Ветровые аэраторы воды
Решил свои наработки выложить отдельной темой.
Много было экспериментов и испытаний (и сейчас, в данный момент, проходят испытание все новые идеи ), много ошибок, но и удачные решения тоже были найдены, которые кстати, уже сработали на спасение рыбы.
Почему отдельной темой - предлагаю тем, кто заинтересован, обсудить именно конструктивные части. Может, вместе найдем более эффективные решения.
Поиск по инету результатов не дал ни 3 года назад, ни сейчас. Сейчас кругом ссылки на мои видео в ютубе
Продолжение следует...
Регистрация: 06.10.08 Сообщения: 16.642 Благодарности: 18.507
Итак, с чего все началось:
Купив участок с водоемом, но без електричества, столкнулся с проблемой зимнего замора. Тотального.
Начал искать в инете.
Идея електроветрогенератора отпала сразу. В поле его украдут. Вместе с электрооборудованием аэрации воды.
Таже участь ожидала бы и солнечные панели.
Решил попробовать найти применение энергии ветра напрямую, простым механическим передаванием энергии ветра воде.
Создал тему , для возможной подсказки от форумчан.
Попутно изучал все возможные виды лопастей ветряков. Многое узнал о силе ветра, о непроциональности его силы с увеличением скорости, его нестабильности и прочем.
Самые эффективные по сьему енергии с ветра оказались самыми сложновыполнимыми технически.
Самые простые и прощающие огрехы выполнения остались ротор Савониуса и многолопастной (ромашка).
В "ромашке" прельщало возможность использования малых ветров. Но вместе с тем и требования по повышенной прочности, так как в ураганные ветра его сильно ломает.
Я попробовал сделать ромашку малого размера, всего 1 метр диаметром. К сожалению, фото того творчества не осталось. Разумеется, "на коленке" качественно не получилось. Но он вращался. Реально я увидел, что энергия в воздухе есть.
Но с "ромашкой" остальное оказалось еще больше сложнее реализовать.
Надо было делать ориентир по направлению ветра, и одновременно передачу энергии в воду. Без сложнейшей токарки тут не было возможным обойтись. И плюс борьба с поломками ураганом. Это выходило совсем недешевое удовольствие.
Я стал рассматривать ротор Савониуса.
Оказалось, он самый неэффективный по сьему энергии ветра (КПД).
Но он оказался самым простым в исполнении. Его исполнение прощало многие огрехи в исполнении.Продолжение следует...
Регистрация: 06.10.08 Сообщения: 16.642 Благодарности: 18.507
Первый ветрячок савониуса, что я сделал, тоже не был запечатлен для истории.
Как я думал вначале, надо сделать ка можно легче его, чтобы он стартовал при минимальном ветре.
Поэтому была взята метровая шпилька М6, и на нее надеты две половинки прозрачной пласстиковой бутылки. И таких лопасти было две. Вверху подшипник, внизу пластинка из жести, которая гоняла воду.
Конструкция работала. Она крутилась при почти полном безветрии. Даже лицом не чувствуется, о она крутится.
Но энергии было очень мало. Слишком мала площадь сбора ветра. И ночью, при полном штиле, она замерзала.
Я пошел дальше. У меня по работе была куча ведер. Я решил из них сделать лопасти. Они были доступными, они были больше и крепче.
Вот в первом сообщении есть и видео этих ветряков, и описание. Поэтому повторяться не буду.
Таких ветряков на канал в 10 соток стояло 8 штук. Она вроде бы работали. Но был большой минус- они постоянно в безветренную ночь замерзали, и каждое утро надо было их чистить.
А по весне оказалось, что они не сработали. Мор прошел, трупов было огромное множество. Может, мор был и не тотальным.
Но на этих ветряках я понял одну вещь- как распологать лопасти относительно друг друга. Они должы были быть не примкнуты к оси ветряка, а с перехлестом друг друга. Только они работали намного качественнее.
На следующую зиму я решил изменить кардинально все. Ибо уже имел представление более-менее, что мне надо сделать.
Первое - увеличить мощность.
Второе -сделать антивмерзатель, чтобы не замерзало ночью и ветряк бы работал автономно и без полных остановок.
Третье- сделать конструкцию жесткой, т. е. чтобы ветряк не болтался бы на верхнем подшипнике, а стоял жестко закрепленным.
Четвертое - вместо жестянки для движителя воды сделать пропелер. Это даст больший потов коды и равномерное ее движение.
Для лопастей была использована пластиковая бочка на 200 литров. Сделал вначале и ведро сверху, боялся, что не будет стартовать из метрвой точки. Скажу сразу -это было заблуждение, потмо его убрали, при ремонте ветряка.
Сделан антивмерзатель. (все на видео)
http://www.youtube.com/watch?v=RYbgkM5LUCA
Ветряк закреплен на раме из колов и снизу, и сверху.
Для пропелера использовали лопасти вентилятора радиатора машины.
Вначале поставили, как и малые ветряки из ведер, на два кола, без распорок. Впоследствии, ураган положил всю конструкицю в в воду. потом пришлось после замерзания все вырубать.
так вот, сделав ветряк, поехали его ставить. Было ветрено. Установив его, мы были поражены энергии. Вода буквально бурлила.
Приехав через сутки, вместо 40 см лунки под ветряком была полынья в 3 метра. Лед на момент установки ветряка был 42 см. Это все размыло.
Могу сказать, что первый это ветряк ремонтировали только один раз - когда его положило из-за отсутствия раскосин. Установив раскосины, Больше не рази до весны ничего не делали. Однажды дыла очень морозная и безветренная ночь. риехав уртом, увидели замерзщий ветряк. Лед был более 5 см. Специально не чистили. утром уже поднимался ветер. К обеду полынья полностью восстановилась до прошлых размеров. Когда была оттепель, полынья увеличивалсь до 6-8 метрво диаметре. Весной это место растаяло на несколько недель раньше всего пруда.
Результат- мор был, но не сильным. Много было видно живой рыбы. Ветряк сработал, и очень хорошо. Было видно, что жизнь в пруду была.
Это радовало. Это показало работоспособность идеи.
Да, Вот весенне видео. Я наступил на нижнюю перекладину, и она сломалась. Оставили так, а потом ветер закинул ветряк на бок.
http://www.youtube.com/watch?v=rdgi9v5968U
Столкнули и так и работал.
http://www.youtube.com/watch?v=kzFHXMnKItg
Кстати, ветряк работал потом еще почти все лето. За это время он прошел проверку на прочность. Потом протерло пластины, держащие подшипник, и он упал в воду.Продолжение следует.
Регистрация: 06.10.08 Сообщения: 16.642 Благодарности: 18.507
В следующую зиму с самого тонкого льда достали тот упавший ветряк, его перебрали, и сразу поставили. У меня уже было начато изготовление по прошлому опыту уже другого ветряка. Более крупного.
Что намечалось:
1. Было решено полностью сделать в раме. Это давало очень хорошую соосность, что убирало лишние помехи. Ибо на самом малом ветру любой ватт энергии важен.
2. Сделать с двумя лопастями. Это для ликвидации "мертвой точки".
3. Плюс было задумано из-за увеличения мощности сделать редукцию на увеличение оборотов винта.
4. Появилась задумка сделать боковое движение воды. Получалось, что в прошлой версии винт обогащал воду довольно локально возле ветряка. Заставив ветряк все время подтягивать свежую воду, больше кислорода поглашалось водой, а также хорошо должно было разгазовывать от вредных газов.
5. Небольшая модификация антивмерзателя. Под сальник была в прошлой версии сделана втулка из полиуретана. По ней не так хорошо скользил сальник, как по металлу. Но так как эта втулка в воде, решено было сделать из нержавейки. Плюс полиуретан очень сильно изменял форму от тепла и мороза, что тоже влияло на геометрию.
Что получилось:
1. Сделано. Полностью оправдало идею.
2. Сделано. Также полностью оправдало себя. Плюс, из-за увеличения высоты и совокупности снятия энергии, такая конструкция оказалась процентов на 30-50 шустрее, чем однолопастные ветряки.
3. Не получилось. Сделать редукцию пробовал через велосипедные звезды. А там нужна была точная токарная работа, "на коленке" не получилось, постоянно скидывало цепь. Идея была не реализована.
4. Было сделано. Задумка оправдала себя. В последующем разобрана эта часть и сделано по-другому. Сейчас проходит испытания другой вариант. Почему другой- опишу чуть позже. Идея- сделать более функционально.
5. Сделано. Очень оправдало себя это изменение. Сопротивление уменьшилось очень сильно.
Продолжение следует...
Регистрация: 06.10.08 Сообщения: 16.642 Благодарности: 18.507
Итак, в том году, когда сделал рамный ветряк, погода была никакая. Лед встал, но 5-7 см, и потмо снегом накрыло. Он был рыхлый, страшно было выходить. Ставил по 5 см льду. очень неудобно. Край полыньи, он обламывается, близко не подойти. Искупался по пояс один раз (успел схватится за шесты и выскочил).
Поставил. Но во время установки немного повернулся ветряк, и задумка была немного сбита: была идея направить струю от нижнего бокового пропеллера ровно по каналу. А в итоге сместилось в сторону, и шло на бок канала.
И так ветряк стоял до сильного льда, когда можно было подойти к нему для работ. И по сильному льду поставили третий ветряк.
Видно продолговатую полынью от ветряка. Это так размыло боковым пропеллером.
По хорошему льду ветряк положил и попытался повернуть, чтобы направить струю ровно по каналу. Из-за неосторожного движения ветряк упал незакрепленный, и рама слегка погнулась. Незаметно, но было видно, что подтирает где-то по посадочным гнездам. Потом нашли это место, и трущуюся место убрали. Но факт остается фактом: надо быть очень аккуратным.
Но все равно ветряк повернуть не удалось. Так и оставил.
Тогда было надумано сделать боковое движение по-другому. Взять тросик от спидометра и силу кручения передать через него сразу на пропеллер, расположенный боком.Продолжение следует...
Регистрация: 29.05.11 Сообщения: 11.751 Благодарности: 4.345
Регистрация: 06.10.08 Сообщения: 16.642 Благодарности: 18.507
Регистрация: 06.10.08 Сообщения: 16.642 Благодарности: 18.507
По ходу использования\испытания ветряка вылазили всякие "болячки".
К примеру, антивмерзателе вначале сделали стулку на сальник из полипропилена. оказалось, он на морозе меняет геометрию, вода потихоньку набирается в антивмерзатель и в одно прекрасное утро видишь вставший колом ветряк. Решили снять антивмерзатель, заказать у токаря втулку из нержавейки и заменить.
Это открыло глаза на новую конструктивную недоработку. Нужно было делать антивмерзатель отьемным от оси, без снятия самого ветряка. Вначале было сделано из общей шпильки. Пришлось распилить шпильку ножовкой, а в последующем соединить длинной женительной гайкой.
Но распилив даже ось, снять антивмерзатель без снятия (ложения на лед) самой рамы ветряка не получилось. Оказалось, что подшипник в нижнем гнезде и пропеллер после него не давали вытащить. Подшипник выходил из гнезда, а пропеллер не давал.
Проходилось ложить и подетально разбирать (наклонившить над полыньей, куда не один оброненный ключ утонул ), но уже в голове родилась мысль, как это обойти.
Когда положили, я решил сделать отвод воды вбок не жестью, как на видео, а через спидометроввый троссик. На последнем видео видно, как. Оказалось, что "на коленке" тросс хорошо зажать не получилось.
В итоге и жесть была снята (вернее, сбита, так как была на сварке), и уже обратно не поставить на льду, и с троссиком не получилось. Несколько раз делали, все без толку.
Так и работал до весны ветряк.
Весной при шквальном ураганном ветре ветряк поломало. Надо сказать, весенние ветра один из трех ломали и ломают каждую весну. В разных местах. В этот раз рама и вся конструкция устояли, а вот лопасти не выдержали. Оторвало одну лопасть, она заклинила в раме, тогда нижняя лопасть прокрутилась ветром по шпильке, на резьбе сьехала до самого низа и заклинилась. А может и наоборот, не знаю. Но результат был таков. Но это уже по весне, лед был дряхлым, полынья огроменная. Уже зима прошла.
Я так ветряк и оставил. Он стоял весь год до этой зимы.
В этом году этот пруд спустил и оставил промораживаться. Но у меня в основной канал мелиорация сведена, там постоянно течет вода, и не замерзает. Снимали в середине зимы, по льду в 5 см, и то напарник провалился.
Сняв, увидели очередную конструктивную недоработку: надо было опять все пилить, чтобы снять лопасти для ремонта.
Это было исправлено. Теперь каждая деталь из каждого отсека рамы снимается автономно, без разбора соседних частей.
Заметил интересную вещь: где стояли крышечки над подшипником, подшипник как будто только поставлен - весь в масле и работает как новый. Где крышечки не было, состояние подшипника было неважным. Теперь все подшипники накрываем крышкой и оверстие оси проходим силикономПереставили все ветряки на 6 га.
Но 3 штуки на 6 га- очень мало. Буду добавлять. Но чтобы добавлять, надо отработать конструкцию до идеала, чтобы мог работать в полностью автономном режиме.Продолжение следует.
Регистрация: 06.10.08 Сообщения: 16.642 Благодарности: 18.507
Переставив ветряки, задумал сделать антивмерзатели из из металлической трубы, с токаркой под подшипники. Дело в том, что первый вариант с пластиковой трубой не давал точной соосности, что так же давало лишнее сопротивление при прокручивании антивмеразателя.
Собранный сделанный на токарке точный антивмерзатель порадовал своей симметричностью. Сопротивление снизилось, и очень существенно. Его почти не было. Даже на самом малом ветре ветряк не останавливался от воздействия зажатого антивмерзателя. Эта металлическая труба была покрашена в черный цвет, чтобы солнце помогало оттапливать его.
Но тут появился другой фактор, который я не учел. Металлическая труба была намного теплопроводнее, чем пластик, и в безветрие она промерзала по трубе вглубь в три раза глубже, чем сам лед нарастал за безветренную ночь. Из-за этого хоть антивмерзатель был установлен на 10 см ниже уровня воды, он замерз. Холод прошел по трубе вглубь, обморозил трубу, и снизу захватил шпильку. Через прозрачный лед было видно, как в глубине труба вся покрыта иглами замершего льда. Красиво. Но вредно.
На одном ветряке, где антивмерзатель был опущен глубже, там не промораживало. Теперь думаю, как сделать лучше - или засунуть в пенопласт, или глубже опустить трубу антивмерзателя.
Пока не решил. тут были ночью ветра, поэтому пока работают- пусть работают.
Задумал все же сделать толкание воды вбок. Для этого у токаря заказали запрессовку троса в шпильку. Показано на последнем видео.
Сделали три таких тросика.
Первый раз пропеллер установили на шпильке. Но при вращении ветряк собирал тросик в кучу, скручивал. Но работало, движение воды было сильное.
На следующий день мы решили исправить это стягивание, и сделали нижний подрамник (на днях постараюсь сделать видео), где все было у же жестко закреплено в раме. И вторую сделали на пластине, чтобы поставить на однолопастной ветряк. Приехали, а первый тросик переломан. Списали на плоху установку, что его скрутило.
Все собрали и установили. Все работало просто идеально.
Это было позавчера. Сегодня приехал и вижу, что оба боковых пропеллера стоят, а ветряк крутится. Значит, оба тросика опять переломало. Значит, получается, что тросик не держит. Идея оказалась заведомо проблемной.
Теперь я буду возвращаться к первоначальной идеи, когда пропеллер стоит на оси, а сама вода поворачивается за счет препятствия из жести.Продолжение следует...
Увеличение интереса пользователей к альтернативным источникам электроэнергии вполне объяснимо. Отсутствие возможностей для подключения к централизованным сетям вынуждает использовать другие методы обеспечения жилья или временных пунктов проживания электроэнергией. Доля постоянно возрастает, так как приобретение промышленного образца - дело весьма затратное и всегда достаточно эффективное.
При создании ветряка следует учитывать возможность шквальных порывов ветра и принимать соответствующие меры предохранения конструкции от них.
Для чего нужна защита от сильного ветра?
Работа ветрогенератора рассчитана на определенную силу ветра. Обычно во внимание принимаются средние показатели, типичные для данного региона. Но при усилении ветрового потока до критических значений, что иногда случается в любой местности, возникает риск выхода устройства из строя, а в некоторых случаях - полного разрушения.
Оборудованы защитой от подобных перегрузок либо по току (при превышении допустимого значения напряжения срабатывает электромагнитный тормоз), либо по скорости вращения (механический тормоз). Самодельные конструкции также необходимо снабжать подобными приспособлениями.
Рабочие колеса, особенно снабженные , при больших скоростях вращения начинают действовать по принципу гироскопа и сохраняют плоскость вращения. В таких условиях хвост не может выполнять свою работу и ориентировать устройство по оси потока, что приводит к поломкам. Такое возможно даже если скорость ветра не слишком велика. Поэтому приспособление, замедляющее ход рабочего колеса, является необходимым элементом конструкции.
Возможно ли изготовление приспособления своими руками?
Изготовление приспособления вполне возможно. Мало того, это является абсолютной необходимостью. Тормозное устройство должно быть предусмотрено еще на стадии проектирования ветряка. Параметры работы приспособления необходимо как можно тщательнее рассчитать, чтобы его возможности не оказались слишком низкими по сравнению с реальными потребностями конструкции.
Прежде всего надо выбрать способ реализации тормозного устройства. Обычно для таких конструкций используются простые и безотказные механические приспособления, но могут быть созданы и электромагнитные образцы. Выбор зависит от того, какие ветра преобладают в регионе и какова конструкция самого ветряка.
Самый простой вариант - изменение направления оси ротора, производимое вручную. Для этого потребуется лишь установить шарнир, но необходимость выходить при сильном ветре на улицу - не самое лучшее решение. Кроме того, не всегда имеется возможность ручной остановки, так как в этот момент можно находиться далеко от дома.
Принцип действия
Существует несколько механических способов торможения рабочего колеса. Наиболее распространенными вариантами для горизонтальных конструкций ветряка являются:
- увод ротора от ветра при помощи боковой лопасти (остановка методом складывающегося хвоста);
- торможение ротора с помощью боковой лопасти.
Вертикальные конструкции обычно тормозятся при помощи грузов, навешанных на внешних точках лопастей. При увеличении скорости вращения они под действием центробежной силы начинают давить на лопасти, вынуждая их складываться или разворачиваться боком к ветру, отчего скорость вращения снижается.
Внимание! Такой способ торможения прост и наиболее эффективен, позволяет регулировать скорость вращения рабочего колеса, но применим только для вертикальных конструкций.
Метод защиты складыванием хвоста
Приспособление, осуществляющее увод от ветра складыванием хвоста, позволяет плавно и достаточно гибко регулировать скорость вращения ротора. Принцип действия такой системы заключается в использовании бокового рычага, установленного в горизонтальной плоскости перпендикулярно оси вращения. Вращающееся рабочее колесо и рычаг соединены жестко, а хвост прикрепляется через подпружиненное шарнирное соединение, действующее в горизонтальной плоскости.
При номинальных значениях силы ветра боковой рычаг не способен уводить ротор в сторону, так как хвост направляет его по ветру. При усилении ветра давление на боковую лопасть увеличивается и превышает усилие пружины. При этом ось ротора отворачивается от ветра, воздействие на лопасти снижается и ротор замедляется.
Другие способы
Второй способ механического торможения близок по конструкции, но боковая лопасть действует иначе - при усилении ветра начинает через специальные колодки давить на ось ротора, замедляя его вращение. При этом, ротор и хвост устанавливаются на одном валу, а шарнирное соединение с пружиной применено на боковом рычаге.
При нормальных скоростях ветра пружина удерживает рычаг перпендикулярно оси, при усилении он начинает отклоняться в сторону хвоста, прижимая к оси тормозные колодки и тормозя вращение. Такой вариант хорош при небольших размерах лопастей, поскольку усилие, прилагаемое к валу для его остановки, должно быть довольно большим. На практике этот вариант используется только при относительно невысоких скоростях ветра, при шквальных порывах метод малоэффективен.
Помимо механических приспособлений широко используются электромагнитные. При возрастании напряжения начинает срабатывать реле, притягивающее к валу тормозные колодки.
Другим вариантом, который может быть использован для защиты, является размыкание контура при возникновении слишком высокого напряжения.
Внимание! Некоторые способы осуществляют лишь защиту электрической части комплекса, не воздействуя на механические элементы конструкции. Такие методы не способны обеспечить целостность ветряка в случае внезапных шквальных ветров и могут использоваться лишь как дополнительные меры, действующие в паре с механическими приспособлениями.
Схема и чертежи защиты
Для более наглядного представления о принципе действия тормозного приспособления рассмотрим кинематическую схему.
На рисунке видно, что пружина в нормальном состоянии удерживает вращающийся узел и хвост на одной оси. Усилие, создаваемое потоком ветра, преодолевает сопротивление пружины при повышении скорости и понемногу начинает изменять направление оси ротора, давление ветра на лопасти снижается, из-за чего скорость вращения падает.
Эта схема является наиболее распространенной и эффективной. Она проста в исполнении, позволяет создать приспособление из подручных материалов. Кроме того, настройка этого тормоза проста и сводится к подбору пружины или настройке ее усилия.
Внимание! Максимальный угол поворота ротора не рекомендуется делать больше 40-45°. Большие углы способствуют полной остановке ветряка, который после этого с трудом запускается при неровных шквалистых ветрах.
Порядок расчета
Расчет тормозного устройства довольно сложен. Для него понадобятся различные данные, найти которые непросто. Неподготовленному человеку произвести такой расчет сложно, велика вероятность ошибок.
Тем не менее, если самостоятельный расчет по каким-либо причинам необходим, можно воспользоваться формулой:
P x S x V 2 = (m x g x h) x sinα , где:
- P - усилие, прилагаемое к винту потоком ветра,
- S - площадь лопастей винта,
- V - скорость ветра,
- m - масса,
- g - ускорение свободного падения (9,8),
- h - расстояние от шарнира до точки крепления пружины,
- sinα - угол наклона хвоста относительно оси вращения.
Следует учитывать, что значения, полученные при самостоятельных расчетах, требуют правильной интерпретации и полного понимания физической сути процесса, происходящего при вращении. В данном случае не будут достаточно корректными, поскольку не будут учтены тонкие эффекты, сопутствующие функционированию ветряка. Тем не менее, значения, вычисленные таким образом, смогут дать порядок величин, необходимый для изготовления устройства.
Процесс создания ветрогенератора сопровождается массой расходов и требует множества разнообразных действий, что само по себе вынуждает максимально защищать конструкцию от возможности разрушения. Если появляется заранее предвидимая опасность разрушения или выхода из строя комплекса, то пренебрегать созданием и применением защитных устройств не следует ни в коем случае.
Как защитить ветрогенератор от сильного ветра ведь к примеру при урагане запросто могут не выдержать лопасти и по-отлетать. Или что еще хуже не выдержит мачта, например оторвет растяжки и ветрогенератор рухнет сметая все на пути падения. Конечно для небольших ветрячков с диаметром винта до 1,5м защита от сильного ветра не особо актуальна, так-как нет такого огромного давления на винт. А вот для больших ветряков бурезащита обязательна, большой винт при урагане испытывает огромное давление и тут не только лопасти могут отлететь, но и стальные тросы может порвать или вырвать с корнем из земли. Ну в общем я думаю понятно что без защиты особенно в близи людей и строений ветряк лучше не ставить, раз в год как минимум ураганы все равно бывают.
В заводских ветрогенератора бурезащита уже заложена, для малых ветряков как правило используется электротормоз. То-есть при достижении определенных оборотов, контроллером импульсно закорачиваются фазы генератора и винт теряет обороты сбрасывая мощность. Или же защита совсем не предусмотрена и контроллер тормозит закорачивая генератор только когда напряжение превысит определенное значение, к примеру 14 вольт для двенадцативольтовой системы. Для самодельных небольших ветряков часто делают самодельные контролеры (балластные регуляторы) которые так же тормозят ветряк при превышении напряжения, тормозят включением дополнительной нагрузки в виде лампочек или нихромных спиралей, теннов. Или покупают готовые контроллеры где все уже есть и торможение и принудительная остановка ветряка.
Большие ветряки кроме контроллера должны иметь и механическую защиту так как большие винты отбирают огромную мощность на сильном ветру и уходят "в разнос" и даже полное замыкание генератора не останавливает винт. В заводских ветряках защита обычно выполнена методом поворота хвоста и винт отворачивается в сторону от ветра. У "ветроловов" за основу взят ставший уже давно классическим метод увода винта от ветра складыванием хвоста. Вот о этой схеме и пойдет речь далее.
Схема защиты от сильного ветра
Схема расположения узлов для реализации защиты от урагана методом увода ветроголовки из под ветра складыванием хвоста. Если присмотреться то на рисунке видно что генератор смещен относительно цента поворотной оси. А хвост одет на "палец", который приварен с боку под углом, по вертикали 20 градусов и по горизонтали на 45 градусов.Защита работает так. Когда нет ветра и винт не вращается хвост отклонен на свои 45 градусов и висит в сторону. С появлением ветра винт поворачивается и начинает вращаться, а хвост поворачивается по ветру и выравнивается. При превышении определенной скорости ветра давление на винт становится больше чем вес хвоста и он отворачивается, а хвост складывается. Как только ветер ослабевает хвост под весом снова раскладывается и винт становится на ветер. Чтобы при складывании хвост не повредил лопасти, приваривают ограничитель.
Принцип защиты ветрогенератора
Четыре этапа, на которых видно как происходит защита ветряка от сильного ветра
Тут основную роль играет вес хвоста и его длинна и площадь оперения, а так же расстояние на которое смещена ось вращения винта. Для расчета есть формулы, но люди для удобства написали таблички эксель по которым все считается в два клика. Ниже привожу две таблички взятых с форума windpower-russia.ru
Скриншот первой таблички. В желтые поля вводите данные и получаете нужную длину хвоста и вес его кончика. Площадь оперения по умолчанию 15-20% от ометаемой площади винта.
Расчет хвостового оперения
Скриншот таблицы "расчет хвостового оперения для ветрогенератора"
Вторая табличка немного отличается, Тут можно изменять угол отклонения хвоста по горизонтали. Он в первой таблице считается как 45 градусов, а здесь его можно менять также как и отклонение по вертикали. Плюс добавляется пружина, которая дополнительно удерживает хвост. Пружина устанавливается как сопротивление складыванию хвоста для более быстрого возврата и чтобы снизить вес хвоста. Так же в расчете учитывается площадь оперения хвоста.
Скачать - Расчет хвостового оперения 2.xls
Расчет хвостового оперения 2
Скриншот таблицы "расчет хвоста для ветрогенератора 2"
Так же вес хвоста и другие параметры можно рассчитать вот по этим формулам
Сама формула Fa*x*pi/2=m*g*l*sin(a).Fa - осевая сила на винт.
По Сабинину Fa=1,172*pi*D^2/4*1,19/2*V^2
по Жуковскому Fa=0,888*pi*D^2/4*1,19/2*V^2,
где D - диаметр ветроколеса, V скорость ветра;
X - искомое смещение (offset) от поворотной оси до оси вращения вин;
m - масса хвоста;
g - ускорение свободного падения;
l - расстояние от пальца до центра тяжести хвоста;
a - угол наклона пальца.
К примеру винт диаметром 2 метра, скорость ветра, при которой хвост должен сложиться =10 м/с
Считаем по Жуковскому Fa=0,888*3.1415*2^2/4*1.19/2*10^2=165Н
Масса хвоста =5 кг,
расстояние от пальца до центра тяжести хвоста =2м,
угол наклона пальца =20 градусов
X=5*9,81*2*sin(20)/165/3.1415*2=0,129 м.
Также более понятный расчет массы хвоста
0.5*Q*S*V^2*L1*п/2=М*L2*g*sin(a), где:
Q - плотность воздуха;
S - площадь винта(м^2);
V - скорость ветра(м/с);
L1 - смещение оси поворота ветроголовки от оси вращения винта(м);
M - масса хвоста(кг);
L2 - расстояние от оси поворота хвоста до его центра тяжести(м);
g - 9,81 (сила тяжести);
a - угол наклона оси поворота хвоста.
Ну вот наверное и все, в принцепе табличек эксель вполне достаточно для расчета, хотя можно воспользоваться и формулами. Минус такой схемы защиты это рыскание винта при работе и несколько запоздалая реакция на изменение направления ветра из за плавающего хвоста, но это не особо отражается на выработке энергии. Кроме того есть еще вариант защиты "всплытием" винта.Генератор ставят выше и он опрокидывается при этом винт как бы ложится отворачиваясь от ветра, генератор в этом случае подпирает амортизатор.
Домашнему мастеру важна идея, основной принцип механизма или устройства. Детали он додумает сам, исходя из своего понимания эффективности конструкции, наличия необходимых материалов и узлов.
Ветрогенераторы для частного дома, при всех своих достоинствах, в условиях России пока экзотическая и дорогая техника. Цена устройства заводского исполнения мощностью 750 ватт начинается от 50 тыс. руб., за покупку ветрогенератора на 1500 ватт с вас возьмут более 100 тыс. руб. Мастера, изготовившие своими руками не один домашний механизм, не могли пройти мимо возможности сконструировать самодельный ветрогенератор. Их опыт, знания и советы использованы в описании, предлагаемого для самостоятельного исполнения ветряка.
Главное отличие ветрогенератора от других систем генерации в том, что он постоянно вырабатывает энергию при движении воздуха со скоростью начиная от 2 м/с. Континентальные климатические условия России, обуславливают стабильное наличие такого ветра практически на всей территории.
Ветрогенераторы, в большей или меньшей степени, обеспечивают независимость от сетей электроснабжения. Эту независимость даёт блок аккумуляторов. Самодельные ветрогенераторы несложны в изготовлении своими руками, имеют небольшие размеры и удобны для установки.
Выбор конструкции. Основные узлы и механизмы
Руками мастеров сделано много механизмов, использующих энергию ветра. Самодельные ветрогенераторы делятся на группы. Это горизонтальные и вертикальные ветрогенераторы. Отличаются устройства направлением оси ветряного колеса. У вертикальных колёс лопасти половину оборота колеса работают против потока ветра.
Горизонтальные ветрогенераторы, теряют обороты вращения из-за смены направления ветра. Как правило, домашние мастера берут за основу ветроколесо с горизонтальной осью вращения. Важно учесть, что во всей истории технических решений человека, трудно обнаружить применение ветряков с вертикальной осью, а горизонтальные ветряные мельницы машут своими крыльями веками.
Общая схема ветрогенератора
- лопасти ветряного колеса;
- генерирующее устройство;
- станина вала генератора;
- боковая лопатка защиты от сильного ветра;
- токосъёмник;
- рама крепления узлов;
- Поворотный узел;
- хвостовик;
- мачта;
- хомуты для растяжек.
Таблица 1. Технические характеристики
Лопасти ветряного колеса
Заготовки делаются своими руками из поливинила хлорида (ПВХ). Пластмассовые лопасти нетрудоемкие в обработке, нечувствительны к влажной среде. В качестве заготовки применяется напорная труба SDR PN 6,3 (диаметр 160 мм, толщина стенки 4 мм, длина 1000 мм).
Расчёт формы лопасти достаточно сложен. Используем шаблон (рисунок 2, размеры в мм), уже рассчитанный специалистами. Шаблон вырезается из плотного бумажного листа, прикладывается к трубе и прорисовывается контур. Заготовки вырезаются своими руками обычной пилой или электролобзиком.
Вы получите 6 заготовок лопастей. Для повышения эффективности работы ветроколеса, уменьшения уровня шумности надо сточить все углы и зашлифовать поверхности изделий. Обработку целесообразно вести сразу всех заготовок, зажав их струбцинами или болтом через рабочее отверстие вне контура заготовки.
Лопасти крепятся к корпусу веломотора через муфту из стали (толщина 10 мм, диаметр 200 мм). К муфте сваркой крепятся шесть стальных полос с шириной в 12 мм и длиной в 300 мм с отверстиями для крепления лопастей.
В сборе ветроколесо тщательно балансируется. Не допускается самопроизвольное вращение. Уравновешивание проводится стачиванием своими руками материала напильником с конца изделия. Ветроколесо приводятся в одну плоскость вращения путём изгибания стальных полос крепления.
Генерирующее устройство
В качестве генератора используется электрический мотор для велосипеда с параметрами 24 В 250 Вт. Подобное изделие стоимостью от 5 до 15 тыс. руб. можно без труда заказать через сеть Internet.
Таблица 2. Технические характеристики веломотора мощностью 250 Вт
Муфта соединяется с корпусом мотора болтами, через отверстия под крепление спиц. Вполне возможно, подобрать генератор по более адекватной цене, как пример, электродвигатель с возбуждением на постоянных магнитах от ленточного накопителя электронной вычислительной машины. Параметры устройства 300 Вт, 36 В, 1600 об/мин.
Генераторы с необходимыми характеристиками можно изготовить своими руками из автомобильного устройства аналогичного назначения. Статор не подвергается изменениям, ротор оснащается неодимовыми магнитами. Отзывы мастеров о таких переделках генератора положительные.
Установка генератора на раме
Веломотор, при использовании по назначению, работает при значительных нагрузках. Параметры расчётной прочности мотора удовлетворяют условиям использования изделия, как генератора ветряка самоделки. Вал генератора через резьбовое соединение крепится к станине, изготовленной своими руками из алюминиевого сплава толщиной 10 мм. Станина соединяется болтами с рамой.
Габариты станины, размещение отверстий определяются габаритами выбранного генератора. Для изготовления рамы подбирается отрезок швеллера с толщиной в сечении 6-10 мм. Конструкционные размеры рамы зависят от габаритов узла поворота.
Поворотный узел и токосъёмник
Поворот ветрогенератора на ветер, его крепление на мачте, передачу электроэнергии к блоку управления обеспечивает узел поворота.
- диэлектрическая ось токосъёмника;
- контактный узел;
- токосъёмники;
- рама;
- сварочный шов;
- корпус поворотного устройства;
- подшипники качения;
- вал поворотного устройства;
- мачта;
- электрические провода.
Из рисунка и фото легко понять конструкцию поворотного узла и сделать механизм своими руками, материал для заготовок стальные трубы. Подшипники лучше применить роликовые, как более устойчивые к осевым нагрузкам.
Не более сложна конструкция токосъёмника.
Контактный узел изготавливается из медного прутка квадратного сечения со стороной 10 мм. К ним припаивается изолированный медный провод сечением не менее 4 мм.
Защита от сильного ветра
Скорость ветреного потока, при которой самодельные ветрогенераторы работают в номинальном режиме, составляет 8 м/с. При большем ветре требуется защита от разрушения изделия. Надёжным устройством защиты является механизм боковой лопатки, изготовленный своими руками.
При номинальной для таких изделий, как самодельные ветрогенераторы, скорости потока 8 м/с, давление на боковую лопатку ниже усилия растяжения пружины защиты. Ветрогенератор работает и направляется по потоку хвостовым оперением. При увеличении давления потока на ветроколесо, срабатывает пружина лопатки. Ветроколесо поворачивается, сокращая вырабатываемую мощность. Высокие скорости потока, через давление на боковую лопатку, целиком разворачивают ветроколесо, устанавливая его параллельно направлению потока, генерация энергии прекращается.
Электрическая схема
Электрическая схема собирается из следующих составляющих:
Генератора (веломотора);
Блока управления;
Аккумуляторной батареи;
Силовых и коммутационных проводов.
Приведённая принципиальная схема дорабатывается с учётом того, что блок управления должен обеспечить:
Зарядку аккумулятора, ограничив допустимыми значениями ток зарядки;
Подключение к генерирующему устройству балластной нагрузки при окончании зарядки аккумуляторной батареи, исключая переход колеса вразнос;
Режим электроторможения, останавливая ветрогенератор.
Мачта ветряка
Мачтой под ветрогенратор могут служить металлические трубы с диаметром 100 мм и выше. Минимальная высота мачты 6 метров на открытой местности. Если нет открытой площадки, высота мачты увеличивается на 1 м против высоты препятствий, входящих в радиус 30 м от основания башни.
Вес ветряка в сборе с мачтой довольно значителен, что требует использования противовеса, который облегчит процесс установки и спуска мачты, ремонтные работы. Чем больше высота изготовленной своими руками мачты, тем большему воздействию потока ветра подвергаются узлы вашей самоделки. Отзывы мастеров рекомендуют устанавливать растяжки каждые 5,5 м высоты мачты. Самодельные растяжки крепятся на земле анкерами по радиусу, составляющим минимум 50% высоты мачты.
На фото изображён готовый самодельный ветрогенератор. Вращающиеся ветроколесо, генератор, формируемое им электрическое напряжение и смена погодных условий делают самоделки опасными механизмами. Соблюдайте предельную осторожность при эксплуатации и ремонтных работах на изготовленном своими руками изделии. В обязательном порядке надёжно заземлите мачту.
Максимальная скорость ветра, допустимая для эксплуатации ветрогенератора своими руками, равна 20-25 метрам в секунду. В случае превышения данного показателя скорости потока воздуха, работу станции необходимо ограничивать. Причем делать это нужно даже в том случае, если ветряк относится к типу тихоходных.
Конечно, вряд ли самодельному ветряку удастся раскрутиться до такой скорости, что он разрушится полностью. Но в истории существует много случаев, когда энтузиасты возводили свои собственные ветроэлектрогенераторы, но не предусматривали никакой защиты от сильного ветра. В результате этого у них даже прочные оси автомобильного генератора не выдерживали всей нагрузки и ломались как спички. Поєтому если ветер сильный, то давление на хвост оперения значительно увеличивается, а в случае резкого изменения направления потока воздуха генератор будет резко крутиться.
Принимая в учет то, что при высоких показателях скорости ветра крыльчатка генератора способна вращаться достаточно быстро, то вся конструкция превращается в гироскоп, противящийся любым поворотам. Это становится причиной сосредоточения на валу генератора значительных нагрузок между ветроколесом и рамой.
Кроме всего прочего колесо с диаметром в 2 метра будет обладать высокими показателями аэродинамического сопротивления. При сильном ветре это грозит высокими нагрузками на мачту. А поэтому для более надежной и длительной эксплуатации ветрогенератора, стоит побеспокоиться о защите.
Проще всего использовать для подобных целей так называемую боковую лопату. Это весьма простое устройство, способное существенно сэкономить средства, силы и время, затраченные на возведение станции.
Работа такого устройства заключается в том, что при рабочем ветре со скоростью в 8 м/с давление ветра на конструкцию ниже давления пружины защиты. Это позволяет генератору работать в обычном режиме и держаться по ветру при помощи оперения. Чтобы в рабочем режиме ветряк не складывался, имеется растяжка между боковой лопатой и хвостом. Но при сильном ветровом потоке, давление на ветроколесо превышает силу давления пружины, в результате срабатывает защита. Когда генератор начинает складываться, ветровой поток попадает на ветрогенератор под углом, что серьезно сокращает его мощность.
При очень высоких показателях скорости ветра защита полностью складывает генератор, который ложится параллельно направлению ветрового потока. В результате практически полностью прекращается работа ветряка. Стоит заметить, что в таком случае хвост оперения не крепится жестко с рамой, а имеет возможность вращения. Шарнир, который при этом используется, должен изготавливаться из высокопрочной стали, а его диаметр не должен быть менее 12 миллиметров.
Загрузка...
