Ветровая станция своими руками. Вертикальный ветряк своими руками: процесс сборки. Чего ожидать от классики

Получение электрической энергии с помощью ветра становится одним из модных трендов последнего времени. Бытовой ветряной генератор, который относится к техническим средствам альтернативной электроэнергетики, приобрел свою популярность вполне заслуженно, так как обращение к нему обеспечивает владельцу ряд преимуществ:

• ветроэнергетика относится к экологически чистым средствам выработки электроэнергии, отсутствие генерация отходов;
• удобен в использовании из-за своей высокой надежности и низких эксплуатационных расходов;
• может быть смонтирован самостоятельно при наличии минимальных навыков в области строительства и электрики;
• его привлекательность с течением времени будет только увеличиваться из-за неизбежного увеличения тарифов электросбытовых компаний.

Устройство и принцип работы

Любой ветряной генератор состоит из нескольких типовых укрупненных блоков. Агрегат обязательно содержит турбину, которая вращается под действием воздушного потока, непосредственно или чаще всего через повышающий редуктор передает создаваемый момент на вал электрического генератора. Ротор вращается внутри статора на основе неодимовых магнитов, в результате чего вырабатывается электрическая энергия.

Конструкция ветряного генератора небольшой мощности показана на рисунке 1.

Рис. 1. Конструкция самодельного ветрового генератора

Вырабатываемая ветряным генератором электрическая энергия поступает в промежуточный накопитель, функции которого обычно берет на себя аккумуляторная батарея. Ток, отдаваемый аккумулятором, питает инвертор, с выхода которого снимают нормальное 220-вольтовое переменное напряжение бытовой частоты.

Наличие аккумулятора обязательно, т.к. он позволяет сгладить колебания мощности, снимаемой с турбины. Свою роль в этом играет факт того, что бытовой ветряной генератор устойчиво функционирует при скорости ветра от 6 м/с и выше, тогда как среднегодовое значение этого параметра на большинстве территории России оказывается примерно в полтора раза ниже.

Необходимые переключения, регулировки и прочие функции реализует блок автоматики.

Соответствующий уровень эксплуатационной надежности достигается наличие у конструкции запасов по отдаваемой мощности (обычно 10 – 20%).

Виды ветряков

Основное отличие ветряных генераторов между собой — исполнение воздушной турбины, которая может иметь различную конструкцию. Обычно полная совокупность агрегатов по ориентации вала вращения турбины делят на две основные разновидности: вертикальные и горизонтальные.

Вертикальные

Отличительная особенность и главное преимущество вертикального агрегата ветряного генератора — отсутствие жестких требований к высоте его установки, что заметно упрощает выбор места установки, процесс монтажа, последующее обслуживание механически подвижных частей. Воздушная турбина относится к тихоходной разновидности этой техники, может быть исполнена как

• простейший классический ротор с минимумом тремя вертикально ориентированными лопастями (пример такого устройства представлен на рисунке 2);
• двухрядный ротор, наличие внутреннего ряа регулируемых лопастей обеспечивает ему повышенный КПД)
• ротор Дарье;
• ротор Савониуса;
• геликоидный ротор.

Более сложная форма трех последних типов турбин обеспечивает им меньшую материалоемкость.

Рисунок 2. Роторная воздушная турбина вертикального ветрогенератора

Отличается минимумом подвижных частей, КПД установки мало зависит от направления ветра.

Горизонтальные

Ветрогенераторы с горизонтальной ориентацией вала турбины приводятся во вращение пропеллером. Пропеллер может быть двух-, трех и многолопастным. Лопастям некоторых пропеллеров иногда придают довольно сложную форму для некоторого увеличения эффективности функционирования установки. Пример такого агрегата показан на рисунке 3.

Рис. 3. Горизонтальный многолопастной ветрогенератор

За счет большого диаметра винта обычно монтируются на стальной трубчатой или решетчатой мачте на высоте вплоть до нескольких десятков метров. Примеры таких мачт показаны на рисунке 4 и рисунке 5. Оборотной стороной увеличения высоты установки становится снижение турбулентности воздушного потока из-за ослабевания влияния земли, т.е. увеличение КПД и генерируемой мощности. С учетом этой особенности не рекомендуется использовать ветряки этой конструкции для коттеджных поселков из-за сильного экранирующего действия соседних строений.

Рисунок 4. Мачта ферменной конструкции для установки горизонтального ветрогенератора
Рис. 5. Крепежный узел для мачты трубчатой конструкции

Для создания баланса по крутящему моменту генератор закрывают обтекателем вала таким образом, чтобы он выполнял функции противовеса винта. Дополнительно удлиненная конструкция корпуса облегчает его ориентацию “по потоку”.

По сравнению с вертикальным устройством позволяет снять большую мощность. Платой за это становится трудности с выбором места установки, сложность монтажа, текущего обслуживания, а также неприятные акустические шумы при работе. Кроме того, из-за большой высоты конструкции горизонтальные ветряные генераторы обязательно требуют молниезащиты.

Малые ветрогенераторы

К малым или бытовым ветрогенераторам обычно относят агрегаты с мощностью не свыше 5 кВт. В розничной продаже доступны агрегаты различной мощности и исполнения отечественного и импортного производства, что позволяет подобрать нужное устройство без переплаты.

Обычно агрегаты поставляются в минимальном комплекте, который:

• включает контроллер;
• не содержит буферной аккумуляторной батареи;
• обеспечивает сборку агрегата на месте установки при условии отсутствия местных ограничений.

Проект установки устройств горизонтального типа из-за их технической сложности требует тщательной проработки, может потребоваться консультация специалиста.

Стоимость маломощных моделей начинается с нескольких десятков тысяч рублей, сильно зависит от отдаваемой мощности.

Автоматика ветроэлектростанций

Современные электрические ветровые установки оборудуются развитой системой автоматики, которая:

• значительно улучшает характеристики;
• обеспечивает выравнивание отдаваемой мощности;
• делает эксплуатацию безопасной.

Типовой набор автоматики включает в себя:

• ограничитель частоты вращения ветряного колеса при высоких скоростях ветра;
• выравнивание колеса “по потоку” (важно для горизонтальных ветряков);
• защиту от короткого замыкания;
• отключение при отказах техники, ураганных ветрах, превышении порогового уровня вибрации.

Модели среднего и старшего классов обязательно поддерживают дистанционное управление и диагностику. Часть агрегатов дополнительно контролирует направление и силу воздушного потока для максимизации снимаемой мощности за счет выбора соответствующего угла установки всего устройства и лопастей турбины.

Система торможения

Система торможения предотвращает механическое разрушение агрегата при слишком высокой скорости ветра. Суть этой системы заключается в том, что автоматика производит замыкание электрических цепей магнитной системы генератора, что приводит к появлению мощного тормозящего усилия.

Дополнительно алгоритм функционирования системы управления предусматривает полный останов воздушной турбины при ветрах ураганной силы. Порог останова может регулироваться пользователем, типовые заводские настройки этого параметра предполагают включение режима останова при скорости 80 км/час.

Производители

Отечественной промышленностью налажен серийный выпуск широкой гаммы бытовых ветрогенераторов. Их параметры приведены в таблице:

Модель	Производитель	Тип	Мощность	Примечание
ВГ 0,25	Ветро Свет, Россия	Г	250 Вт	—
ВЭУ-3(4)	СКБ Искра, Россия	В	3 кВт	4-лопастная модель
Серия L	Ветроэнергетика, Россия	В	0,8 – 10 кВт	—
RKraft	Германия	Г	0,5 – 5 кВт	—
Wind Generator М300	Китай	В	100 – 270 Вт	6-лопастной ротор диаметром 1 м, масса 11 кг, не имеет контроллера
Condor Home	EDS Group, Россия	Г	500 Вт	3-лопастной стеклопластиковый ротор Максимальная скорость ветра 25 м/с Масса 56 кг

Примечание: Г – горизонтальный, В — вертикальный

Плюсы и минусы

Основное преимущество ветряных электростанций – это их автономность.

Главные технические минусы оборудования этой разновидности — зависимость от погоды (кроме силы ветра влияет также снег и дождь) и сравнительно небольшая мощность, значение которой в среднем не превышает нескольких сотен Ватт. Требуют обязательного применения промежуточной буферной аккумуляторной батареи, которая требует замены через несколько лет службы.

При сравнении с дизель-генераторами уступают им по продолжительности работы, но зато не требуют подвоза топлива и выполнения сложных и дорогостоящих мероприятий по пожарной безопасности его хранения.

Которые в средних широтах реально работают максимум пять месяцев, заметно превосходит тем, что функционируют круглый год.

При существующих тарифах на электроэнергию не дают существенного выигрыша по приведенным затратам, однако не оказываются убыточными.

Изготовители ветровых электростанций большое значение уделяют их внешнему оформлению. Так что наличие этого агрегата на загородном участке не только свидетельствует о “технической продвинутости” его обладателя, но и может стать важным элементом дизайна и наглядной демонстрации заботы об окружающей среде.

О эстетических параметрах можно судить по рисунку 6.

Рис. 6. Горизонтальный ветрогенератор Condor Home отечественного производства

Заключение.

Ветровые электростанции могут считаться полноценным альтернативным источником электрической энергии. С учетом типовых климатических условий большинства местностей нашей страны малые ветрогенераторы имеет смысл комбинировать в единую систему с солнечной батареей и дизельным генератором. В этом случае они вполне могут стать эффективным автономным вспомогательным средством выработки электроэнергии на даче или в загородном доме.

С давних пор человечество использует силу ветра. Ветряные мельницы, парусные корабли знакомы многим, про них писали в книгах и снимают исторические фильмы с их участием. В наше время ветряной электрогенератор не потерял актуальность, т.к.

с его помощью можно сделать бесплатное электричество на даче, которое также может пригодиться, если отключат свет на участке. Поговорим о самодельных ветряках, которые можно собрать из подручных материалов и доступных деталей.

Для вас мы предоставили одну подробную инструкцию с картинками, а также видео идеи еще нескольких вариантов сборки. Итак, рассмотрим, как сделать ветрогенератор своими руками в домашних условиях.

Инструкция по сборке

Существуют несколько типов ветряных установок: горизонтальный и вертикальный, турбина. У них есть принципиальные различия, плюсы и минусы. Принцип работы всех ветрогенераторов одинаков - энергия ветра преобразуется в электрическую и накапливается в аккумуляторах, а уже с них уходит на нужды человека. Самый распространенный вид - это горизонтальный.

Знаком и узнаваем. Преимущество горизонтального ветрогенератора - более высокий КПД по сравнению с другими, так как лопасти ветряка всегда под действием воздушного потока. К недостаткам можно отнести требование к ветру выше 5 метров в секунду. Этот тип ветряка сделать проще всего, поэтому его часто берут за основу домашние мастера.

Если вы решили попробовать свои силы в сборке ветрогенератора своими руками, вот несколько рекомендаций. Начинать нужно с генератора, это сердце системы, от его параметра зависит конструкция винтового узла.

Для этого подойдут автомобильные, импортного производства, есть сведения про использование шаговых двигателей, от принтеров или прочей оргтехники.

Велосипедное мотор-колесо также можно использовать, чтобы самому сделать ветряк для получения электричества.

Определившись с узлом преобразователя ветряного потока в электроток, нужно собрать редукторный узел повышения оборотов с винта на вал генератора. Один оборот пропеллера передает 4-5 оборотов на вал генераторного узла.

Когда собран узел редуктор-генератор, приступают к выяснению его сопротивления крутящему моменту (грамм на миллиметр). Для этого нужно сделать плечо с противовесом на валу будущей установки, и с помощью груза выяснить при каком весе плечо пойдет вниз. Приемлемо считается менее 200 грамм на метр. Узнав размер плеча, это наша длина лопасти.

Многие думают, что чем больше лопастей тем лучше. Это не совсем верно, так как ветрогенератор делаем сами, и детали будущей силовой установки бюджетного диапазона.

Нам нужны большие обороты, а много винтов создают большее сопротивление ветру, в результате чего в какой-то момент набегающий поток тормозит винт и КПД установки падает. Это можно избежать двух лопастным винтом. Такой пропеллер при нормальном ветре может раскрутиться до и более 1000 оборотов.

Сделать лопасти самодельного ветрогенератора можно из подручных средств - от фанеры и оцинковки до пластика от водопроводных труб (как на фото ниже) и прочего. Главное условие легкий и прочный.

Легкий винт повысит КПД ветряка и чувствительность к воздушному потоку. Не забудьте сбалансировать воздушное колесо и убрать неровности, иначе во время работы генератора будете слушать завывание и вой.

Следующий важный элемент, это хвост. Он будет держать колесо в потоке ветра, и поворачивать конструкцию в случае изменения его направления.

Сделать токосъемник или нет, решать вам, возможно обойдетесь разъемом на кабеле и периодически, вручную его раскручивать перекрученный провод. Во время пробного запуска ветрогенератора не забудьте о технике безопасности, раскрученные в потоке ветра лопасти могут порубить как самурай капусту.

Настроенный, сбалансированный ветряк устанавливают на мачту, высотой не ниже 7 метров от земли, закрепленную распорными тросами.

Подключать выход самодельного ветрогенератора непосредственно к батарее нельзя, это нужно сделать через реле зарядки, можно собрать самому или же приобрести готовое.

Принцип работы реле сводится к контролю за зарядом, а в случае заряда оно переключает генератор и аккумулятор на нагрузочный балласт, система стремится всегда быть заряженной, не допуская перезаряда, и не оставляет генератор без нагрузки.

Ветряк без нагрузки может достаточно сильно раскрутиться до высоких оборотов, повредить выработанным потенциалом изоляцию в обмотках. К тому же высокие обороты могут стать причиной механического разрушения элементов ветряного генератора.

Сейчас в интернете полно схем и чертежей, где мастера показывают, как сделать ветрогенератор на мощных магнитах самостоятельно. Повторять или нет, ваше дело, оправдает ли себя это, не знает никто. Но попробовать собрать ветряную электрогенерирующую установку для дома стоит, а потом решать что купить, а что оставить или внести изменения.

Получить опыт и возможно замахнуться на более серьезный аппарат.

Свобода и многообразие самодельных ветряков настолько обширна и элементная база разнообразна, что нет смысла описывать их все, основной смысл остался тем же - поток ветра раскручивает винт, он передает на редуктор момент, повышая обороты вала, генератор выдает напряжение, далее реле держит уровень заряда на аккумуляторе, а с него уже идет отбор энергии для различных нужд.

Вот по такому принципу можно сделать ветрогенератор своими руками в домашних условиях. Надеемся, наша подробная инструкция с фото примерами разъяснила вам, как изготовить подходящую модель ветряка для дома или дачи. Также рекомендуем ознакомиться с мастер-классами по сборке самодельного устройства, которые мы предоставили на видео ниже.

Наглядные видеоуроки

Чтобы легко сделать ветрогенератор для получения электричества в домашних условиях, рекомендуем ознакомиться с готовыми идеями на видео примерах:

Вот мы и предоставили все наиболее простые идеи сборки самодельного ветряка. Как вы видите, некоторые модели устройств сможет легко изготовить даже ребенок.

Существует множество других вариантов самоделок, но для того, чтобы получить высокое напряжение на выходе, нужно использовать сложные механизмы, вроде генераторов на магнитах.

В остальном, если вы хотите сделать ветрогенератор, чтобы он работал и использовался по назначению, действуйте согласно предоставленной нами инструкции!

Источник: https://samelectrik.ru/sborka-samodelnogo-vetryaka.html

Тихоходный ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора

Ветрогенератор, изготовленный из автомобильного генератора, может помочь в ситуации, когда в частном доме нет возможности подключения к линии электропередачи.

Либо послужит вспомогательным источником альтернативной энергии. Такое устройство можно сделать своими руками из подручных материалов, используя наработки народных умельцев.

Фото и видео продемонстрируют процесс создания самодельной ветровой установки.

Конструкция ветрогенератора

Существует огромное видовое разнообразие ветрогенераторов и чертежей их изготовления. Но любая конструкция включает в себя следующие обязательные элементы:

• генератор;
• лопасти;
• накопительная батарея;
• мачта;
• электронный блок.

Обладая некоторыми навыками, можно смастерить ветрогенератор своими руками

Кроме этого, необходимо заранее продумать систему управления и распределения электроэнергии, начертить схему монтажа.

Ветровое колесо

Лопасти, пожалуй, самая важная часть ветрогенератора. От конструкции будет зависеть работа остальных узлов устройства. Изготавливают их из разных материалов. Даже из пластиковой канализационной трубы. Лопасти из трубы просты в изготовлении, стоят дёшево и не подвержены воздействию влаги. Порядок изготовления ветроколеса следующий:

1. Необходимо рассчитать длину лопасти. Диаметр трубы должен быть равен 1/5 от общего метража. К примеру, если лопасть будет метровая, то подойдёт труба диаметром 20 см.
2. Разрезаем трубу лобзиком вдоль на 4 части.
3. Из одной части изготавливаем крыло, которое послужит шаблоном для вырезания последующих лопастников.
4. Заусенца на краях сглаживаем абразивом.
5. Лопасти фиксируют к алюминиевому диску с приваренными полосами для крепления.
6. Далее к этому диску прикручивается генератор.

Лопасти для ветрового колеса

После сборки ветроколесо нуждается в балансировке. Его закрепляют на штативе горизонтально. Операцию проводят в закрытом от ветра помещении. В случае правильно проведённой балансировки колесо не должно двигаться. Если же лопасти вращаются сами, то их требуется подточить до придания равновесия всей конструкции.

Только после успешного завершения данной процедуры следует перейти к проверке точности вращения лопастей, они должны крутиться в одной плоскости без перекоса. Допускается погрешность в 2 мм.

Мачта

Для изготовления мачты подойдёт старая водопроводная труба диаметром не менее 15 см, длиной около 7 м. Если в пределах 30 м от предполагаемого места монтажа есть постройки, то высоту конструкции корректируют в сторону увеличения. Для эффективной работы ветроустановки лопастник поднимают выше препятствия минимум на 1 м.

Основание мачты и колышки для закрепления растяжек бетонируют. К кольям приваривают хомуты с болтами. Для растяжек применяют оцинкованный 6 мм трос.

Совет. Собранная мачта обладает немалым весом, при ручной установке понадобится противовес из трубы с грузом.

Переделка генератора

Для изготовления генератора ветряка подойдёт генератор от любого автомобиля. Их конструкции схожи между собой, а переделка сводится к перемотке провода статора и изготовлению ротора на неодимовых магнитах. В полюсах ротора высверливаются отверстия для фиксации магнитов. Устанавливают их, чередуя полюса. Ротор оборачивают бумагой, а пустоты между магнитами заливают эпоксидной смолой.

Таким же способом можно переделать двигатель от старой стиральной машины. Только магниты в этом случае во избежание залипания наклеивают под углом.

Новую обмотку перематывают по катушке на зуб статора. Можно сделать всыпную обмотку, это как кому удобно. Чем больше количество витков, тем эффективнее получится генератор. Мотают катушки в одном направлении по трёхфазной схеме.

Готовый генератор стоит опробовать и измерить данные. Если при 300 оборотах генератор выдаёт порядка 30 вольт, это хороший результат.

Генератор для ветряка из автомобильного генератора

Финальная сборка

Раму генератора сваривают из профильной трубы. Хвост изготавливают из оцинкованной жести. Поворотная ось представляет собой трубку с двумя подшипниками.

Генератор крепят к мачте таким образом, чтобы расстояние от лопасти до мачты было не менее 25 см. В целях безопасности для финальной сборки и монтажа мачты стоит выбрать безветренный день.

Лопасти под действием сильного ветра могут изогнуться и разбиться о мачту.

Чтобы использовать аккумуляторы для питания техники, которая работает от сети 220 В, потребуется установить инвертор преобразования напряжения. Ёмкость батареи подбирается индивидуально к ветрогенератору. Этот показатель зависит от скорости ветра на местности, мощности подключаемой техники и частоты пользования ею.

Устройство ветрогенератора

Чтобы батарея не вышла из строя от чрезмерной зарядки, понадобится контроллер напряжения. Его можно изготовить самостоятельно, если обладаете достаточными знаниями в электронике, или купить готовый. В продаже имеется множество контролеров для механизмов получения альтернативной энергии.

Совет. Чтобы лопастник не сломался при сильном ветре, устанавливают простое устройство – защитный флюгер.

Обслуживание ветрогенератора

Ветрогенератор, как и любое другое устройство, нуждается в техническом контроле и обслуживании. Для бесперебойной работы ветряка периодически проводят следующие работы.

Схема работы ветрогенератора

1. Наибольшего внимания требует токосъёмник. Щётки генератора нуждаются в чистке, смазке и профилактической регулировке раз в два месяца.
2. При первых признаках неисправности лопастника (дрожание и разбалансировка колеса) ветрогенератор опускают на землю и ремонтируют.
3. Раз в три года металлические детали покрывают антикоррозийной краской.
4. Регулярно проверяют крепления и натяжение тросов.

Теперь, когда установка окончена, можно подключать приборы и пользоваться электроэнергией. По крайней мере, пока ветрено.

Генератор для ветряка своими руками: видео

Ветрогенератор для частного дома: фото

Источник: https://dachadizain.ru/postrojki/inventar/vetrogenerator-svoimi-rukami.html

Как сделать вертикальный ветрогенератор на 220В для дома своими руками

Электроэнергия неуклонно дорожает. Чтобы чувствовать себя комфортно за городом в жаркую летнюю погоду и морозным зимним днем, необходимо или основательно потратиться, или заняться поиском альтернативных источников энергии. Россия – огромная по площади страна, имеющая большие равнинные территории.

Хотя в большинстве регионов у нас преобладают медленные ветры, малообжитая местность обдувается мощными и буйными воздушными потоками. Поэтому присутствие ветрогенератора в хозяйстве владельца загородной недвижимости чаще всего оправдано.

Подходящую модель выбирают, исходя из местности применения и фактических целей использования.

Ветряк #1 - конструкция роторного типа

Можно сделать своими руками несложный ветряк роторного типа. Конечно, снабдить электроэнергией большой коттедж ему вряд ли будет под силу, зато обеспечить электричеством скромный садовый домик вполне под силу. С его помощью можно снабдить светом в вечернее время суток хозяйственные постройки, осветить садовые дорожки и придомовую территорию.

Так или почти так выглядит роторный ветрогенератор, сделанный своими руками. Как видите, в конструкции этого оборудования нет ничего сверхсложного

Подготовка деталей и расходников

Чтобы собрать ветрогенератор, мощность которого не будет превышать 1,5 КВт, нам понадобятся:

• генератор от автомобиля 12 V;
• кислотный или гелиевый аккумулятор 12 V;
• преобразователь 12V – 220V на 700 W – 1500 W;
• большая ёмкость из алюминия или нержавеющей стали: ведро или объёмистая кастрюля;
• автомобильное реле зарядки аккумулятора и контрольной лампы заряда;
• полугерметичный выключатель типа «кнопка» на 12 V;
• вольтметр от любого ненужного измерительного устройства, можно автомобильный;
• болты с шайбами и гайками;
• провода сечением 2,5 мм2 и 4 мм2;
• два хомута, которыми генератор будет крепиться к мачте.

Для выполнения работы нам будут нужны ножницы по металлу или болгарка, рулетка, маркер или строительный карандаш, отвертка, ключи, дрель, сверло, кусачки.

Ход конструкторских работ

Мы собираемся изготовить ротор и переделать шкив генератора. Для начала работы нам понадобится металлическая ёмкость цилиндрической формы. Чаще всего для этих целей приспосабливают кастрюлю или ведро.

Возьмем рулетку и маркер или строительный карандаш и поделим ёмкость на четыре равные части. Если будем резать металл ножницами, то, чтобы их вставить, нужно сначала сделать отверстия. Можно воспользоваться и болгаркой, если ведро не выполнено из крашеной жести или оцинкованной стали.

В этих случаях металл неминуемо перегреется. Вырезаем лопасти, не прорезая их до конца.

Чтобы не ошибиться с размерами лопастей, которые мы прорезаем в ёмкости, необходимо сделать тщательные замеры и тщательно всё пересчитать

В днище и в шкиве размечаем и высверливаем отверстия для болтов. На этой стадии важно не торопиться и расположить отверстия с соблюдением симметрии, чтобы при вращении избежать дисбаланса. Лопасти следует отогнуть, но не слишком сильно.

При выполнении этой части работы учитываем направление вращения генератора. Обычно он крутится по движению часовой стрелке. В зависимости от угла изгиба увеличивается и площадь воздействия потоков ветра, а, значит, и скорость вращения.

Это ещё один из вариантов лопастей. В данном случае каждая деталь существует отдельно, а не в составе ёмкости, из которой вырезалась

Раз каждая из лопастей ветряка существует отдельно, прикручивать нужно каждую. Преимущество такой конструкции в её повышенной ремонтопригодности

Ведро с готовыми лопастями следует закрепить на шкиве, используя болты. На мачту при помощи хомутов устанавливаем генератор, затем подсоединяем провода и собираем цепь. Схему, цвета проводов и маркировку контактов лучше заранее переписать. Провода тоже нужно зафиксировать на мачте.

Чтобы подсоединить аккумулятор, используем провода 4 мм2, длина которых не должна быть более 1-го метра. Нагрузку (электроприборы и освещение) подключаем с помощью проводов сечением 2,5 мм2. Не забываем поставить преобразователь (инвертер). Его включают в сеть к контактам 7,8 проводом 4 мм2.

Конструкция ветряной установки состоит из резистора (1), обмотки стартера генератора (2), ротора генератора (3), регулятора напряжения (4), реле обратного тока (5), амперметра (6), аккумулятора (7), предохранителя (8), выключателя (9)

Достоинства и недостатки такой модели

Если всё сделано правильно, работать этот ветрогенератор будет, не создавая вам проблем. При аккумуляторе 75А и с преобразователем 1000 W он может питать уличное освещение, охранную сигнализацию, приборы видеонаблюдения и т.д.

Схема работы установки наглядно демонстрирует то, как именно энергия ветра преобразуется в электричество и то, как она используется по назначению

Достоинства такой модели очевидны: это весьма экономичное изделие, хорошо поддаётся ремонту, не требует особых условий для своего функционирования, работает надежно и не нарушает ваш акустический комфорт. К недостаткам можно отнести невысокую производительность и значительную зависимость от сильных порывов ветра: лопасти могут быть сорваны воздушными потоками.

Ветряк #2 - аксиальная конструкция на магнитах

Аксиальные ветряки с безжелезными статорами на неодимовых магнитах в России до последнего времени не делали по причине недоступности последних. Но теперь они есть и в нашей стране, причем стоят они дешевле, чем изначально. Поэтому и наши умельцы стали изготавливать ветрогенераторы этого типа.

Со временем, когда возможности роторного ветрогенератора уже не будут обеспечивать все потребности хозяйства, можно сделать аксиальную модель на неодимовых магнитах

Что необходимо подготовить?

За основу аксиального генератора нужно взять ступицу от автомобиля с тормозными дисками. Если эта деталь была в эксплуатации, её необходимо разобрать, подшипники поверить и смазать, ржавчину счистить. Готовый генератор будет покрашен.

Чтобы качественно отчистить ступицу от ржавчины, воспользуйтесь металлической щеткой, которую можно насадить на электродрель. Ступица снова будет выглядеть отлично

Распределение и закрепление магнитов

Нам предстоит наклеивать магниты на диски ротора. В данном случае используются 20 магнитов размером 25х8мм.

Если вы решите сделать другое количество полюсов, то используйте правило: в однофазном генераторе должно быть сколько полюсов, столько и магнитов, а в трехфазном необходимо соблюдать соотношение 4/3 или 2/3 полюса к катушкам.

Размещать магниты следует, чередуя полюса. Чтобы их расположение было правильным, используйте шаблон с секторами, нанесенными на бумаге или на самом диске.

Если есть такая возможность, магниты лучше использовать прямоугольные, а не круглые, потому что у круглых магнитное поле сосредоточено в центре, а у прямоугольных – по их длине. Противостоящие магниты должны иметь разные полюса.

Чтобы ничего не перепутать, маркером нанесите на их поверхность «+» или «-». Для определения полюса возьмите один магнит и подносите к нему другие. На притягивающихся поверхностях ставьте плюс, а на отталкивающихся – минус.

На дисках полюса должны чередоваться.

Магниты правильно размещены. Перед их фиксацией эпоксидной смолой, необходимо сделать бортики из пластилина, чтобы клейкая масса могла застыть, а не стекла на стол или пол

Для закрепления магнитов нужно использовать сильный клей, после чего прочность склейки дополнительно усиливают эпоксидной смолой. Ею заливают магниты. Чтобы предотвратить растекание смолы можно сделать бордюры из пластилина или просто обмотать диск скотчем.

Трехфазные и однофазные генераторы

Однофазный статор хуже трехфазного, потому что при нагрузке он даёт вибрацию. Это происходит из-за разницы в амплитуде тока, которая возникает по причине непостоянной отдачи его за момент времени. Трехфазная модель этим недостатком не страдает. Мощность в ней всегда постоянна, потому что фазы друг друга компенсируют: если в одной ток падает, а в другой он нарастает.

В споре однофазного и трехфазного вариантов последний выходит победителем, потому что дополнительная вибрация не продлевает срок службы оборудования и раздражает слух

В результате отдача трехфазной модели на 50% превышает тот же показатель однофазной. Другим плюсом отсутствия ненужной вибрации является акустический комфорт при работе под нагрузкой: генератор не гудит во время его эксплуатации. Кроме того, вибрация всегда выводит ветрогенератор из строя до истечения срока его эксплуатации.

Процесс наматывания катушек

Любой специалист вам скажет, что перед наматыванием катушек нужно произвести тщательный расчет. А любой практик все сделает интуитивно. Наш генератор не будет слишком быстроходным.

Нам нужно, чтобы процесс зарядки 12-вольтового аккумулятора начался при 100-150 оборотах в минуту. При таких исходных данных общее число витков во всех катушках должно составлять 1000-1200шт.

Осталось разделить эту цифру на количество катушек и узнать, сколько витков будет в каждой.

Чтобы сделать ветрогенератор на низких оборотах мощнее, нужно увеличить число полюсов. При этом в катушках возрастет частота колебания тока. Для намотки катушек лучше использовать толстый провод.

Это уменьшит сопротивление, а, значит, сила тока возрастет. Следует учесть, что при большом напряжении ток может оказаться «съеденным» сопротивлением обмотки.

Простой самодельный станочек поможет быстро и аккуратно намотать качественные катушки.

Статор размечен, катушки уложены на свои места. Для их фиксации используется эпоксидная смола, стеканию которой снова противостоят пластилиновые бортики

Из-за числа и толщины магнитов, расположенных на дисках, генераторы могут значительно различаться по своим рабочим параметрам. Чтобы узнать, какую мощность ждать в результате, можно намотать одну катушку и прокрутить её в генераторе. Для определения будущей мощности, следует измерить напряжение на определенных оборотах без нагрузки.

Например, при 200 оборотах в минуту получается 30 вольт при сопротивлении 3 Ом. Отнимаем от 30 вольт напряжение аккумулятора в 12 вольт, а получившиеся 18 вольт делим на 3 Ом. Результат – 6 ампер. Это тот объём, который отправится на аккумулятор. Хотя практически, конечно, выходит меньше из-за потерь на диодном мосту и в проводах.

Чаще всего катушки делают круглыми, но лучше их чуть вытянуть. При этом меди в секторе получается больше, а витки катушек оказываются прямее. Диаметр внутреннего отверстия катушки должен соответствовать размеру магнита или быть немногим больше его.

Проводятся предварительные испытания получившегося оборудования, которые подтверждают его отличную работоспособность. Со временем и эту модель можно будет усовершенствовать

Делая статор, учтите, что его толщина должна соответствовать толще магнитов. Если число витков в катушках увеличить и сделать статор толще, междисковое пространство увеличится, а магнитопоток уменьшится. В результате может образоваться то же напряжение, но меньший ток из-за возросшего сопротивления катушек.

В качестве формы для статора используют фанеру, но можно на бумаге разметить сектора для катушек, а бордюры сделать из пластилина. Прочность изделия увеличит стеклоткань, помещенная на дно формы и поверх катушек.

Эпоксидная смола не должна прилипать к форме. Для этого её смазывают воском или вазелином. Для тех же целей можно использовать пленку или скотч. Катушки закрепляют между собой неподвижно, концы фаз выводят наружу.

Потом все шесть проводов соединяют треугольником или звездой.

Генератор в сборе тестируют, используя вращение рукой. Получившееся напряжение составляет 40 вольт, сила тока при этом составляет примерно 10 Ампер.

Заключительный этап - мачта и винт

Фактическая высота готовой мачты составила 6 метров, но лучше было бы сделать её 10-12 метров. Основание для неё нуждается в бетонировании. Необходимо сделать такое крепление, чтобы трубу можно было поднимать и опускать при помощи ручной лебедки. На верхнюю часть трубы крепится винт.

Труба ПВХ – надежный и достаточно легкий материал, используя который можно сделать винт ветряка с заранее предусмотренным изгибом

Для изготовления винта нужна ПВХ труба, диаметр которой составляет 160 мм. Из неё предстоит вырезать шестилопастной двухметровый винт. С формой лопастей имеет смысл поэкспериментировать, чтобы усилить крутящий момент на низких оборотах. От сильного ветра винт нужно уводить. Эта функция выполняется с помощью складывающегося хвоста. Выработанная энергия копится в аккумуляторах.

Мачта должна подниматься и опускаться с помощью ручной лебедки. Дополнительную устойчивость конструкции можно придать, используя натяжные тросы

Вашему вниманию предоставлены два варианта ветрогенераторов, которые чаще всего используются дачниками и владельцами загородной недвижимости. Каждый из них по-своему эффективен. Особенно результат применения такого оборудования проявляется в местности с сильными ветрами. В любом случае, такой помощник в хозяйстве не помешает никогда.

Источник: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/vetrogenerator-svoimi-rukami.html

Ветрогенератор из подручных материалов, как сделать ветрогенератор своими руками на 220 вольт

С каждым годом люди ведут поиски альтернативных источников. Самодельная электростанция из старого автомобильного генератора будет кстати в отдалённых участках, где нет подключения к общей сети. Она сможет свободно заряжать аккумуляторные батареи, а также обеспечит работу нескольких бытовых приборов и освещения.

Куда использовать энергию, что будет вырабатываться решаете вы и главное больших финансовых затрат сборка ветрогенератора за собой не повлечёт, зато позволит существенно сэкономить. Сделать своими руками или приобрести его у производителей, которых на рынке предостаточно.

В этой статье мы поможем вам разобраться с вопросом.

Рассмотрим принцип работы ветро – электростанции. Под быстрым ветровым потоком активируется ротор и винтовые лопасти, после в движение приходит основной вал, вращающий редуктор, а потом происходит генерация.

На выходе мы получаем электричество. Следовательно, чем выше скорость вращения механизма, тем больше производительности.

Соответственно, при расположении конструкций нужно учитывать местность, рельеф, знать участки территорий, где большая скорость вихря.

Инструкция сборки ветряка из автомобильного генератора

Сделать его можно, но для этого вам потребуется заранее приготовить все необходимые комплектующие. Самым важным элементом является генератор.

Лучше всего брать его из трактора или автобуса он способен выработать намного больше энергии, но если такой возможности нет, то можно обойтись и более слабыми агрегатами.

Для сборки аппарата помимо автомобильного генератора, вам понадобится: вольтметр; реле аккумуляторной зарядки; сталь чтобы изготовить лопасти; 12 вольтовый аккумулятор; коробка для проводов; 4 болта с гайками и шайбами;

Хомуты для крепления генератора.

сделай сам ветрогенератор из автомобильного генератора

Сборка устройства

Когда все необходимое собрано, можно переходить к собиранию ветрогенератора. Каждый из вариантов ветряного генератора может иметь дополнительные детали, но они чётко оговариваются непосредственно в руководстве.

Первым делом, вам необходимо собрать ветряное колесо - это одна из главных элементов конструкции, ведь именно эта деталь будет преображать энергию ветра в механическую. Лучше всего, чтобы он состоял из 4 лопастей. Запомните, что чем меньше лопастей у ветряка, тем больше механической вибрации и тем сложней будет его сбалансировать.

Сделать их, можно из листовой стали или из железной бочки. Форму лопасти должны носить не такие, как вы видели в старых ветряных мельницах, а напоминающих лопасть крыльчатого типа. У таких лопастей аэродинамическое сопротивление намного ниже, а эффективность выше.

После того как вы с помощью болгарки, вырежете ветряк с лопастями диаметром 1.2-1.8 метра, его вместе с ротором требуется прикрепить с-осью генератора, просверлив отверстия и соединив болтами.

Сборка электрической схемы

Закрепляем провода и подключаем их непосредственно к аккумулятору и преобразователю напряжения. Требуется использовать все, что в школе на уроках физики вас учили мастерить при сборке электрической схемы.

Перед началом разработки подумайте, какая мощность вам необходима. Важно отметить, что автомобильные генераторы без последующей переделки на магниты и перемотки статора вовсе не пригодны для ветрогенератора, рабочие обороты составляют 1,2 тыс-6 тыс.

об/м, а этого недостаточно для производства энергии. Именно по этой причине требуетсяизбавиться от катушки возбуждения. Чтобы поднять уровень напряжения, необходимо перемотать статор тонким проводом.

Как правило, в результате мощность у вашего генератора будет при 10 м/с 150-300 ватт. После сборки, ротор хорошо будет магнитить, будто к нему подключили питание.

Роторные самодельные ветрогенераторы очень надёжны в работе и экономично выгодны, единственным их несовершенством является страх сильных порывов ветра. Принцип работы ветрогенератор из автогенератора имеет простой - вихрь через лопасти заставляет крутиться генератор.

В процессе этих интенсивных вращений вырабатывается энергия, нужного вам напряжения.

Такая электростанция – это очень удачный способ обеспечить электричеством небольшой дом, конечно, чтобы выкачивать воду из скважины его мощности будет недостаточно, но посмотреть телевизор или включить свет во всех помещениях с его помощью можно.

Ветряк из автомобильного генератора видео пошаговая инструкция.

Простой ветрогенератор из вентилятора

Сам вентилятор может быть внерабочем состоянии, но из него требуется всего несколько деталей - это стойка и сам винт. Для конструкции понадобиться небольшой шаговый двигатель спаянный диодным мостиком для того, чтобы он выдавал постоянное напряжение, бутылочка от шампуня, пластиковая водопроводная трубка длиной примерно 50 см, заглушка для неё и крышка от пластикового ведра.

На станке делают втулку и фиксируют в разъёме от лопастей разобранного вентилятора. В эту втулку будет крепиться генератор. После закрепления, нужно заняться изготовлением корпуса для будущего ветряка. Срезают с помощью станка или в ручном режиме дно от бутылки шампуня.

Во время отрезания, требуется также оставить отверстие на 10, чтобы можно было в него вставить ось, выточенный из алюминиевого прута. Прикрепляют её с помощью болта и гайки к бутылочке. После того как была выполнена припайка к генератору всех необходимых проводов, в корпусе бутылочки проделывают ещё одно отверстие для вывода этих самых проводов.

Протягиваем их и закрепляем бутылочке сверху на генераторе. По форме они должны совпадать и корпус бутылки должен надёжно скрывать все части генератора.

Хвостовик для ветрогенератора

Чтобы ветряк в будущем улавливал потоки ветра с разных сторон, необходимо сделать хвостовик, использовав заранее подготовленную трубку. Крепиться к генератору хвостовая часть будет с помощью откручиваемой крышки от шампуня.

В ней тоже делают отверстие и, предварительно одел на один конец трубки заглушку, протягивают её и закрепляют к основному корпусу бутылочки. С другой стороны, трубку пропиливают ножовкой и вырезают ножницами из крышки пластикового ведра крыло хвостовика, оно должно иметь круглую форму.

Все что вам нужно, это попросту обрезать края ведра, которыми оно прикреплялось к основной ёмкости.

На заднюю панель подставки прикрепляем USB выход и складываем все полученные детали в одну. Крепить радио или подзаряжать телефон можно будет через этот вмонтированный USB порт. Конечно, сильной мощностью ветрогенератор из моторчика от вентилятора не обладает, но все же освещение одной лампочки может обеспечить.

Пошаговая сборка ветряка своими руками

Ветрогенератор из шагового двигателя

Как сделать ветрогенератор из шагового двигателя? ведь даже при небольшой скорости вращения вырабатывает мощность около 3 Вт. Напряжение может подниматься выше 12 В, а это позволяет заряжать небольшой аккумулятор. В качестве генератора в будущий ветрогенератор можно вставить шаговый двигатель от принтера.

В генераторном режиме у шагового двигателя вырабатывается переменный ток, а его без труда преобразовать в постоянный, используя несколько диодных мостов и конденсаторы. Схему, вы можете легко собрать своими руками. Стабилизатор устанавливают за мостами в следствии получим постоянное выходное напряжение. Чтобы контролировать зрительно напряжение, можно установить светодиод.

С целью уменьшения потери 220В, для его выпрямления, применяются диоды Шоттки.

Лопасти для ветрогенератора можно сделать из трубы ПВХ. Заготовку лопасти рисуют на трубе, а затем вырезают отрезным диском. Размах винта должен составлять около 50 см, а ширина лопастей - 10 см. Вам необходимо выточить втулку с фланцем под размер вала ШД.

Она насаживается на вал двигателя и крепится с помощью винтов, непосредственно к фланцам будут крепиться пластиковые лопасти. Необходимо также провести балансировку – от концов лопастей отрезаются кусочки пластика, угол наклона можно изменить посредством нагрева и изгиба.

Сам генератор вставляют в кусок трубы, к которому его тоже прикрепили болтами. Что касается электрической платы, то её лучше разместить внизу, а к ней вывести питание от генератора. С шагового двигателя выходят до 6 проводов, которые соответствуют двум катушкам.

Для них необходимы токосъемные кольца для передачи электроэнергии от подвижной части. Соединяя все детали между собой, можно переходить к тестированию конструкции, которая будет начинать обороты при 1 м/ с.

Самодельный ветрогенератор для отопления

Ветрогенератор из мотор-колесо и магнитов

Не каждый знает, что ветрогенератор из мотор-колесоможно сделать своими руками без существенных финансовых затрат и за короткое время, главное заранее запастись необходимыми материалами.

Для ветрогенератора на основе мотор-колесо, лучше всего подходит ротор Савониуса, его можно приобрести готовый или же сделать самостоятельно. Он состоит из двух полуцилиндрических лопастей и перекрытия, из которых и получаются оси вращения ротора.

А также необходимо сделать лопасти, вы можете сами выбирать материал для них используя дерево, стеклоткань или пвх-трубу, что является самым простым и оптимальным вариантом. Изготовляем место соединения деталей, на котором нужно сделать отверстия для крепления в соответствии с количеством лопастей.

Необходим также поворотный механизм из стали, чтобы ветрогенератор впоследствии мог выдерживать любую погоду. Ветряк из мотор-колесо гироскутера на видео инструкции.

Ветрогенератор из ферритовых магнитов

Ветрогенератор из магнитов будет сложно сделать малоопытным мастерам, но все же можно попробовать. Итак, в генераторе должны быть четыре полюса, в каждом из которых будет находиться по два ферритовых магнита.

Покрывать их будут накладки из металла толщиной чуть меньше миллиметра для распределения более равномерного магнитного потока. Основных катушек должно быть 6 штук, перемотаны толстым проводом и должны находиться через каждый магнит занимая пространство, соответствующее длине магнитного поля.

Крепление схем обмотки и магнита может быть на ступице от болгарки, в середину которой установлен заранее выточенный болт.

Регулируется поток подачи энергии высотой закрепления статора над ротором, чем он выше, тем меньше залипаний, соответственно мощность понижается.

Для ветрогенератора нужно сварить опору-стойку, а на диске статора закрепить 4 больших лопасти, которые вы можете вырезать из старой металлической бочки или крышки от пластикового ведра.

При средней скорости вращения ветрогенератор выдаёт примерно до 20 ватт.

Генератор для ветряка с сердечниками из ферритовых магнитов.

Ветрогенератор на неодимовых магнитах

Если вы хотите знать как создать ветрогенератор, нужно сделать основой ступицу автомобиля с дисками тормоза, такой выбор вполне оправдан, ведь она мощная, надёжная и хорошо сбалансированная.

После того как вы отчистите ступицу от краски и грязи необходимо перейти к расстановке непосредственно неодимовых магнитов.

Их необходимо по 20 штук на диске, размер их должен составлять 25х8 миллиметров.

Магниты нужно размещать, учитывая чередование полюсов, перед склейкой лучше создать бумажный шаблон либо прочертить линии, делящие диск на сектора, чтобы не перепутать полюса.

Очень важно, чтобы магниты, стоящие друг напротив друга, были обёрнуты разными полюсами, то есть притягиваться. Клеят магниты супер клеем, необходимо сделать бордюрчики по краям дисков и в их центре намотав скот или вылепив из пластилина для недопущения растекания.

Чтобы сделанный ветрогенератор на неодимовых магнитах рабтал с максимальной отдачей, катушки статора следует рассчитать правильно.

Увеличение количества полюсов приводит к росту частоты тока в катушках, благодаря этому, генератор даже при низкой частоте оборота лопастей, даёт большую мощность. Намотка катушек осуществляется более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них.

Ветрогенератор на неодимовых магнитах пошаговая инструкция

Когда основная часть генератора готова, изготовляют лопасти, как в предыдущем случае и закрепляют их к мачте, что может быть изготовлена из обыкновенной пластиковой трубы с диаметром- 160 мм. В конце концов ветрогенератор, работающий на принципе магнитной левитации, с диаметром в полтора метра и шестью лопастями, в 8м/с, способен обеспечить мощность до 300 Вт.

Цена разочарования или дорогой флюгер

Сегодня существует множество вариантов как сделать ветрогенератор, каждый из способов по-своему эффективен. Если вы ознакомлены с методикой изготовления оборудования вырабатывающего энергию, то вам не будет разницы делать из автомобильного генератора или из принтера, главное, чтобы он отвечал задуманной вами схеме, и на выходе давал хорошую мощность.

Сравнение ветрогенераторов видео

альтернативная энергетика ветрогенератор ветряки

Умная теплица Умная теплица классифицируется основными категориями Преимущества теплицы Полив и вентиляция Солнечная дистилляция …

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

Основные понятия

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

Примечания:

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

Какой нужен генератор?

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

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

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

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

Выбор по ветру

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

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

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

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

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

О безопасности

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

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

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

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

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

Ветер, аэродинамика, КИЭВ

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

Ветер и КИЭВ

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

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

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

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

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

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

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

Аэродинамика

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

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

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

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

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

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

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

Снова КИЭВ

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

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

Современность

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

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

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

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

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

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

Чего ожидать от классики?

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

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

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

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

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

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

Вертикалки

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

ВС

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

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

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

Дарье

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

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

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

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

Ортогонал

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

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

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

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

Геликоид

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

Бочка-загребушка

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

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

Видео: ветрогенератор Ленца

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

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

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

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

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

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

Лопастники

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

По схемам на рис. рассмотрим подробнее; позиции:

• Фиг. А:

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

• Фиг. Б, вид сверху:

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

• Фиг. Г, токосъемник:

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

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

Итак, где нас ждут «спотыки»?

Лопасти

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

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

Генератор

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

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

Аварийный флюгер

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

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

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

Токосъемник

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

Видео: лопастной ветрогенератор + солнечная панель для электроснабжения дачи

Мини и микро

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

• 10 Вт – 1,16 м.
• 20 Вт – 1,64 м.
• 30 Вт – 2 м.
• 40 Вт – 2,32 м.
• 50 Вт – 2,6 м.
• 60 Вт – 2,84 м.
• 70 Вт – 3,08 м.
• 80 Вт – 3,28 м.
• 90 Вт – 3,48 м.
• 100 Вт – 3,68 м.
• 300 Вт – 6,34 м.

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

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

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

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

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

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

Видео: простейший ветрогенератор для освещения дачи

Парусники

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

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

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

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

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

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

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

Самодельный генератор

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

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

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

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

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

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

Видео: генератор для ветряка своими руками

Вывод

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

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

Андрей сказал(а):

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

Иван сказал(а):

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

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

Подробности Опубликовано: 06.11.2017 17:09

Пошаговое руководство (максимально детально процесс изложен в видеоматериале), рассказывающее о том, как легко и дешево сделать ветряк, было создано изобретателем Дениэлом Коннеллом (Daniel Connell). С инструкцией в оригинале можно ознакомиться на сайте

Описание

Вертикально-осевая ветровая турбина использует энергию ветра для производства электроэнергии за счет генераторов, а также может приводить в действие воздушные и водяные насосы для охлаждения, ирригации и прочего.

Конструкция турбины Lentz2 (названа по имени автора - Ed Lenz) является на 35-40% более эффективной и может быть построена из подручных средств, дешевых материалов и даже металлолома. Вариант с шестью лопастями два человека смогут собрать примерно за четыре часа без особых усилий, потратив всего 15-30 долларов.

Ветрогенератор с тремя лопастями успешно выдержал испытание при устойчивой скорости ветра до 80 км/ч, а шесть лопастей отлично справляются с ветром до 105 км/ч. Конечно, оба варианта способны на большее, но установить на сколько конкретно пока не удалось. На сегодняшний день дольше всего работает турбина, установленная ещё в начале 2014 года, выдерживая штормы, при этом видимых следов износа пока не наблюдается.

Для этой конкретной конструкции кривые мощности ещё не рассчитаны полностью, но, согласно уже имеющимся данным, шесть лопастей диаметром в 0.93 метра и высотой в 1.1 метра в паре с высокоэффективным генератором переменного тока должны производить не менее 135 Вт электроэнергии при скорости ветра в 30 км/ч или 1.05 кВт при 60 км/ч.

Инструменты

Для того, чтобы собрать ветровую турбину собственноручно понадобятся следующие инструменты:

• Электрическая дрель;
• Металлические сверла (диаметром 4/6/10 мм);
• Канцелярский нож или нож Stanley, ножницы по металлу (первый лучше для резки бумаги, последний для алюминиевых листов, поэтому лучше будет иметь оба);
• Алюминиевый уголок (20х20 мм, около метра в длину, ± 30 см);
• Рулетка;
• Ручной заклепочник;
• Маркер;
• Скотч;
• 4 прищепки;
• Компьютер и принтер (подойдет недорогой черно-белый);
• Гайковёрт с насадкой 7 мм (необязательно).

Материалы

Помимо инструментов, естественно, понадобятся и следующие материалы:

• 11 алюминиевых пластин для офсетной печати;
• 150 заклёпок (4 мм в диаметре, 6-8 мм в длину);
• 18 болтов M4 (10-12 мм в длину) и столько же гаек;
• 24 маленьких шайбы 4 мм (около 10 мм внешнего диаметра);
• 27 больших шайб 4 мм (около 20 мм внешнего диаметра);
• 27-дюймовое велосипедное колесо*;
• 12 велосипедных спиц (любой длины);
• 2 стальных полосы (примерно 20х3х3 см);
• Ось заднего колеса велосипеда с тремя гайками (подходящая под колесо);
• 3 болта M6 с гайками (длинной 60 мм);

*Так как велосипедные колёса имеют сложную классификацию размеров, вам пододет то, диаметр внешнего обода которого составляет 63-64 см. Конечно, можно использовать и 26-дюймовое колесо, но оно не так идеально. Оно должно иметь нормальную толстую ось (около 9 мм), выступающую минимум на 4 см, 36 спиц и плавно крутиться. Если вы собираетесь работать с низким числом оборотов (например, для откачки воды, а не производства электричества), то может понадобится заднее колесо с шестернями, но подробнее об этом позже. Не лишним будет смазать подшипники.

Материалы, перечисленные в этом примере, рассчитаны на сборку турбины с тремя лопастями. Если захотите собрать вариант на шесть лопастей – удвойте всё, кроме велосипедного колеса.

Файлы шаблонов

Руководство

Пошаговая инструкция по сборке ветрогенератора с вертикальной осью:

Шаг 1:

Загрузите и распечатайте два файла шаблонов по ссылкам, приведённым выше. Убедитесь, что они распечатаны в 100% размере (200 dpi). При печати измерьте расстояние между размерными стрелками, оно должно составлять 10 см на обеих страницах. Если есть погрешность в пару мм, то это не страшно.

Скрепите страницы вместе таким образом, чтобы 10-сантиметровые стрелки прилегали друг к другу как можно ближе. Лучше всего делать это напротив источника света, чтобы вы видели оба листа насквозь. При помощи канцелярского ножа и алюминиевого уголка, выступающего в роли линейки, вырежьте шаблон по наружным границам. При вырезании убедитесь, что ваша вторая рука не стоит на пути ножа, дабы не порезаться. В этом плане уголок отлично защищает руку.

Шаг 2:

Возьмите алюминиевую пластину и отмерьте прямоугольник 42х48 см. Проведите линию по средине, чтобы у вас получилось два прямоугольника 42х24 см. Прорежьте внешние линии ножом Stanley, не пытаясь прорезать металл полностью, достаточно будет просто прочертить линии, которые затем позволят отделить детали. Для лучшего эффекта можно будет пройтись один раз легко, а второй раз немного сильнее, с нажимом. При этом не нужно прорезать линию, проведённую посредине, на отметке в 24 см.

Согните пластину по линии надреза и разогните обратно. Проделайте это пару раз, и она расколется. Сделайте то же самое с другой стороны и удалите внешний металл. Отложите его на потом.

Шаг 3:

Прикрепите шаблон к металлическому прямоугольнику (далее «основание»), чтобы длинный край бумаги находился на средней линии, а правые края поравнялись с другими гранями. Не беспокойтесь, если другие края не ложатся идеально.

С помощью ножа и уголка прорежьте кривую линию шаблона, включая треугольники на каждом конце. Не обязательно, чтобы основание было безупречным, но постарайтесь сделать всё максимально точно, чтобы использовать его в качестве шаблона для остальных. Прорежьте, отогните и удалите два треугольника металла, оставшихся вне шаблона.

Шаг 4:

Отметьте центры отверстий на бумажном шаблоне маркером так, чтобы они были видны с другой стороны, и переверните бумагу так, чтобы печатная сторона была опущена на вторую половину основания, оставляя её длинный край на средней линии. Закрепите скотчем, чтобы она не сдвигалась.

Вогните внутрь изогнутую часть основания и удалите два маленьких треугольника. Будьте осторожны, не сгибайте металл слишком сильно, так как вы можете ослабить его в не прорезанной части.

Теперь у вас есть первое основание. Повторите шаги со второго по третий, чтобы их у вас стало шесть. Также, вместо бумаги для вырезания остальных оснований вы можете использовать первое. На трех из них центральная линия будет нарисована спереди, а на остальных трёх сзади.

Шаг 5:

Возьмите все шесть заготовок и соедините их вместе, выровняв максимально точно. Если вдруг у вас не оказалось прищепок используйте скотч для того, чтобы их соединить. Просверлите каждое из 16 отверстий сквозь все шесть заготовок 4-миллиметровым сверлом. Сначала просверлите центральное отверстие, так как оно единственное, которое должно быть точным. Можно просунуть болт в первое отверстие, чтобы основания не смещались при сверлении остальных. Если отверстия на вашем шаблоне немного отличаются, от тех что на видео, то это потому, что шаблон мог быть обновлён.

Уберите шаблон и разъедините их. Положите основание так, чтобы средняя линия слегка выступала за край стола, поместите на неё уголок и согните до 90 градусов. Повторите этот этап со всеми шестью основаниями, три из которых согните блестящей стороной вверх, а три – вниз. Отложите их в сторону.

Шаг 6:

Возьмите другую алюминиевую пластину и выровняйте любые возможные изгибы. Отмерьте 67 см от длинного края и отрежьте остальное. Проведите линию на расстоянии 2 см от одного из краев, переверните пластину и проведите еще одну линию на таком же расстоянии от противоположного края. Повторите действие с еще двумя пластинами и соедините все три вместе таким образом, чтобы каждая проведённая линия ровнялась с краем следующей пластины.

По краю прорежьте линии на расстоянии 4, 6, 8, 10, 18, 26 и 34 см, а после через каждые 2 см до 64 см. Имейте в виду, что левая сторона имеет надрез на расстоянии 4 см от края, а правая - 3 см. Переверните пластины, убедившись, что они аккуратно выровнены и проделайте то же самое. Убедитесь, что надрезы совпадают с обеих сторон.

Шаг 7:

Разместите пластины на столе одна над другой и выровняйте их по краям. Со стороны отметки в 4 см проведите вертикальную линию на расстоянии 19 см от края и ещё одну на 33 см. На каждой из этих линий сделайте отметки на расстоянии 3 и 20 см с обоих концов. Просверлите все три пластины 4-миллиметровыми свёрлами во всех восьми метках. Если вы делаете турбину с шестью лопастями, а не тремя, то можете легко просверлить все шесть пластин одновременно. После разъедините их.

Шаг 8:

Поместите пластину так, чтобы правый край с прорезью на расстоянии 3 см нависал над столом. Разместите уголок на второй отметке от этого края и загните его, придав треугольную форму, как показано на видео. Сделайте то же самое с левым краем.

Предварительно согните пластину, чтобы можно было легче разместить основания. Но не сгибайте её слишком сильно, чтобы она не сложилась пополам.

Шаг 9:

Переверните пластину вертикально и сверху вставьте основание (необрезанная половина с отверстиями должна указывать вверх). Лучший способ сделать это – сначала поместить треугольники по краям в соответствующие отверстия на нём, надавить на внутреннюю часть, а затем протолкнуть остальную часть пластины через разрез.

Далее разогните прорезанные расстояния краёв, чтобы первые три на каждом из треугольников были наружу, а остальные чередовались. Вероятно, вам нужно будет прорезать несколько из них или использовать плоскогубцы, если они окажутся менее податливыми. Если вы вдруг согнули вкладку в неправильную сторону, лучше оставьте как есть, так как выгибая ее назад вы можете ослабить металл. Убедитесь, что три длинные вкладки также загнуты поочерёдно.

Поднимите основание, чтобы оно выровнялось с загнутыми частями. Поместите две велосипедные спицы в его складку и загните вторую половину. Если вы придавите края металла вокруг спиц плоскогубцами, это предохранит их от выпадения. Переверните конструкцию и поместите другое основание таким же образом.

Шаг 10:

Отрежьте два внешних угла основания. Отмерьте меньший треугольник и отрежьте вместе со второй половиной, а у большего сделайте запас в 2 см при помощи алюминиевого уголка и также отрежьте. Повторите для второго основания.

Шаг 11:

Возьмите один из остатков пластины после вырезания основания и отрежьте от него полосу шириной 7 см, а затем отрежьте 4 см от её длины. Придайте ей треугольную форму, как показано в видео. С каждого края 3-сантиметровой лицевой стороны проведите линии, примерно по центру, длиной в несколько сантиметров.

Шаг 12:

Поместите треугольную стойку внутри флюгера так, чтобы сторона с помеченными линиями соответствовала ряду просверленных отверстий ближе к заднему краю. Посмотрите на линию через верхнее отверстие, чтобы проверить правильность расположения.

Просверлите стойку через отверстие во флюгере и скрепите с помощью заклепки. Повторите то же для нижнего отверстия, а затем для двух посередине.

Шаг 13:

Возьмите новую пластину, разгладив любые возможные неровности и разрежьте её пополам, чтобы у вас было две части шириной 33,5 см. Отрежьте 4 см от одного из коротких краев обеих частей. Проделайте это снова, чтобы у вас было четыре листа длиной 33,5 см (вам понадобятся только три из них). Выровняйте и соедините их вместе.

От одного из длинных краев нарисуйте три вертикальные линии на расстоянии 1, 9 и 19 см. Далее сделайте на каждой линии отметки, на расстоянии 1 и 20 см по обе стороны от короткого края. Просверлите 12 отверстий 4-миллиметровым сверлом.

Шаг 14:

Сделайте отметку на расстоянии 5 см от противоположного длинного края и придайте ему треугольную форму, как показано на видео.

Шаг 15:

Поместите получившийся лист внутрь лопасти так, чтобы ее ровный край совпадал с задней кромкой лопасти. Это нормально иметь небольшой промежуток, если она не идеально подходит.

Просверлите отверстия, расположенные ближе к краю, насквозь и скрепите лист вместе задней частью флюгера заклёпками.

Шаг 16:

Поднимите лопасть вертикально. Надавите треугольный край вставленного внутрь листа таким образом, чтобы он прилегал к задней части флюгера и был немного натянут над треугольной стойкой под ним.

Просверлите отверстия, к которым прилегает треугольный край листа, насквозь и закрепите его заклёпками.

Шаг 17:

Просверлите одно из центральных отверстий листа, убедившись, что сверло направленно прямо, и закрепите лист при помощи заклепки и шайбы так, чтобы шайба была на внутренней стороне лопасти. Этот будет намного проще с чьей-то помощью. Старайтесь держать шайбу ровно. Повторите для остальных трех отверстий.

Просверлите и закрепите тем же образом оставшийся ряд отверстий. При этом лист должен плотно облегать треугольную стойку. Вы наверняка заметите, что лопасть теперь стала намного прочнее и жестче.

Согните 2-сантиметровое перекрытие на обеих основаниях на 90 градусов.

Шаг 18:

Просверлите все отверстия на основании флюгера, вместе с теми, которые будут прикреплены к велосипедному колесу. Если вы делаете версию с тремя лопастями, то оно станет нижним. Если же вы делаете версию на шесть лопастей, то три из них будут прикрепляться к колесу нижней частью, а три остальные - верхней. В остальном лопасти идентичны.

Скрепите каждое отверстие заклёпками, кроме отмеченных, так как они будут прикреплены болтами к ободу колеса.

На некоторых отверстиях очень легко просто вытолкнуть внутренний слой металла как сверлом, так и клепальником, поэтому убедитесь, что все они правильно закреплены. Если это не так, вам может понадобиться высверлить и заменить заклепку.

Просверлите отверстия на противоположной стороне лопасти и скрепите все, кроме центрального.

Шаг 19:

Возьмите велосипедное колесо. Просверлите три отверстия диаметром 4 мм, равномерно распределенные вокруг обода. Ваше колесо должно иметь 36 спиц, поэтому делайте отверстия через каждые 12 спиц. Они также должны быть достаточно близко к краю обода.

Просуньте болт M4 через одно из получившихся отверстий и поставьте сверху лопасть, продев болт через крайнее из трёх отверстий в её основании. Поместите большую шайбу и закрутите гайку. Удостоверьтесь, что болт находится перед велосипедной спицей, которую вы положили в складку основания, а шайба над ней. Это важно для того, чтобы болт и вся лопасть не сорвались с колеса. Не затягивайте гайку до конца.

Выровняйте лопасть так, чтобы другие два отверстия располагались вблизи края обода колеса и сделайте через них отметки при помощи маркера. Отодвиньте лопасть, чтобы вы могли просверлить две метки.

Верните лопасть на место и зафиксируйте ещё двумя болтами, большими шайбами и гайками. Полностью затяните все три. Именно в этом моменте вам сможет пригодиться 7-миллиметровая насадка и гайковёрт, так как затягивание их вручную – более трудоёмкий процесс. Вам также лучше использовать болты с шестигранной головкой, поскольку они, должны упираться в обод колеса и не проворачиваться, когда вы их затягиваете. Если они всё же крутятся, просто ухватитесь за головку болта плоскогубцами или гаечным ключом на 7 мм. Попытка закрутить их отвёрткой, если вы вдруг используете болты крестообразным шлицом, в лучшем случае – это кошмар, а если вы делаете турбину с шестью лопастями, то это просто-напросто будет невозможно.

Шаг 20:

Повторите все предыдущие действия дважды, начиная с шага 8, чтобы собрать еще две лопасти из оставшихся форм и пластин и прикрепить их к колесу.

Шаг 21:

Возьмите еще один остаток пластины и отрежьте полосу шириной 9,5 см и длиной 67 см. Нарисуйте линии на расстоянии 3.5 см от левого длинного края и на расстоянии 1 см от правого. На этом расстоянии в 1 см согните полосу до 45 градусов. Затем переверните и задайте ей треугольную форму, как показано на видео.

Просверлите отверстия диаметром 4 мм на расстоянии 1 см от каждого конца получившейся стойки и посередине, всего их должно получится три, на плоской области в 1 см. Среднее отверстие скрепите заклёпкой. Повторите дважды, чтобы у вас получилось три стойки.

Шаг 22:

Проденьте болт M4 с большой шайбой снизу через центральное отверстие в верхней части одной из лопастей и через крайние отверстия в двух стойках. Добавьте ещё одну большую шайбу и закрутите гайку. Повторите то же самое с двумя другими лопастями и последней стойкой. Шайбы затягивайте не до конца.

Верхняя часть лопастей должна быть вровень с их основаниями. Для этого поместите турбину на землю, чтобы вы могли смотреть на нее сверху, и проверьте (при надобности подровняйте) каждую из лопастей.

После того, как выровняете положение лопасти, просверлите отверстие через одну из распорок (насквозь вместе с верхней частью лопасти) на расстоянии 1-2 см от края. Проденьте большой болт, большую шайбу и затяните гайкой. Повторно проверьте выравнивание, просверлите другую стойку и проделайте то же самое. Затяните все три гайки. Повторите это для двух других лопастей.

При желании вы можете добавить дополнительные три лопасти к нижней части колеса. Это даст вам в два раза больше энергии, а также сделает турбину более стабильной, перемещая точку опоры в середину, а не вниз.

Шаг 23:

Чтобы сделать скобу для крепления вашей турбины, возьмите две стальных полосы на 18 и 20 см в длину, 3 см в ширину, толщиной около 3 мм. Эти цифры не являются жизненно важными, если они примерно совпадают, а металл достаточно прочен.

Отметьте расстояние в 3 см с одного конца каждой полосы, и согните их под прямым углом при помощи верстачных тисков. Убедитесь, что углы близки к 90 градусам, или турбина не будет стоять прямо.

Вложите две части так, чтобы 18-сантиметровая находилась внутри большей. Просверлите отверстие диаметром 10 мм (которое должно соответствовать диаметру оси велосипедного колеса для вашей турбины) через загнутые стороны полос. Удостоверьтесь, что они не скользят во время сверления.

Возьмите запасную велосипедную ось, не ту, что на вашем колесе, и намотайте гайку. Вставьте её в 20-сантиметровую стальную полосу, добавьте и затяните еще одну гайку, добавьте меньшую полосу, а затем еще одну гайку.

Просверлите 6-миллиметровое отверстие в зазоре между двумя частями, как показано на видео, а затем еще одно, примерно через 1 см, и третье рядом с противоположным концом. Скрутите гайки, и снимите крепления.

Шаг 24:

Просуньте болт M6 через верхнее отверстие большей стальной полосы и наденьте её на ось в нижней части колеса (если гайка, которую вы используете, не слишком широкая, то, возможно, понадобится обработать головку болта, чтобы он поместился между двумя частями крепления), затем затягивайте гайку, после продеваете 18-сантиметровый кусок, последнюю гайку и затягиваете её максимально плотно, и, наконец, продеваете два болта через оставшиеся отверстия.

Поздравляем, вы сделали ветряк своими руками!

Конфигурации

Возможные конфигурации ветровой турбины:

Ниже представлены некоторые потенциальные конфигурации вашего ветрогенератора, которые предполагают прикрепление различных дополнительных деталей, чтобы они могли выполнять полезную работу. Конечно же, какое-то одно решение не сможет подойти для всех ситуаций сразу, поскольку это будет зависеть в значительной степени от того, как вы планируете использовать ветровую турбину, поэтому возможные варианты предоставлены по большей части для ознакомления. Большинство сборок довольно просты и уже делались раньше.

Вариант A: Генератор постоянного тока.

Эта ветровая установка может быть подключена и использована для подачи питания различному оборудованию, вроде механического насоса для воды, но вы, вероятно, будете использовать её для выработки электроэнергии с целью питания бытовых устройств или зарядки батарей.

Одним из самых простых решений для этого является использование двигателя постоянного тока на постоянных магнитах, который в режиме реверса будет работать генератором и преобразовывывать механическую энергию в электрическую. Какой тип двигателя вы будете использовать в конечном итоге, зависит от вашего бюджета, силы ветров и потребностей в электричестве. Однако способы подключения их к турбине практически одинаковые. Хорошими вариантами для увеличения выходной мощности могут стать двигатели от автомобильных стеклоочистителей, электроскутоеров, или беговых дорожек. Они могут быть как куплены в интернете, так и найдены в старых или выброшенных устройствах.

Процесс прикрепления двигателя к конструкции ветряка в основном заключается только в том, чтобы снять с него всё лишнее, присоединить шкив к валу, пропустив зубчатый ремень вокруг обода колеса (со слоем нейлоновой обвязки, прикреплённой чтобы защитить ремень и обеспечить надежное зацепление) и закрепив двигатель на раме, как показано на видео, при помощи длинных болтов, чтобы вы могли легко отрегулировать натяжение ремня.

Вариант B: Высотный столб

Есть много различных способов установки ветряного генератора, включая крышу вашего дома, лодку, фургон или радиомачту, но самый распространённый вариант, особенно если вы проживаете в сельской местности, - это металлический столб с направляющими тросами.

В значительной степени это вопрос о присоединении различных компонентов, как показано на видео, для более безопасного и надёжного размещения турбины. Вам возможно понадобится выкопать ямы, от полуметра до метра глубиной, для размещения там деревянных якорей, или же прикрепить тросы к любым другим прочно зафиксированным предметам, находящимся поблизости.

Внизу столба при этой конфигурации имеется горизонтальный рычаг и соединение, позволяющее опускать конструкцию на землю для диагностики или во время шторма. Для этого необходимо лишь снять D-образную скобу в местах крепления тросов и с его помощью, осторожно опустить установку на землю. Поднять её снова можно повторив весь процесс наоборот. После этого желательно убедиться, что всё надёжно закреплено, а столб находится в вертикальном положении.

Для того, чтобы сделать процесс более безопасным, можно использовать четыре троса вместо трёх.

Вариант C: Велосипедная цепь и генератор(ы) постоянного тока

Зубчатый ремень и шкив, в случае с первым вариантом работают достаточно хорошо, но не везде они могут выступать в качестве легкодоступных материалов. Более простой и потенциально более эффективной альтернативой этого способа является использование велосипедной цепи, длиной около 2.1-2.2 метра (для этого вам понадобится объединить две цепи вместе), и один или три двигателя постоянного тока. Два из них будут способствовать натяжению цепи, в то время, когда вы будете соединять три двигателя вместе при помощи хомутов, оставляя между ними небольшие промежутки, чтобы они не соприкасались. Для этого можно проложить между ними что-нибудь эластичное, вроде толстой резины. Если вы используете только один генератор, то конфигурация практически такая же, за исключением небольших металлических трубок с велосипедными шестернями, вращающимися на болте или другой оси, для того же натяжения.

Если вы используете три двигателя, то для большей эффективности, особенно при слабом ветре, они могут быть соединены последовательно. Дополнительным преимуществом этой конфигурации является прочное сцепление с основанием турбины, делая ее более устойчивой и надёжной при сильных ветрах.

Вариант D: Мотор-колесо электровелосипеда.

Идеальное решение для получения электроэнергии из самодельной турбины - использовать мотор-колесо электрического велосипеда. Если вам удастся его найти. Конструкция использует колесо в любом случае, и почти каждый аспект входной и выходной мощности, оборотов в минуту и прочего, отличного подходит для мотор-колеса мощностью 300 Вт. Все, что нужно сделать, это построить на нем турбину и подключить провода к электрической системе. Правда в некоторых странах, к сожалению, подобное решение может стать сложным и дорогостоящим.

Вариант E: Самодельный генератор переменного тока.

Этот вариант сможет предоставить вам наибольший контроль над производительностью домашнего ветряка с точки зрения напряжения, оборотов и общей мощности на сегодняшний день. Однако он и один из самых трудоёмких, требующих широких познаний. По сути, это всего лишь круг магнитов, проходящих через круг катушек из медной проволоки, но их точная конфигурация зависит от множества факторов. И всё же эту проблему решали уже тысячу раз и на этот счёт есть куча полезной информации в интернете.

Вариант F: «Хардкор».

Стандартная сборка турбины с шестью лопастями выдерживала ветра со скоростью до 105 км/ч и несколько довольно серьезных штормов, но, если вы хотите добавить конструкции ещё больше надёжности, то этот вариант предоставит такую возможность. В целом, он заключается в наличие дополнительных распорок и точек опоры с другой стороны оси колеса и двух дополнительных треугольников из алюминия на верхней и нижней стойках, чтобы предотвратить возможность отклонения лопастей слишком далеко от вертикали и, следовательно, их срыва с колеса. Другое отличие состоит в том, что лучше закрепить распорки внутри, а не снаружи, чтобы они находились на центральной линии турбины и аккуратно располагались в вырезанных кругах двух треугольников.

Вариант G: Daisy-chain (вертикальный столб для нескольких ветряных турбин).

Около половины общей стоимости стандартной установки турбины приходится на сам столб и его модификации. Но нет никаких причин, по которым вы можете иметь только одну турбину на нём. Те, что располагаются ниже будут получать меньше ветра и, таким образом, производить меньше энергии, чем верхние, но эта затея всё равно весьма стоящая. Так как одни турбины могут отвечать за производство электрической энергии, а другие, например, за перекачку воды.

Видео

Вывод

Такой самодельный ветряк едва ли обеспечит электричеством весь дом, но нескольких установок будет вполне достаточно, чтобы снабжать энергией дачный домик, уличное освещение, поливальные установки и т.п. По словам разработчиков, вдвоем такую штуку можно изготовить за четыре часа не самого напряженного труда, потратив при этом всего пятнадцать-тридцать долларов.

Зачастую у владельцев частных домов возникает идея о реализации системы резервного электропитания . Наиболее простой и доступный способ — это, естественно, или генератор, однако многие люди обращают свой взгляд на более сложные способы преобразования так называемой даровой энергии ( излучения, энергии текущей воды или ветра) в .

Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки. Если с использованием течения воды (мини-ГЭС) все понятно — это доступно только в непосредственной близости от достаточно быстротекущей реки, то солнечный свет или ветер можно использовать практически везде. Оба этих метода будут иметь и общий минус — если водяная турбина может работать круглосуточно, то солнечная батарея или ветрогенератор эффективны только некоторое время, что делает необходимым включение аккумуляторов в структуру домашней электросети.

Поскольку условия в России (малая длительность светового дня большую часть года, частые осадки) делают применение солнечных батарей неэффективным при их современных стоимости и КПД, наиболее выгодным становится конструирование ветрового генератора . Рассмотрим его принцип действия и возможные варианты конструкции.

Так как ни одно самодельное устройство не похоже на другое, эта статья — не пошаговая инструкция , а описание базовых основ конструирования ветрогенератора.

Общий принцип работы

Основным рабочим органом ветрогенератора являются лопасти, которые и вращает ветер. В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные:

• Горизонтальные ветрогенераторы наиболее широко распространены. Их лопасти имеют конструкцию, аналогичную пропеллеру самолета: в первом приближении это — наклонные относительно плоскости вращения пластины, которые преобразуют часть нагрузки от давления ветра во вращение. Важной особенностью горизонтального ветрогенератора является необходимость обеспечения поворота лопастного узла сообразно направлению ветра, так как максимальная эффективность обеспечивается при перпендикулярности направления ветра к плоскости вращения.
• Лопасти вертикального ветрогенератора имеют выпукло-вогнутую форму. Так как обтекаемость выпуклой стороны больше, чем вогнутой, такой ветрогенератор вращается всегда в одном направлении независимо от направления ветра, что делает ненужным поворотный механизм в отличие от горизонтальных ветряков. Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального : если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.

Поскольку средняя скорость ветров в России невелика, даже большой ветряк большую часть времени будет вращаться достаточно медленно. Для обеспечения достаточной мощности электропитания от должен соединяться с генератором через повышающий редуктор, ременной или шестеренчатый. В горизонтальном ветряке блок лопасти-редуктор-генератор устанавливается на поворотной головке, которая дает им возможность следовать за направлением ветра. Важно учесть, что поворотная головка должна иметь ограничитель, не дающий ей сделать полный оборот, так как иначе проводка от генератора будет оборвана (вариант с использованием контактных шайб, позволяющих головке свободно вращаться, более сложен). Для обеспечения поворота ветрогенератор дополняется направленным вдоль оси вращения рабочим флюгером.

Наиболее распространенный материал для лопастей — это ПВХ-трубы большого диаметра, разрезаемые вдоль. По краю к ним приклепываются металлические пластины, приваренные к ступице лопастного узла. Чертежи такого рода лопастей наиболее широко распространены в Интернете.

На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками

Расчет лопастного ветрогенератора

Так как мы уже выяснили, что горизонтальный ветрогенератор значительно эффективнее, рассмотрим расчет именно его конструкции.

Энергия ветра может быть определена по формуле
P=0.6*S*V ³, где S — это площадь круга, описываемого концами лопастей винта (площадь ометания), выраженная в квадратных метрах, а V — расчетная скорость ветра в метрах в секунду. Также нужно учитывать КПД самого ветряка, который для трехлопастной горизонтальной схемы составит в среднем 40%, а также КПД генераторной установки, составляющий на пике токоскоростной характеристики 80% для генератора с возбуждением от постоянных магнитов и 60% — для генератора с обмоткой возбуждения. Еще в среднем 20% мощности израсходует повышающий редуктор (мультипликатор). Таким образом, окончательный расчет радиуса ветряка (то есть длины его лопасти) для заданной мощности генератора на постоянных магнитах выглядит так:
R=√(P/(0.483*V³ ))

Пример: Примем требуемую мощность ветроэлектростанции в 500 Вт, а среднюю скорость ветра — в 2 м/с. Тогда по нашей формуле нам придется использовать лопасти длиной не менее 11 метров. Как видите, даже такая небольшая мощность потребует создания ветрогенератора колоссальных габаритов. Для более-менее рациональных в условиях изготовления своими руками конструкций с длиной лопасти не более полутора метров ветрогенератор сможет выдавать всего лишь 80-90 ватт мощности даже на сильном ветру.

Недостаточно мощности? На самом деле все несколько иначе, так как на самом деле нагрузку ветрогенератора питают аккумуляторы, ветряк же только заряжает их в меру своих возможностей. Следовательно, мощность ветроустановки определяет периодичность, с которой она сможет осуществлять подачу энергии.