NikolaMaster

Мало кто знает, что в нашей стране в 1913 г существовали сотни тысяч деревянных ветряных мельниц, а по некоторым данным около миллиона, от которых, после коллективизации, не осталось даже следов. Сегодня интерес к ветроагрегатам появляется и в России. Однако, промышленные ветрогенераторы, а тем более импортные очень дороги. Государственной поддержки ветроэнергетическим разработкам не существует. Поэтому, в нашей стране ветрогенератор остается заморской диковиной, а увидеть живьем можно скорее самодельные ветрогенераторы.

К сожалению, в русском языке слово "самодеятельность" приобрело несколько ироничный, негативный оттенок. Но самодельщиками, были, например, К.Циолковский, Г.Форд, С.Королев и, даже, - Б.Гейтс. Самодеятельность - основа основ бизнеса в странах, которые принято теперь называть цивилизованными. Впрочем самодеятельность важна не только в бизнесе, но и в общественной жизни, творчестве, благотворительности и т.д.

Идея построить ветрогенератор пришла внезапно. Изучив множество информаци в сети, порой однотипной и просто скопированной с первоисточника, я принял решение строить вертикальный ветряк.

Аксиомы ветроенергетики: А) ветер до 1 м/с --> ветряк бУхает в холостую, за КПД его не винить или даже останавливают чтоб не скрипел. Б) ветер 2-3-4м/с. --> ветряк подает признаки жизни, обезпечивает мин режим основной нагрузки (подзаряд акумулятора) и никто ему не ворчит. В) ветер 5-8 м/с. --> основной режим, основная нагрузка обезпечена электронами, можно разговаривать о КПД. Г) ветер 9-12 м/с. --> в самий раз подключить доп. нагр на 50%. Д) ветер 13-17м/с --> ветряк пашет в поте лица на 110%, вода в бойлере кипит, начинает работать ветрозащита. Е) ветер 18-22 м/с --> тоже самое, но уже ветрозащита в " поте лица ". Ж) ветер 23-27м/с. --> молимся богу или пьем ракию, меж стаканчиков укоряем себя за просчеты и недоделки. З) ветер 28 - 33 м/с и выше --> сидим в подвале, бухаем ракию и всем глаголим какие ми везунчики.. И) ветер утих, солнишко, идем смотреть на металлолом, глаголим о женской природе .. Й) доводим до ума что скорость ветра не подвласна ТВ-синоптикам, а измеряется анемометрами. оказивается тоже самое и с оборотами вертушки - измеряются тахометрами и независят от цвета глаз конструктора. Почти шутка :)

Преимущества вертикального ветряка довольно убедительны :) такие как: не требует ориентации по ветру, установка такого оборудования не требует высокого его расположения, а это значит, что вертикальный ветряк своими руками будет легче обслужить, конструкция содержит меньше движущихся деталей, что повышает ее надежность, идеально подходят для генераторов прямого двигателя, которые обходят проблемы надежности преобразователей данных скорости при большой мощности, низкая стартовая скорость ветра. Вращение вне зависимости от направления ветра, и начало вращения с самого тихого бриза, Нет ограничений по защите расстоянием при установке системы, шумовая нагрузка в пределах 20 ДБ, магнитное излучение и вибрация отсутствуют, нет нужды в использовании дополнительных устройств запуска системы, система абсолютно безвредна для птиц, пчел и окружающей среды, требует минимум места для размещения, тяговитый, НО тихоходный.

Поиски профиля лопастей вертикального ветрогенератора привели меня к ротору, изобретенному нашим советским инженером К.А.Угринским в 1946 году. Ориентировочное КПД — 41-46%! Отличительная особенность ротора в том, что в нем используется энергия отраженного от лопастей потока, при этом они могут использоваться и как гидрогенераторы.

При первом же взгляде на профили лопастей видно, что какое положение ни заняли бы лопасти этого ротора относительно горизонтального направления течения, никакого «мертвого» положения нет. Всегда какая-то часть лопасти направлена навстречу к потоку и способствует продолжению вращения ротора, а никак не его остановке. Благодаря этому многоярусное устройство для такого ротора необязательно.

В качестве основного размера для этой схемы ротора автором принят радиус диска R(фиг. 12). Важнейшее условие, чтобы средняя часть канала   между   лопастями   равнялась   2/3 ширины устья канала.»

1. Определяемся с приоритетами

После изучения различных вариантов исполнения подобных ветряков в интернете, появились следующие соображения: начинать постройку ветрогенератора нужно с лопастей-ротора, исходя из возможностей по месту его расположения (условия местности, возможность поднятия на высоту, близость строений и соседей...) и планируемой мощности нашего генератора. Так как это мой первый подобный опыт, то и решено было строить не большой опытный образец. Радиус моего ротора 333мм, высота 950мм. Будет один ряд лопостей, что бы была более субъективная картина по этому ротору, понятно, что двухрядка со смещением в 90 градусов показала бы лучшие результаты.

2. Размечаем основания

В качестве оснований я взял фанеру. Нижний лист 14мм, а верхний 12мм. Делаем зеркальные чертежи. Второй радиус это для резерва места под шпильки стягивающие листы.

3. Вырезаем лобзиком контур

Вырезаем окружность, оставляем ушки для шпилек. Болгаркой и тонким кругом делаем надпилы, канавку по нашему шаблону где будет располагаться лопасть.

Требуемые материалы

Для лопастей буду использовать железные листы с покрытием. По моим чертежам получается размер каждой лопасти 815х950мм (длинахвысота). с торцов планирую загнуть кромку листа для придания жесткости и в середине листа по высоте закрепить его с шпилькой. Так же потребуются шпильки D8мм, длиной 85мм - 4 штуки, шайбы, гайки.

4. Красим фанеру и крепим уголки.

Обрабатываем листы фанеры олифой или другим септиком.

Размечам и прикручиваем на винты уголки для фиксации лопастей. У меня получилось 5 уголков на один загиб.

5. Сборка ротора

Наживляем шпильки и определяем точную высоту лопастей.

Сгибаем листы железа с нужным радиусом используя оправку и располагаем листы фанеры с не большим люфтом, что бы легко установть лопасть. Вправляем лопасти в пазы и не сильно стягиваем шпильки.

Фиксируем середину лопасти с шпилькой. Место стыковки фанерного паза и листа с двух сторон проходим силиконовым герметиком. Красим фанеру со всех сторон защитным лаком.

6. Изготавливаем кронштейн крепления ротора

Из металлических профилей свариваем раму. В моей конструкции две точки опоры, верх и низ. Я использовал б\у ролики от натяжителя ремня ГРМ авто.

7. Устанавливаем ротор

Устанавливаем ротор на посадочные места. В холостом режиме он начинает вращаться от малейшего ветра. Сейчас зима и нет возможности сделать для ротора свою штангу и я прикрепил его к имеющейся конструкции между двумя строениями.

8. Изготавливаем генератор

В сети имеется много информации и примеров постройки тихоходного генератора для ветряка, поэтому я кратко покажу этапы сборки. Подробнее читайте на страничке по генераторам

9. Концепция

Начинаем с выбора ступицы и дисков. Исходя из их размеров, планируем количество и размеры магнитов. Далее проектируем обмотки. За основу я выбрал прямоугольные магниты размером 40х10х10мм. Магнитов будет 16 штук и соответственно 24 обмотки, схема трехфазная. На картинке видно: красные и синие это магниты, а цветные - обмотки. Количество витков 60, провод для катушек толщиной 0,9мм.

10. Этапы постройки тихоходного генератора

11. Устанавливаем генератор

Совмещаем оси вращения ветряка и генератора.

11. Выводы

Генератор готов. Анализируя его работу могу сделать следующие выводы:

1. Главной задачей для меня было проверить работу ротора Угринского, довольно скудная информация о нем в сети. И так, данный ротор сложный по своей геометрии и идеально точному изготовлению, в связи с чем появляется ограничение. Оптимальная скорость вращения ротора 300 об\мин для этой скорости рекомендую изготавливать ротор с общим диаметром 650-850мм, при увеличении диаметра появится сильная вибрация и разрушение ротора, при меньших знаениях - слабая тяга. По высоте имеем менее критичные ограничения. Рекомендую 1- 2м с двумя точками крепления, верх и низ. Исходя из этих ограничений вытекает порог мощности для данного типа ротора. По моим расчетам это 250Вт. Сам ротор мне понравился. Компактный, бесшумный, идеален для садового не большого участка. Работает на не большой высоте (у меня 3м от земли)

2. Из первого пункта следует, что генератор нужно проектировать под размер ротора.

3. По вопросу изготовления генератора. Не стоит брать за основу автомобильные детали, слишком вязкий подшипник и инерционная конструкция, как результат, меньший КПД при порывах ветра, ротор не успевает раскрутиться.

4. Не стоит использовать сердечники в катушках, залипание гарантировано.

5. По генератору: недостатки - 1.толстый статор почти 2 см 2.не удачные магниты, сильно узкие, если наложить их на мою обмотку получается очень маленькая часть с перпендикулярными витками, а это важно т.к. магнит узкий и тонкий. 3.ширина магнита равна ширине рабочим виткам обмотки - минимальное время наводки эдс.... 4.слишком массивные диски, с вентиляцией двойные, - большая инерция и лишний металл, магнитное поле не замыкается а уходит вглубь... 5.не правильное отношение числа магнитов к числу катушек и не правильная геометрия катушек.

Итак, генератор приговариваю к разборке. Начинаю строить новый, учитывая ошибки и новый опыт.