0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ветрогенератор своими руками

Ветрогенератор своими руками


Изготовление устройства, генерирующего электроэнергию из силы ветра, позволяет существенно снизить затраты на энергоснабжение частного дома. А если ещё и сконструировать ветрогенератор для дома своими руками – то можно сэкономить на покупке довольно дорогостоящего устройства.

Как работает парусный ветрогенератор

В качестве прототипа современных парусных ветрогенераторов выступал обычный ветряк-водокачка. Он преобразовывал ветряную энергию сначала во вращательное, а потом — в возвратно-поступательное движение. За счет этого двигалась помпа, которая подавала воду из скважины. Удивительно, но такие ветряки существуют и по сей день. Их популярность обусловлена надежностью и простотой конструкции.

Внешне старые и новые модели практически идентичны. Разница в материале, используемом для лопасти. У ветряков старого образца лопасти были cделаны из жестких материалов, а у современных — из мягких (брезент, парусина, нетканые слоистые материалы). По своему предназначению старые и новые ветряки тоже различаются: они выполняют разные функции. Водокачки использовались для подачи воды, а нынешние ветряки — для добычи электроэнергии.

Устройство и принцип работы современных парусников

Главная задача ветрогенератора парусного типа — превращать энергию ветра во вращение. Таким образом и получается электричество. На лопасти замкнутой или незамкнутой формы натягивается материал на манер лепестка. Сам парус представляет собой треугольник с вершиной у самого центра вращения. Одна из сторон этого треугольника должна примыкать к вершине и не присоединяться к раме.

Под силой давления ветра парус слегка прогибается, после чего начинает вращаться. В отличие от ветряков другого типа, парусник стартует даже при низких колебаниях ветра: генератор начинает работу со скорости ветра 3-4 м/сек. Даже при столь небольших скоростях генератор способен заряжать аккумуляторы!

Секрет эффективности парусников в форме лопастей. Они напоминают собой цветочные лепестки. Поэтому порыв ветра, попадая в такой раструб, «наращивает плотность» и действует на лопасти с максимальной силой. Вспомните детские игрушки-ветряки, способные вращаться при малейшем колебании ветра: парусник работает по тому же принципу.

Выбор конструкции ветроколеса

Ветряное колесо — самая важная часть ветрогенератора. Именно оно преобразует энергию ветра в механическую. И от его конструкции зависит выбор всех остальных узлов, например, генератора электрического тока.

Наверняка, всем хорошо знакома форма ветряных колёс старинных ветряных мельниц. Это как раз тот случай исключение, когда всё забытое старое не всегда хорошо. Такие ветроколёса ветряной мельницы имеют очень низкий КИЭВ порядка 0,10-0,15, что намного меньше КИЭВ современных быстроходных крыльчатых колёс, которое достигает 0,46. Всё потому, что низкие познания в аэродинамике старинных мастеров не позволяли им сконструировать более совершенную конструкцию.

На рисунке изображена работа двух типов лопастей: парусной (1) и крыльчатой (2). Для того чтобы сделать парусную лопасть (1), достаточно просто прикрепить листовой материал к оси, расположив под углом к ветру, то есть по аналогии с ветряными мельницами древности. Но при вращении такой лопасти она будет иметь значительное аэродинамическое сопротивление, которое возрастает с увеличением угла атаки. Также на её концах образуются завихрения, и за лопастью возникает зона пониженного давления. Всё это делает парусные лопасти неэффективными ветровыми движителями.

Гораздо более эффективной является лопасть крыльчатого типа (2). При такой форме лопасти, которая похожа на крыло самолёта, потери от трения и разрежения сведены к минимуму. Что касается угла атаки лопасти, то на практике установлено, что наиболее оптимальный угол составляет 10-12º. При более высоком угле атаки прирост мощности в результате более высокого давления ветра на лопасть не покрывается ростом аэродинамических потерь.

Читать еще:  Самодельные крылья для велосипеда

Конечно, есть много других интересных типов ветровых двигателей, например, вертикально-осевые роторы Савониуса или роторы Дарье. Но все они имеют более низкие коэффициенты использования энергии ветра при более высокой материалоёмкости (в сравнении с крыльчатыми колёсами). Например, установка с ротором Савониуса диаметром 2 метра и высотой 2 метра при тихом ветре 4 м/с будет иметь полезную мощность 20 Вт. Такую же мощность выработает шестнадцатилопастный крыльчатый винт диаметром всего 1 метр.

Поэтому мы не будем «изобретать велосипед» и сразу за основу возьмём конструкцию, где используются лопасти крыльчатого типа с горизонтальной осью вращения. Именно этот тип ветряного двигателя имеет максимальный КИЭВ при минимальном расходе материалов. Неудивительно, что такая конструкция используется почти в 99% всех действующих промышленных ветровых электростанциях.

Прежде всего, нужно выбрать число лопастей. Наиболее дешевыми являются двух- и трёхлопастные ветроколёса, но они являются быстроходными и обладают следующими недостатками:

— высокие рабочие обороты приводят к возникновении больших центробежных и гироскопических сил. Гироскопические силы нагружают ось генератора, крепления и мачту, а центробежные стремятся разорвать лопасти на части. Так, окружная скорость концов лопастей быстроходных двухлопастных ветроколёс нередко достигает 200 м/с и более. Для сравнения скорость пули, выпущенной из винтовки Бейкера 1808 г., равнялась 150 м/с. Таким образом, осколки разлетающегося сломанного винта могут ранить или даже убить человека. По этой причине никому не рекомендуется изготавливать лопасти высокоскоростных ветроколёс из пластиковой трубы. Для этих целей лучше подходит более прочная на растяжение древесина. Изготовление же лопастей из дерева весьма трудоёмкий процесс.

— известно, что чем быстрее вращаются лопасти, тем больше сила трения о воздух. Поэтому лопасти быстроходных ветроколёс гораздо более требовательны к аэродинамическому качеству изготовления. Даже небольшие погрешности сильно снижают КИЭВ быстроходных лопастей. Крайне нежелательно делать быстроходные лопасти вогнутыми, они должны иметь форму крыла самолёта. Изготовить же лопасти тихоходного винта гораздо проще для любителя. Нужно сильно «постараться», чтобы сделать лопасть для тихоходного винта из разрезанной трубы с КИЭВ хуже 0,3.

— быстроходные ветродвигатели издают сильный шум при вращении, ведь даже аэродинамически высококачественные лопасти при быстром вращении создают значительные зоны сжатий и разряджений воздуха, а кустарно изготовленные лопасти и подавно. Соответственно, чем больше окружная скорость и размеры лопасти, тем больше шум. Поэтому мощный быстроходный ветряк нельзя просто установить на крыше дома или в огороде при плотной застройке, иначе Вы рискуете просыпаться ночью от шума взлетающего вертолёта и испортить отношения с соседями в придачу.

— чем меньше лопастей у ветроколеса, тем больше вибрации. Поэтому ветроколёса с малым числом лопастей (2-3) будет труднее сбалансировать.

Учитывая все эти недостатки быстроходных ветроколёс, для более-менее мощного «ветряка» лучше выбрать число лопастей не менее 5-6.

Теперь основываясь на данных табл. 1, давайте прикинем, какой максимальной длинны лопасти подойдут для изготовления несложной электростанции. Очевидно, шестилопастный винт диаметром 2,5-3 м будет сложен в изготовлении. Представьте себе хотя бы процесс балансировки такого винта и его установку на мачту, которая в свою очередь должна быть довольно прочной, чтобы выдержать вес такого винта и аэродинамические нагрузки. А вот шестилопастный винт диаметром 2 метра или около того будет по силам энтузиасту для изготовления своими руками.

Возможно у кого-то возникнет соблазн, не посчитаться с затратой материалов и ещё больше увеличить количества лопастей для увеличения полезной мощности ветроустановки. Так, при числе лопастей двухметрового винта равным 12 мощность при «свежем» ветре (8 м/с) достигнет почти 500 Вт. Но такое дорогое ветряное колесо получиться слишком тихоходным, а значит, неизбежно потребует применения отдельного редуктора, что сильно усложнит конструкцию ветровой электростанции.

Таким образом, наиболее оптимальной является конструкция винта ветрогенератора диаметром 2 м и количеством лопастей равным 6.

Сколько стоит ветряк

Для того чтобы купить ВЭС заводского производства в России можно сравнить цены на ветряки для выработки электроэнергии от различных производителей. Лучше всего для этого указать в запросе поисковой системы свой регион, это позволит быстрее найти поставщиков, которые работают ближе к планируемому месту установки ветряка и сэкономить на доставке и установке. Например, при необходимости организовать электроснабжение дачи в Ленинградской области, в поисковой строке можно набрать следующий запрос: «купить ветряк для частного дома цена СПб».

Читать еще:  Самодельная логопериодическая антенна для GSM модема. Изготовление и подключение

Приобрести можно как комплекс целиком, так и отдельные детали. Если лопасти и ротор можно изготовить самостоятельно, то генератор для ветряка можно купить по сравнительно низким ценам.

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения.Схема и конструкция роторных вертикальных ветрогенераторов

Общая характеристика вертикальных ветряков

Такие устройства имеют некоторые преимущества перед ветрогенераторными устройствами с горизонтальным расположением оси. У них отсутствуют узлы для ориентации на ветер, что упрощает конструкцию и снижает гироскопические нагрузки. Разработано большое количество разнообразных ветрогенераторов с вертикальной осью вращения (рис. 6.1),
Рис. 6.1. ветрогенератор с вертикальной осью вращения:в которых
для создания вращающего момента используются силы сопротивления и подъемная сила рабочих лопастей.
Это устройства с пластинчатыми, чашеобразными или турбинными элементами, а также роторами Савониуса с лопастями S-образной формы. Ветрогенераторы такого типа имеют большой начальный момент, но меньшую быстроходность и мощность но сравнению с ротором француза Дарье, который в 1920 году предложил эту конструкции». Этот ротор интенсивно разрабатывают, начиная с1970 года, специалисты во многих странах. В настоящее время ветрогенератор Дарье может рассматриваться в качестве основною конкурента ветрогенераторов кольчатого типа.[ad#строчный]
Ротор конструкции Дарье относится к Ветрогенератору с вертикальной осью вращения, использующим подъемную силу, которая возникает на выгнутых лопастях, имеющих в поперечном сечении профиль крыла. Его недостаток — малый начальный момент, преимущество большая быстроходность и в силу этого — относительно большая удельная мощность, отнесенная к ею массе. Для устранения главного недостатка и с целью увеличения начального момента ротор Дарье комбинируют с различными типами стартеров, например ветряк с ротором Савониуса.

1- ротор Савониуса; 2 — ротор Савониуса многолопастный; 3 — ротор пластинчатый; 4 — ротор чашечный: 5 — ротор Дарье Ø-образный;6 — ротор Дарье Δ-образный; 7 — ротор с прямыми крыловидными лопастями (Giromill) 8 -ветрогенератор с криволинейными пластинчатыми лопастями; 9 — роторы Дарье Ø-образный и Савониуса; 10 — ротор Савониуса щелевой; 11- ротор с использованием эффекта Магнуса; 12 -ротор с несущими парусными плоскостями; 13 — ветроколесо с рефлекторным устройством; 15 — ветроколесо с трубой Вентури; 16 — ветроколесо с
вихревым устройством.
В роторе другого типа с вертикальной осью вращения используется эффект Магнуса; к таким роторам с вращающимися цилиндрами можно отнести конструкции Мадараса и Флетшера. При набегании ветрового потока па вращающийся цилиндр в соответствии с эффектом Магнуса действует сила, перпендикулярная направлению потока.Эти устройства способны приводить в движение суда или сухопутные транспорте средства. Распределение силы показано на рис. 6.2 и 6.3.

В ряде случаев ветрогенератор улучшает отдачу мощности при наличии направляющего дефлектора (см. рис. 6.1) и эжектора в виде трубы Вентури (см. рис. 6.1: 15).
Известна также ветрогенераторы с ротором вертикально-осевого вращения, располагаемая на трубе (или башне), внутри которой генерируются восходящие вихри (см. рис. 6.1: 14). Одновременно в такой башне предусматривается нагрев воздуха путем непосредственного использования солнечного излучения или сжигания топлива с последующим расширением воздуха, вследствие чего создается эффект газовой турбины, которая вместе с ветрогенератором устанавливается на выходе башни. Для повышения экономичности ВЭУ с такими башнями и ветродвигателями, работающими с использованием подъемной силы в ветровом потоке, последние должны быть по возможности большой мощности: от 1000 до 20000 кВт.
При этом размеры ветрогенераторов ограничиваются напряжениями, возникающими в конструкции опор, лопастей и других нагруженных элементов.
Поэтому ветрогенераторы должны иметь возможно меньшую массу, а в качестве движущей силы — подъемную силу, чтобы иметь большую быстроходность при больших значениях коэффициента использования энергии ветра.

Преимущества ветряков с вертикальной осью вращения ,

[adsense_id=»1″]
которые дают более сильные и более устойчивые ветры, могут быть реализованы при размещении ветрогенераторов на береговой территории водоемов или в прибрежных водах. Ветроустановки башенного типа, предназначенные для образования и использования вихрей в целях увеличения скорости потока и градиента давления в зоне ветрогенераторного устройства могут использоваться после изучения законов скоростей при вихре образовании.

Читать еще:  Самодельная мыльница из бутылки от шампуня

Конструктивные схемы ветрогенераторов с вертикальной осью вращении

В связи с перпендикулярным направлением действия ветра на ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения потребовалось применение системы ориентации и сравнительно сложных способов съема мощности. Это снизило их эффективность и усложнило конструкцию ветродвигателей.
Ветрогенератор с вертикальной осью вращения вследствие своей геометрии при любом направлении ветра находятся в произвольном положении. Кроме того, такая схема позволяет за счет удлинения вала расположить редуктор с генератором в основании башни (рис. 6.5).

рис. 6.5. Конструктивная схема ветрогенератора с вертикальной осью вращения типа Дарье»: 1- стартер (ротор
Савониуса); 2 — вал; 3 • электрогенератор; 4 — тормозное устройство; 5 — рабочая попасть; б — растяжки; 7 — рама; К преобразователь напряжения; 9 — аккумулятор

К наиболее распространенным типам вертикально-осевых ветроколес относится ротор конструкции Дарье.

В нем вращающий момент создается подъемной силой, возникающей на двух или трех тонких изогнутых несущих поверхностях, имеющих аэродинамический профиль. Подъемная сила максимальна в тот момент, когда лопасть с большой скоростью пересекает набегающий воздушный поток. Ротор Дарье раскручиваться самостоятельно не может, поэтому для его запуска обычно используется генератор, работающий в режиме двигателя, или стартер, носящий название ротора Савониуса. Это колесо также приводится в движение силой сопротивления.
Его лопасти выполнены из тонких изогнутых листов прямоугольной формы, отличаются простотой и дешевизной. Вращающий момент создастся благодаря различному сопротивлению, оказываемому воздушному потоку вогнутой и выгнутой лопастями ротора. Из-за большого геометрического заполнения это ветроколесо обладает большим крутящим моментом и используется для перекачки воды.

Разработано значительное количество схем ветрогенераторов с вертикальной осью вращения.

[adsense_id=»1″]
По ряду конструктивных признаков некоторые из них более предпочтительны даже по сравнению с пропеллерными установками, особенно для эксплуатации в регионах с высоким ветровым потенциалом. Например, весьма перспективны схемы ветрогенераторов, изображенные на рис. 6.6 — 6.11.

Рис. 6.6. Ветроэлектрический флюгера к планетарным колесам Рис. 6.7. Вариант крепления агрегат (общий вид)

Рис. 6.8. Кинематическая схема устройства поворота лопастей ветрогенератора с вертикальной осью

Ветрогенераторный агрегат содержит вертикальный вал -1, установленное на нем ветроколесо с поворотными лопастями- 2 и горизонтальными несущими траверсами-3, генератор устройства поворота, включающего
тяги- 2. Устройство поворота снабжено кривошипно-шатунными механизмами, шатун 6 каждого из которых с помощью рычагов 7 и шарниров связан с другими концами тяг 4 и 5 каждой пары. При выполнении ветроколеса с флюгером 8 устройство поворота имеет планетарную передачу, планетарные колеса 9 которой связаны с кривошипами 10 механизмов, а центральное колесо 11-е флюгером 8. При выполнении ветроколеса с другим креплением флюгера 8 устройство снабжено дифференциальной передачей, состоящей из двух соосных центральных колес 12 и 13 соответственно с внешним и внутренним зацеплением и входящими с ними в зацепление планетарными колесами 14, причем центральное колесо 11 внешнего зацепления связано с кривошипами 10 механизмов, а планетарные колеса 14 — с
флюгером 8.

Как ухаживать за ветрогенератором

Ветряки не требуют включения от внешних источников питания, они полностью автономны, благодаря чему запускаются самостоятельно даже при очень слабом ветре. Ветрогенераторы для дома своими руками могут прослужить десятки лет, для этого следует придерживаться нескольких правил:

  1. Чтобы металлические компоненты ветровой электростанции не сгнили под атмосферными осадками, их стоит красить каждые 2 года
  2. Дважды в год смазывать подшипники в генераторе и поворотном узле
  3. Ветроколесо – самое уязвимое место всей конструкции и может с легкостью разбалансироваться при сильном ветре. Примером разбалансировки может служить излишнее дрожание лопастей. Если дефект ветроколеса был обнаружен, то его следует немедленно снять и провести ремонтные работы

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector