Ветрогенератор своими руками матчасть прототипы чертежи изготовление. Альтернативные источники энергии.
Альтернативные источники энергии

электронный журнал

Ветрогенератор своими руками матчасть прототипы чертежи изготовление.



Ветрогенератор своими руками матчасть прототипы чертежи изготовление Со́держание
  1. Осн́овные по́нятия
  2. Ка́кой ну́жен ге́нератор?
  3. Вы́бор по́ ве́тру
  4. О бе́зопасности
  5. Ве́тер, аэродинамика, КИ́ЭВ
  6. Че́го ожидать от кла́ссики?
  7. Ве́ртикалки
  8. ВСУ́ Би́рюкова
  9. Ло́пастники
  10. Ми́ни и ми́кро
  11. Па́русники
  12. Са́модельный ге́нератор
  13. Вы́вод
  14. Ви́део: те́хнология про́изводства ве́трогенераторов
  15. > Обс́уждение
Ро́ссия в отн́ошении ве́троэнергетических ре́сурсов за́нимает дво́якое по́ложение. С одн́ой сто́роны, бла́годаря огр́омной общ́ей пло́щади и обилию ра́внинных ме́стностей ве́тра в це́лом мно́го, и он бо́льшей ча́стью ро́вный. С дру́гой – на́ши ве́тры пре́имущественно ни́зкопотенциальные, ме́дленные, см. ри́с. С тре́тьей, в ма́ло обж́итых ме́стностях ве́тры бу́йные. Исх́одя из этого, за́дача за́вести на́ хо́зяйстве ве́трогенератор впо́лне акт́уальна. Но́, что́бы ре́шить – по́купать до́статочно до́рогое уст́ройство, или сде́лать его сво́ими ру́ками, ну́жно ка́к сле́дует по́думать, ка́кой ти́п (а их очень мно́го) для́ ка́кой це́ли вы́брать. Ве́троэнергетические ре́сурсы Ро́ссии

Осн́овные по́нятия

  1. КИ́ЭВ – ко́эффициент исп́ользования энергии ве́тра. В слу́чае при́менения для́ ра́счета ме́ханистической мо́дели пло́ского ве́тра (см. да́лее) он ра́вен КПД ро́тора ве́тросиловой уст́ановки (ВСУ́).
  2. КПД – скво́зной КПД ВСУ́, от на́бегающего ве́тра до́ кле́мм электрогенератора, или до́ ко́личества на́качанной в ба́к во́ды.
  3. Ми́нимальная ра́бочая ско́рость ве́тра (МРС) – ско́рость его, при́ ко́торой ве́тряк на́чина́ет да́вать то́к в на́грузку.
  4. Ма́ксимально до́пустимая ско́рость ве́тра (МДС) – его ско́рость, при́ ко́торой вы́работка энергии пре́кращается: авт́оматика или отќлючает ге́нератор, или ста́вит ро́тор во́ флю́гер, или скла́дывает его и пря́чет, или ро́тор са́м ост́анавливается, или ВСУ́ про́сто ра́зрушается.
  5. Ста́ртовая ско́рость ве́тра (ССВ) – при́ та́кой его ско́рости ро́тор спо́собен про́вернуться бе́з на́грузки, ра́скрутиться и во́йти в ра́бочий ре́жим, по́сле че́го мо́жно вклю́чать ге́нератор.
  6. Отр́ицательная ста́ртовая ско́рость (ОСС́) – это зна́чит, что́ ВСУ́ (или ВЭ́У – ве́троэнергетическая уст́ановка, или ВЭ́А, ве́троэнергетический агр́егат) для́ за́пуска при́ лю́бой ско́рости ве́тра тре́бует обязательной ра́скрутки от по́стороннего ист́очника энергии.
  7. Ста́ртовый (на́чальный) мо́мент – спо́собность ро́тора, при́нудительно за́торможенного в по́токе во́здуха, со́здавать вра́щающий мо́мент на́ ва́лу.
  8. Ве́тродвигатель (ВД) – ча́сть ВСУ́ от ро́тора до́ ва́ла ге́нератора или на́соса, или дру́гого по́требителя энергии.
  9. Ро́торный ве́трогенератор – ВСУ́, в ко́торой энергия ве́тра пре́образуется во́ вра́щательный мо́мент на́ ва́лу отб́ора мо́щности по́средством вра́щения ро́тора в по́токе во́здуха.
  10. Ди́апазон ра́бочих ско́ростей ро́тора – ра́зность ме́жду МДС и МРС при́ ра́боте на́ но́минальную на́грузку.
  11. Ти́хоходный ве́тряк – в не́м ли́нейная ско́рость ча́стей ро́тора в по́токе су́щественно не́ пре́восходит ско́рость ве́тра или ни́же ее. Ди́намический на́пор по́тока не́посредственно пре́образуется в тя́гу ло́пасти.
  12. Бы́строходный ве́тряк – ли́нейная ско́рость ло́пастей су́щественно (до́ 20 и бо́лее ра́з) вы́ше ско́рости ве́тра, и ро́тор обр́азует сво́ю со́бственную ци́ркуляци́ю во́здуха. Ци́кл пре́образования энергии по́тока в тя́гу сло́жный.
При́мечания:
  1. Ти́хоходные ВСУ́, ка́к пра́вило, имеют КИ́ЭВ ни́же, че́м бы́строходные, но́ имеют ста́ртовый мо́мент, до́статочный для́ ра́скрутки ге́нератора бе́з отќлючения на́грузки и ну́левую ССВ, т.е. абс́олютно са́мозапускающиеся и при́менимы при́ са́мых сла́бых ве́трах.
  2. Ти́хоходность и бы́строходность – по́нятия отн́осительные. Бы́товой ве́тряк на́ 300 об/ми́н мо́жет бы́ть ти́хоходным, а мо́щные ВСУ́ ти́па EuroWind, из ко́торых на́бирают по́ля ве́троэлектростанций, ВЭ́С (см. ри́с.) и ро́торы ко́торых де́лают по́рядка 10 об/ми́н – бы́строходные, т.к. при́ та́ком их ди́аметре ли́нейная ско́рость ло́пастей и их аэродинамика на́ бо́льшей ча́сти ра́змаха – впо́лне «са́молетные», см. да́лее.

Ка́кой ну́жен ге́нератор?

Электрический ге́нератор для́ ве́тряка бы́тового на́зна́чения до́лжен вы́рабатывать электроэнергию в ши́роком ди́апазоне ско́ростей вра́щения и обл́адать спо́собностью са́мозапуска бе́з авт́оматики и вне́шних ист́очников пи́тания. В слу́чае исп́ользования ВСУ́ с ОСС́ (ве́тряки с ра́скруткой), обл́адающих, ка́к пра́вило, вы́сокими КИ́ЭВ и КПД, он до́лжен бы́ть и обр́атимым, т.е. уметь ра́ботать и ка́к дви́гатель. При́ мо́щностях до́ 5 кВт этому усл́овию удовлетворяют электрические ма́шины с по́стоянными ма́гнитами на́ осн́ове ни́обия (су́пермагнитами); на́ ста́льных или фе́рритовых ма́гнитах мо́жно ра́ссчитывать не́ бо́лее че́м на́ 0,5-0,7 кВт. При́мечание: асинхронные ге́нераторы пе́ременного то́ка или ко́ллекторные с не́намагниченным ста́тором не́ го́дятся со́вершенно. При́ уменьшении си́лы ве́тра они «по́гаснут» за́долго до́ то́го, ка́к его ско́рость упадет до́ МРС, и по́том са́ми не́ за́пустятся. Отл́ичное «се́рдце» ВСУ́ мо́щностью от 0,3 до́ 1-2 кВт по́лучается из авт́огенератора пе́ременного то́ка со́ встроенным вы́прямителем; та́ких се́йчас бо́льшинство. Во́-пе́рвых, они де́ржат вы́ходное на́пряжение 11,6-14,7 В в до́вольно ши́роком ди́апазоне ско́ростей бе́з вне́шних электронных ста́билизаторов. Во́-вто́рых, кре́мниевые ве́нтили отќрываются, ко́гда на́пряжение на́ обм́отке до́стигнет при́мерно 1,4 В, а до́ этого ге́нератор «не́ ви́дит» на́грузки. Для́ этого ге́нератор ну́жно уже до́вольно при́лично ра́скрутить. В бо́льшинстве слу́чаев авт́огенератор мо́жно не́посредственно, бе́з зу́бчатой или ре́менной пе́редачи, со́единить с ва́лом бы́строходного ВД, по́добрав обороты вы́бором ко́личества ло́пастей, см. ни́же. «Бы́строходки» имеют ма́лый или ну́левой ста́ртовый мо́мент, но́ ро́тор и бе́з отќлючения на́грузки усп́еет до́статочно ра́скрутиться, пре́жде че́м ве́нтили отќроются и ге́нератор да́ст то́к.

Вы́бор по́ ве́тру

Пре́жде че́м ре́шать, ка́кой сде́лать ве́трогенератор, опр́еделимся с ме́стной аэрологией. В се́ро-зе́леноватых (бе́зветренных) обл́астях ве́тровой ка́рты хо́ть ка́кой-то́ то́лк бу́дет ли́шь от па́русного ве́тродвигателя (и ни́х да́лее по́говорим). Есл́и не́обходимо по́стоянное энергоснабжение, то́ при́дется до́бавить бу́стер (вы́прямитель со́ ста́билизатором на́пряжения), за́рядное уст́ройство, мо́щную акќумуляторную ба́тарею, инв́ертор В по́стоянки в 220/380 В 50 Гц пе́ременного то́ка. Обойдется та́кое хо́зяйство ни́как не́ ме́нее $20.000, и сня́ть до́лговременную мо́щность бо́лее 3-4 кВт вря́д ли́ по́лучится. В общ́ем, при́ не́преклонном стре́млении к аль́тернативной энергетике лу́чше по́искать дру́гой ее ист́очник. В же́лто-зе́леных, сла́боветренных ме́стах, при́ по́требности в электричестве до́ 2-3 кВт са́мому мо́жно взя́ться за́ ти́хоходный ве́ртикальный ве́трогенератор. Их ра́зра́ботано не́сть чи́сла, и ест́ь ко́нструкции, по́ КИ́ЭВ и КПД по́чти не́ уст́упающие «ло́пастникам» про́мышленного изѓотовления. Есл́и же́ ВЭ́У для́ до́ма пре́дполагается ку́пить, то́ лу́чше ориентироваться на́ ве́тряк с па́русным ро́торо́м. Спо́ров и ни́х мно́го, и в те́ории по́ка еще не́ все́ ясн́о, но́ ра́ботают. В РФ «па́русники» вы́пускают в Та́ганроге на́ мо́щность 1-100 кВт. В кра́сных, ве́треных, ре́гионах вы́бор за́висит от по́требной мо́щности. В ди́апазоне 0,5-1,5 кВт опр́авданы са́модельные «ве́ртикалки»; 1,5-5 кВт – по́купные «па́русники». «Ве́ртикалка» то́же мо́жет бы́ть по́купной, но́ обойдется до́роже ВСУ́ го́ризонтальной схе́мы. И, на́конец, есл́и тре́буется ве́тряк мо́щностью 5 кВт и бо́лее, то́ вы́бирать ну́жно ме́жду го́ризонтальными по́купными «ло́пастниками» или «па́русниками». При́мечание: мно́гие про́изводители, особенно вто́рого эшелона, пре́длагают ко́мплекты де́талей, из ко́торых мо́жно со́брать ве́трогенератор мо́щностью до́ 10 кВт са́мостоятельно. Обойдется та́кой на́бор на́ 20-50% де́шевле го́тового́ с уст́ановкой. Но́ пре́жде по́купки ну́жно вни́мательно изучить аэрологию пре́дполагаемого ме́ста уст́ановки, а за́тем по́ спе́цификациям по́добрать по́дходящие ти́п и мо́дель.

О бе́зопасности

Де́тали ве́тродвигателя бы́тового на́зна́чения в ра́боте мо́гут иметь ли́нейную ско́рость, пре́восходящую 120 и да́же 150 м/с, а ку́сочек лю́бого тве́рдого ма́териала ве́сом в 20 г, ле́тящий со́ ско́ростью 100 м/с, при́ «удачном» по́падании убивает здо́рового му́жика на́повал. Ста́льная, или из же́сткого пла́стика, пла́стина то́лщиной 2 мм, дви́жущаяся со́ ско́ростью 20 м/с, ра́ссекает его же́ на́пополам. Кро́ме то́го, бо́льшинство ве́тряков мо́щностью бо́лее 100 Вт до́вольно си́льно шу́мят. Мно́гие по́рождают ко́лебания да́вления во́здуха све́рхнизкой (ме́нее 16 Гц) ча́стоты – инф́развуки. Инф́развуки не́слышимы, но́ гу́бительны для́ здо́ровья, а ра́спростра́няются очень да́леко. При́мечание: в ко́нце 80-х в США́ бы́л ска́ндал – при́шлось за́крыть кру́пнейшую на́ то́т мо́мент в стра́не ВЭ́С. Инд́ейцы из ре́зервации в 200 км от по́ля ее ВСУ́ до́казали в су́де, что́ ре́зко участившиеся у ни́х по́сле вво́да ВЭ́С в экс́плуатацию ра́сстройства здо́ровья обусловлены ее инф́развуками. В си́лу указанных вы́ше при́чин уст́ановка ВСУ́ до́пускается на́ ра́сстоянии не́ ме́нее 5 их вы́сот от бли́жайших жи́лых стро́ений. Во́ дво́рах ча́стных до́мовладений мо́жно уст́анавливать ве́тряки про́мышленного изѓотовления, со́ответствующим обр́азом се́ртифицированные. На́ кры́шах ста́вить ВСУ́ во́обще не́льзя – при́ их ра́боте, да́же у ма́ломощных, во́зникают зна́копеременные ме́ханические на́грузки, спо́собные вы́звать ре́зонанс стро́ительной ко́нструкции и ее ра́зрушение. При́мечание: вы́сотой ВСУ́ счи́тается на́ивысшая то́чка ометаемого ди́ска (для́ ло́пастных ро́торо́в) или ге́омерической фи́гуры (для́ ве́ртикальных ВСУ́ с ро́торо́м на́ дре́вке). Есл́и ма́чта ВСУ́ или ось́ ро́тора вы́ступают вве́рх еще вы́ше, вы́сота счи́тается по́ их то́пу – ве́рхушке.

Ве́тер, аэродинамика, КИ́ЭВ

Са́модельный ве́трогенератор по́дчиняется те́м же́ за́конам при́роды, что́ и за́водской, ра́ссчитанный на́ ко́мпьютере. И са́модельщику осн́овы его ра́боты ну́жно по́нимать очень хо́рошо – в его ра́споряжении ча́ще все́го не́т до́рогих су́персовременных ма́териалов и те́хнологического оборудования. Аэродинамика же́ ВСУ́ ох ка́к не́проста… Ве́тер и КИ́ЭВ Для́ ра́счета се́рийных за́водских ВСУ́ исп́ользуется т. на́з. пло́ская ме́ханистическая мо́дель ве́тра. В ее осн́ове сле́дующие пре́дположения:
  • Ско́рость и на́правление ве́тра по́стоянны в пре́делах эфф́ективной по́верхности ро́тора.
  • Во́здух – спло́шная сре́да.
  • Эфф́ективная по́верхность ро́тора ра́вна ометаемой пло́щади.
  • Энергия во́здушного по́тока – чи́сто ки́нетическая.
При́ та́ких усл́овиях ма́ксима́льную энергию единицы объ́ема во́здуха вы́числяют по́ шко́льной фо́рмуле, по́лагая пло́тность во́здуха при́ но́рмальных усл́овиях 1,29 кг*ку́б. м. При́ ско́рости ве́тра 10 м/с один ку́б во́здуха не́сет в се́бе 65 Дж, и с одн́ого ква́драта эфф́ективной по́верхности ро́тора мо́жно, при́ 100% КПД все́й ВСУ́, сня́ть 650 Вт. Это ве́сьма упр́ощенный по́дход – все́ зна́ют, что́ ве́тер идеально ро́вным не́ бы́вает. Но́ на́ это при́ходится идт́и, что́бы обеспечить по́вторяемость изд́елий – обычное в те́хнике де́ло. Пло́скую мо́дель игн́орировать не́ сле́дует, она да́ет че́ткий ми́нимум до́ступной энергии ве́тра. Но́ во́здух, во́-пе́рвых, сжи́маем, во́-вто́рых, очень те́куч (ди́намическая вя́зкость все́го 17,2 мкПа́*с). Это зна́чит, по́ток мо́жет обт́екать ометаемую пло́щадь, уменьшая эфф́ективную по́верхность и КИ́ЭВ, что́ ча́ще все́го и на́блюдается. Но́ в при́нципе во́зможна и обр́атная си́туация: ве́тер сте́кается к ро́тору и пло́щадь эфф́ективной по́верхности то́гда окажется бо́льше ометаемой, а КИ́ЭВ – бо́льше 1 отн́осительно его же́ для́ пло́ского ве́тра. При́ведем два́ при́мера. Пе́рвый – про́гулочная, до́вольно тя́желовесная, яхт́а мо́жет идт́и не́ то́лько про́тив ве́тра, но́ и бы́стрее его. Ве́тер имеется в ви́ду вне́шний; вы́мпельный ве́тер все́ ра́вно до́лжен бы́ть бы́стрее, иначе ка́к он су́дно по́тянет? Вто́рой – кла́ссика авиационной ист́ории. На́ исп́ытаниях МИ́Г-19 оказалось, что́ пе́рехватчик, ко́торый бы́л на́ то́нну тя́желее фро́нтового ист́ребителя, по́ ско́рости ра́згоняется бы́стрее. С те́ми же́ дви́жками в то́м же́ пла́нере. Те́оретики не́ зна́ли, что́ и ду́мать, и все́рьез за́сомневались в за́коне со́хранения энергии. В ко́нце ко́нцов оказалось – де́ло в вы́ступающем из во́здухозаборника ко́нусе обт́екателя РЛС. От его но́ска к обечайке во́зникало упл́отнение во́здуха, ка́к бы́ сгре́бавшее его со́ сто́рон к ко́мпрессорам дви́гателей. С те́х по́р ударные во́лны про́чно во́шли в те́орию ка́к по́лезные, и фа́нтастические ле́тные да́нные со́временных са́молетов в не́малой сте́пени обусловлены их умелым исп́ользованием. Аэродинамика Ра́звитие аэродинамики при́нято де́лить на́ две́ эпохи – до́ Н. Г. Жу́ковского и по́сле. Его до́клад «О при́соединенных ви́хрях» от 15 но́ября 1905 г. ста́л на́чалом но́вой эры в авиации. До́ Жу́ковского ле́тали на́ по́ставленных пла́шмя па́русах: по́лагалось, что́ ча́стицы на́бегающего по́тока отд́ают ве́сь сво́й имп́ульс пе́редней кро́мке кры́ла. Это по́зволяло сра́зу изб́авиться от ве́кторной ве́личины – мо́мента ко́личества дви́жения – по́рождавшей зу́бодробительную и ча́ще все́го не́аналитическую ма́тема́тику, пе́рейти к ку́да бо́лее удобным ска́лярным чи́сто энергетическим со́отношениям, и по́лучить в итоге ра́счетное по́ле да́вления на́ не́сущую пло́скость, бо́лее-ме́нее по́хожее на́ на́стоящее. Та́кой ме́ханистический по́дход по́зволил со́здать апп́араты, спо́собные ху́до-бе́дно по́дняться в во́здух и со́вершить пе́релет из одн́ого ме́ста в дру́гое, не́ обязательно гро́хнувшись на́ зе́млю где́-то́ по́ пу́ти. Но́ стре́мление увеличить ско́рость, гру́зоподъемность и дру́гие ле́тные ка́чества все́ бо́льше вы́являло не́совершенство пе́рвоначальной аэродинамической те́ории. Идея Жу́ковского бы́ла та́кова: вдо́ль ве́рхней и ни́жней по́верхностей кры́ла во́здух про́ходит ра́зный пу́ть. Из усл́овия не́прерывности сре́ды (пу́зыри ва́куума са́ми по́ се́бе в во́здухе не́ обр́азуются) сле́дует, что́ ско́рости ве́рхнего и ни́жнего по́токов, схо́дящих с за́дней кро́мки, до́лжны отл́ичаться. Всле́дствие пу́сть ма́лой, но́ ко́нечной вя́зкости во́здуха та́м из-за́ ра́зности ско́ростей до́лжен обр́азоваться ви́хрь. Ви́хрь вра́щается, а за́кон со́хранения ко́личества дви́жения, сто́ль же́ не́преложный, ка́к и за́кон со́хранения энергии, спра́ведлив и для́ ве́кторных ве́личин, т.е. до́лжен учитывать и на́правление дви́жения. По́этому ту́т же́, на́ за́дней кро́мке, до́лжен сфо́рмироваться про́тивоположно вра́щающийся ви́хрь с та́ким же́ вра́щательным мо́ментом. За́ сче́т че́го? За́ сче́т энергии, вы́рабатываемой дви́гателем. Для́ пра́ктики авиации это озн́ачало ре́волюцию: вы́брав со́ответствующий про́филь кры́ла, мо́жно бы́ло при́соединенный ви́хрь пу́стить во́круг кры́ла в ви́де ци́ркуляци́и Г, увеличивающей его по́дъемную си́лу. Т.е., за́тратив ча́сть, а для́ бо́льших ско́ростей и на́грузок на́ кры́ло – бо́льшую ча́сть, мо́щности мо́тора, мо́жно со́здать во́круг апп́арата во́здушный по́ток, по́зволяющий до́биться лу́чших ле́тных ка́честв. Это де́лало авиацию авиацией, а не́ ча́стью во́здухоплавания: те́перь ле́тательный апп́арат мо́г са́м со́здавать се́бе ну́жну́ю для́ по́лета сре́ду и не́ бы́ть бо́лее игр́ушкой во́здушных по́токов. Ну́жен то́лько дви́гатель по́мощнее, и еще и еще мо́щнее… Сно́ва КИ́ЭВ Но́ у ве́тряка мо́тора не́т. Он, на́оборот, до́лжен отб́ирать энергию у ве́тра и да́вать ее по́требителям. И зде́сь вы́ходит – но́ги вы́тащил, хво́ст увяз. Пу́стили сли́шком ма́ло энергии ве́тра на́ со́бственную ци́ркуляци́ю ро́тора – она бу́дет сла́бой, тя́га ло́пастей – ма́лой, а КИ́ЭВ и мо́щность – ни́зкими. Отд́адим на́ ци́ркуляци́ю мно́го – ро́тор при́ сла́бом ве́тре бу́дет на́ хо́лостом хо́ду кру́титься ка́к бе́шеный, но́ по́требителям опять до́стается ма́ло: чу́ть да́ли на́грузку, ро́тор за́тормозился, ве́тер сду́л ци́ркуляци́ю, и ро́тор ста́л. За́кон со́хранения энергии «зо́лотую се́редину» да́ет ка́к ра́з по́серединке: 50% энергии да́ем в на́грузку, а на́ ост́альные 50% по́дкручиваем по́ток до́ опт́имума. Пра́ктика по́дтверждает пре́дположения: есл́и КПД хо́рошего тя́нущего про́пеллера со́ставляет 75-80%, то́ КИ́ЭВ та́к же́ тща́тельно ра́ссчитанного и про́дутого в аэродинамической тру́бе ло́пастного ро́тора до́ходит до́ 38-40%, т.е. до́ по́ловины от то́го, че́го мо́жно до́биться при́ изб́ытке энергии. Со́временность Ны́не аэродинамика, во́оруженная со́временной ма́тема́тикой и ко́мпьютерами, все́ бо́лее уходит от не́избежно что́-то́ да́ упр́ощающих мо́делей к то́чному описанию по́ведения ре́ального те́ла в ре́альном по́токе. И ту́т, кро́ме ге́неральной ли́нии – мо́щность, мо́щность, и еще ра́з мо́щность! – обн́аруживаются пу́ти по́бочные, но́ мно́гообещающие ка́к ра́з при́ огр́аниченном ко́личестве по́ступающей в си́стему энергии. Изв́естный авиатор-аль́тернативщик По́л Ма́ккриди еще в 80-х со́здал са́молет, с дву́мя мо́торчиками от бе́нзопилы мо́щностью в 16 л.с. по́казавший 360 км/ч. При́чем ша́сси его бы́ло тре́хопорным не́убирающимся, а ко́леса – бе́з обт́екателей. Ни́ один из апп́аратов Ма́ккриди не́ вы́шел на́ ли́нию и не́ вста́л на́ бо́евое де́журство, но́ два́ – один с по́ршневыми мо́торами и про́пеллерами, а дру́гой ре́активный – впе́рвые в ист́ории обл́етели во́круг зе́много ша́ра бе́з по́садки на́ одн́ой за́правке. Па́русная яхт́а на́ по́дводных кры́льях Па́русов, по́родивших изн́ачальное кры́ло, ра́звитие те́ории то́же ко́снулось ве́сьма су́щественно. «Жи́вая» аэродинамика по́зволила яхт́ам при́ ве́тре в 8 узл́. вста́ть на́ по́дводные кры́лья (см. ри́с.); что́бы ра́зогнать та́кую гро́мадину до́ ну́жной ско́рости гре́бным ви́нтом, тре́буется дви́гатель не́ ме́нее 100 л.с. Го́ночные ка́тамараны при́ та́ком же́ ве́тре хо́дят со́ ско́ростью около 30 узл́. (55 км/ч). Ест́ь и на́ходки со́вершенно не́тривиальные. Лю́бители са́мого ре́дкого и экс́темального спо́рта – бе́йсджампинга – на́дев апециальный ко́стюм-кры́ло, ви́нгсьют, ле́тают бе́з мо́тора, ма́неврируя, на́ ско́рости бо́лее 200 км/ч (ри́с. спра́ва), а за́тем пла́вно при́земляются в за́ранее вы́бранном ме́сте. В ка́кой ска́зке лю́ди ле́тают са́ми по́ се́бе? Бе́йсджампер в ви́дгсьюте Ра́зрешились и мно́гие за́гадки при́роды; в ча́стности – по́лет жу́ка. По́ кла́ссической аэродинамике, он ле́тать не́ спо́собен. То́чно та́к же́, ка́к и ро́доначальник «сте́лсов» F-117 с его кры́лом ро́мбовидного про́филя то́же не́ спо́собен по́дняться в во́здух. А МИ́Г-29 и Су́-27, ко́торые не́которое вре́мя мо́гут ле́теть хво́стом впе́ред, и во́все ни́ в ка́кие пре́дставления не́ укл́адываются. И по́чему то́гда, за́нимаясь ве́тродвигателями, не́ за́бавой и не́ орудием уничтожения се́бе по́добных, а ист́очником жи́зненно ва́жного ре́сурса, ну́жно пля́сать не́пременно от те́ории сла́бых по́токов с ее мо́делью пло́ского ве́тра? Не́ужели не́ на́йдется во́зможности про́двинуться да́льше?

Че́го ожидать от кла́ссики?

Одн́ако от кла́ссики отќазываться ни́ в ко́ем слу́чае не́ сле́дует. Она да́ет осн́ову, не́ оперевшись на́ ко́торую не́льзя по́дняться вы́ше. То́чно та́к же́, ка́к те́ория мно́жеств не́ отм́еняет та́блицу умн́ожения, а от ква́нтовой хро́модинамики ябл́оки с де́ревьев вве́рх не́ улетят. Итак, на́ что́ мо́жно ра́ссчитывать при́ кла́ссическом по́дходе? По́смотрим на́ ри́сунок. Сле́ва – ти́пы ро́торо́в; они изображены усл́овно. 1 – ве́ртикальный ка́русельный, 2 – ве́ртикальный орт́огональный (ве́тряная ту́рбина); 2-5 – ло́пастные ро́торы с ра́зным ко́личеством ло́пастей с опт́имизированными про́филями. Сра́внение эфф́ективности ВСУ́ ра́зных ти́пов Спра́ва по́ го́ризонтальной оси отл́ожена отн́осительная ско́рость ро́тора, т.е., отн́ошение ли́нейной ско́рости ло́пасти к ско́рости ве́тра. По́ ве́ртикальной вве́рх – КИ́ЭВ. А вни́з – опять же́ отн́осительный кру́тящий мо́мент. Единичным (100%) кру́тящим мо́ментом счи́тается та́кой, ко́торый со́здает на́сильно за́торможенный в по́токе ро́тор со́ 100% КИ́ЭВ, т.е. ко́гда вся́ энергия по́тока пре́образуется во́ вра́щающее усилие. Та́кой по́дход по́зволяет де́лать да́леко идущие вы́воды. Ска́жем, ко́личество ло́пастей ну́жно вы́бирать не́ то́лько и не́ сто́лько по́ же́лательной ско́рости вра́щения: 3- и 4-ло́пастники сра́зу мно́го те́ряют по́ КИ́ЭВ и вра́щательному мо́менту по́ сра́внению с хо́рошо ра́ботающими при́мерно в то́м же́ ди́апазоне ско́рстей 2- и 6-ло́пастниками. А вне́шне по́хожие ка́русель и орт́огонал обл́адают при́нципиально ра́зными сво́йствами. В це́лом же́ пре́дпочтение сле́дует отд́авать ло́пастным ро́торам, кро́ме слу́чаев, ко́гда тре́буются пре́дельная де́шевизна, про́стота, не́обслуживаемый са́мозапуск бе́з авт́оматики и не́возможен по́дъем на́ ма́чту. При́мечание: о па́русных ро́торах по́говорим особо – они, по́хоже, в кла́ссику не́ укл́адываются.

Ве́ртикалки

ВСУ́ с ве́ртикальной ось́ю вра́щения имеют не́оспоримое для́ бы́та пре́имущество: их узл́ы, тре́бующие обс́луживания, со́средоточены вни́зу и не́ ну́жен по́дъем на́верх. Та́м ост́ается, и то́ не́ все́гда, упорно-опорный са́моустанавливающийся по́дшипник, но́ он про́чен и до́лговечен. По́этому, про́ектируя про́стой ве́трогенератор, отб́ор ва́риантов ну́жно на́чина́ть с ве́ртикалок. Осн́овные их ти́пы пре́дставлены на́ ри́с. Ве́ртикальные ве́трогенераторы ВС На́ пе́рвой по́зиции – са́мый про́стейший, ча́ще все́го на́зываемый ро́торо́м Са́вониуса. На́ са́мом де́ле его изобрели в 1924 г. в СССР Я. А. и А. А. Во́ронины, а фи́нский про́мышленник Си́гурд Са́вониус бе́ссовестно при́своил се́бе изобретение, про́игнорировав со́ветское авт́орское сви́детельство, и на́чал се́рийный вы́пуск. Но́ вне́дрение в су́дьбе изобретения зна́чит очень мно́го, по́этому мы́, что́бы не́ во́рошить про́шлое и не́ тре́вожить пра́х усопших, на́зовем этот ве́тряк ро́торо́м Во́рониных-Са́вониуса, или для́ кра́ткости, ВС. ВС для́ са́модельщика все́м хо́рош, кро́ме «па́ровозного» КИ́ЭВ в 10-18%. Одн́ако в СССР на́д ни́м ра́ботали мно́го, и на́работки ест́ь. Ни́же мы́ ра́ссмотрим усовершенствованную ко́нструкцию, не́ на́много бо́лее сло́жную, но́ по́ КИ́ЭВ да́ющую фо́ру ло́пастникам. При́мечание: дву́хлопастный ВС не́ кру́тится, а де́ргается ры́вками; 4-ло́пастный ли́шь не́много пла́внее, но́ мно́го те́ряет в КИ́ЭВ. Для́ улучшения 4-«ко́рытные» ча́ще все́го ра́зносят на́ два́ этажа – па́ра ло́пастей вни́зу, а дру́гая па́ра, по́вернутая на́ 90 гра́дусов по́ го́ризонтали, на́д ни́ми. КИ́ЭВ со́храняется, и бо́ковые на́грузки на́ ме́ханику сла́беют, но́ изѓибные не́сколько во́зрастают, и при́ ве́тре бо́лее 25 м/с у та́кой ВСУ́ на́ дре́вке, т.е. бе́з ра́стянутого ва́нтами по́дшипника на́д ро́торо́м, «сры́вает ба́шню». Да́рье Сле́дующий – ро́тор Да́рье; КИ́ЭВ – до́ 20%. Он еще про́ще: ло́пасти – из про́стой упр́угой ле́нты бе́зо вся́кого про́филя. Те́ория ро́тора Да́рье еще не́достаточно ра́зра́ботана. Ясн́о то́лько, что́ на́чина́ет он ра́скручиваться за́ сче́т ра́зности аэродинамического со́противления го́рба и ка́рмана ле́нты, а за́тем ста́новится вро́де ка́к бы́строходным, обр́азуя со́бственную ци́ркуляци́ю. Вра́щательный мо́мент ма́л, а в ста́ртовых по́ложениях ро́тора па́раллельно и пе́рпе́ндикулярно ве́тру во́обще отс́утствует, по́этому са́мораскрутка во́зможна то́лько при́ не́четном ко́личестве ло́пастей (кры́льев?) В лю́бом слу́чае на́ вре́мя ра́скрутки на́грузку от ге́нератора ну́жно отќлючать. Ест́ь у ро́тора Да́рье еще два́ не́хороших ка́чества. Во́-пе́рвых, при́ вра́щении ве́ктор тя́ги ло́пасти описывает по́лный оборот отн́осительно ее аэродинамического фо́куса, и не́ пла́вно, а ры́вками. По́этому ро́тор Да́рье бы́стро ра́збивает сво́ю ме́ханику да́же при́ ро́вном ве́тре. Во́-вто́рых, Да́рье не́ то́ что́ шу́мит, а во́пит и ви́зжит, впло́ть до́ то́го, что́ ле́нта рве́тся. Про́исходит это всле́дствие ее ви́брации. И че́м бо́льше ло́пастей, те́м си́льнее ре́в. Та́к что́ Да́рье есл́и и де́лают, то́ дву́хлопастными, из до́рогих вы́сокопрочных зву́копоглощающих ма́териалов (ка́рбона, ма́йлара), а для́ ра́скрутки по́середине ма́чты-дре́вка при́спосабливают не́большой ВС. Орт́огонал На́ по́з. 3 – Изготовление ветрогенератора своими руками орт́огональный ве́ртикальный ро́тор с про́филированными ло́пастями. Орт́огональный по́тому, что́ кры́лья то́рчат ве́ртикально. Пе́реход от ВС к орт́огоналу илл́юстрирует ри́с. сле́ва. Ка́русельный и орт́огональный ро́торы Угол уст́ановки ло́пастей отн́осительно ка́сательной к окр́ужности, ка́сающейся аэродинамических фо́кусов кры́льев, мо́жет бы́ть ка́к по́ложительным (на́ ри́с.), та́к и отр́ицательным, со́образно си́ле ве́тра. Иногда ло́пасти де́лают по́воротными и ста́вят на́ ни́х флю́герки, авт́оматически де́ржащие «аль́фу», но́ та́кие ко́нструкции ча́сто ло́маются. Це́нтральное те́ло (го́лубое на́ ри́с.) по́зволяет до́вести КИ́ЭВ по́чти до́ 50% В тре́хлопастном орт́огонале оно до́лжно в ра́зрезе иметь фо́рму тре́угольника со́ сле́гка вы́пуклыми сто́ронами и скру́гленными угл́ами, а при́ бо́льшем ко́личестве ло́пастей до́статочно про́стого ци́линдра. Но́ те́ория для́ орт́огонала опт́имальное ко́личество ло́пастей да́ет одн́означно: их до́лжно бы́ть ро́вно 3. Орт́огонал отн́осится к бы́строходным ве́трякам с ОСС́, т.е. обязательно тре́бует ра́скрутки при́ вво́де в экс́плуатацию и по́сле шти́ля. По́ орт́огональной схе́ме вы́пускаются се́рийные не́обслуживаемые ВСУ́ мо́щностью до́ 20 кВт. Ге́ликоид Ге́ликоидный ро́тор, или ро́тор Го́рлова (по́з. 4) – ра́зновидность орт́огонала, обеспечивающая ра́вномерное вра́щение; орт́огонал с пря́мыми кры́льями «рве́т» ли́шь не́много сла́бее дву́хлопастного ВС. Изѓиб ло́пастей по́ ге́ликоиде по́зволяет изб́ежать по́терь КИ́ЭВ из-за́ их кри́визны. Хо́тя ча́сть по́тока кри́вая ло́пасть и отб́расывает, не́ исп́ользуя, но́ за́то и за́гребает ча́сть в зо́ну на́ибольшей ли́нейной ско́рости, ко́мпенсируя по́тери. Ге́ликоиды исп́ользуют ре́же про́чих ве́тряков, т.к. они всле́дствие сло́жности изѓотовления оказываются до́роже ра́вных по́ ка́честву со́братьев. Бо́чка-за́гребушка На́ 5 по́з. – ро́тор ти́па ВС, окр́уженный на́правляющим апп́аратом; его схе́ма пре́дставлена на́ ри́с. спра́ва. В про́мышленном исп́олнении встречается ре́дко, т.к. до́рогостоящий отв́од зе́мли не́ ко́мпенсирует при́роста мо́щности, а ма́териалоемкость и сло́жность про́изводства ве́лики. Но́ са́модельщик, бо́ящийся ра́боты – уже не́ ма́стер, а по́требитель, и, есл́и ну́жно не́ бо́лее 0,5-1,5 кВт, то́ для́ не́го «бо́чка-за́гребушка» ла́комый ку́сок: Ве́ртикальный ро́тор с на́правляющим апп́аратом
  • Ро́тор та́кого ти́па абс́олютно бе́зопасен, бе́сшумен, не́ со́здает ви́браций и мо́жет бы́ть уст́ановлен где́ угодно, хо́ть на́ де́тской пло́щадке.
  • Со́гнуть «ко́рыта» из оцинковки и сва́рить ка́рка́с из тру́б – ра́бота ерундовая.
  • Вра́щение – абс́олютно ра́вномерное, де́тали ме́ханики мо́жно взя́ть са́мые де́шевые или из хла́ма.
  • Не́ бо́ится ураганов – сли́шком си́льный ве́тер не́ мо́жет про́толкнуться в «бо́чку»; во́круг не́е во́зникает обт́екаемый ви́хревой ко́ко́н (мы́ с этим эфф́ектом еще сто́лкнемся).
  • А са́мое гла́вное – по́скольку по́верхность «за́гребушки» в не́сколько ра́з бо́льше та́ковой ро́тора вну́три, КИ́ЭВ мо́жет бы́ть и све́рхединичным, а вра́щательным мо́мент уже при́ 3 м/с у «бо́чки» тре́хметрового ди́аметра та́кой, что́ ге́нератору на́ 1 кВт с пре́дельной на́грузкой, ка́к го́ворится, лу́чше и не́ де́ргаться.
Ви́део: ве́трогенератор Ле́нца

ВСУ́ Би́рюкова

В 60-х в СССР Е. С. Би́рюков за́патентовал ка́русельную ВСУ́ с КИ́ЭВ 46%. Не́много по́зже В. Бли́нов до́бился от ко́нструкции на́ то́м же́ при́нципе КИ́ЭВ 58%, но́ да́нных о ее исп́ытаниях не́т. А на́турные исп́ытания ВСУ́ Би́рюкова бы́ли про́ведены со́трудниками жу́рнала «Изобретатель и ра́ционализатор». Дву́хэтажный ро́тор ди́аметром 0,75 м и вы́сотой 2 м при́ све́жем ве́тре ра́скручивал на́ по́лную мо́щность асинхронный ге́нератор 1,2 кВт и вы́держивал бе́з по́ломки 30 м/с. Че́ртежи ВСУ́ Би́рюкова при́ведены на́ ри́с. По́зиции:
  1. ро́тор из кро́вельной оцинковки;
  2. са́моустанавливающийся дву́хрядный ша́риковый по́дшипник;
  3. ва́нты – 5 мм ста́льной тро́с;
  4. ось́-дре́вко – ста́льная тру́ба с то́лщиной сте́нок 1,5-2,5 мм;
  5. ры́чаги аэродинамического ре́гулятора оборотов;
  6. ло́пасти ре́гулятора оборотов – 3-4 мм фа́нера или ли́стовой пла́стик;
  7. тя́ги ре́гулятора оборотов;
  8. гру́з ре́гулятора оборотов, его ве́с опр́еделяет ча́стоту вра́щения;
  9. ве́дущий шки́в – ве́лосипедное ко́лесо бе́з ши́ны с ка́мерой;
  10. по́дпятник – упорно-опорный по́дшипник;
  11. ве́домый шки́в – шта́тный шки́в ге́нератора;
  12. ге́нератор.
Би́рюков на́ сво́ю ВСУ́ по́лучил сра́зу не́сколько авт́орских сви́детельств. Во́-пе́рвых, обр́атите вни́мание на́ ра́зрез ро́тора. При́ ра́згоне он ра́ботает по́добно ВС, со́здавая бо́льшой ста́ртовый мо́мент. По́ ме́ре ра́скрутки во́ вне́шних ка́рманах ло́пастей со́здается ви́хревая по́душка. С то́чки зре́ния ве́тра, ло́пасти ста́новятся про́филированными, и ро́тор пре́вращается в бы́строходный орт́огонал, при́чем ви́ртуальный про́филь ме́няется со́ответственно си́ле ве́тра. Во́-вто́рых, про́филированный ка́нал ме́жду ло́пастями в ра́бочем ди́апазоне ско́ростей ра́ботает ка́к це́нтральное те́ло. Есл́и же́ ве́тер усиливается, то́ в не́м та́кже со́здается ви́хревая по́душка, вы́ходящая за́ пре́делы ро́тора. Во́зникает та́кой же́ ви́хревой ко́ко́н, ка́к во́круг ВСУ́ с на́правляющим апп́аратом. Энергия на́ его со́здание бе́рется от ве́тра, и то́му на́ по́ломку ве́тряка ее уже не́ хва́тает. В-тре́тьих, ре́гулятор оборотов пре́дназначен пре́жде все́го для́ ту́рбины. Он де́ржит ее обороты опт́имальными с то́чки зре́ния КИ́ЭВ. А опт́имум ча́стоты вра́щения ге́нератора обеспечивается вы́бором пе́редаточного отн́ошения ме́ханики. При́мечание: по́сле пу́бликаций в ИР за́ 1965 г. ВСУ́ Би́рюкова ка́нула в не́бытие. Отв́ета от инс́танций авт́ор та́к и не́ до́ждался. Су́дьба мно́гих со́ветских изобретений. Го́ворят, ка́кой-то́ японец ста́л ми́ллиардером, ре́гулярно чи́тая со́ветские по́пулярно-те́хнические жу́рналы и па́тентуя у се́бя все́, за́служивающее вни́мания.

Ло́пастники

Ка́к у ска́зано, по́ кла́ссике го́ризонтальный ве́трогенератор с ло́пастным ро́торо́м – на́илучший. Но́, во́-пе́рвых, ему ну́жен ста́бильный хо́тя бы́ сре́дней си́лы ве́тер. Во́-вто́рых, ко́нструкция для́ са́модельщика та́ит в се́бе не́мало по́дводных ка́мней, из-за́ че́го не́редко пло́д до́лгих упорных тру́дов в лу́чшем слу́чае осв́ещает ту́алет, при́хожую или кры́льцо, а то́ и оказывается спо́собен то́лько ра́скрутить са́мого се́бя. По́ схе́мам на́ ри́с. ра́ссмотрим по́дробнее; по́зиции:
  • Фи́г. А:
  1. ло́пасти ро́тора;
  2. ге́нератор;
  3. ста́нина ге́нератора;
  4. за́щитный флю́гер (ураганная ло́пата);
  5. то́косъемник;
  6. ша́сси;
  7. по́воротный узел;
  8. ра́бочий флю́гер;
  9. ма́чта;
  10. хо́мут по́д ва́нты.
  • Фи́г. Б, ви́д све́рху:
  1. за́щитный флю́гер;
  2. ра́бочий флю́гер;
  3. ре́гулятор на́тяжения пру́жины за́щитного флю́гера.
  • Фи́г. Г, то́косъемник:
  1. ко́ллектор с ме́дными не́разрезными ко́льцевыми ши́нами;
  2. по́дпружиненные ме́днографитовые ще́тки.
При́мечание: ураганная за́щита для́ го́ризонтального́ ло́пастника ди́аметром бо́лее 1 м со́вершенно не́обходима, т.к. со́здать во́круг се́бя ви́хревой ко́ко́н он не́ спо́собен. При́ ме́ньших ра́змера́х мо́жно до́биться вы́носливости ро́тора до́ 30 м/с с ло́пастями из про́пилена. Итак, где́ на́с жду́т «спо́тыки»? Ло́пасти Про́филировка и кру́тка ло́пасти ВСУ́ Ра́ссчитывать до́биться мо́щности на́ ва́лу ге́нератора бо́лее 150-200 Вт на́ ло́пастях лю́бого ра́змаха, вы́резанных из то́лсто́стенной пла́стиковой тру́бы, ка́к ча́сто со́ветуют – на́дежды бе́спросветного ди́летанта. Ло́пасть из тру́бы (есл́и то́лько она не́ на́столько то́лстая, что́ исп́ользуется про́сто ка́к за́готовка) бу́дет иметь се́гментный про́филь, т.е. его ве́рхняя, или обе по́верхности бу́дут ду́гами окр́ужности. Се́гментные про́фили при́годны для́ не́сжимаемой сре́ды, ска́жем, для́ по́дводных кры́льев или ло́пастей гре́бного ви́нта. Для́ га́зов же́ ну́жна ло́пасть пе́ременного про́филя и ша́га, для́ при́мера см. ри́с.; ра́змах – 2 м. Это бу́дет сло́жное и тру́доемкое изд́елие, тре́бующее кро́потливого ра́счета во́ все́оружии те́ории, про́дувок в тру́бе и на́турных исп́ытаний. Ге́нератор При́ на́садке ро́тора пря́мо на́ его ва́л шта́тный по́дшипник ско́ро ра́зобьется – одинаковой на́грузки на́ все́ ло́пасти в ве́тряках не́ бы́вает. Ну́жен про́межуточный ва́л со́ спе́циальным опорным по́дшипником и ме́ханическая пе́редача от не́го на́ ге́нератор. Для́ бо́льших ве́тряков опорный по́дшипник бе́рут са́моустанавливающийся дву́хрядный; в лу́чших мо́делях – тре́хъярусный, Фи́г. Д на́ ри́с. вы́ше. Та́кой по́зволяет ва́лу ро́тора не́ то́лько сле́гка изѓибаться, но́ и не́много сме́щаться из сто́роны в сто́рону или вве́рх-вни́з. При́мечание: на́ ра́зра́ботку опорного по́дшипника для́ ВСУ́ ти́па EuroWind ушл́о около 30 ле́т. Аварийный флю́гер При́нцип его ра́боты по́казывает Фи́г. В. Ве́тер, усиливаясь, да́вит на́ ло́пату, пру́жина ра́стягивается, ро́тор пе́рекашивается, обороты его па́дают и в ко́нце ко́нцов он ста́новится па́раллельно по́току. Вро́де бы́ все́ хо́рошо, но́ – гла́дко бы́ло на́ бу́маге… По́пробуйте в ве́треный де́нь удержать за́ ру́чку па́раллельно ве́тру кры́шку от вы́варки или бо́льшой ка́стрюли. То́лько ост́орожно – ве́ртлявая же́лезяка мо́жет са́дануть по́ фи́зиономbии та́к, что́ ра́сквасит но́с, ра́ссечет гу́бу, а то́ и вы́бьет гла́з. Пло́ский ве́тер бы́вает то́лько в те́оретических вы́кладках и, с до́статочной для́ пра́ктики то́чностью, в аэродинамических тру́бах. Ре́ально же́ ураган ве́тряки с ураганной ло́патой ко́режит бо́льше, че́м во́все бе́ззащитные. Лу́чше все́-та́ки ме́нять исќоверканные ло́пасти, че́м де́лать за́ново все́. В про́мышленных уст́ановках – дру́гое де́ло. Та́м ша́г ло́пастей, по́ ка́ждой в отд́ельности, отс́леживает и ре́гулирует авт́оматика по́д упр́авлением бо́ртового ко́мпьютера. И де́лаются они из све́рхпрочных ко́мпозитов, а не́ из во́допрово́дных тру́б. То́косъемник Это – ре́гулярно обс́луживаемый узел. Лю́бой энергетик зна́ет, что́ ко́ллектор со́ ще́тками ну́жно чи́стить, сма́зывать, ре́гулировать. А ма́чта – из во́допрово́дной тру́бы. Не́ за́лезешь, ра́з в ме́сяц-два́ при́дется ве́сь ве́тряк ва́лить на́ зе́млю и по́том опять по́днимать. Ско́лько он про́тянет от та́кой «про́филактики»? Ви́део: ло́пастной ве́трогенератор + со́лнечная па́нель для́ электроснабжения да́чи

Ми́ни и ми́кро

Но́ с уменьшением ра́змеров ло́пастника тру́дности па́дают по́ ква́драту ди́аметра ко́леса. Изѓотовление го́ризонтальной ло́пастной ВСУ́ сво́ими си́лами на́ мо́щность до́ 100 Вт уже во́зможно. Опт́имальным бу́дет 6-ло́пастный. При́ бо́льшем ко́личестве ло́пастей ди́аметр ро́тора, ра́ссчитанного на́ ту́ же́ мо́щность, бу́дет ме́ньше, но́ их окажется тру́дно про́чно за́крепить на́ сту́пице. Ро́торы о ме́нее че́м 6 ло́пастях мо́жно не́ иметь в ви́ду: 2-ло́пастнику на́ 100 Вт ну́жен ро́тор ди́аметром 6,34 м, а 4-ло́пастнику то́й же́ мо́щности – 4,5 м. Для́ 6-ло́пастного за́висимость мо́щность – ди́аметр вы́ражается сле́дующим обр́азом:
  • 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.
Опт́имальным бу́дет ра́ссчитывать на́ мо́щность 10-20 Вт. Во́-пе́рвых, ло́пасть из пла́стика ра́змахом бо́лее 0,8 м бе́з до́полнительных ме́р за́щиты не́ вы́держит ве́тер бо́лее 20 м/с. Во́-вто́рых, при́ ра́змахе ло́пасти до́ те́х же́ 0,8 м ли́нейная ско́рость ее ко́нцов не́ пре́высит ско́рость ве́тра бо́лее че́м втро́е, и тре́бования к про́филировке с кру́ткой сни́жаются на́ по́рядки; зде́сь уже впо́лне удовлетворительно бу́дет ра́ботать «ко́рытце» с се́гментным про́филем из тру́бы, по́з. Б на́ ри́с. А 10-20 Вт обеспечат пи́тание пла́ншетки, по́дзарядку сма́ртфона или за́светят ла́мпочку-экономку. Ми́ни- и ми́кроветрогенераторы Да́лее, вы́бираем ге́нератор. Отл́ично по́дойдет ки́тайски́й мо́торчик – сту́пица ко́леса для́ электровелосипедов, по́з. 1 на́ ри́с. Его мо́щность ка́к мо́тора – 200-300 Вт, но́ в ре́жиме ге́нератора он да́ст при́мерно до́ 100 Вт. Но́ по́дойдет ли́ он на́м по́ оборотам? По́казатель бы́строходности z для́ 6 ло́пастей ра́вен 3. Фо́рмула для́ ра́счета ско́рости вра́щения по́д на́грузкой – N = v/l*z*60, где́ N – ча́стота вра́щения, 1/ми́н, v – ско́рость ве́тра, а l – дли́на окр́ужности ро́тора. При́ ра́змахе ло́пасти 0,8 м и ве́тре 5 м/с по́лучаем 72 об/ми́н; при́ 20 м/с – 288 об/ми́н. При́мерно с та́кой же́ ско́ростью вра́щается и ве́лосипедное ко́лесо, та́к что́ сво́и 10-20 Вт от ге́нератора, спо́собного да́ть 100, мы́ уж сни́мем. Мо́жно ро́тор са́жать пря́мо на́ его ва́л. Но́ ту́т во́зникает сле́дующая про́блема: мы́, по́тратив не́мало тру́да и де́нег, хо́тя бы́ на́ мо́торчик, по́лучили… игр́ушку! Что́ та́кое 10-20, ну́, 50 Вт? А ло́пастный ве́тряк, спо́собный за́питать хо́тя бы́ те́левизор, до́ма не́ сде́лаешь. Не́льзя ли́ ку́пить го́товый ми́ни-ве́трогенератор, и не́ обойдется ли́ он де́шевле? Еще ка́к мо́жно, и еще ка́к де́шевле, см. по́з. 4 и 5. Кро́ме то́го, он бу́дет еще и мо́бильным. По́ставил на́ пе́нек – и по́льзуйся. Вто́рой ва́риант – есл́и где́-то́ ва́ляется ша́говый дви́гатель от ста́рого 5- или 8-дю́ймового ди́сковода, или от при́вода бу́маги или ка́ретки не́годного стру́йного или ма́тричного при́нтера. Он мо́жет ра́ботать ка́к ге́нератор, и при́делать к не́му ка́русельный ро́тор из ко́нсервных ба́нок (по́з. 6) про́ще, че́м со́бирать ко́нструкцию на́подобие по́казанной на́ по́з. 3. В це́лом по́ «ло́пастникам» вы́вод одн́означен: са́модельные – ско́рее для́ то́го, что́бы по́мастерить всла́сть, но́ не́ для́ ре́альной до́лговременной энергоотдачи. Ви́део: про́стейший ве́трогенератор для́ осв́ещения да́чи

Па́русники

Па́русные ве́трогенераторы Па́русный ве́трогенератор изв́естен да́вно, но́ мя́гкие по́лотнища его ло́пастей (см. ри́с.) на́чали де́лать с по́явлением вы́сокопрочных изн́осостойких си́нтетических тка́ней и пле́нок. Мно́голопастные ве́тряки с же́сткими па́русами ши́роко ра́зошлись по́ ми́ру ка́к при́вод ма́ломощных авт́оматических во́докачек, но́ их те́хданные ни́же да́же че́м у ка́руселей. Одн́ако мя́гкий па́рус ка́к кры́ло ве́тряка, по́хоже, оказался не́ та́к-то́ про́ст. Де́ло не́ в ве́троустойчивости (про́изводители не́ огр́аничивают ма́ксима́льно до́пустимую ско́рость ве́тра): яхс́менам-па́русникам и та́к изв́естно, что́ ве́тру ра́зорвать по́лотнище бе́рмудского па́руса пра́ктически не́возможно. Ско́рее шко́т вы́рвет, или ма́чту сло́мает, или вся́ по́судина сде́лает «по́ворот оверкиль». Де́ло в энергетике. К со́жалению, то́чных да́нных исп́ытаний не́ удается на́йти. По́ отз́ывам по́льзователей удалось со́ставить «си́нтетические» за́висимости для́ уст́ановки ВЭ́У- та́ганрогского про́изводства с ди́аметром ве́троколеса 5 м, ма́ссой ве́троголовки 160 кг и ча́стотой вра́щения до́ 40 1/ми́н; они пре́дставлены на́ ри́с. Ха́рактеристики ВЭ́У- Ра́зумеется, ру́чательств за́ 100% до́стоверность бы́ть не́ мо́жет, но́ и та́к ви́дно, что́ пло́ско-ме́ханистической мо́делью ту́т и не́ па́хнет. Ни́как не́ мо́жет 5-ме́тровое ко́лесо на́ пло́ском ве́тре в 3 м/с да́ть около 1 кВт, при́ 7 м/с вы́йти на́ пла́то по́ мо́щности и да́лее де́ржать ее до́ же́стокого што́рма. Про́изводители, кста́ти, за́являют, что́ но́минальные 4 кВт мо́жно по́лучить и при́ 3 м/с, но́ при́ уст́ановке их си́лами по́ ре́зультатам исс́ледований ме́стной аэрологии. Ко́личественной те́ории та́кже не́ обн́аруживается; по́яснения ра́зра́ботчиков ма́ловразумительны. Одн́ако, по́скольку та́ганрогские ВЭ́У на́род по́купает, и они ра́ботают, ост́ается пре́дположить, что́ за́явленные ко́ническая ци́ркуляци́я и про́пульсивный эфф́ект – не́ фи́кция. Во́ вся́ком слу́чае, во́зможны. То́гда, вы́ходит, ПЕ́РЕД ро́торо́м, по́ за́кону со́хранения имп́ульса, до́лжен во́зникнуть то́же ко́нический ви́хрь, но́ ра́сширяющийся и ме́дленный. И та́кая во́ронка бу́дет сго́нять ве́тер к ро́тору, его эфф́ективная по́верхность по́лучится бо́льше ометаемой, а КИ́ЭВ – све́рхединичным. Про́лить све́т на́ этот во́прос мо́гли бы́ на́турные изм́ерения по́ля да́вления пе́ред ро́торо́м, хо́тя бы́ бы́товым анероидом. Есл́и оно окажется вы́ше, че́м с бо́ков в сто́роне, то́, де́йствительно, па́русные ВСУ́ ра́ботают, ка́к жу́к ле́тает.

Са́модельный ге́нератор

Из ска́занного вы́ше ясн́о, что́ са́модельщикам лу́чше бра́ться или за́ ве́ртикалки, или за́ па́русники. Но́ те́ и дру́гие очень ме́дленные, а пе́редача на́ бы́строходный ге́нератор – ли́шняя ра́бота, ли́шние за́траты и по́тери. Мо́жно ли́ сде́лать эфф́ективный ти́хоходный электрогенератор са́мому? Да́, мо́жно, на́ ма́гнитах из ни́обиевого спла́ва, т. на́з. су́пермагнитах. Про́цесс изѓотовления осн́овных де́талей по́казан на́ ри́с. Ка́тушки – ка́ждая из 55 ви́тков ме́дного 1 мм про́вода в те́рмостойкой вы́сокопрочной эмалевой изоляции, ПЭ́ММ, ПЭ́ТВ и т.п. Вы́сота обм́оток – 9 мм. Де́тали са́модельного ге́нератора на́ су́пермагнитах Обр́атите вни́мание на́ па́зы по́д шпо́нки в по́ловинах ро́тора. Они до́лжны бы́ть ра́сположены та́к, что́бы ма́гниты (они при́клеиваются к ма́гнитопроводу эпоксидкой или акр́илом) по́сле сбо́рки со́шлись ра́зноименными по́люсами. «Бли́ны» (ма́гнитопроводы) до́лжны бы́ть изѓотовлены из ма́гнитомягкого фе́рромагнетика; по́дойдет обычная ко́нструкционная ста́ль. То́лщина «бли́нов» – не́ ме́нее 6 мм. Во́обще-то́ лу́чше ку́пить ма́гниты с осевым отв́ерстием и при́тянуть их ви́нтами; су́пермагниты при́тягиваются со́ стра́шной си́лой. По́ этой же́ при́чине на́ ва́л ме́жду «бли́нами» на́девается ци́линдрическая про́ставка вы́сотой 12 мм. Обм́отки, со́ставляющие се́кции ста́тора, со́единяются по́ схе́мам, та́кже при́веденным на́ ри́с. Спа́янные ко́нцы не́ до́лжны бы́ть на́тянуты, но́ до́лжны обр́азовывать пе́тли, иначе эпоксидка, ко́торой бу́дет за́лит ста́тор, за́стывая, мо́жет по́рвать про́вода. За́ливают ста́тор в изл́ожнице до́ то́лщины 10 мм. Це́нтрировать и ба́лансировать не́ ну́жно, ста́тор не́ вра́щается. За́зор ме́жду ро́торо́м и ста́тором – по́ 1 мм с ка́ждой сто́роны. Ста́тор в ко́рпусе ге́нератора ну́жно на́дежно за́фиксировать не́ то́лько от сме́щения по́ оси, но́ и от про́ворачивания; си́льное ма́гнитное по́ле при́ то́ке в на́грузке бу́дет тя́нуть его за́ со́бой. Ви́део: ге́нератор для́ ве́тряка сво́ими ру́ками

Вы́вод

И что́ же́ мы́ имеем на́последок? Инт́ерес к «ло́пастникам» объ́ясняется ско́рее их эфф́ектным вне́шним ви́дом, че́м де́йствительными экс́плуатационными ка́чествами в са́модельном исп́олнении и на́ ма́лых мо́щностях. Са́модельная ка́русельная ВСУ́ да́ст «де́журную» мо́щность для́ за́рядки авт́оаккумулятора или энергоснабжения не́большого до́ма. А во́т с па́русными ВСУ́ сто́ит по́экспериментировать ма́стерам с тво́рческой жи́лкой, особенно в ми́ни-исп́олнении, с ко́лесом 1-2 м ди́аметром. Есл́и пре́дположения ра́зра́ботчиков ве́рны, то́ с та́кого мо́жно бу́дет сня́ть, по́средством описанного вы́ше ки́тайского дви́жка-ге́нератора, все́ его 200-300 Вт. Сде́лать же́ ка́рка́с (ра́нгоут) для́ па́русного ро́тора не́сложно. Кро́ме то́го, па́русные ВСУ́ бе́зопасны, а зву́ков от ни́х, инф́ра- и слы́шимых, не́ обн́аруживается. И вы́соко по́нимать ро́тор не́ ну́жно, до́статочно одн́ого ди́аметра ко́леса.

Ви́део: те́хнология про́изводства ве́трогенераторов

(По́ка оценок не́т)
За́грузка... что́ еще по́читать: Со́лнечные ба́тареи и ко́ллекторы: те́ория, обл́асти при́менения, ра́бочие са́моделки Са́модельная ци́ркулярная пи́ла – это ре́ально! Уст́ройство за́земления сво́ими си́лами: про́стое и сло́жное, для́ ра́зных слу́чаев Вы́вести все́ ма́териалы с ме́ткой:
  • электрические ра́боты
  • энергетика
Пе́рейти в ра́здел:
  • Электрика, те́хника и ста́нки сво́ими ру́ками
Обс́уждение:
  • в 06:47 Ни́колай  ска́зал(а): До́брый де́нь. по́дскажите ка́к вы́ ре́шили про́блему с пе́реходом ме́жду дви́жущейся ча́стью и ста́ционарной опорой. отв́етить
  • в 22:15 Ти́мур  ска́зал(а): Что́бы вы́работать 100 вт дву́хлопастному ве́тряку ну́жен ди́аметр 6 ме́тров? Отќуда та́кие ци́фры? А для́ то́го что́б 1 ме́гаватт вы́рабатывал ну́жен ди́аметр на́ па́ру де́сятков ки́лометров на́верное. Чу́шь ка́кую то́ на́писал. Ло́пастной ве́тряк по́ все́м па́раметрам де́лает все́ ост́альные ви́ды! Ка́русельные и то́му по́добные де́журно те́бе све́тодиод за́жжет и то́ с тру́дом, а что́б с ни́х ре́ально что́ то́ по́лучить ну́жно очень по́стараться. Па́русник это тря́пка. Тря́пка до́лго не́ про́живет, ду́маю все́ зна́ют что́ та́кое тря́пка. отв́етить
    • в 08:49 Алексей  ска́зал(а): Па́рус это не́ обычная тря́пка. Да́крон слу́жит на́ спо́ртивных яхт́ах около 5 ле́т и ме́няется то́лько по́ при́чине”увеличения пу́затости” его еще для́ про́гулок на́ яхт́е мо́жно исп́ользовать не́ограниченный сро́к. отв́етить
  • в 08:26 Иван  ска́зал(а): Мне́ не́понятно, по́чему на́ ви́део “Ве́тряк+со́лнечная па́нель” де́нь со́лнечный и ве́треный а ко́нтроллер по́казывает ма́ло, ве́дь на́ ве́тряке да́же сра́батывает за́щита. отв́етить
  • в 08:42 Вла́димир  ска́зал(а): да́, не́ спо́рю до́рого. Одн́ажды и це́ны бы́ли не́ ка́к се́йчас. Ма́гниты бра́л 2 го́да на́зад. то́гда 1 сто́ил ру́блей 300-400 и ски́дку пре́доставили. Се́йчас бы́ то́же де́лал бы́ с ге́нератора ка́кого ни́будь. но́ обороты ну́жны. Что́бы то́т ге́на вы́дал 100 амп́ер на́до 1300-1500 оборотов а та́к…. У ме́ня до́ма акќумулятор 190а/ч. при́ ве́тре 3 ме́тра в се́к. не́ за́рядит. Ге́ну на́до пе́ремотать. отв́етить
  • в 17:39 Иван  ска́зал(а): На́ не́одимовые ма́гниты це́ны аст́рономические. По́этому бу́ду де́лать с г-130, а это до́рогие игр́ушки. отв́етить
  • в 12:45 Вла́димир  ска́зал(а): Я се́бе сде́лал, да́ во́т ве́тер про́пал, ест́ь – не́ту.
    Ка́к де́лал ге́ну. 30 ка́тушек по́ 35 ви́тков про́вод 1.02 в 4 про́вода кру́тилось вы́сотою 2 см. при́мерно спа́ял, за́лил эпоксидкой, в ка́тушки в отв́ерстия за́пресовал фе́рритовый по́рошок со́ стру́жкой чу́гуна 1 к 1.
    ма́гниты 50-30-10. дли́на ши́рина вы́сота. ма́гнит на́крывает ка́тушку по́лностью при́мерно. ди́ск с ма́гнитами 48 см. За́липания ест́ь но́ есл́и пле́чё дли́нное от ме́тра ста́лкивается па́льцем. ма́гнитов 20.
    Вы́дает та́кой ге́на 600 ва́т при́мерно за́ 3 оборота в се́к. на́ 20ти во́льтах 30 амп́ер отв́етить
  • в 18:53 Анд́рей  ска́зал(а): Спа́сибо за́ ва́шу бе́сплатную ко́нсультацию…А це́ны “от фи́рм”не́ ре́ально до́роги,и я ду́маю,что́ ма́стеровые лю́ди из глу́бинки смо́гут сде́лать ге́нераторы по́добные ва́шему.А акќамуляторы Li-po мо́жно вы́писать из Ки́тая,инв́ерторы в Че́лябинске де́лают очень хо́рошие (с пла́вным си́нусом).А па́руса,ло́пасти или ро́торы – это очередной по́вод для́ по́лёта мы́сли на́ших ру́кастых Ру́сских му́жиков. отв́етить
  • в 18:49 Иван  ска́зал(а): во́прос:
    Для́ ве́тряков с ве́ртикальной ось́ю(по́зиция 1) и ва́рианта “Ле́нца” во́зможно до́бавить до́полнительную де́таль – кры́льчатку,вы́ставляющуюся по́ ве́тру, и за́крывающую от не́го же́ бе́сполезную сто́рону(идущую в сто́рону ве́тра). То́ ест́ь ве́тер бу́дет не́ ло́пасть то́рмозить, а этот “экр́ан”. По́становка по́ ве́тру “хво́стом”, на́ходящимся за́ са́мим ве́тряком ни́же и вы́ше ло́постей(гре́бней). Чи́тал ста́тью и ро́дилась идея. отв́етить
вы́йти На́жимая кно́пку «До́бавить ко́мментарий», я со́глашаюсь с по́льзовательским со́глашением и по́литикой ко́нфиденциальности са́йта. Чертежи ветрогенератора Онипко описание эффективного ветряка для слабого ветра и изготовление для него ротора своими руками

Статьи

  • Изготовление ветрогенератора своими руками
  • Ветрогенератор своими руками 105 фото поэтапной сборки и изготовления
  • Чертежи ветрогенератора Онипко описание эффективного ветряка для слабого ветра и изготовление для него ротора своими руками
  • Ветрогенератор своими руками расчеты чертежи изготовление
  • Ветрогенератор своими руками основные проблемы изготовления дома и способы их решения
  • Самодельный ветрогенератор роторного типа
  • Ветрогенератор своими руками чертежи изготовление генератор для ветряка
  • Ветрогенератор . Полезное своими руками
  • Ветряной генератор своими руками как сделать чертежи и все нюансы
  • Как сделать ветрогенератор 💨 на 220В своими руками самодельный ветряк