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

Хвост ветрогенератора

Хвост ветрогенератора

Защита ветрогенератора от сильного ветра. Схема складывающегося хвоста ветрогенератора.

Хвост ветрогенератора, или стабилизатор предназначен для поворота ветрового, колеса на встречу, воздушному потоку, благодаря чему обеспечивается максимально эффективное вращение лопастей.

Но тут возникает вопрос, что делать, если поднимется ураганный ветер, который может так раскрутить ветроколесо, что лопасти просто сломаются.

Для ветрогенератора нужно обязательно продумать бурезащиту, при сильном ветре ветроколесо испытывает сильную нагрузку, которая способна не только повредить лопасти и генератор, но и разрушить мачту, которая может упасть на ближайшие постройки.

Если ветряк небольшого размера, то для него вполне достаточно, электрического тормоза. Принцип работы электрического тормоза следующий, если ротор ветрогенератора набирает очень высокие обороты, то контроллер замыкает фазы генератора, обороты ротора сразу падают и винт замедляется. То есть если у нас генератор рассчитан на выработку 12 V, а на повышенных оборотах начинает выдавать, скажем 14V, то контроллер замыкает фазы.

Но электрический тормоз эффективен только на небольших ветряках, и то при ураганном ветре нет гарантии, что эта система полностью остановит ветроколесо и оно не пойдёт в разнос, поэтому нужно использовать дополнительную защиту.

Можно использовать так называемый метод увода винта из воздушного потока поворотом (складыванием) хвоста.

Схема складывающегося хвоста ветрогенератора.

Схему расположения узлов можно увидеть на рисунке, сам ветрогенератор смещён относительно центра оси. Хвостовик одет на палец, сам палец установлен под углом 20° по вертикали и на 45° по горизонтали.

Принцип работы защиты следующий, в безветренную погоду хвост стоит под наклоном, при появлении ветра хвост поворачивается по ветру, винт вращается.

Кода скорость ветра значительно возрастает, давление на винт превышает вес хвоста, винт поворачивается, хвост при этом складывается, уводя винт из воздушного потока.

Когда скорость ветра уменьшается, вес хвоста снова начинает превышать давление ветра на винт, хвост выравнивается, а винт становится по ветру и дальше вращается.

Ещё один вариант решения с применением боковой лопаты и пружинного механизма. При сильном ветре боковая лопата работает как рычаг, поворачивая ветроколесо выводит его из воздушного потока.

Ветрогенератор: защита от сильного ветра своими руками

Обновлено: 8 марта 2020

Увеличение интереса пользователей к альтернативным источникам электроэнергии вполне объяснимо. Отсутствие возможностей для подключения к централизованным сетям вынуждает использовать другие методы обеспечения жилья или временных пунктов проживания электроэнергией. Доля самодельных устройств постоянно возрастает, так как приобретение промышленного образца — дело весьма затратное и всегда достаточно эффективное.

При создании ветряка следует учитывать возможность шквальных порывов ветра и принимать соответствующие меры предохранения конструкции от них.

Для чего нужна защита от сильного ветра?

Работа ветрогенератора рассчитана на определенную силу ветра. Обычно во внимание принимаются средние показатели, типичные для данного региона. Но при усилении ветрового потока до критических значений, что иногда случается в любой местности, возникает риск выхода устройства из строя, а в некоторых случаях — полного разрушения.

Промышленные образцы ветряков оборудованы защитой от подобных перегрузок либо по току (при превышении допустимого значения напряжения срабатывает электромагнитный тормоз), либо по скорости вращения (механический тормоз). Самодельные конструкции также необходимо снабжать подобными приспособлениями.

Рабочие колеса, особенно снабженные массивными большими лопастями, при больших скоростях вращения начинают действовать по принципу гироскопа и сохраняют плоскость вращения. В таких условиях хвост не может выполнять свою работу и ориентировать устройство по оси потока, что приводит к поломкам. Такое возможно даже если скорость ветра не слишком велика. Поэтому приспособление, замедляющее ход рабочего колеса, является необходимым элементом конструкции.

Возможно ли изготовление приспособления своими руками?

Изготовление приспособления вполне возможно. Мало того, это является абсолютной необходимостью. Тормозное устройство должно быть предусмотрено еще на стадии проектирования ветряка. Параметры работы приспособления необходимо как можно тщательнее рассчитать, чтобы его возможности не оказались слишком низкими по сравнению с реальными потребностями конструкции.

Прежде всего надо выбрать способ реализации тормозного устройства. Обычно для таких конструкций используются простые и безотказные механические приспособления, но могут быть созданы и электромагнитные образцы. Выбор зависит от того, какие ветра преобладают в регионе и какова конструкция самого ветряка.

Самый простой вариант — изменение направления оси ротора, производимое вручную. Для этого потребуется лишь установить шарнир, но необходимость выходить при сильном ветре на улицу — не самое лучшее решение. Кроме того, не всегда имеется возможность ручной остановки, так как в этот момент можно находиться далеко от дома.

Читать еще:  Антенна из пивных банок для цифрового ТВ: чертежи, размеры

Принцип действия

Существует несколько механических способов торможения рабочего колеса. Наиболее распространенными вариантами для горизонтальных конструкций ветряка являются:

  • увод ротора от ветра при помощи боковой лопасти (остановка методом складывающегося хвоста);
  • торможение ротора с помощью боковой лопасти.

Вертикальные конструкции обычно тормозятся при помощи грузов, навешанных на внешних точках лопастей. При увеличении скорости вращения они под действием центробежной силы начинают давить на лопасти, вынуждая их складываться или разворачиваться боком к ветру, отчего скорость вращения снижается.

Внимание! Такой способ торможения прост и наиболее эффективен, позволяет регулировать скорость вращения рабочего колеса, но применим только для вертикальных конструкций.

Метод защиты складыванием хвоста

Приспособление, осуществляющее увод от ветра складыванием хвоста, позволяет плавно и достаточно гибко регулировать скорость вращения ротора. Принцип действия такой системы заключается в использовании бокового рычага, установленного в горизонтальной плоскости перпендикулярно оси вращения. Вращающееся рабочее колесо и рычаг соединены жестко, а хвост прикрепляется через подпружиненное шарнирное соединение, действующее в горизонтальной плоскости.

При номинальных значениях силы ветра боковой рычаг не способен уводить ротор в сторону, так как хвост направляет его по ветру. При усилении ветра давление на боковую лопасть увеличивается и превышает усилие пружины. При этом ось ротора отворачивается от ветра, воздействие на лопасти снижается и ротор замедляется.

Другие способы

Второй способ механического торможения близок по конструкции, но боковая лопасть действует иначе — при усилении ветра начинает через специальные колодки давить на ось ротора, замедляя его вращение. При этом, ротор и хвост устанавливаются на одном валу, а шарнирное соединение с пружиной применено на боковом рычаге.

При нормальных скоростях ветра пружина удерживает рычаг перпендикулярно оси, при усилении он начинает отклоняться в сторону хвоста, прижимая к оси тормозные колодки и тормозя вращение. Такой вариант хорош при небольших размерах лопастей, поскольку усилие, прилагаемое к валу для его остановки, должно быть довольно большим. На практике этот вариант используется только при относительно невысоких скоростях ветра, при шквальных порывах метод малоэффективен.

Помимо механических приспособлений широко используются электромагнитные. При возрастании напряжения начинает срабатывать реле, притягивающее к валу тормозные колодки.

Другим вариантом, который может быть использован для защиты, является размыкание контура при возникновении слишком высокого напряжения.

Внимание! Некоторые способы осуществляют лишь защиту электрической части комплекса, не воздействуя на механические элементы конструкции. Такие методы не способны обеспечить целостность ветряка в случае внезапных шквальных ветров и могут использоваться лишь как дополнительные меры, действующие в паре с механическими приспособлениями.

Схема и чертежи защиты

Для более наглядного представления о принципе действия тормозного приспособления рассмотрим кинематическую схему.

На рисунке видно, что пружина в нормальном состоянии удерживает вращающийся узел и хвост на одной оси. Усилие, создаваемое потоком ветра, преодолевает сопротивление пружины при повышении скорости и понемногу начинает изменять направление оси ротора, давление ветра на лопасти снижается, из-за чего скорость вращения падает.

Эта схема является наиболее распространенной и эффективной. Она проста в исполнении, позволяет создать приспособление из подручных материалов. Кроме того, настройка этого тормоза проста и сводится к подбору пружины или настройке ее усилия.

Внимание! Максимальный угол поворота ротора не рекомендуется делать больше 40-45°. Большие углы способствуют полной остановке ветряка, который после этого с трудом запускается при неровных шквалистых ветрах.

Порядок расчета

Расчет тормозного устройства довольно сложен. Для него понадобятся различные данные, найти которые непросто. Неподготовленному человеку произвести такой расчет сложно, велика вероятность ошибок.

Тем не менее, если самостоятельный расчет по каким-либо причинам необходим, можно воспользоваться формулой:

P x S x V 2 = (m x g x h) x sinα, где:

  • P — усилие, прилагаемое к винту потоком ветра,
  • S — площадь лопастей винта,
  • V — скорость ветра,
  • m — масса,
  • g — ускорение свободного падения (9,8),
  • h — расстояние от шарнира до точки крепления пружины,
  • sinα — угол наклона хвоста относительно оси вращения.

Следует учитывать, что значения, полученные при самостоятельных расчетах, требуют правильной интерпретации и полного понимания физической сути процесса, происходящего при вращении. В данном случае расчеты не будут достаточно корректными, поскольку не будут учтены тонкие эффекты, сопутствующие функционированию ветряка. Тем не менее, значения, вычисленные таким образом, смогут дать порядок величин, необходимый для изготовления устройства.

Процесс создания ветрогенератора сопровождается массой расходов и требует множества разнообразных действий, что само по себе вынуждает максимально защищать конструкцию от возможности разрушения. Если появляется заранее предвидимая опасность разрушения или выхода из строя комплекса, то пренебрегать созданием и применением защитных устройств не следует ни в коем случае.

Как сделать ветряк своими руками: сборка, этапы установки и рекомендации

Самостоятельная сборка генератора электрической энергии, работающего за счет потоков воздуха, возможна в домашних условиях. Необходимы базовые знания физики, ручной инструмент и некоторые комплектующие. Любой сможет разобраться, как сделать ветрогенератор своими руками.

Изготовление ветряка: важные моменты

Самодельный ветрогенератор – устройство сравнительно простое. Но перед началом работ важно обратить внимание на ряд моментов:

  • высота мачты;
  • уровень создаваемого шума;
  • электромагнитные помехи.

Следует знать: существует широкий перечень ограничений, связанных с высотой возводимых зданий, сооружений. Например, рядом с аэропортами, мостами, некоторыми иными объектами городской инфраструктуры запрещено устанавливать мачты выше 15 метров. Предварительная юридическая консультация, общение с административными органами помогут избежать вопросов со стороны контролирующих организаций.

Читать еще:  Простая самодельная антенна для цифрового ТВ DVB-T2: размеры и описание

Сделанный своими руками ветряк нередко создает посторонние звуки. Они могут доставлять неудобства – особенно в ночное время. Нередко посторонние звуки служат причиной серьезных конфликтов между соседями. Перед началом эксплуатации желательно измерить уровень шума специальным прибором. Установленные законодательством нормативы:

  • менее 70 дБ – днем;
  • менее 60 дБ – ночью.

Электрический ток создается движением заряженных частиц обмотки статора. Подобные процессы иногда создают телепомехи. Важно предусмотреть экранирование. Разобраться, как сделать ветряк своими руками и снабдить его экраном, сравнительно просто.

Разновидности генераторов: преимущества и недостатки

Перед тем как собрать ветрогенератор своими руками следует изучить преимущества, недостатки разных типов. Наиболее популярны следующие виды:

Среди вертикальных выделяют подкатегории:

  • генераторы Савониуса – характеризуются постоянной угловой скоростью (КПД составляет 30%);
  • ротор Дарье (простая сборка, но присутствуют сильные вибрации);
  • Геликоидный ротор – характеризуется равномерностью вращения вала (благодаря закрученным равномерно лопастям);
  • многолопастной ротор – имеет центральную ось, чувствителен даже к небольшому ветру;
  • ортогональный – выделяется нестандартным дизайном, вырабатывает энергию при силе ветре 0.7 м/с.

Основные преимущества вертикального типа:

  • не требуется настраивать – потоки ветра не играют роли;
  • возможна установка ниже 4 метров – обслуживание не доставляет серьезных проблем;
  • уровень шума редко превышает 40 дБ.

Единственный минус – сравнительно малый КПД. Причина проста – низкая скорость вращения ротора. Вертикальный ветрогенератор своими руками собрать, обслуживать несколько проще. Горизонтальные (крыльчатые) – обычно снабжаются несколькими лопастями. Потому вертикальная разновидность отличается большим КПД.

Единственный минус – необходимо постоянно настраивать расположение, определять направление ветрового потока. Подобная особенность несколько снижает производительность. Ветрогенераторы для частного дома своими руками , изготавливаемые подобным способом, делятся на группы:

  • однолопастные – выделяются двигательными оборотами;
  • трехлопастные – выгодно отличаются большой производительностью (выработка – 7 мВт);
  • многолопастные (до 50 «крыльев») – имеют внушительную инерцию, устанавливаются для обеспечения вращения водяных насосов.

Существуют гибридные модификации. Изготовить самостоятельно, в домашних условиях, подобные затруднительно.

Мощность ветрогенератора

Предварительно нужно рассчитать нагрузку: какая мощность потребуется? Условно потребительские мощности можно разделить на 3 основные категории:

Первый вариант можно изготовить без стабилизирующего элемента выравнивающего напряжение питания. Как базовый компонент больше всего подходит:

  • автомобильный генератор;
  • двигатель стиральной машины.

Оптимальный выбор – автомобильный статор. На доработку уходит минимум времени. Достаточно перемотать катушку: необходимо большее количество витков. Электродвигатели от стиральных машин нужно снабдить мощными магнитами (используются для возбуждения обмотки). Такой мощности устройства применяются для освещения, подключения электрических водяных насосов.

Установки мощностью 1-3 кВт позволят обеспечить бесперебойную работу бытовой техники: стиральной машины, холодильника. Устройство аналогично менее мощным модификациям. Может также использоваться электродвигатель стиральной машины. Сборка устройства мощностью более 3 кВт требует большого количества деталей. Оптимальный выбор – приобретение готового мощного электродвигателя. Требуется минимальная доработка. По необходимости устанавливается дополнительно стабилизатор тока, трансформатор напряжения.

Сделать самому или купить?

Стоимость установок генерирования электрического тока напрямую зависит от вырабатываемой мощности. Установка Condor Home, рассчитанная на мощность 9 м/с, вырабатывающая 0.5 кВт, обойдется в 90 тыс. рублей. Модель, вырабатывающая 2 кВт – 150 тыс. рублей. 5 кВт – почти 300 тыс. рублей. Учитывая трудозатраты, стоимость всех компонентов самодельный ветряк обойдется дешевле.

Какие нужны комплектующие?

Прежде чем приступить к изготовлению ветрогенератора своими руками в домашних условиях следует подготовить все необходимые детали. Стандартный перечень включает:

  • лопасти – бывают разных типов (выбор вида зависит от направления, скорости ветра);
  • редуктор – позволяет самостоятельно регулировать скорость вращения вала;
  • кожух – экранирует помехи, защитит электронику, иные составные части (влага, насекомые могут повредить устройство);
  • аккумулятор – накапливает энергию, устанавливать не обязательно;
  • инвертор – трансформирует электрическое напряжение;
  • штанга (мачта) – позволяет приподнять лопасти над уровнем земли.

Подбор подходящих перечисленных выше компонентов занимает много времени. Собрать необходимые детали желательно заранее. Хороший выбор – двигатель стиральной машины.

Дополнительно нужно приобрести неодиммовые магниты. Готовый магнитный вал можно купить в магазине (цена колеблется в пределах 2.5-3 тыс. рублей). Стоимость мощных магнитов сопоставима по цене с новым ротором. Возможно, имеет смысл приобрести готовую деталь – сэкономив время, деньги. Самостоятельное изготовление вала, возбуждающего обмотку статора – процедура сложная, требующая много времени, знаний. Требуется выполнить электротехнический расчет, надежно зафиксировать компоненты.

Допущение ошибок приведет к невозможности эффективной работы. Самостоятельная сборка возможна по типовому шаблону. Самостоятельно нарисовать такой невозможно. Можно использовать специализированные чертежные программы. Например, AutoCAD, Compass. Напечатанный шаблон позволит соблюсти геометрию, избежать ошибок.

Двигатель стиральной машины должен быть мощностью от 1.5 кВт. Желательно приобрести неодимовые магниты – 32 штуки размером 0.5-1.2 см диаметром. Фиксация должна выполняться максимально надежно. Например, холодной сваркой или специальным клеем. Обрабатывается поверхностью перед склеиванием – наждачной бумагой. Хорошо подходят двигателя старых советских стиральных машин. Например, модель «Вятка». Подобную бытовую технику сложно отремонтировать. Потому ветряки для дома своими руками из такой машины — лучшее применение для деталей.

Помимо основных компонентов, клея потребуется инструмент. Перечень включает:

  • плоскогубцы;
  • дрель, шуруповерт;
  • отвертки (шлицевые, крестовые);
  • ножницы, канцелярский нож;
  • рулетка;
  • электрический лобзик;
  • клещи для снятия изоляции;
  • транспортир;
  • маркер – проставлять метки;
  • набор сверл, саморезы.
Читать еще:  Мачта для ветрогенератора

Сборка

Первый этап сборки ветрогенератора для дома своими руками – конструирование каркаса:

  • демонтируются сердечники ротора асинхронного двигателя, токарным станком срезается слой толщиной 0,2 см;
  • каждый сердечник снабжается пазом глубиной 0,5 см;
  • после завершения перечисленных этапов устанавливаются неодимовые компоненты – должны располагаться на равном удалении друг от друга.

Дистанция между отдельными магнитами – важный момент. Несоблюдения размеров, расстояния станет причиной снижения мощности. Магниты просто «слипнутся». Чтобы избежать нарушения – следует разместить элементы на предварительно расчерченном листе жести. Крепление выполнятся клеем. Процедура может быть травмоопасной – магниты будут отскакивать, могут ударить мастера. Необходимо надеть защитные очки.

Лопасти

Изготовление лопастей – один из самых сложных этапов. Тип крыла определяется заранее. Использовать можно материалы:

  • поливинилхлорид – это канализационные трубы различного диаметра;
  • алюминий – прочный, легкий;
  • стекловолокно – используется профессионалами.

Сантехнические магазины предлагают широкий выбор ПВХ труб – они отличаются диаметром, длиной, другими параметрами. Лучше подходят оранжевые (хорошо держат форму, прочнее своих серых аналогов). Важное преимущество – низкая стоимость. Такое решение подходит начинающим.

Алюминий – материал прочный, легкий. Используется в авиастроении, идеальное решение. Минусом является высокая стоимость. Обрабатывать подобный материал сложно, требуются специальный инструмент и определенные навыки. Оснастив ветряк алюминиевыми лопастями можно навсегда забыть об обслуживании винта.

Стеклоткань – прочный, почти невесомый материал. Обработка его требует большого опыта, навыков. Не подойдет изготавливающим домашний ветрогенератор своими руками впервые. Помимо рулонов стеклоткани потребуется подготовить большое количество эпоксидной смолы. Клей такого типа позволяет закрепить слои. Вырезание лопастей требует формирования матрицы. Она придает будущей лопасти форму.

Самостоятельно разработать форму лопасти сложно. Требуются познания в аэродинамике, физике, иных науках. Хорошее решение – использовать уже готовые решения. Например, трубы ПВХ диаметром 20 см.

Флюгер

Основа флюгерного типа позволит автоматически регулировать направление. Применяется деревянный брус длиной >60 см. Важно ответственно подойти к выбору древесины. Желательно использовать твердые породы. Например, дуб, лиственницу. Предварительно, перед монтажом, порода должна обрабатываться септиком, другими составами предотвращающими разрушение материала.

Основа служит для крепления:

  • хвоста;
  • генератора (двигателя стиральной машины).

Укрепить конструкцию можно хомутами, дополнительными брусьями. Нижняя часть используется для крепления фланца. Располагается такой на трубчатом отводе. Если масса флюгера невелика – подойдет мебельный фланец. Штанга весом более 10 кг должны снабжаться сантехническими аналогами. Диаметром более 20 см. Неподалеку от точки крепления требуется сделать отверстие – оно необходимо для прокладки кабеля. Диметр – 10-20 см. Электрический провод позволяет соединить статор с накопителем энергии, потребителем.

Основание и мачта

После завершения изготовления флюгера можно приступать к сборке опорной мачты. Оптимальная высота для домашнего использования – 6-8 метров. Желательно использовать трубу диаметром больше 5 см. Изготовление опоры – важный этап. Прочность соединений, диаметр влияют на устойчивость. Материал изготовления опоры:

  • толстая листовая фанера – толщиной 2 см;
  • стальной лист нержавейки толщиной 3.5 мм.

При использовании фанеры нужно ориентироваться на диаметр 700 мм. Крепление выполняется болтами. Необходимо сделать каждые 25 мм отверстия диаметром 12 мм. Таким способом выполняется штыревое крепление. Хорошее решение – использовать сантехнические фитинги:

Детали обходятся дешево, просто соединяются. Благодаря эффекту шарнира выполняется подъем, спуск мачты. Муфта-тройник – снабжается центральным отводом. Она необходима для крепежа штанги. Можно воспользоваться подшипниками (обеспечивают вращение). Подобная конструкция гораздо сложнее. Требует наличия сварочного инвертора. Если высота более 7 метров – понадобятся растяжки. Они фиксируют конструкцию, позволяют избежать падения.

Крепление выполняется хомутами из листового металла. Шарнирное соединение позволяет «положить» мачту, переждать непогоду. После – быстро вернуть в рабочее положение.

Мотор

Хорошее решение – использовать асинхронный двигатель. Большое количество зубов, полюсов будет серьезным преимуществом. Например, мотор 1.5 кВт снабжается 36 зубцами, четырехполюсной обмоткой, тонким проводом.

Снизить напряжение до 50 В, поднять силу тока можно путем перемотки проводником большей толщины. 4 полюса заменяются трехфазной 12-ти полюсной обмоткой.

Ротор должен быть выточен под высоту имеющихся магнитов. При использовании асинхронного двигателя комфортное решение – неодимовые магниты шайбовидного типа размером 18×10 мм. Избежать залипания можно путем наматывания скотча. Магниты должны заливаться эпоксидной смолой.

Построенное на основе асинхронного двигателя «выдает» 50 В, 30 А.

Этапы установки ветрогенератора

Процесс монтажа собранного генератора включает основные этапы:

  • крепление основания;
  • установка мачты.

Поднять мачту проще вдвоем. Особенно если вес штанги составляет несколько десятков килограммов.

Рекомендации

При сборке ветрогенератора своими руками на 220 В либо меньшее напряжение нужно учитывать нюансы:

  • токопроводящий кабель стоит протянуть внутри трубы-мачты;
  • если используется трехфазная система – необходимо установить отдельный инвертор для каждой;
  • основание должно быть максимально прочным – хорошим решением станет заливка его бетоном;
  • электронику (инверторы, выпрямители, иное) важно закрыть защитным кожухом.

Ветряки – надежные, долговечные устройства. Ежедневный уход, обслуживание не требуется. При верном подходе к подбору элементов, конструированию можно обеспечить весь дом электрической энергией. Существует множество модификаций для домашнего использования. Выбирать следует исходя из бюджета, собственных знаний, умений.

Интересные видео по теме:


Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector