые эффекты и производят дополнительные звуковые волны, находящиеся в коротковолновой области звукового спектра

Закрученные роторные лопасти для геликоидного ветряка делают по очень прогрессивной, но сложной технологии. Из-за этого агрегаты имеют достаточно высокую стоимость и не пользуются широкой популярностью у частных потребителей.

#6: Характеристика вертикально-осевых роторов

Главное отличие вертикально-осевого генератора – это вертикально расположенные лопасти, по профилю напоминающие авиационное крыло, чья ось четко параллельна вертикальному валу. Конструкция чем-то напоминает ротор Дарье, но в производственных условиях изготовляется значительно быстрее и проще.

Генератор с вертикально-осевым ротором гораздо быстрее, чем аналогичные приборы этого класса, набирает рабочую скорость и начинает выдавать требуемый энергоресурс. Процесс сопровождается небольшим звуковым эффектом и не мешает ни владельцам установки, ни соседям

Ветряки с ротором вертикально-осевого типа отличаются надежностью и долговечностью, легко выдерживают значительные эксплуатационные нагрузки и не стоят слишком больших денег. Эти качества делают их актуальными для использования не только в промышленных, но и в бытовых целях.

Особенности выбора ветрогенераторов для частного дома и обзор лучших предложений представлены в этой статье.

Собственноручное изготовление ветряка

Создать ветрогенератор с вертикальной осью вращения в домашних условиях своими руками не слишком сложно. Достаточно приобрести обязательные составляющие детали, собрать их в правильном порядке и установить модуль на выбранное место. Как только появится минимальный ветерок, изделие заработает и начнет давать владельцам необходимую энергию.

Шаг 1: Заготовка комплектующих и материалов

Для изготовление ветряного вертикального генератора своими руками понадобятся такие комплектующие:

  • ротор – подвижная часть агрегата:
  • лопасти – детали, улавливающие ветряной поток;
  • осевая мачта – для крепления ротора и лопастей (может иметь форму длинного шеста, пирамиды или треноги);
  • статор – предназначается для размещения катушки с прочной медной проволокой;
  • аккумулятор – вместительная емкость для накопления полученного ресурса;
  • инвертор – устройство для преобразования постоянного тока в переменный;
  • контроллер – прибор, тормозящий генератор, в момент развития агрегатом фактической мощности, превышающей базовые показатели.

Для изготовления лопастей подойдет легкий качественный листовой пластик с хорошим показателем упругости. Другие виды материалов слишком подвержены различным повреждениям и деформации и просто не справятся со столь высокой динамической нагрузкой.

Изготавливая прибор самостоятельно, следует помнить, что вертикальные ветряки, сделанные своими руками, серьезно уступают в мощности заводским образцам. Поэтому, чтобы в будущем не разочароваться в созданной конструкции, лучше сразу сделать ее по параметрам, в 2 раза превышающим необходимые

Маленькие лопасти можно сделать из ПВХ средней плотности, а для больших, широких деталей потребуется максимально прочный материал, способный выдержать сильный ветер, дующий со скоростью 15 м/с и выше в течение длительного времени.

Шаг 2: Предварительная подготовка элементов

Для создания лопастей вертикального ветрогенератора из трубы ПВХ высокой прочности вырезают 4 одинаковых детали. Два полукруглых фрагмента выкраивают из жести и крепят с каждой стороны трубы. Радиус вращения лопастных частей в этом случае составит 690 мм, а высота каждой лопасти будет около 700 мм.

Для сборки роторной системы берут неодимовые магниты (6 шт), ферритовые диски диаметром 230 мм (2 шт) и клей. На первом диске размещают магниты, чередуя по полярности и соблюдая между ними угол в 60 градусов при диаметре расположения 165 мм. По такой же схеме делают второй диск, а потом заливают магниты клеем.

Для статора готовят 9 катушек и наматывают на каждую из них по 60 витков медного провода диаметром в 1 мм.

Последующая спайка происходит в таком порядке:

  • начало 1 катушки с концом 4;
  • начало 4 с концом 7 катушки.

Вторую фазу собирают по этому же принципу, но начинают работу со 2 катушки, а третью – с 3 катушкой. Из листа фанеры делают специальную форму, дно выстилают отрезом стекловолокна и поверх размещают спаянные из катушек фазы.

Заливают конструкцию клеем и оставляют на 1-2 суток, чтобы все детали схватились и заняли нужные места. Потом приступают к соединению отдельных частей в единую рабочую систему.

Шаг 3: Сборка всех деталей генератора

Для соединения всех элементов генератора в верхнем роторе проделывают 4 отверстия для шпилек. На кронштейн магнитами вверх кладут нижний ротор. Дальше размещают статор, предварительно проделав в нем отверстия для крепления к кронштейну.

В алюминиевую пластину упирают шпильки и затем накрывают вторым ротором, располагая его магнитами вниз.

Процесс сборки деталей проводят внимательно и без спешки. Роторы обязательно выравнивают относительно друг друга, чтобы потом в конструкции не образовывался люфт (+)

Шпильки с помощью гаечного ключа поочередно вращают, чтобы верхний ротор опускался на нижний равномерно и без рывков. Когда он займет положенное место, шпильки выкручивают и убирают алюминиевые пластины. В конце всю конструкцию фиксируют гайками и затягивают их четко, но не слишком жестко, чтобы не сорвать резьбу.

Шаг 4: Окончательный монтаж оборудования

Для мачты берут прочную металлическую трубу длиной 4-5 метров и прикручивают к ней уже собранный своими руками генератор. Затем присоединяют каркас с пластиковыми лопастями к генератору и устанавливают мачтовую конструкцию на подготовленную заранее площадку с трехточечным армированным фундаментом.

Дополнительно положение системы фиксируют при помощи растяжки.

При осуществлении монтажа ветряной установки мачту нужно брать как можно длиннее. Она обязательно должна выносить ротор выше самого высокого строения на участке. Только тогда конструкция сможет эффективно работать и выдавать необходимое количество ресурса

Электрическую сеть к ветряку подключают в определенной последовательности. Контроллер принимает ресурс от генератора и преобразует переменный ток в постоянный, необходимый для заряда батареи. Можно собрать контроллер собственноручно по упрощенной схеме.

Аккумулятор накапливает выделенную энергию, а инвертор превращает постоянный ток в переменный, который питает основную массу бытовых приборов и домашних обслуживающих систем.

На нашем сайте есть подборка статей о самодельном изготовлении ветрогенераторов разного типа.

Советуем ознакомиться:

Выбор места для ветрогенератора

Правильный выбор места для установки ветрогенератора – важный этап. Лучше всего разместить прибор на открытой максимально высокой точке и тщательно проследить, чтобы он не оказался ниже уровня прилегающих жилых и хозяйственных построек. Иначе здания станут препятствием для потока воздуха и КПД агрегата очень снизится.

Если участок выходит к реке или озеру, ветряк размещают на берегу, где ветры дуют особенно часто. Прекрасно подходят для расположения генератора возвышенности, имеющиеся на территории, или большие пустые пространства, на которых нет искусственных или естественных преград для воздухопотока.

Когда жилая недвижимость (дом, коттедж, квартира и пр.) находится в черте города или располагается за городом, но в местах плотной застройки, ветряной энергетический комплекс ставят на кровле.

Для размещения генератора на крыше многоквартирного дома берут письменное согласие соседей и получают официальное разрешение из соответствующих инстанций.

Устанавливая вертикальный генератор на крыше многоквартирного дома, следует помнить, что агрегат работает довольно шумно и может причинить неудобства как хозяевам, так и остальным проживающим. Поэтому размещать прибор нужно ближе к центру кровли, чтобы владельцы квартир на верхних этажах не страдали от громкого гула, издаваемого ветряком в процессе работы

В частном доме, имеющем большой приусадебный участок, выбрать подходящее место гораздо проще. Главное, учесть, чтобы конструкция находилась на расстоянии 15-25 метров от жилых помещений. Тогда звуковые эффекты от вращающихся лопастей никого не побеспокоят.

Обслуживание вертикального прибора

Чтобы ветряной вертикальный генератор работал качественно, четко и максимально эффективно, все движущиеся части конструкции обязательно смазывают. Такую процедуру проводят не реже 2 раз за весь календарный год.

Параллельно во время обслуживания подкручивают разболтавшиеся в результате эксплуатации гайки, укрепляют электрические соединения, проверяют механические узлы на наличие коррозийных проявлений, подтягивают ослабшие растяжечные тросы и внимательно осматривают лопасти на предмет разрыва или повреждения.

Зимой за вертикальными установками нужен особый уход. В период морозов лопасти покрываются коркой льда и ее необходимо своевременно очищать, чтобы скорость крутящего момента сохранялась на должном уровне

Покраску деталей производят по мере надобности и 1 раз в год совершают полное обследование всей конструкции на предмет выявления неисправностей. Такой уход обеспечивает корректную работу ветряной установки и продлевает ее эксплуатационный период.

Оценка целесообразности установки

Прежде чем приступать к изготовлению ветряного генератора вертикального типа, изучают метеоситуацию в своем регионе и стараются определить, сможет ли агрегат обеспечить необходимое количество ресурса.

Специалисты рекомендуют оценить следующие параметры:

  • количество ветреных дней  – берут среднее значение за год, когда порыв превышает 3 м/с;
  • объем электроэнергии, потребляемый за сутки домовладением;
  • подходящее место на собственном участке для ветряного оборудования.

Первый показатель узнают из данных, полученных на ближайшей метеостанции или найденных в интернете на соответствующих порталах. Дополнительно сверяются с печатными географическими изданиями и составляют полную картину о ситуации с ветром в своем регионе.

Статистику берут не за один год, а за 15-20 лет, только тогда средние цифры будут максимально корректными и покажут, сможет ли генератор полностью удовлетворить потребность домовладения в электроэнергии или его сил хватит только на питание отдельных бытовых нужд.

Если в распоряжении владельца большой участок земли, расположенный на склоне, у берега реки или на открытом пространстве, с установкой не будет проблем.

Когда же дом находится в глубине населенного пункта, а двор отличается компактными габаритами и вплотную прилегает к соседским постройкам, установить вертикальную модель ветряка своими руками будет непросто. Конструкцию придется поднимать на 3-5 м над землей и дополнительно укреплять, чтобы при сильном порыве она не упала.

Учесть всю эту информацию нужно на этапе планирования, чтобы стало понятно, сможет ли ветряной генератор взять на себя полное энергообеспечение или его роль останется в рамках вспомогательного источника энергии. Предварительно желательно провести расчет ветряка.

Выводы и полезное видео по теме

Видео №1 продемонстрирует, как сделать своими руками в домашних условиях вертикальный генератор ветряного типа с роторной системой Дарье. В ролике наглядно представлены особенности и любопытные нюансы процесса сборки. Есть определение максимальной мощности изготовленного агрегата:

Как работает вертикальный ветряной генератор и в каком объеме он выдает энергоресурс, покажет видео №2. В нем дан подробный обзор модуля и описание работы по корректному проведению замеров фактической мощности и прочих параметров:

В видео № 3 представлено тестирование самодельного ветряного генератора вертикального типа. На что способен прибор, изготовленный своими руками из подручных материалов:

Такой современный и практичный источник альтернативной энергии, как вертикальные ветряки несложно собрать своими руками. При надлежащем опыте хозяйственных работ можно изготовить каждую деталь, а потом соединить все компоненты в единую, целостную конструкцию.

Если усложнять задачу не хочется, вполне уместно приобрести уже готовые компоненты и в домашних условиях, без спешки и суеты, смонтировать надежный ветряной агрегат, способный обеспечить бесперебойные поставки электричества в жилое помещение.

Когда же в своих силах нет стопроцентной уверенности, лучше поручить работу профессионалам. Они сделают все очень быстро и в полном соответствии с базовыми эксплуатационными требованиями.

Имеете опыт сооружения и эксплуатации ветрогенератора? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями, предложите свой способ сборки агрегата. Оставлять комментарии и добавлять фотографии самоделок можно в форме, расположенной ниже.

sovet-ingenera.com

Ветрогенераторы вертикальные своими руками - Автономный дом

Альтернативная энергия на сегодняшний день развивается очень быстрыми темпами. Например, вертикально-осевой ветрогенератор уже не является новинкой. В скором будущем возобновляемые источники могут существенно заменить стандартные станции. Они обладают большим количеством преимуществ. Например, вертикальный ветрогенератор своими руками сделать несложно, он стоит не очень дорого. Тем более что для его производства вы можете использовать подручные материалы. Что касается установки такого агрегата, то тут уже следует подумать, где ее выполнить. Возможно, в вашем случае монтаж конструкции будет нецелесообразен.

Что представляет собой изделие?

Представленная конструкция — это специальный генератор для выработки электрической энергии при помощи перемещения воздушных потоков (ветра). По внешнему виду устройство напоминает обычную мельницу с лопастями и высокой мачтой, в основании которой находится сам генератор. Естественно, такой аппарат должен быть не только правильно сконструирован, но и верно оборудован.

Движение «крыльев» обеспечивается ветром, поэтому источник энергии возобновляемый. Чем выше мачта, тем выработка электроэнергии будет стабильнее и выше. Естественно, для изготовления такого устройства потребуются определенные материалы и приборы для конвертации переменного тока в постоянный. Как же вы можете сделать вертикальный ветрогенератор своими руками, вы узнаете позже. Главное – запастись терпением и желанием поработать.

Сферы применения конструкции

В основном такой агрегат устанавливается во время строительства электростанций. Однако иногда экономные хозяева применяют его в домашних условиях. Использовать данный аппарат можно и в городе, и в деревне. Для того чтобы соорудить целую электростанцию, потребуется достаточно большая площадь и множество ветряков.

Выработанная таким способом энергия может поступать для удовлетворения нужд частных потребителей или же промышленности. Естественно, в последнем случае нужно обдумать экономическую обоснованность применения такого источника электричества.

Преимущества аппарата

Перед тем как сделать вертикальный ветрогенератор своими руками, необходимо обязательно выяснить его достоинства. Среди них присутствуют такие:

— Небольшие эксплуатационные расходы, простота монтажа и обслуживания. Все это вы можете делать собственноручно. Для этого вам не потребуется много времени или средств.

— Вы можете сконструировать вертикальный ветрогенератор своими руками.

— Быстрый монтаж. Главное, чтобы аппарат был зафиксирован прочно, чтобы сила ветра не сломала его.

— Безопасность для внешней среды, так как выработка такой энергии не сопровождается вредными выбросами и не требует захоронения отработанных материалов. Кроме того, источник является возобновляемым, поэтому вам не следует бояться того, что ресурсы закончатся.

— Возможность применения достаточно больших площадей, занятых под подобную электростанцию, для выращивания сельскохозяйственной продукции.

— Экономия средств. Во-первых, стоимость такой электроэнергии не зависит от курса доллара или рыночных цен на стандартное топливо. Во-вторых, вам не нужно добывать и перерабатывать исходное сырье. В-третьих, конструкция устанавливается вблизи потребителя, поэтому отсутствуют дополнительные затраты на транспортировку электричества. Кроме того, ветер не нужно покупать у других стран, которые могут взвинтить цену.

Недостатки устройства

Перед тем как сделать ветрогенератор, нужно также рассмотреть все те минусы, которые сопровождают его использование:

— Немалая стоимость конструкции, которая производилась промышленно. Этот недостаток легко устраним, так как вы можете соорудить мачту и лопасти из подручных средств. Естественно, качество результата в обоих случаях может быть разным. Поэтому стоит определиться, сможете ли вы сконструировать агрегат самостоятельно.

— Низкая распространенность изделий, что порождает немало домыслов касательно их работы и эффективности.

— Конструкция издает достаточно высокий уровень шума, а также может влиять на качество передачи телевизионных или радиосигналов. Многое зависит и от того, на какой удаленности от дома ветряк находится.

— Ветер — это нестабильный источник энергии, так как погода может быть тихой. В этом случае генератор будет просто бесполезен.

— Единственным негативным влиянием для окружающей среды является то, что в лопасти могут попадать и гибнуть птицы.

— В некоторых случаях при установке ветряка страдает эстетический вид ландшафта, хотя для минималистов это не проблема.

— Для установки электростанции потребуется немалая территория.

Классификация агрегатов

Перед тем как сделать ветрогенератор, следует разобраться в том, каким он бывает. Можно выделить следующие типы конструкций:

1. С цилиндрическими лопастями. Такой агрегат обладает высоким крутящим моментом, хотя и достаточно большой по размеру. Недостатком устройства считается не слишком хорошая продуктивность. Кроме того, такой аппарат достаточно тяжел.

2. Вертикально-осевые. Они обладают большим количеством лопастей, которые располагаются вертикально к поверхности земли, при этом они параллельны к мачте. Такие аппараты производительны и эффективны, однако стоят они достаточно дорого.

3. Геликоидный роторный ветрогенератор. Его особенностью является форма лопастей: они изогнутые по диагонали. Благодаря этому они вращаются равномерно. Минусом такой установки является высокая ее стоимость, а также сильный шум. Соорудить лопасти вертикального ветрогенератора такого вида самостоятельно очень трудно, так как для этого требуется специальное оборудование.

4. Многолопастные. Они достаточно эффективны в выработке энергии, однако стоят дорого. Они обладают двумя рядами лопастей и внушительными размерами.

Ветрогенератор, фото которого вы можете видеть в статье, является достаточно хорошим производителем энергии, если правильно подобрать его конструкцию.

Можно ли сделать аппарат самостоятельно?

Естественно, множество мастеров интересуются тем, можно ли соорудить такую конструкцию собственными руками. Конечно, можно. Для начала следует определиться с типом изделия, а также с инструментами, которые вы будете использовать, и соответствующими материалами.

Следует учесть, что самодельный вертикальный ветрогенератор вы можете собрать из того, что у вас есть под руками. Например, старого газового баллона или металлической бочки. А еще у вас есть возможность применить старые стальные листы или даже ткань. Все зависит от того, какой именно аппарат вы хотите соорудить.

Какие материалы нужны для работы?

Итак, перед тем как сделать ветряк своими руками, рассмотрим вопрос о том, из чего вы будете его сооружать. Вам понадобятся такие материалы:

1. Листы фанеры (ее толщина зависит от высоты конструкции, а также от количества лопастей и может составлять 0,5-1 см). Именно из этого материала чаще всего выполняется та часть установки, которая будет вертеться.

2. Тонкая листовая сталь, дюралюминий, гибкий пластик (можно также применить стеклопластик и ткань, но последний вариант будет наименее надежным).

3. Прочный металлический стержень, диаметр которого должен быть не менее 10 мм. Высота его при этом составляет около 60-70 см. Этот стержень буде основание вертушки.

4. Крепежные элементы (гайки, болты, заклепки).

5. Деревянные бруски или металлические уголки для фиксации конструкции в вертикальном положении.

В принципе, это основной перечень материалов, необходимых для работы. В процессе выполнения действия могут понадобиться некоторые другие заготовки.

Необходимые инструменты

Прежде чем сделать ветряк своими руками, следует собрать то, чем вы будете работать. Вам обязательно понадобятся такие инструменты:

— Электродрель и сверла к ней.

— Ножницы по металлу.

— Электрический лобзик с полотнами для дерева и стали.

— Гаечные ключи или заклепыватель.

— Лопата и другие инструменты для земляных работ (если конструкция будет фиксироваться на грунте).

— Линейка, карандаш, циркуль.

Кроме этого нужна схема ветрогенератора, однако ее найти уже не трудно. Можно даже сделать самому, однако для этого понадобится производить некоторые расчеты.

Особенности изготовления лопастей

Когда схема ветрогенератора уже готова, можно приступать к его изготовлению. Для начала приступим к производству вращающейся части. Лопасти вертикального ветрогенератора изготавливаются из фанеры. Перед их вырезанием постарайтесь начертить картонный шаблон. Для этого используйте карандаш, линейку и циркуль. Длина лопасти для ветрогенератора составляет 19 см, а ширина у края — 9 см. Вырезать нужно будет 6 деталей, которые потом будут соединяться попарно. Форма лопастей каплеобразная.

Для вырезания заготовкой используйте лобзик. Срез должен быть аккуратным и ровным. Для соединения деталей и образования крыльев понадобятся деревянные планки, длиной 53 см.

Лопасти вертикального генератора должны находиться под углом. Обычно он составляет 9 градусов к центру вертушки. Естественно, этот показатель можно отрегулировать уже после того, как конструкция будет полностью сделана. Далее лопасти следует собрать и прикрепить к соединительным планкам. В этом случае в качестве крепежей применяются саморезы. Просверливать дырку нужно сквозь детали и планку одновременно. При надобности можно использовать клей. Кроме того, планки не должны выходить за кромки деталей. Старайтесь их максимально выровнять. От этого будет зависеть качество конструкции.

Далее лопасти для ветрогенератора и все деревянные части следует обернуть металлом. Это нужно для того, чтобы древесина не портилась под воздействием внешних условий (дождя, снега). для закрепления металла можно использовать заклепки или болты.

Теперь можно складывать вертикально-осевой генератор.

Особенности изготовления и сборки всей конструкции

Приступим к закреплению крыльев на центральную ось (стальной стержень). Для этого используются круги, вырезанные из фанеры. Для того чтобы их правильно начертить, применяйте транспортир. Диаметр этих кругов составляет 20 см при толщине диска 1 см. В их центре необходимо сделать отверстие, в которое можно будет продеть стержень.

Далее готовые крылья следует прикрепить к оси. Для этого с обеих сторон стержня необходимо накрутить 2 гайки на расстоянии 6 см от краев. Далее на него надеваются круги и тоже прикручиваются гайкой. Диски должны быть зафиксированы достаточно плотно. Что касается крыльев, то они должны быть затянуты не очень свободно, но обязаны иметь возможность вращаться. Естественно, на этом этапе сборки нужно выставить правильный угол поворота лопастей.

В принципе, самодельный вертикальный ветрогенератор уже практически готов. Нужно только еще сделать раму-стойку, на которой он будет крепиться и свободно вращаться. Для ее изготовления можно взять металлические уголки необходимой высоты. Естественно, вы можете применить и деревянные брусья. Учтите, что сила ветра может быть большой, поэтому нужно постараться обеспечить максимальную устойчивость рамы. Перед подключением всех остальных приборов ветряк нужно проверить и внести необходимые поправки.

Учтите, что шаг ротора может быть динамическим или статическим. В первом случае диапазон рабочих скоростей более высокий. Однако его придется оснащать лопастями особой формы. Это достаточно дорого и технологически сложно. При статическом шаге ротора вы имеете только одну определенную скорость. Быстрее ветряк крутиться уже не может. Хотя в этом случае надежность аппарата более высокая, а частота поломок уменьшается.

Кроме того, при вращении ветряка необходимо обеспечить балансировку конструкции. Таким способом вы сможете сохранить ее целостность. Кроме того, ветер может быть очень сильным, и обороты придется снижать. Для этого применяется специальный центробежный регулятор. Он замедляет ход лопастей, если он превышает позволенную норму. Если же ветер слабый, то эффективность агрегата можно повысить при помощи цепного механизма.

Вертикальный ветрогенератор, цена которого составляет около 200-300 долларов и выше, можно сделать самостоятельно. Для выработки электричества к ветряку можно подсоединить обычное автомобильное устройство. Небольшого генератора вам вполне достаточно, чтобы обеспечить свет в доме, подключить зарядные устройства, запитать ноутбук или другие небольшие приборы. Кроме того, вам понадобится еще и преобразователь, который будет превращать постоянный ток в переменный. А еще необходим стабилизатор напряжения, который будет делать работу мини-станции безопасной.

Вот и все особенности строительства самодельной установки по выработке электричества за счет движения ветра. Удачи!

Как сделать вертикальный ветрогенератор

Ветрогенераторы подразделяются по типу размещения вращающейся оси (ротора) на вертикальные и горизонтальные. Конструкцию ветрогенератора с горизонтальным ротором мы рассматривали в прошлой статье, теперь поговорим о ветрогенераторе с вертикальным ротором.

Прежде всего, рассмотрим преимущества и недостатки вертикального ветряка.

Низкий уровень шума – ветровое, колесо практически не издаёт шум и не мешает, нет характерного свиста винта.

Простота конструкции – сделать такой ветрогенератор и установить не составит особой сложности.

Надёжная конструкция – все узлы компактны, удобны в обслуживании.

Основным недостатком конструкции ветрогенератора с вертикальным ротором являются его низкие обороты, такой ветряк нужно устанавливать в местности с преобладающей скоростью ветра более 4 м/с.

Практически нет защиты от ураганного ветра – если в горизонтальном ветряке при урагане автоматически срабатывает складывающийся хвостовик который поворачивает ветроколесо, то в такой конструкции нужно вручную заклинивать ротор, как вариант замыкать контакты на выходе из катушек.

Как сделать вертикальный ветрогенератор.

Прежде всего, ели вы решили изготовить ветряк с вертикальной осью нужно определиться с генератором.

Поскольку вертикальный ветрогенератор низкооборотный, то соответственно понадобится генератор способный выдавать зарядку на аккумулятор при достаточно низких оборотах.

Автомобильный генератор для этой конструкции не совсем подходит, так как он выдаёт зарядный ток при оборотах более 1000 об/мин. Для автомобильного генератора нужно использовать шкив с передаточным числом 4 – 5 и доработать сам генератор.

В качестве генератора практичней использовать аксиальный генератор, его можно изготовить самостоятельно, процесс изготовления описан в этой статье .

Схема аксиального генератора для ветрогенератора.

Изготовление ветроколеса для вертикального ветряка.

Ветроколесо (турбина) состоит из двух опор верхней и нижней, а также из лопастей.

Ветроколесо изготовляется из листов алюминия или нержавейки, также ветроколесо можно вырезать из тонкостенной бочки. Высота ветроколеса должна быть не менее 1 метра.

В этом ветроколесе угол изгиба лопастей задаёт скорость вращения ротора, чем больше изгиб, тем больше скорость вращения.

Ветроколесо крепится болтами сразу к шкиву генератора.

Схема подключения ветогенератора.

Генератор подключается к контроллеру, тот в свою очередь к аккумулятору. В качестве накопителя энергии практичней использовать автомобильный аккумулятор. Поскольку бытовые приборы работают от переменного тока, нам понадобится инвертор для преобразования постоянного тока 12 V в переменный 220V.

Вертикальный ветряк своими руками (5 кВт)

Деятельность как отдельных людей, так и всего нынешнего человечества практически невозможна без электроэнергии. К сожалению, быстро увеличивающийся объем потребления нефти и газа, угля и торфа ведет к уменьшению запасов этих ресурсов на планете. Что же возможно сделать, пока все это еще есть у землян? Согласно выводам специалистов, именно развитием энергетических комплексов можно решить проблемы мировых экономических и финансовых кризисов. Поэтому наиболее актуальными становятся поиск и использование бестопливных источников энергии.

Возобновляемая, экологическая, «зеленая9raquo;

Возможно, не стоит напоминать, что все новое – это хорошо забытое старое. Силу течения реки и скорость ветра люди научились применять для получения механической энергии очень давно. Солнце нагревает нам воду и двигает автомобили, питает космические корабли. Колеса, установленные в руслах ручьев и небольших рек, подавали воду на поля еще в Средние века. Одна ветряная мельница могла обеспечить мукой несколько окрестных деревень.

В настоящий момент нас интересует простой вопрос: как обеспечить свое жилище дешевым светом и теплом, как сделать ветряк своими руками? 5 кВт-ной мощности или чуть менее, главное, чтобы можно было снабдить свое жилище током для работы электроприборов.

Интересно, что в мире существует классификация зданий по уровню ресурсоэффективности:

  • обычные, построенные до 1980-1995 гг.;
  • с низким и ультранизким уровнем энергопотребления – до 45-90 кВч на 1 кВ/м;
  • пассивные и энергонезависимые, получающие ток из возобновляющихся источников (например, установив ветрогенератор роторный (5 кВт) своими руками или систему солнечных панелей, можно решить эту задачу);
  • энергоактивные здания, вырабатывающие электричества больше, чем им требуется, получают деньги, отдавая ее через сеть другим потребителям.

Получается, что собственные, домашние мини-станции, установленные на крышах и во дворах, могут со временем составить своеобразную конкуренцию крупным поставщикам тока. Да и правительства разных стран всячески поощряют создание и активное использование альтернативных источников энергии.

Как определить рентабельность собственной электростанции

Исследователи доказали, что резервные возможности ветров намного больше всех накопившихся многовековых топливных запасов. Среди способов получения энергии из возобновляемых источников ветрякам отведено особое место, так как их изготовление проще, чем создание солнцеулавливающих панелей. По сути, ветрогенератор на 5 кВт своими руками можно собрать, имея нужные составляющие, среди которых магниты, медная проволока, фанера и металл для лопастей.

Знатоки утверждают, что производительной и, соответственно, выгодной может стать конструкция не только правильной формы, но и построенная в правильном месте. Это значит, что необходимо учитывать наличие, постоянство и даже скорость воздушных потоков в каждом отдельном случае и даже в конкретном регионе. Если в местности периодически наступают штили, спокойные и безветренные дни, устройство мачты с генератором не принесет никакой пользы.

Прежде чем начинать делать ветряк своими руками (5 кВт), необходимо продумать его модель и вид. Не стоит ожидать от слабой конструкции большого выхода энергии. И наоборот, когда нужно запитать только пару лампочек на даче, нет смысла строить огромный ветряк своими руками. 5 кВт – мощность, достаточная для обеспечения электроэнергией практически всей системы освещения и домашних приборов. Будет постоянный ветер – будет и свет.

Как сделать ветрогенератор своими руками: последовательность действий

На выбранном для высокой мачты месте укрепляют сам ветряк с присоединенным к нему генератором. Вырабатываемая энергия по проводам поступает к нужному помещению. Считается, что чем выше конструкция мачты, больше диаметр ветряного колеса и сильнее воздушный поток, тем выше КПД всего устройства. На деле все не совсем так:

  • например, сильный ураган может запросто поломать лопасти;
  • некоторые модели можно установить на крыше обычного дома;
  • правильно выбранная турбина легко запускается и отлично работает даже при ветре с очень слабой скоростью.

Основные виды ветряков

Классическими считаются конструкции с горизонтальным размещением оси вращения ротора. Обычно они имеют 2-3 лопасти и устанавливаются на большой высоте от земли. Наибольшая эффективность такой установки проявляется при воздушном потоке постоянного направления и его скорости в 10 м/с. Существенным недостатком этой лопастной конструкции является сбой вращения лопастей при часто меняющемся, порывистом направлении ветра. Это приводит либо к непродуктивной работе, либо к разрушению всей установки. Чтобы запустить такой генератор после остановки, необходима принудительная начальная раскрутка лопастей. Кроме того, при активном вращении лопасти издают специфические, неприятные человеческому уху звуки.

Вертикальный ветрогенератор («Волчок9raquo; 5 кВт или другой) имеет иное размещение ротора. Н-образными или бочкообразными турбинами захватывается ветер любого направления. Эти конструкции имеют меньшие размеры, запускаются даже при самых слабых воздушных потоках (при 1,5-3 м/с), не требуют высоких мачт, их можно использовать даже в городских условиях. Кроме того, номинальной мощности ветряки, своими руками (5 кВт — это реально) собранные, достигают при ветре в 3-4 м/с.

Паруса не на кораблях, а на суше

Одним из популярных направлений в ветроэнергетике сейчас стало создание горизонтального генератора с мягкими лопастями. Основным отличием является как материал изготовления, так и сама форма: созданные ветряки своими руками (5 кВт, парусный тип) имеют 4-6 треугольных тканевых лопастей. Притом, в отличие от традиционных конструкций, их сечение увеличивается в направлении от центра к периферии. Эта особенность позволяет не только «поймать9raquo; слабый ветер, но и избежать потерь при ураганном воздушном потоке.

Плюсами парусников можно назвать следующие показатели:

  • большая мощность при медленном вращении;
  • самостоятельная ориентировка и подстройка под любой ветер;
  • высокая флюгерность и малая инерция;
  • отсутствие необходимости принудительного раскручивания колеса;
  • совершенно беззвучное вращение даже при больших оборотах;
  • отсутствие вибраций и звуковых возмущений;
  • относительная дешевизна конструкции.

Ветряки своими руками

5 кВт необходимой электроэнергии можно получить несколькими способами:

  • построить простейшую роторную конструкцию;
  • собрать комплекс из нескольких последовательно расположенных на одной оси парусных колес;
  • использовать аксильную конструкцию с неодимовыми магнитами.

Важно помнить, что мощность ветряного колеса пропорциональна произведению кубического значения скорости ветра на ометаемую площадь турбины. Итак, как сделать ветрогенератор на 5 кВт? Инструкция далее.

За основу можно взять автомобильную ступицу и тормозные диски. 32 магнита (25 на 8 мм) располагают параллельно по кругу на будущих дисках ротора (подвижной части генератора) на каждый диск по 16 штук, притом плюсы обязательно чередуют с минусами. У противолежащих магнитов должны быть разные значения полюсов. После разметки и размещения все находящееся на круге заливают эпоксидкой.

Катушки медной проволоки располагают на статоре. Их количество должно быть меньше, чем число магнитов, то есть 12. Предварительно все провода выводят и соединяют между собой звездой или треугольником, затем тоже заливают эпоксидным клеем. Рекомендуется перед заливкой вставить внутрь катушек кусочки пластилина. После затвердения смолы и их извлечения останутся отверстия, которые нужны для вентиляции и остывания статора.

Как все это работает

Диски ротора, вращаясь относительно статора, образуют магнитное поле, и в катушках возникает электроток. А ветряк, присоединенный посредством системы шкивов, и нужен для того, чтобы двигать эти части рабочей конструкции. Как сделать ветрогенератор своими руками? Некоторые начинают изготовление собственной электростанции со сборки генератора. Другие – с создания лопастной вращающейся части.

Вал от ветряка сцепляют скользящим соединением с одним из дисков ротора. На сильный подшипник ставится нижний, второй диск с магнитами. Статор располагают посередине. Все части крепятся к фанерному кругу с помощью длинных болтов и фиксируются гайками. Между всеми «блинами9raquo; обязательно оставляют минимальные зазоры для свободного вращения дисков ротора. В итоге получается 3-фазный генератор.

«Бочка9raquo;

Осталось изготовить ветряки. Своими руками 5 кВт-ную вращающуюся конструкцию можно сделать из 3 кругов фанеры и листа самого тонкого и легкого дюраля. Металлические прямоугольные крылья крепятся к фанере болтиками и уголками. Предварительно в каждой плоскости круга выдалбливаются направляющие канавки в форме волны, в которые вставляются листы. Получившийся двухэтажный ротор имеет 4 волнистых лопасти, прикрепленные друг к другу под прямым углом. То есть между каждыми двумя скрепленными ступицами фанерными блинами расположены по 2 изогнутых в форме волны дюралевых лопасти.

Данная конструкция насажена по центру на стальную шпильку, которая и будет передавать крутящий момент генератору. Ветряки, своими руками (5 кВт) созданные, такой конструкции весят примерно 16-18 кг при высоте 160-170 см и диаметре основы 80-90 см.

Что нужно учесть

Ветряк-«бочку9raquo; можно установить даже на крыше здания, хотя вполне достаточно вышки высотой 3-4 метра. Однако обязательно нужно защитить от природных осадков корпус генератора. Рекомендуется также установить аккумуляторный накопитель энергии.

Для получения из постоянного 3-фазного тока переменного обязательно в схему нужно включить и преобразователь.

Как сделать вертикальный ветрогенератор своими руками

В последнее время поклонники возобновляемых источников энергии отдают предпочтение вертикальным конструкциям ветряков. Горизонтальные уходят в историю. Дело не только в том, что смастерить вертикальный ветрогенератор своими руками легче, чем горизонтальный. Основным мотивом такого выбора является эффективность и надежность.

Преимущества вертикального ветряка

1. Вертикальная конструкция ветряка лучше ловит ветер: нет необходимости определять, откуда он дует и ориентировать лопасти под воздушный поток. 2. Установка такого оборудования не требует высокого его расположения, а это значит, что вертикальный ветряк своими руками будет легче обслужить. 3. Конструкция содержит меньше движущихся деталей, что повышает ее надежность. 4. Оптимальный профиль лопастей повышает КПД ветряка. 5. Многополюсный генератор, использующийся для выработки электроэнергии, является менее шумным.

Расскажем о том, как изготовить детали и собрать вертикальный ветрогенератор своими руками.

Алгоритм действий при изготовлении турбины своими руками

1. Опоры (верхняя и нижняя) лопастей представляют собой две концентрические окружности одинаковых по размеру. Изготавливают их из ABS пластика – вырезают лобзиком. В одной из них (она будет верхней) проделывают отверстие диаметром 300 мм.

2. Нижняя опора должна опираться на хаб, в качестве которой можно использовать ступицу легкового автомобиля. Для соединения деталей нужно разметить и высверлить 4 отверстия. 3. Собирая вертикальный ветрогенератор своими руками, особое внимание уделяют креплению лопастей. Для правильного расположения лопастей нужен шаблон. На нижней опоре чертим шестиконечную звезду (звезду Давида), углы которой будут находиться на краю окружности. Проецируем чертеж на верхнюю опору. Лопасти изготавливаем из тонкого листового металла в виде полоски длиной 1160 мм, ширина которых – чуть больше стороны луча звезды.

4. Крепят лопасти двумя уголками вверху и внизу, при этом они должны быть изогнуты так, чтобы образовалась четверть круга. Располагают их друг за другом по окружности, устанавливая на грани лучей.

Изготавливаем ротор

1. Основания для ротора диаметром 400 мм выпиливают из фанеры толщиной 10 мм. По внешнему радиусу с помощью жидких гвоздей или эпоксидного клея крепят постоянные неодимовые магниты с высокой индуктивностью. Располагают их аналогично цифрам на часовом циферблате (ровно 12 шт) с соблюдением полярности (их рекомендуется промаркировать). Чтобы магниты не сошли со своего места, их временно фиксируют распорками из деревянных клиньев.

2. Второй ротор делают аналогично и симметрично первому. Разница в полярности магнитов – она должна быть противоположной.

Как собрать статор

Статор собирается из 9-ти катушек индуктивности. Должно быть з группы последовательно соединенных катушек (по 3 шт. в группе): конец предыдущей соединяется с началом следующей (конфигурация «звезда»). Располагаются катушки симметрично в вершинах трех треугольников, вписанных в окружность. Намотка выполняется медным проводом 0,51 мм в диаметре (тип – 24 AWG). Необходимо 320 витков. Это позволит получить на выходе генератора напряжение 100 В при 120 об/мин. турбины. Вертикальный ветрогенератор своими руками можно смастерить с различными параметрами выходного напряжения и тока путем уменьшения/увеличения количества витков и диаметра намоточного провода статора. Витки катушек наматываются одинаково. Необходимо соблюдать направление намотки и отмечать ее начало и конец. Поверх наружного витка наносится эпоксидный клей и наматывается в четырех местах изолента – для препятствования разматыванию.

Правила и нюансы соединения катушек

Концы катушек необходимо очистить от лаковой изоляции. Соединения выполняются пайкой. Подготовленные таким образом катушки укладывают на бумажный лист, на который наносят схему их расположения (в соответствии с положением постоянных магнитов ротора). Фиксируют их скотчем. Все свободные поля бумаги (кроме центров катушек) заклеивают стеклотканью, заливая эпоксидную смолу с отвердителем. Выводы обмоток должны располагаться снаружи или внутри статора. Для крепления кронштейна в статоре проделывают отверстия.

Окончательная сборка и установка

На одну ось собираются (сверху – вниз): нижняя опора лопастей, диск с постоянными магнитами (верхнее основание ротора), статор, нижнее основание ротора и ступица. Все составляющие крепятся шпильками к кронштейну. Для хорошего контакта используем болты из нержавеющей стали. Доработав остальные мелочи, получаем готовое устройство. Вертикальный ветряк своими руками следует устанавливать на отрытой местности, там, где сила ветра наибольшая. Желательно, чтобы вблизи не было высоких сооружений. Тогда ветрогенератор будет эффективно вырабатывать электроэнергию, что поможет сэкономить средства.

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

В этом разделе собраны различные конструкции ветрогенераторов с вертикальной осью вращения, сделанные любителями данного вида ветрогенераторов. Вертикальных ветрогенераторов бывает множество видов и вариаций. Простейшие Савониусы или по простому бочки, и более продвинутые роторы Дарье, которые более оборотистые, но тут каждый вид имеет свои достоинства и недостатки.

Ротор Онипко

Описание ротора Онипко. Что это? Очередной проект для поиска инвесторов или это реально эффективный ветрогенератор

Вертикальный ветрогенератор

Вертикальный ветрогенератор необычной конструкции

Интересная конструкция ветрогенератора, генератор которого сделан из асинхронного двигателя, но генератор сделан с тремя статорами и тройным ротором. так-же необычно вращается двухлопастной ротор с лопастями из поликарбоната.

Ветряк из бочек с откидными лопастями

Ветрогенератор сделанный из жестяных бочек. Генератор сделан из асинхронного двигателя мощностью 2,2кВт, ротор которого переделан на неодимовые магниты. Привод на генератор ременной. Лопасти ветряка откидные с центробежными грузами, выхотя на ветер они раскрываются и закрываются переходя под ветер.

Ветрогенератор из мотор-колеса

Немного фотографий небольшого вертикального ветрогенератора. В качестве генератора здесь использовалось мотор-колесо от скутера, передача крутящегго момента на генератор цепная, соотношение примерно 1:2,5. Размеры ротора 1*1,6метра, высота мачты 9 метров. На среднем ветру этот ветряк выдает до 3А и 17v на зарядку щелочного аккумулятора.

Ветрогенератор для забора воды

Ставшая уже легендарной на просторах рунета конструция этого ветрогенератора, который приводит в движение самодельный насос, а он качает воду из озера. Изначально ветряк должен был заряжать аккумулятор, но слишком малые обороты свели на нет все попытки получения электричества.

Вертикальный ветрогенератор, ротор Угринского

Самодельный ветрогенератор с вертикальной осью вращения и размером ротора 0,75*1,6м. Конструкция лопастей по чертежам ротора Угринского, это улучшенный Савониус по сути, КИЭВ такой конструкции выше. Конструкция сделана из двух блоков с углом 90 градусов, материал фанера и алюминий. Генератор для этого ветряка аксиального типа на постоянных магнитах.

Мощность ветроустановки около 50 ватт на ветре 7-8м/с.

Сомодельный ветрогенератор типа Савониус

Самодельный вертикальный ветрогенератор с размером ротора 1,8*1м. В качестве генератора переделанный автомобильный генератор.

Мощность ветроустановки 60 ватт на ветре 10м/с, это немного, но здесь надо усовершенствовать генератор.

Ветрогенератор вертикальный своими руками Ветрогенератор вертикальный своими руками Альтернативная энергия на сегодняшний день развивается очень быстрыми темпами. Например, вертикально-осевой ветрогенератор уже не является новинкой. В

Источник: www.nkfmgei.ru

avtonomny-dom.ru

Вертикальный ветрогенератор

Вертикальный ветровой генератор – это техническое устройство служащее для преобразования энергии ветра в электрическую энергию с вертикально установленной осью вращения.

Принцип действия ветрового генератора

Работа ветрового генератора основана на преобразовании кинетической энергии ветра, во вращательную энергию передаточного механизма (лопасти-редуктор-передаточный вал) и далее, во вращательную энергию вала электрического генератора.

Во время вращения в обмотках генератора вырабатывается переменный электрический ток. Выработанный электрический ток подается на контроллер, преобразуется и накапливается в аккумуляторных батареях. С батарей аккумуляторов электрический ток поступает на инвертор, на которым преобразуется и поступает в электрическую сеть для использования.

Составляющие ветрового генератора:

  1. Лопасти – служат для улавливания потоков ветра, который приводит их во вращательное движение;
  2. Редуктор – служит для преобразования мало оборотистой скорости вращения лопастей в более высокую, позволяющую вырабатывать электрический ток;
  3. Генератор – преобразует кинетическую энергию в электрическую;
  4. Защитный кожух – элемент защиты технического устройства от источника посторонних воздействий;
  5. Хвостовик — предназначен для обеспечения направленности лопастей в соответствии с направлением ветра;
  6. Контроллер – служит для преобразования переменного тока в постоянный;
  7. Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления выработанной электрической энергии;
  8. Инвертор – преобразует постоянный электрический ток в переменный.

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения

В ветряных генераторах данного вида вращающаяся ось генератора расположена вертикально по отношению к поверхности земли.

За годы использования устройств данного вида появились разнообразные конструкции которые объединены в группы, это:

  • С ротором Дарье — агрегаты оснащаются двумя или тремя лопастями, изогнутыми в форме овала.

К положительным особенностям данной конструкции можно отнести:

  • Самостоятельную ориентацию по отношению к воздушным потокам;
  • Удобное обслуживание установки.
  • Простота схемы агрегата.

К отрицательным относятся:

  • Нет возможности в самостоятельной раскрутке лопастей;
  • Значительная нагрузка на элементы конструкции;
  • Лопасти должны быть идентичны и соответствовать заданному профилю;
  • Повышенный уровень шума в процессе работы.
  • С ротором Савониуса – агрегаты оснащены лопастями в виде цилиндрических поверхностей.

Достоинствами данной группы являются:

  • Для запуска в работу требуются незначительные потоки ветра;
  • Способность быстрого набора крутящего момента;
  • Надёжность конструкции;
  • Низкая стоимость.

К недостаткам можно отнести:

  • Низкий КПД устройств этой группы.

Устройства с ротором Савониуса применяют при монтаже комбинированных ветровых генераторов, их используют для разгона агрегатов с ротором Дарье.

  • С вертикально-осевой конструкций ротора — у агрегатов этой группы лопасти напоминают форму крыла самолета и расположены вертикально, ось ротора расположена параллельна валу.

По внешнему виду агрегаты данной группы похожи на устройства с ротором Дарье.

К положительным качествам устройств относятся:

  1. Простота в изготовлении;
  2. Способность быстрого набора скорости вращения;
  3. Низкий уровень шума.
  4. Надежность в работе.
  5. С геликоидным ротором – агрегаты этой группы являются более развитым вариантом устройств с вертикально-осевым ротором. Лопасти имеют форму геликоидной кривой.

Положительные качества:

  1. Более низкие нагрузки на элементы конструкции;
  2. Быстрый набор скорости вращения.

Недостатки:

  • Повышенный уровень шума;
  • Высокая стоимость.
  • Многолопастный ротор – в основу агрегатов этого типа положена вертикально-осевая конструкция с устройством дополнительного внешнего кольца неподвижных лопастей.

Достоинства агрегатов данной группы:

  • Более высокий КПД установок;
  • Чувствительность к потокам ветра.

Недостатки:

  • Высокая стоимость;
  • Повышенный уровень шума.

Популярные модели

Прежде чем рассмотреть популярные модели ветровых генераторов, необходимо определиться с критериями выбора этих устройств, такими являются:

  1. Электрическая мощность агрегата;
  2. Количество вырабатываемой электрической энергией в месяц;
  3. Минимальная скорость воздушного потока;
  4. Условия эксплуатации;
  5. Система защиты от перегрузок;
  6. Срок службы;
  7. Стоимость.

В настоящее время ветровые генераторы выпускаются как в нашей стране, так и за ее пределами.

В России подобные агрегаты выпускают: ООО «СКБ Искра», ООО «ГРЦ-Вертикаль», ЗАО «Ветроэнергетическая компания», ЛМВ «Ветроэнергетика», ЗАО «Агрегат-Привод», и еще несколько компаний.

Наиболее известными зарубежными производителями ветровых генераторов являются немецкие, датские, бельгийский и китайские компании.

Наиболее востребованы и надежны в эксплуатации ветровые генераторы выпускаемые фирмой Blue Planet Wind (Бельгия) и «Guangzhou Sunning Windpower Generator Co., Ltd.» (Китай).

В линейке выпускаемых ветровых генераторов EnergyWind компании Blue Planet Wind присутствуют модели различной мощности от 1,0 до 10,0 кВт, которые отличаются по стоимости и комплектности оборудования.

В линейке китайской компании представлены ветровые генераторы мощность от 0,6 кВт до 5,0 кВт, различные по конструкции и вариантам монтажа.

Российские вертикальные ветровые генераторы

Российские компании выпускают вертикальные ветровые генераторы различной мощности и типов ротора.

OOO «ГРЦ-Вертикаль» (Челябинская обл., г. Миасс) выпускает ветрогенераторы вертикального типа мощностью от 1,5 до 30 кВт, рассмотрим некоторые из них:

  1. Ветроустановка ВЭУ-1.5 мощностью 1,5 кВт.

Портативная установка, может транспортироваться любым видом транспорта, проста в монтаже и эксплуатации.

Технические характеристики:

Номинальная мощность – 1,5 кВт;

Выходное напряжение — 48 В;

Рабочий диапазон скоростей ветра — от 2,5 до 25 м/с;

Номинальная скорость ветра 10,0 м/с;

Диаметр ротора 2,8 м;

Температура при эксплуатации — от -50 до +50ºС;

Срок эксплуатации — 20 лет;

Межремонтный цикл — 5 лет;

Масса установки — 75,0 кг;

Стоимость установки – от 100000,00 рублей.

  1. Ветроустановка ВЭУ-3(6), 6-и лопастная, мощностью 3,0 кВт.

Предназначена для автономного электроснабжения потребителей малой мощности (жилой дом, коттедж). Преимущества – удобство и простота монтажа, при установке дополнительного оборудования (аккумуляторов и инвертора), возможно увеличение мощности установки до 6,0 кВт.

Технические характеристики:

  • Номинальная мощность – 3,0 кВт;
  • Выходное напряжение — 48 В;
  • Рабочий диапазон скоростей ветра — от 4 до 30 м/с;
  • Номинальная скорость ветра 10,4 м/с;
  • Диаметр ротора 3,4 м;
  • Высота ротора 4,2 м;
  • Число лопастей — 6 шт.;
  • Частота вращения ротора – от 60 до 180 об/мин;
  • Температура при эксплуатации — от -50 до +50ºС;
  • Срок эксплуатации — 20 лет;
  • Межремонтный цикл — 5 лет;
  • Масса установки — 620 кг;
  • Стоимость установки – от 300000,00 рублей.
  1. Ветроустановка ВЭУ-30 мощностью 30 кВт.

Предназначена для электроснабжения большого дома, либо группы домов.

Технические характеристики:

  • Номинальная мощность – 30,0 кВт;
  • Выходное напряжение – 96 — 400 В;
  • Рабочий диапазон скоростей ветра — от 4 до 60 м/с;
  • Номинальная скорость ветра 10,4 м/с;
  • Диаметр ротора 9,2 м;
  • Высота ротора 12,0 м;
  • Число лопастей — 6 шт.;
  • Частота вращения ротора – от 25 до 65 об/мин;
  • Температура при эксплуатации — от -50 до +40ºС;
  • Срок эксплуатации — 20 лет;
  • Межремонтный цикл — 5 лет;
  • Масса установки — 5100 кг;
  • Стоимость установки – от 1250000,00 рублей.

Как сделать своими руками

Ветряк подобной конструкции не составит труда изготовить человеку умеющему работать с ручным инструментом и немного разбирающимся в электротехнике.

Для изготовления понадобится:

  • Листовой металл (любой, толщиной 0,8– 0,9 мм) – для изготовления лопастей;
  • Сталь полосовая 40х40 мм (либо другого сечения);
  • Труба стальная, диаметром 25 мм;
  • Автомобильная полуось (марка авто не принципиальна) с подшипниками в комплекте;
  • Стальной уголок (профиль);
  • Шкивы разных диаметров – 2 шт.
  • Автомобильный генератор.

Из листового металла изготавливаются 4 лопасти габаритными размерами 1000х800 мм, которые скрепляются между собой полосовой сталью в форме барабана (лопасти направлены от центра круга по радиусам к наружному диаметру). Из стальной трубы делается мачта, которая с одной стороны закрепляется на автомобильной полуоси, а со второй стороны на нее крепятся собранные в виде барабана лопасти. Полуось, с соответствующими ей подшипниками, крепится на металлической опорной конструкции, которая изготавливается произвольной формы и из имеющихся материалов.

Два основных условия при изготовлении металлической конструкции, это:

  • Устойчивость при ветровых нагрузках;
  • Плотная посадка подшипников полуоси.

Для увеличения числа оборотов можно применить ременную передачу, установив на нижнюю полуось шкив большего диаметра, а на генератор меньшего. Генератор можно подобрать автомобильный.

Плюсы и минусы

К положительным свойствам ветровых генераторов с вертикальной осью вращения можно отнести:

  1. Способность работать вне зависимости от направления ветра;
  2. Продолжительные срок эксплуатации;
  3. Удобство в обслуживании и эксплуатации;
  4. Простота конструкции, позволяющая собрать из подручных материалов;
  5. Способность выдерживать значительные внешние нагрузки.

К отрицательным свойствам относятся:

  • Металлоемкость конструкций и как следствие значительный вес;
  • Низкий КПД установок;
  • Высокий уровень шума.

Приведенные «плюсы» и «минусы» использования ветровых генераторов данного вида определяет выбор потенциальных потребителей «зеленой» энергетики, которых с каждым годом становится все больше и больше.

alter220.ru

Самодельный ветрогенератор для дома и дачи: принципы работы, схемы, какой и как делать

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.

Ветроэнергетические ресурсы России

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.

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.

Парусная яхта на подводных крыльях

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?

Бейсджампер в видгсьюте

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.

Сравнение эффективности ВСУ разных типов

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.

Вертикальные ветрогенераторы

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.

Карусельный и ортогональный роторы

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:

Вертикальный ротор с направляющим аппаратом

  • 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

ВСУ Бирюкова

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.

Позиции:

  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:

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

Профилировка и крутка лопасти ВСУ

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.

Мини- и микроветрогенераторы

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

Парусные ветрогенераторы

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.

Характеристики ВЭУ-4.380/220.50

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.

Детали самодельного генератора на супермагнитах

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.

Сделать же каркас (рангоут) для парусного ротора несложно. Кроме того, парусные ВСУ безопасны, а звуков от них, инфра- и слышимых, не обнаруживается. И высоко понимать ротор не нужно, достаточно одного диаметра колеса.

Видео: технология производства ветрогенераторов

(Пока оценок нет) Загрузка...

Вывести все материалы с меткой:

  • электрические работы
  • энергетика

Перейти в раздел:

vopros-remont.ru

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения своими руками

Вы когда-нибудь думали о том, чтобы использовать дармовой и бесполезный, казалось бы, ветер для хозяйственных нужд? Ведь давно известно, что природная энергия дается нам даром и было бы странно, если бы мы не пытались использовать ее для себя! В этой статье автор не предлагает создавать старинные ветряные мельницы, или какой-нибудь фантастический двигатель на космическом ветре. Но вот построить ветрогенератор, причем необычный, с вертикальной осью вращения, который будет вырабатывать электричество, и с довольно с хорошей мощностью – дело достижимое своими руками. Идея вертикального ветрогенератора вполне реальная, ее могут реализовать даже начинающие мастера, живущие в деревне, или имеющие садовый дом за городом. А для школьной мастерской этот несложный ветряной генератор – настоящая находка, которая будет развивать технические умения у школьников и пробуждать таланты, которые стандартной школьной программы не всегда могут быть раскрыты. Такое устройство будет украшать школьный двор, а лопасти этого красивого ветрогенератора при ветре будут вращаться, привлекая внимание школьников и прохожих, пробуждая интерес к техническому творчеству.

Готовые китайские ветрогенераторы и детали для сборки в этом китайском магазине.

Электричество, которое можно получить с помощью этой ветроустановки с вертикальной осью, достаточно, чтобы питать насос для поливки огорода, дать освещение в школьном классе или в комнате жилого дома. Если бы была возможность хотя бы в 20 процентах домах иметь такую бесплатную маленькую ветряную электростанцию, вы можете себе представить, сколько можно было бы сэкономить киловатт-часов и разгрузить электрические сети нашей страны!

Вертикальный ветрогенератор состоит из двух частей, представляющих собой половины полого цилиндра, которые способны расходиться. Созданный таким образом объект имеет четкую аэродинамическую не симметричность. Воздух, который надвигается поперек оси вращения устройства, соскальзывает с наружной стороны первой половины цилиндра. А другая сторона, которая направлена в другую сторону, является для ветра препятствием. Такое соотношение приводит к тому, что барабан начинает вращаться на вертикальной оси, и по мере борьбы с ветром все более разгоняется.

Мастера покупают изобретения в лучшем китайском интернет-магазине.

Этот механизм был использован в модели ветряной электростанции, которую разработал юный изобретатель Сергей Корнев. Эта схема имеет выгодные отличия от ветроустановки с пропеллером. Здесь не требуется высокой точности, допустимо применять различные материалы для изготовления. Ее размеры также выгодно отличаются от пропеллерной модели.

Взгляните на самом деле. Мощность ветряка, основанного на барабанном принципе, требует использования ветроустановки диаметром приблизительно 1 метр, его мощность будет равна пропеллеру с тремя лопастями диаметром 2,5 метров. При этом пропеллер на вертушку необходимо поднимать на большую высоту, например на крышу дома, а барабанный пропеллер можно установить непосредственно на земле. Есть еще некоторые преимущества нового механизма: значительные крутящий момент, достигаемый при небольших оборотах. А это означает, что можно совсем не использовать редуктор, либо ограничиться одноступенчатым редуктором.

Сергей в первоначальной конструкции ограничился барабаном с двумя лопастями. Наиболее оптимальным может быть конструкция, в которой количество лопастей доведены до четырех. Это может значительно увеличить тягу.

Электроника для самодельщиков в китайском магазине.

Изготовление барабана

В качестве материала для создания лопастей можно взять фанеру, кровельное железо, лист дюралюминия, пластик нужного размера. Нужно учесть, что ротор не должен быть тяжелым, поэтому заготовки большой толщины здесь не подойдут. Это поможет снизить трение в подшипниках, ветроустановка будет лучше вращаться от энергии ветра.

Ниже чертеж вертикального ветряка

На рисунке 3: 1 – сопротивление;

2 – обмотка статора генератора;

3 – ротор; 4 – регулятор напряжения; 5 – реле обратного тока; 6 – прибор для измерения тока (амперметр); 7 – акб; 8 – предохранитель; 9 – выключатель.

Если в качестве материала применить кровельное железо, возникает необходимость укрепить вертикальные края лопастей. Для этого можно взять железный прут диаметром 5-6 миллиметров, установив его под отбортовкой. Фанеру, если используется она, нужно взять толщиной 5-6 миллиметров, этот материал требует обработки горячей олифой. Щеки барабана делаются из дерева, пластика, либо легкого металла. Стыки необходимо обработать масляной краской.

Крестовины в местах соединений лопастей ветрогенератора предпочтительно соединить сваркой или клепкой из остальных полосок размером 5 x 60 миллиметров. Если взять древесину, то толщина её должна быть не меньше 25 миллиметров, ширина 80 миллиметров. Вертушки оптимально изготовить из куска стальной трубы длиной 2 метров, внешний диаметр 30 миллиметров. Предварительно, перед выбором заготовки для оси, нужно раздобыть 2 шарикоподшипника. Не стоит брать старые, так как это увеличение трения. Сопоставив размеры подшипников и трубы, вы сэкономите силы и время, вам не придется подстраивать трубу к обоймам подшипников.

Крестовины ротора ветрогенератора нужно приварить к оси вращения, крестовины из дерева присоединить эпоксидкой и металлическими штифтами 5- 6 миллиметров, они должны быть продеты через каждую крестовину и трубу. Для установки лопастей используйте болты М 12. Хорошо проконтролируйте промежуток от лопастей до оси вращения: здесь нужно соблюсти один размер – 140-150 мм. Сконструировав барабан, еще раз промажьте стыки масляной краской (желательно густой).

Базовая часть ветроустановки с вертикальной осью вращения завершена, теперь нужно сделать станину, сварив её или используя клепку, из уголка (можно как металл, так и дерево). На сделанную станину поставьте подшипники. Смотрите за тем, чтобы не возник перекос, так как в этом случае ротор не будет хорошо вращаться. Все элементы ветроустановки 2 раза покрасьте масляной краской, на нижнем месте оси вращения установите шкивы разного диаметра. Ремень, который переброшен через шкив вертушки, присоедините к электрогенератором, здесь подойдет, к примеру, автогенератор. Созданная по представленной технологии модель ветровой установки при ветре 9-10 метров в секунду способно дать мощность в 800 ватт.

Если ветра на улице нет, либо ветер очень слабый для вращения лопастей, то нужно передать вырабатываемую электроэнергию ветра для накопления на акб. Дует ветер – подавайте ток на потребителей, погода безветренная – подключайте аккумуляторы.

Если ветроустановка с вертикальным планируется для питания насоса огорода или сада, ее следует установить над источником воды.

Далее видео с подобным устройством

Ниже – попытка сделать ветряк для садового насоса

Построение ветрогенератора с вертикальной осью

Расходные материалы:

Шаг 1: Запчасти

– Труба ПВХ – Водостойкая древесина – 2 подшипника (нижняя должна выдерживать нагрузку) – Катанка (2 размера) (1 большая и 4 маленьких) (нержавеющая сталь, если возможно) – Болты и шайбы (2 размера) (нержавеющая сталь, если возможно) – кусок 40 мм круглого алюминия (сплав) (он удержит нижний подшипник)

– 3 винта с ушком

Шаг 2: Давайте начнем

Первое, что вы должны сделать, это измерить вашу трубу ПВХ и разрезать ее на 4 равных части. (у меня было 2 метра в длину, так что было 50 см за штуку). Когда вы это сделаете, вы обрежете его по длине отверстия.

Теперь у вас должно быть 8 штук (они должны быть точно одинакового размера!

Шаг 3: Изготовление двух дисков турбины

Возьмите 2 куска водостойкой фанеры (12 мм). Измерьте в 2 направлениях, чтобы получить середину пластины и отметьте эту точку. Возьми свой компас и сделай круг диаметром 40 см.

Возьмите свою головоломку и вырежьте ее.

Шаг 4: Разделите круг на 8 частей

Вы должны сделать это только на одной доске. На следующем шаге я объясню почему.

Шаг 5: Вырезание слотов для турбинных лопаток

Я сделал так, чтобы нарисовал линии на двух досках, а затем пометил все дуги, которые мне пришлось разрезать. Это я бы не стал делать снова! Я думаю, что лучше отметить только один. Дуги рисуйте так: возьмите одну половину трубы и держите ее напротив одной из 8 линий, которые вы нарисовали ранее. Нарисуйте линию внутри и снаружи трубы. Тот, где вы отметили луки, надеваете сверху, а затем вы зажимаете их вместе. Когда вы порежете их, они будут точно такими же. Я использовал лезвие, которое обычно предназначалось для резки металла. Этот пильный диск чуть тоньше, чем лезвия. На стороне двух дисков вы делаете маркировку, которая проходит над ними обоими. Таким образом, при сборке турбины диски будут идеально выровнены.

То, что вы также должны делать, когда все еще зажато, это просверлить центральное отверстие до размера вашей большой катанки и 4 отверстия для маленьких стержней. Разделите 4 стержня на турбину, как показано на рисунке ниже. Держитесь на расстоянии около 2 см от луков. Таким образом, вы все еще можете поместить несколько шайб на свои стержни, не касаясь их лезвий. Возьмите зажимы и установите лопасти турбины и 4 меньших стержня, как показано на последнем рисунке. Это должно плотно облегать!

Шаг 6: Приспособление центральной проволочной катушки к размеру

Сначала вы устанавливаете верхнюю часть турбины так же, как вы делали нижнюю часть на предыдущем шаге. Обратите внимание на маркировку, которую вы сделали на боковых сторонах дисков, когда они все еще были зажаты.

Таким образом, те же самые разрезы будут приятно накладываться друг на друга, и турбина будет меньше качаться после ее завершения. Возможно, вы захотите использовать молоток и маленький кусочек дерева, чтобы не повредить лезвия или диск при ударе по нему. Убедитесь, что лезвия плотно прилегают и 4 маленьких стержня находятся в нужном месте. Это была нелегкая работа. Успехов.

Теперь мы оснастим большую катанку необходимыми болтами и шайбами. То, что собирались сделать сейчас, это отметка, где мы будем резать катанку. Первая картинка – вид с нижнего диска. Я положил 2 болта туда, и они будут опираться на нижний подшипник. Я оставил там провод дольше, чтобы там можно было подключить какой-нибудь генератор. Верхний диск – вторая картинка, и стержень будет обрезан короче.

На этой стороне у нас будет только подшипник для балансировки турбины, когда она установлена ​​на раме.

Шаг 7: Повернуть катанку вниз до нужного размера

Если у вас есть токарный станок, это довольно прямолинейная работа. Я сделал стержень толщиной 10 мм с обеих сторон. На фотографии показана нижняя сторона катанки.

Убедитесь, что он хорошо сидит, потому что это определит, насколько гладко будет работать ваша турбина.

Шаг 8: Изготовление держателя для нижнего подшипника

Подшипник, который я использовал, состоит из 3 частей, как показано на первом рисунке. Этот подшипник сделан, чтобы справиться с вертикальным весом. Если вы внимательно посмотрите, то увидите, что 2 диска не имеют отверстия одинакового внутреннего размера. Диск с самым большим отверстием (тот, что справа) – это верхняя часть подшипника, на которой будет стоять турбина.

Я вырезал отверстие на токарном станке только диаметром подшипника. Делайте это в зависимости от размера подшипника, который вы будете использовать .

Не делайте дыру глубоко! Убедитесь, что верхняя часть подшипника просто торчит из держателя. Причина этого заключается в том, что верхнее кольцо будет вращаться вместе с турбиной и в противном случае трутся о внутреннюю часть держателя, что приведет к замедлению работы турбины и ее быстрому износу. Вам также придется просверлить отверстие в нижней части держателя, чтобы катанка могла проходить сквозь него. Сделайте его немного больше, чем размер стержня, чтобы его крепление не касалось боков. Вы видели, что в этом подшипнике нет смазки, поэтому нам нужно будет установить смазочный ниппель. Для этого используйте инструмент для нарезания резьбы. Сначала просверлите отверстие в соответствии с протектором и размером соска, который вы будете использовать. Мой был М6.

Используйте немного смазочно-охлаждающей жидкости, потому что вы режете алюминий, и в противном случае он станет грубым внутри. Запустите режущий инструмент примерно на 1 оборот, а затем верните его назад на пол-оборота. Таким образом, металл режется внутри, и вы не будете тормозить инструмент. Используйте 3 этапа резки, пока не достигнете нужного протектора.

Шаг 9: Создание рамы вокруг турбины

Сначала вы получаете два куска дерева одинаковой длины. Убедитесь, что они достаточно широкие, чтобы вы могли создать прочную структуру. Посмотрите на центр их обоих и сделайте отверстие размером с держатель подшипника для нижнего и размер верхнего подшипника для верхнего. Мне повезло, у меня была большая тренировка, чтобы сделать это. Если нет, возьмите свое самое большое сверло и просверлите его, а затем вырежьте остальное круглым топором. Для нижнего вы должны просверлить центр желоба с помощью сверла на один размер больше, чем размер большого катанки, которая будет вставляться в подшипник. В нижней части вы должны будете вырезать маленький паз, чтобы ниппель мог поместиться внутрь и чтобы у вас было достаточно места, чтобы вставить смазочный насос. Вы можете видеть, как это должно выглядеть на фотографиях. Возьмите еще два куска дерева по бокам. (У меня было немного фанеры, поэтому я использовал это) Возьмите нижнюю часть с держателем подшипника внутри и положите ее на плоскую поверхность. Используйте одну из боковых частей и прикрутите ее туда. Сначала просверлите несколько отверстий сбоку, чтобы винты лучше вошли. Убедитесь, что он идеально квадратный. (Угол 90 градусов). Сделайте то же самое для другой стороны. Теперь возьмите турбину, которая полностью собрана, и опустите ее в нижний подшипник. Теперь возьмите верхнюю часть и наденьте подшипник на большой стержень. Измерьте по обе стороны турбины и убедитесь, что вы измеряете одинаковое расстояние, чтобы рама была идеально квадратной.

Фильм показывает, как хорошо он крутится.

Вложения

Скачать

Шаг 10: Создание поддержки турбины

Этот материал я на самом деле не измерял. Я позаботился о том, чтобы все было в идеальном соответствии с осью турбины. Просто создайте его, как вы можете видеть на фотографиях. Просто убедитесь, что его сильная причина будет в нем много силы. Я еще не подключил ни одного генератора. Понятия не имел, что с этим связано. Я думал о другом генераторе энергии. (катушки и нео магниты) Идеи приветствуются. Надеюсь, вам понравилась эта турбина.

Держите меня в курсе вашего дела.

Шаг 11:

Как вы можете видеть в маленьких фильмах, я подключил некоторые веревки к турбине, чтобы она была устойчивой. Я использовал несколько старых штифтов из палатки, чтобы соединить веревки с землей, а со стороны турбины я использовал 3 винта с ушком. Работает хорошо. Когда вы устанавливаете турбину, убедитесь, что у вас есть кто-то, кто может удерживать турбину, пока вы подключаете провода к земле.

Источник

izobreteniya.net

Ветрогенератор своими руками: чертежи, изготовление, генератор для ветряка

Содержание

  1. Основные понятия
  2. Какой нужен генератор?
  3. Выбор по ветру
  4. О безопасности
  5. Ветер, аэродинамика, КИЭВ
  6. Чего ожидать от классики?
  7. Вертикалки
  8. ВСУ Бирюкова
  9. Лопастники
  10. Мини и микро
  11. Парусники
  12. Самодельный генератор
  13. Вывод
  14. Видео: технология производства ветрогенераторов

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.

Ветроэнергетические ресурсы России

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.

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.

Парусная яхта на подводных крыльях

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?

Бейсджампер в видгсьюте

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.

Сравнение эффективности ВСУ разных типов

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.

Вертикальные ветрогенераторы

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.

Карусельный и ортогональный роторы

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:

Вертикальный ротор с направляющим аппаратом

  • 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

ВСУ Бирюкова

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.

Позиции:

  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:

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

Профилировка и крутка лопасти ВСУ

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.

Мини- и микроветрогенераторы

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

Парусные ветрогенераторы

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.

Характеристики ВЭУ-4.380/220.50

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.

Детали самодельного генератора на супермагнитах

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.

Сделать же каркас (рангоут) для парусного ротора несложно. Кроме того, парусные ВСУ безопасны, а звуков от них, инфра- и слышимых, не обнаруживается. И высоко понимать ротор не нужно, достаточно одного диаметра колеса.

Видео: технология производства ветрогенераторов

lenpas.ru

Вертикальный ветрогенератор – особенности конструкций разного типа и самостоятельное изготовление

Альтернативные источники электроэнергии в вашем доме

Использовать энергию ветра с целью получения электричества – идея, отнюдь, не новая. Существуют регионы, где именно это способ добычи считается наиболее выгодным и приоритетным – естественно, в этих местах постоянно дуют ветра. Ярким примером может послужить Дания, где на долю ветровой энергии приходится 25% от всего электричества, потребляемого в стране.

Сегодня мы расскажем вам, что такое ветрогенератор вертикального типа, каковы его основные особенности, преимущества и недостатки, а также поделимся информацией, как собрать такое устройство своими руками, используя лишь подручные материалы.

Особенности и принцип работы

Ветрогенератор вертикальной оси вращения в действии

Преимущества вертикального ветрогенератора достаточно весомые:

  • Главной особенностью данного устройства является то, что для него абсолютно неважно направление ветра.
  • Он устанавливается на достаточно низкой высоте, что не требует наличия специальных приспособлений для обслуживания, а сам процесс является безопасным.
  • Вертикальные ветрогенераторы имеют только одну ось вращения без передаточных механизмов, а значит, в эксплуатации будут намного надежнее, чем горизонтальные аналоги.
  • Эти приборы имеют солидный уровень КПД, благодаря форме ротора и лопастей.

Совет! Небольшие модели бытового назначения приводятся в действие очень слабым порывом ветра – от 1,5 метра в секунду, что еще больше увеличивает КПД установки.

  • Генератор не издает никаких звуков, так что мешать жизни людей вокруг не будет. Более того прибор никак не влияет на экологию, не создавая выбросов в атмосферу.
  • Устройство будет служить долгие годы, нуждаясь лишь в периодической ревизии основных механических узлов (особенно важно следить за состоянием подшипников). Ремонт устройства также выполняется достаточно просто

Как работает и включается в сеть ветрогенератор

Ветрогенераторы вертикально-осевые парусные

В основу работы синхрофазотрона… простите, ветрогенератора, положен принцип магнитной левитации. Суть его заключается в том, что во время вращения образуется подъемная и импульсная силы, благодаря которым ротор начинает вращаться, плюс сила фактического торможения.

В результате вращения ротора образуется магнитное поле, которое индуктирует ЭДС в обмотке якоря генератора, в результате чего появляется ток.

  • Конструкция является полностью механической и автономной, поэтому не требует в свою работу вмешательства человека. Естественно, сам генератор оснащается дополнительными устройствами, благодаря которым получаемая энергия делается подходящей для использования в домашних сетях.
Ветрогенераторы вертикаль требуют наличие контроллера, который сделает вырабатываемый ток постоянным
  • Ни в коем случае нельзя подключать электроприборы напрямую к выводам генератора, так как это устройство в разных режимах работы будет выдавать ток разной силы и частоты.
  • После самого генератора в схему включается контроллер, который контролирует (простите за тавтологию), уровень заряда аккумулятора. На фото выше показано устройство такого типа. Как видим, на корпусе имеется 4 клеммы, к которым подключаются выходы самого генератора, аккумулятора и балласт.
  • Что есть балласт? Думаем, многие в курсе, что аккумуляторные батареи крайне не рекомендуется перезаряжать, иначе начинает закипать электролит, создается давление внутри, и устройство может под эффектный салют выйти из строя. Поэтому, как только напряжение на аккумуляторе поднимается до 14-15 вольт, что свидетельствует о его полной зарядке, питание прекращается.
  • Аккумулятор отключен, энергии идти больше некуда, ну, допустим, дома никого нет, и электричество никакие приборы не потребляют, а на улице поднялся хороший ветер, и генератор продолжает интенсивно вращаться. Что произойдет?
Ветрогенератор с вертикальным ротором
  • Если на ветрогенераторе не будет нагрузки, его вращение не будет испытывать никакого сопротивления. Лопасти раскручиваются слишком сильно, из-за чего возрастает ветровая нагрузка и возникает неприятный шум. В определенных ситуациях конструкция может попросту не выдержать и, помахав вам ручкой, улететь без обещания вернуться.
  • Следующий момент – это то, что напряжение на генераторе без нагрузки при таком интенсивном вращении может доходить до 60-80 вольт, при номинале в 12. Транзисторы контроллера в среднем рассчитаны на напряжение в 40 В — как понимаете, подобный скачок приведет к моментальному их выходу из строя.
  • Чтобы такого не происходило и используется балласт – запасная нагрузка, создаваемая резистором, лампами или тэном.

Совет! Если применить тэн, то энергия не будет уходить впустую – можно предусмотреть конструкцию, при которой, к примеру, будет нагреваться вода.

Схема подключения ветрогенератора
  • Потребляемая мощность балластом должна соответствовать максимальному показателю, который способен выдать ветрогенератор.
  • Если у приобретенного вами контроллера нет клемм для подключения балластной нагрузки, то значит, это устройство будет работать по иному принципу. Как только аккумулятор будет полностью заряжен, контроллер замкнет фазы ветрогенератора, который в результате этого остановит свое вращение. Блокировка будет держаться до тех пор, пока уровень напряжения в батарее не упадет до 13,5 вольт, после чего цикл повторится.
  • Данные устройства устанавливают только на маломощные генераторы.
  • Перед контроллером в цепи обязательно ставится диодный мост – простейшее устройство из четырех полупроводников, которое будет выпрямлять поступающий ток. Многие устройства имеют выпрямитель внутри корпуса, поэтому при подключении обязательно изучается инструкция.
Чтобы не остаться в безветренную погоду без электричества требуются аккумуляторы с хорошей емкостью
  • Итак, далее в цепи идет аккумуляторная батарея. Подойдет, в принципе любая на 12 вольт, так что за покупкой можно отправиться в магазин автозапчастей.
  • Как вы понимаете, использование ветровых генераторов, вовсе не означает, что электрическая энергия будет бесплатной. Во-первых, учтите стоимость самого устройства и оборудования для него – если вы не радиотехник, то потратиться, однозначно придется. Во-вторых, любой аккумулятор имеет определенный ресурс работы – в среднем 4-5 лет при условиях интенсивной эксплуатации.
  • Аккумулятор хорошей емкости будет вам обходиться около 5-10 тысяч рублей (цена на 2018 год). То есть, даже если убрать затраты на установку и запуск оборудования, вам придется платить от 80 до 160 рублей в месяц, не считая затрат на возможные ремонты оборудования.
  • При этом регион, в котором вы живете должен быть действительно ветренным, чтобы все затраты окупались. В общем, решать о целесообразности подобного приобретения только вам, мы же лишь знакомим вас с фактами.
Инвертор в цепи также необходим
  • Если от ветрогенератора вы планируете запитывать бытовые электроприборы, работающие от стандартных 220 вольт, вам понадобится инвертор, который будет постоянный ток преобразовывать в переменный
  • Из дополнительного оборудования хотелось бы выделить АВР (автоматический переключатель источника питания). Данное устройство в автоматическом режиме будет выполнять переключение питания при выключении ветрогенератора на общественную сеть или аварийный источник питания.

Типы вертикальных ветрогенераторов

Внешний вид и характеристики вертикальных ветрогенераторов во многом зависят от конструктивного строения этих устройств. Давайте разберем основные.

Ортогональные системы

Ветрогенераторы вертикальные 10 квт

Тех характеристика вертикального ветрогенератора ортогонального типа подразумевает не очень высокий КПД при больших габаритах, при сравнении с горизонтально-осевыми устройствами, однако независимость от направления ветра делает его более приоритетным.

  • В основе конструкции данные генераторы имеют центральную ось вращения (вертикальную) и несколько плоских лопастей, расположенных ей параллельно.
  • Все лопасти удалены от центра вращения на определенное расстояние.
  • При таком устройстве приводной механизм может быть размещен на уровне земли, что существенно облегчает техническое обслуживание и ремонтные мероприятия.

Интересно знать! Ортогональные ветрогенераторы имею непродолжительный срок службы, так как в процессе работы ротор оказывает высокие динамические нагрузки на опорные узлы конструкции. Чтобы продлить срок эксплуатации необходимо регулярно проводить осмотр опорных частей и своевременно осуществлять их замену.

Ротор Дарье

Вертикальные ветрогенераторы 10 квт с ротором Дарье

Лопасти данного генератора совсем непохожи на предыдущие. Обычно это две-три полосы характерной изогнутой формы, которые не имеют аэродинамический профиль. Крепятся они у основания и на верхушке центральной оси вращения.

  • Для турбины также не важно направление ветра.
  • Устройство способно развивать большую скорость вращения.
  • Привод также может быть размещен у основания.

Эффективность такого ветрогенератора  также не очень высока из-за тех же динамических нагрузок, которые еще ложатся и на вращающиеся узлы. При этом запустить генератор может только порыв ветра достаточной силы – если поток будет усиливаться равномерно, старта не будет.

Ротор Савониуса

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения с ротором Савониуса

Данные установки имеют лопастную систему полуцилиндрического типа.

  • От прочих конструкций данные генераторы отличает высокий крутящий пусковой момент.
  • Система способна эффективно работать даже при низкой силе ветра.
  • Мощность выпускаемых генераторов такого типа не превышает 5 кВт.
  • Они редко используются как отдельные источники энергии, применяясь в основном для создания пускового момента в роторах Дарье.
  • Из недостатков системы можно отметить большой расход металла, а, следовательно, и вес.
  • КПД устройства также ниже, чем у генераторов на горизонтальной оси.

Многолопастные роторы с направляющей системой

Ветрогенератор вертикальный 10 квт многолопастной

Данная конструкция, по сути, мало чем отличается от классической ортогональной системы, за исключением того, что ротор состоит из двух рядов лопастей (внешнего и внутреннего).

  • Внешний ряд выступает направляющим контуром. Будучи статичным, его задача состоит в улавливании потока ветра, его сжатии и направлении внутрь. Таким образом, поток ветра, фактически, усиливается.
  • Внутренний ряд вращается от потока воздуха, который отражается от внешнего под определенным углом.
  • Специалисты считают, что данные генераторы являются самыми эффективными, однако слишком высокая цена делают эту категорию устройств менее окупаемой.
  • КПД конструкции очень высокое, что позволяет ей эффективно работать даже при низких скоростях ветра.

Ветрогенераторы с геликоидными роторами

Ветряк с геликоидным ротором

Такие роторы называют еще установками Горлова. По сути, перед нами снова модификация ортогональной системы, однако лопасти используются не прямые, а закрученные по дуге.

  • Подобная конструкция позволяет легко улавливать даже незначительные потоки воздуха и вращаться плавно, без рывков, благодаря чему существенно снижается динамическая нагрузка, а основания и вращающиеся узлы работают долго и исправно.
  • Надежность таких роторов очень высока, однако ложки дегтя не закинуть не можем. Во время работы агрегата создаются достаточно громкие звуковые эффекты, включая звуковые волны, короткого диапазона.
  • Изготовление лопастей сложной формы – дело достаточно затратное, поэтому и стоимость готовой установки довольно высока.

Вертикально-осевые роторы

Осевой ротор с вертикальным расположением лопастей

Лопасти такого генератора располагаются вертикально, плавно изгибаются и немного напоминают крыло от авиалайнера.

  • Эти установки довольно быстро набирают рабочую скорость, и практически не издают шума, а значит, не мешают окружающим.
  • Конструкция очень эффективна и имеет довольно солидный рабочий ресурс.
  • Производство установки тоже нельзя отнести к самым дорогим, поэтому они пользуются хорошим спросом.

Самостоятельное изготовление вертикального ветрогенератора

Итак, сборка вертикального ветрогенератора — дело очень увлекательное, но достаточно сложное. В плане стоимости гораздо больше потянут сопровождающие устройства, но тут при желании можно сэкономить.

Основные комплектующие

Нам потребуется сделать следующие части конструкции:

  • Осевая мачта – металлическая труба, которая будет удерживать наш генератор на высоте. Можно применить и другие конструкции согласно вашей задумке.
  • Ротор – подвижная часть агрегата, которая будет задействована в выработке электрического тока. Ротор ветряного генератора будет оборудован мощными неодимовыми магнитами.
  • Статор – неподвижная часть генератора, на которой размещаются катушки индуктивности, соединенные с внешней цепью. Строение статора сильно влияет на эффективность генератора – сегодня мы разберем самодельное изделие, которое будет выдавать трехфазный ток.
  • Турбина – конструкция, состоящая из лопастей, заставляющая механизм вращаться от ветра.

Изготовление каждой детали обсудим по отдельности.

Как сделать турбину

Начнем с турбины. Ее конфигурация может быть любой. Посмотрите на следующие фото, чтобы понять до чего иной раз доходят народные умельцы в своих изысканиях.

В интернете нами была найдена следующая интересная схема сборки этого агрегата:

За основу конструкции взят прототип водяной турбины
  1. Тут мы видим соединяющий элемент, через который будет подсоединен ротор.
  2. На этой схеме показано, как будут располагаться роторы. Сделать такую разметку на шаблоне из картона не составит труда.

Высота лопастей составляет 116 сантиметров, чего достаточно для эффективной работы устройства. Можно сделать и больше, чтобы увеличить эффект парусности, но имейте ввиду, что возрастут и динамические нагрузки на конструкцию.

  • В качестве материала для оснований (верхнего и нижнего) можно использовать влагостойкую фанеру, ОСБ плиты, ABS пластик и прочие легкие материалы. Вырезаются они достаточно просто, при помощи электролобзика. Главное условие при этом, чтобы детали имели одинаковые размеры и форму.
В основании турбины просверлено 4 дополнительных отверстия для крепления роторов
  • Лопасти вырезаются из листового железа, согласно требуемым габаритам.
  • Крепление лопастей выполняется при помощи небольших металлических уголков, через болтовое соединение. В качестве шайбы используется гровер, чтобы от вибраций конструкция не разбалтывалась.

Сборка не очень сложна, так что все пройдет интуитивно, главное, не спешить, и четко соединять детали по шаблонам.

Сборка ротора

Собрать электрическую часть установки, не имея опыта в радиоэлектронике, занятие достаточно проблематичное, но все же возможное. При желании вы можете найти и готовый ротор со статором, но не каждое устройство подойдет для параметров ветроустановки, а готовый образец будет стоить много денег.

  • Итак, нам понадобится две части ротора, представляющие собой круглые пластины, на которые будет наклеены мощные неодимовые магниты. Изготовлены они из металла.
  • Основания изготавливаются одинаковыми, после чего на них приклеиваются шаблоны, которые сориентируют нас при размещении магнитов (смотрите фото выше).
  • Как видите, магнитов будет 12 штук. Приклеивать их нужно таким образом, чтобы их полярность чередовалась.
Магниты приклеены к основанию
  • Монтаж выполняется при помощи эпоксидного клея – он держит надежно и застывает очень быстро.
  • Нанесите клей на основание тонким слоем, после чего аккуратно установите магнит. Подносить его нужно с краю, чтобы избежать резкого примагничивания, иначе магнит может просто треснуть от удара.
  • Избегайте того, чтобы магниты слиплись друг с другом, так как оторвать их будет очень сложно. Возможно, резонно воспользоваться деревянной прокладкой.
  • Вторая часть ротора проклеивается аналогично, но с условием, что наклеенные магниты должны иметь обратную полярность. Чтобы сориентироваться, не помешает предварительно поставить метки на основаниях, показывая, как они будут стоять на установке.

Оставьте роторы застывать, предусмотрительно, убрав их подальше друг от друга, чтобы они случайно не примагнитились.

Статор

Статор является самой технически сложной деталью генератора. Для него нам понадобится изготовить 9 катушек одинакового размера и формы.

  • Для изготовления катушки нам потребуется простейший станок, который можно сколотить своими руками из четырех гвоздей, двух кусочков фанеры, шпильки, четырех гаек и двух шайб, водрузив все это дело на вертикальную стойку из бруса.
Как сделать катушку для статора
  • Сама катушка сделана из лакированной проволоки 0,51 мм, и содержит 320 ее витков. Если нужно большее напряжение, но меньший ток, то применяется проволока меньшего сечения, а количество витков увеличивается.
  • Вообще, параметры обмотки статора нужно тщательно высчитывать, что требует знаний и опыта. Вдаваться в подробности не будем, а лишь приведем следующую небольшую табличку.
Кол-во витков Сечение проволоки Напряжение при оборотах
320 0,51 мм 100В/120 об
160 0,0508 мм 48В/140 об
60 0,0571 24В/120 об

Если опыта в наматывании катушек у вас нет, то помните просто следующие важные вещи:

  • Количество витков обязательно одинаковое;
  • Укладываются витки в одном и том же направлении;
  • Отмечайте начало и конец катушки;
  • Чтобы не допустить произвольного разматывания катушки, обмотайте ее изолентой и залейте эпоксидкой.
  • Вам понадобится вощеная бумага, на которой делается чертеж, разбивающий окружность на 9 частей.
  • Положение катушек должно соответствовать расположению магнитов на роторе.
Схема подключения катушек
  • Катушки соединяются в три независимых контура, как показано на схеме выше. Соединения лучше всего спаять и заизолировать.
  • Затем полученные шесть выводов соединяются по одной из схем: звезда (x, y, z соединяются вместе) – позволяет получить большее напряжение; треугольник (x–b, y-c, z-a) – на выходе будет увеличенный ток.
  • Уложите катушки на бумагу и зафиксируйте их положение скотчем.
  • Чтобы эпоксидная смола не растекалась, сформируйте внутренний и внешний круг из стекловолокна.
  • Тестово прозвоните катушки на предмет замыкания, и залейте пространство между ними.
В статоре нужно проделать отверстия под шпильки от кронштейна

Сборка генератора

Схема готового генератора

Для окончательной сборки вам потребуется смастерить кронштейн, который будет удерживать статор в неподвижном положении, тогда как роторы будут вращаться снизу и сверху.

Вот, как это все будет выглядеть в сборе.

  • Мы видим, что статор связывается с кронштейном через три длинные шпильки.
  • Роторы отнесены от статора на одинаковое расстояние, которое также задается шпильками с втулками заданной длины.
  • Чем меньше расстояние между деталями, тем эффективнее генератор, но возрастает риск повреждения конструкции при сильном ветре. Если обмотку протрет, то может произойти короткое замыкание.
  • Вращение ротора на оси можно организовать при помощи автомобильной ступицы, под которую в основаниях турбины и роторов и были сделаны отверстия.
  • Фиксируется ось ступицы в кронштейне за счет шести болтов закручиваемых по периметру трубы.

На этом сборку ветрогенератора можно считать оконченной. Вам осталось только выбрать место для установки, зафиксировать установку и подключить ее по уже описанной схеме.

На этом, пожалуй, завершим наш материал. Мы узнали основные характеристики вертикального ветрогенератора, его строение, преимущества вертикальных ветрогенераторов перед моделями с горизонтальной осью, а также поделились информацией по самостоятельной сборке данного устройства. Надеемся, материал был для вас полезным и познавательным. Прилагаем еще и видео, содержащее много полезных советов. Всего хорошего.

elektrik-a.su


Смотрите также