Захист вітрогенератора від сильного вітру. Бурезащіта вітрогенератора складанням хвоста. Схема захисту від сильного вітру

Виготовлення вітрогенератора своїми руками

Після того як придбаний генератор, можна приступати до складання вітрогенератора своїми руками. На малюнку зображено пристрій вітроелектростанції. Спосіб кріплення і розташування вузлів може бути іншим і залежить від індивідуальних можливостей конструктора, але потрібно прідёржіваться розмірів основних вузлів на рис. 1. Ці розміри підібрані під дану вітряну електростанцію з урахуванням конструкції і розмірів вітроколеса.

Електричний генератор для вітряної електростанції

При підборі генератора електричного струму для вітроелектростанції насамперед потрібно визначити частоту обертання вітроколеса. Розрахувати частоту обертання вітроколеса W (при навантаженні) можна за формулою:

W = V / L * Z * 60,
L = π * D,

де V - швидкість вітру, м / с; L - довжина кола, м; D - діаметр вітроколеса; Z - показник швидкохідності вітроколеса (див. Табл. 2).

Таблиця 2. Показник швидкохідності вітроколеса

Якщо в цю формулу підставити дані для вибраного вітроколеса діаметром 2 м і 6 лопатями, то отримаємо частоту обертання. Залежність частоти від швидкості вітру показано в табл. 3.

Таблиця 3. Обороти вітроколеса діаметром 2 м з шістьма лопатями в залежності від швидкості вітру

Приймемо максимальну робочу швидкість вітру дорівнює 7-8 м / с. При більш сильному вітрі робота вітрогенератора буде небезпечною і повинна буде обмежуватися. Як ми вже визначили, при швидкості вітру 8 м / с максимальна потужність вибраної конструкції вітроелектростанції буде дорівнює 240 Вт, що відповідає частоті обертання вітроколеса 229 об / хв. Значить, потрібно підібрати генератор з відповідними характеристиками.

На щастя, часи тотального дефіциту «канули в Лету», і нам не доведеться за традицією пристосовувати автомобільний генератор від ВАЗ-2106 до вітряної електростанції. Проблема в тому, що такий автомобільний генератор, наприклад, Г-221 є високооборотним з номінальною частотою обертання від 1100 до 6000 об / хв. Виходить, без редуктора наше тихохідне ветроколесо ні як не зможе розкрутити генератор до робочих оборотів.

Робити редуктор до нашого «вітряка» ми не будемо, і тому підберемо інший тихохідний генератор, щоб закріпити вітроколесо просто на валу генератора. Найбільш підходящим для цього є веломотор, спеціально розроблений для мотор-колеса велосипедів. Такі веломотор має низькі робочі обороти, і можуть легко працювати в режимі генератора. Наявність постійних магнітів в цьому типі двигуна буде означати відсутність проблем з порушенням генератора як у випадку, наприклад, з асинхронними двигунами змінного струму, у яких, зазвичай, використовуються електромагніти (обмотка збудження). Без підживлення струмом обмотки збудження такої двигун не буде виробляти струм при обертанні.

До того ж вельми приємна особливість веломоторов полягає в тому, що вони відносяться до безколекторним двигунів, а значить, не вимагають заміни щіток. У табл. 4 представлений приклад технічних характеристик веломотор потужністю 250 Вт. Як бачимо з таблиці, цей веломотор відмінно підійде в якості генератора для «вітряка» потужністю 240 Вт і з максимальними оборотами вітроколеса 229 об / хв.

Таблиця 4. Технічні характеристики веломотор потужністю 250 Вт

Виготовлення вітрогенератора своїми руками

Після того як придбаний генератор, можна приступати до складання вітрогенератора своїми руками. На малюнку зображено пристрій вітроелектростанції. Спосіб кріплення і розташування вузлів може бути іншим і залежить від індивідуальних можливостей конструктора, але потрібно прідёржіваться розмірів основних вузлів на рис. 1. Ці розміри підібрані під дану вітряну електростанцію з урахуванням конструкції і розмірів вітроколеса.

На рис. 1 зображені розміри бічної лопати (1), хвоста з оперенням (2), а також важеля (3), через який передається зусилля від пружини. Хвіст з оперенням для повороту вітроколеса за вітром потрібно виготовити за розмірами на рис. 1 з профільної труби 20х40х2,5 мм і покрівельного заліза в якості оперення.

Кріпити генератор слід на такій відстані, щоб мінімальна відстань між лопатями і щоглою було не менше 250 мм. В іншому випадку немає гарантій, що лопаті, прогнувшись під дією вітру і гіроскопічних сил, що не розіб'ються об щоглу.

виготовлення лопатей

Вітряк своїми руками зазвичай починається з лопатей. Найбільш підходящим матеріалом для виготовлення лопатей тихохідного вітряка є пластик, точніше пластикова труба. Виготовити лопаті з пластикової труби найпростіше - невелика трудомісткість і важко помилитися новачкові. Також пластикові лопаті на відміну від дерев'яних гарантовано не покорежатся від вологи.

Труба повинна бути з ПВХ діаметром 160 мм для напірного трубопроводу або каналізації, наприклад, SDR PN 6,3. У таких труб товщина стінки не менше 4 мм. Труби для безнапірної каналізації не підійдуть! Ці труби дуже тонкі і неміцні.

На фото зображено вітроколесо з розбився лопатями. Ці лопаті були виготовлені з тонкої ПВХ труби (для безнапірної каналізації). Вони прогнулися від тиску вітру і розбилися об щоглу.

Розрахунок оптимальної форми лопаті досить складний і немає необхідності його тут наводити, нехай ним займаються професіонали своєї справи. Нам же досить виготовити лопаті, використовуючи вже розрахований шаблон по рис. 2, на якому зображено розміри шаблону в міліметрах. Потрібно просто вирізати такий шаблон з паперу (фото шаблону лопаті в масштабі 1: 2), далі докласти до труби 160 мм, намалювати контур шаблону на трубі маркером і вирізати лопаті за допомогою електролобзика або вручну. Червоними крапками на рис. 2 зображено орієнтовне розташування кріплень лопатей.

В результаті у Вас повинно буде вийти шість лопатей, формою як на фотографії. Щоб отримані лопаті мали вищий КВЕВ і менше видавали шуму при обертанні, потрібно сточити гострі кути і краю, а також відшліфувати всі шорсткі поверхні.

Для кріплення лопатей до корпусу веломотор потрібно використовувати головку вітродвигуна, яка представляє собою диск з м'якої сталі товщиною 6-10 мм. До нього приварені шість сталевих смуг товщиною 12 мм і монтажною довжиною 30 см з отворами для кріплення лопатей. Диск кріпиться до корпусу веломотор за допомогою болтів з контргайками за отвори під кріплення спиць.

Після виготовлення вітроколеса, його потрібно обов'язково отбалансировать. Для цього вітроколесо закріплюється на висоті в строго горизонтальному положенні. Бажано, це зробити в закритому приміщенні, де немає вітру. При збалансованому вітроколесі лопаті не повинні мимовільно повертатися. Якщо ж якась лопать важче, її потрібно сточити з кінця до врівноваження в будь-якому положенні вітроколеса.

Також потрібно перевірити чи обертаються всі лопаті в одній площині. Для цього змиритися відстань від кінця нижньої лопаті до якогось найближчого предмета. Потім ветроколесо повертається і змиритися відстань від обраного предмета до інших лопатей. Відстань від всіх лопатей повинно бути в межах +/- 2 мм. Якщо різниця більше, то перекіс потрібно усунути, підігнувши сталеву смугу до якої кріпиться лопать.

Кріплення генератора (веломотор) до рами

Оскільки генератор відчуває великі навантаження, в тому числі і від гіроскопічних сил, його слід надійно закріпити. Сам веломотор має міцну вісь, оскільки використовується при великих навантаженнях. Так, його вісь повинна витримувати вагу дорослої людини при динамічних навантаженнях, що виникають при ездё на велосипеді.

Але на рамі велосипеда веломотор кріпиться з двох сторін, а не з однієї, як буде при роботі в якості генератора струму для вітряної електростанції. Тому вал потрібно кріпити до станини, яка представляє собою металеву деталь з різьбою для накручування на вал веломотор відповідного діаметру (D) і чотирма отворами для кріплення сталевими болтами М8 до рами.

Бажано, використовувати максимально велику довжину вільного кінця вала для кріплення. Щоб вал НЕ прокручувався в станині, його потрібно закріпити гайкою з контршайбой. Станину найкраще виготовити з дюралюмінію.

Для виготовлення рами вітрогенератора, тобто основи, на якій будуть розташовуватися всі інші деталі, потрібно використовувати сталеву пластину завтовшки 6-10 мм або відрізок швелера підходящої ширини (залежить від зовнішнього діаметра поворотного вузла).

Виготовлення струмоприймача і поворотного вузла

Якщо до генератора просто прив'язати дроти, то рано чи пізно дроти перекрутити при обертанні вітряка навколо осі і обірвуться. Щоб цього не сталося, потрібно застосувати рухливий контакт - струмоприймач, який складається з втулки, виготовленої з ізоляційного матеріалу (1), контактів (2) і щіток (3). Для захисту від опадів контакти струмоприймача повинні бути закриті.

Для виготовлення струмоприймача вітрогенератора зручно використовувати такий спосіб: спочатку на готовому поворотному вузлі розміщуються контакти, наприклад, з товстої латунної або мідної проволоки прямокутного перетину (використовується для трансформаторів), контакти повинні бути вже з припаяними проводами (10), в якості яких потрібно використовувати одне - або багатожильний мідний провід перетином не менше 4 мм 2. Контакти накриваються пластиковим стаканчиком або інший ємністю, закривається отвір в опорній втулці (8) і заливається епоксидною смолою. На фото використана епоксидна смола з добавкою двоокису титану. Після затвердіння епоксидної смоли деталь сточується на токарному верстаті до появи контактів.

Як рухомого контакту найкраще використовувати мідно-графітові щітки від автомобільного стартера з плоскими пружинами.

Для того щоб вітряне колесо вітрогенератора могло повертатися за вітром, необхідно забезпечити рухливе з'єднання рами вітродвигуна з нерухомою щоглою. Підшипники розташовуються між опорною втулкою (8), яка через фланець з'єднується з трубою щогли за допомогою болтів і муфтою (6), яка приварюється дугового зварювання (5) до рами (4). Щоб полегшити поворот, потрібен поворотний вузол з використанням підшипників (7) з внутрішнім діаметром не менше 60 мм. Найкраще підійдуть роликопідшипники, які краще сприймають осьові навантаження.

Захист вітряної електростанції від ураганного вітру

Максимальна швидкість вітру, при якій може експлуатуватися дана вітряна електростанція, складає 8-9 м / с. Якщо швидкість вітру більше, робота вітряної електростанції повинна обмежуватися.

Звичайно, цей пропонований тип вітряка для виготовлення своїми руками тихохідний. Навряд чи лопаті розкрутяться до надзвичайно високих обертів, при яких вони руйнуватися. Але при занадто сильному вітрі тиск на хвіст оперення стає дуже значним, і при різкій зміні напряму вітру вітрогенератор буде різко повертатися.

Враховуючи ж, що лопаті при сильному вітрі швидко обертаються, то вітроколесо перетворюється на великий важкий гіроскоп, який противиться будь-яких поворотів. Саме тому між рамою і ветроколесом виникають значні навантаження, які зосереджуються на валу генератора. Відомо багато випадків, коли любителі будували вітрогенератори своїми руками без будь-якого захисту від ураганно вітру, і у них з-за значних гіроскопічних сил ламалися міцні осі автомобільних генераторів.

Крім того, шестілопасное ветроколесо діаметром 2 м має значний аеродинамічний опір, і при сильному вітрі буде значно навантажувати щоглу.

Тому, щоб саморобний вітрогенератор служив довго і надійно, а вітроколесо не звалилася на голову перехожим, необхідно захищати його від ураганних вітрів. Найпростіше захистити вітряк за допомогою бічної лопати. Це досить простий пристрій, яке добре зарекомендувало себе на практиці.

Робота бічній лопати полягає в наступному: при робочому вітрі (до 8 м / с) тиск вітру на бічну лопату (1) менше жорсткості пружини (3), і вітряк встановлюється приблизно за вітром за допомогою оперення. Для того щоб пружина складала вітряк при робочому вітрі більше ніж це потрібно, між хвостом (2) і бічний лопатою натягнута розтяжка (4).

Коли швидкість вітру досягає 8 м / с, тиск на бічну лопату стає сильнішою, ніж зусилля пружини, і вітрогенератор починає складатися. При цьому вітряної потік починає набігати на лопаті під кутом, що обмежує потужність вітроколеса.

При дуже сильному вітрі вітряк складається повністю, і лопаті встановлюються паралельно напрямку вітру, робота вітряка практично припиняється. Зверніть увагу, що хвіст оперення не пов'язаний з рамою жорстко, а обертається на шарнірі (5), який повинен бути виготовлений з конструкційної сталі і мати діаметр не менше 12 мм.

Розміри бічної лопати наведені на рис. 1. Саму бічну лопату, також як і оперення, найкраще виготовити з профільної труби 20х40х2,5 мм і сталевого листа товщиною 1-2 мм.

В якості робочої пружини можна використовувати будь-які пружини з вуглецевої сталі із захисним цинковим покриттям. Головне, щоб в крайньому положенні зусилля пружини дорівнювало 12 кг, а в початковому положенні (коли вітряк ще не складається) - 6 кг.

Для виготовлення розтяжки слід використовувати сталевий велосипедний трос, кінці троса загинаються в петлю, а вільні кінці закріплюються вісьмома витками мідного дроту діаметром 1,5-2 мм і згуртовуються оловом.

щогла вітрогенератора

Як щогли для вітряної електростанції можна використовувати сталеву водопровідну трубу діаметром не менше 101-115 мм і мінімальної довгою 6-7 метрів за умови щодо відкритій місцевості, де на відстані 30 м не було б перешкод для вітру.

Якщо ж вітряну електростанцію неможливо встановити на відкритому майданчику, то тут нічого не поробиш. Потрібно збільшувати висоту щогли так, щоб вітроколесо було хоча б на 1 м вище оточуючих перешкод (будинків, дерев), інакше вироблення електроенергії відчутно знизиться.

Саме підставу щогли слід встановлювати на бетонну площадку, щоб воно не продавлювалося в розмокший грунт.

Як розтяжок потрібно використовувати сталеві оцинковані монтажні троси, діаметром не менше 6 мм. Розтяжки кріпляться до щогли за допомогою хомута. У землі троси кріпляться до міцних сталевим кілочків (з труби, швелера, куточка і т.д.), які закопані в землю під кутом на повну глибину півтора метра. Ще краще, якщо вони додатково замонолічених біля основи бетоном.

Оскільки щогла в зборі з вітрогенератором володіє значною вагою, то для ручної установки потрібно використовувати противагу, виготовлений з такої ж сталевої труби, як і щогла або дерев'яного бруса 100х100 мм з вантажем.

Електрична схема вітряної електростанції

На малюнку зображена найпростіша схема зарядки акумуляторів: три висновки від генератора підключаються до трифазного випрямляча, який представляє собою три діодних напівмоста підключених паралельно і об'єднаних зіркою. Діоди повинні бути розраховані на мінімальну робочу напругу 50В і струм 20А. Так як максимальна робоча напруга від генератора дорівнюватиме 25-26 В, то висновки від випрямляча підключаються до двох батарей на 12 вольт, з'єднаних послідовно.

При використанні такої найпростішої схеми зарядка акумуляторів протікає в такий спосіб: при низькій напрузі менше 22 В зарядка акумуляторів відбувається дуже слабо, оскільки струм обмежується внутрішнім опором акумуляторів. При швидкості вітру 7-8 м / с виробляється напруга генератора буде в межах 23-25 ​​В, і почнеться інтенсивний процес зарядки акумуляторів. При більш високій швидкості вітру робота вітрогенератора буде обмежуватися бічною лопатою. Для захисту акумуляторних батарей (при аварійній роботі вітряної електростанції) від надмірного сильного струму в схемі повинен бути плавкий запобіжник, розрахований на максимальний струм 25 А.

Як бачите, ця проста схема має значний недолік - при тихому вітрі (4-6 м / с) акумуляторна батарея практично не буде заряджатися, а адже саме такі вітру найчастіше зустрічаються на рівнинній місцевості. Для того щоб заряджати акумуляторні батареї при несильному вітрі, потрібно використовувати контролер заряду, який підключається перед акумуляторними батареями. Контролер заряду буде автоматично перетворювати необхідну напругу, також контролер надійніший, ніж запобіжник і попереджає перезаряд акумуляторів.

Щоб використовувати акумуляторні батареї для живлення побутової техніки розрахованої на змінну напругу 220 В, знадобиться додатково інвертор для перетворення постійної напруги 24 В відповідної потужності, яка підбирається в залежності від пікової потужності. Наприклад, якщо Ви будете підключати до инвертору освітлення, комп'ютер, холодильник, то цілком достатньо інвертора розрахованого на 600Вт, якщо ж плануєте хоч зрідка додатково користуватися електродрилем або дисковою пилкою (1500 Вт), то слід вибрати інвертор потужністю 2000 Вт.

На малюнку показано більш складну електричну схему: в ній струм від генератора (1) спочатку випрямляється в трифазному випрямлячі (2), далі напруга стабілізується контролером заряду (3) і заряджає акумуляторні батареї на 24 В (4). Для живлення побутових приладів підключається інвертор (5).

Токи від генератора досягають десятки ампер, тому для з'єднання всіх приладів в ланцюзі слід використовувати мідні дроти загальним перетином 3-4 мм 2.

Бажано ємність акумуляторних батарей взяти не менше 120 а / ч. Загальна ємність батарей буде залежати від середньої інтенсивності вітру в регіоні, а також від потужності і частоти підключається навантаження. Більш точно необхідна ємність буде відома в процесі експлуатації вітряної електростанції.

Догляд за вітряної електростанцією

Розглянутий тихохідний вітрогенератор для виготовлення своїми руками, як правило, добре запускається при слабкому вітрі. Для нормальної роботи вітрогенератора вцілому потрібно дотримуватися таких правил:

1. Через два тижні після запуску опустити вітрогенератор при слабкому вітрі і перевірити всі кріплення.

Збільшення інтересу користувачів до альтернативних джерел електроенергії цілком зрозуміло. Відсутність можливостей для підключення до централізованих мереж змушує використовувати інші методи забезпечення житла або тимчасових пунктів проживання електроенергією. Частка постійно зростає, так як придбання промислового зразка - справа вельми витратна і завжди досить ефективне.

При створенні вітряка слід враховувати можливість шквальних поривів вітру та приймати відповідні заходи щодо збереження конструкції від них.

Для чого потрібен захист від сильного вітру?

Робота вітрогенераторарозрахована на певну силу вітру. Зазвичай до уваги беруться середні показники, типові для даного регіону. Але при посиленні вітрового потоку до критичних значень, що іноді трапляється в будь-якій місцевості, виникає ризик виходу пристрою з ладу, а в деяких випадках - повної руйнації.

Обладнані захистом від подібних перевантажень або по струму (при перевищенні допустимого значення напруги спрацьовує електромагнітний гальмо), або за швидкістю обертання (механічний гальмо). Саморобні конструкції також необхідно забезпечувати подібними пристроями.

Робочі колеса, особливо забезпечені, при великих швидкостях обертання починають діяти за принципом гіроскопа і зберігають площину обертання. В таких умовах хвіст не може виконувати свою роботу і орієнтувати пристрій по осі потоку, що призводить до поломок. Таке можливо навіть якщо швидкість вітру не надто велика. Тому пристосування, що уповільнює хід робочого колеса, є необхідним елементом конструкції.

Чи можливо виготовлення пристосування своїми руками?

Виготовлення пристосування цілком можливо. Мало того, це є абсолютною необхідністю. гальмівний пристріймає бути передбачено ще на стадії проектування вітряка. Параметри роботи пристосування необхідно якомога ретельніше розрахувати, щоб його можливості не опинилися занадто низькими в порівнянні з реальними потребами конструкції.

Перш за все треба вибрати спосіб реалізації гальмівного пристрою. Зазвичай для таких конструкцій використовуються прості і безвідмовні механічні пристосування, але можуть бути створені і електромагнітні зразки. Вибір залежить від того, які вітру переважають в регіоні і яка конструкція самого вітряка.

Найпростіший варіант - зміна напрямку осі ротора, вироблене вручну. Для цього буде потрібно лише встановити шарнір, але необхідність виходити при сильному вітрі на вулицю - не найкраще рішення. Крім того, не завжди є можливість ручного зупинки, так як в цей момент можна перебувати далеко від будинку.

Принцип дії

Існує кілька механічних способів гальмування робочого колеса. Найбільш поширеними варіантами для горизонтальних конструкцій вітряка є:

• відведення ротора від вітру за допомогою бічної лопаті (зупинка методом складається хвоста);
• гальмування ротора за допомогою бічної лопаті.

Вертикальні конструкції зазвичай гальмуються за допомогою вантажів, навішених на зовнішніх точках лопатей. При збільшенні швидкості обертання вони під дією відцентрової сили починають тиснути на лопаті, змушуючи їх складатися або розвертатися боком до вітру, чому швидкість обертання знижується.

Увага!Такий спосіб гальмування простий і найбільш ефективний, дозволяє регулювати швидкість обертання робочого колеса, але застосуємо тільки для вертикальних конструкцій.

Метод захисту складанням хвоста

Пристосування, яке здійснює відведення від вітру складанням хвоста, дозволяє плавно і досить гнучко регулювати швидкість обертання ротора. Принцип дії такої системи полягає в використанні бічного важеля, встановленого в горизонтальній площині перпендикулярно осі обертання. Обертається робоче колесо і важіль з'єднані жорстко, а хвіст прикріплюється через подпружиненное шарнірне з'єднання, що діє в горизонтальній площині.

При номінальних значеннях сили вітру бічний важіль не здатний вести ротор в сторону, так як хвіст направляє його за вітром. При посиленні вітру тиск на бічну лопать збільшується і перевищує зусилля пружини. При цьому вісь ротора відвертається від вітру, вплив на лопаті знижується і ротор сповільнюється.

інші способи

Другий спосіб механічного гальмування близький по конструкції, але бічна лопать діє інакше - при посиленні вітру починає через спеціальні колодки тиснути на вісь ротора, сповільнюючи його обертання. При цьому, ротор і хвіст встановлюються на одному валу, а шарнірне з'єднання з пружиною застосоване на бічному важелі.

При нормальних швидкостях вітру пружина утримує важіль перпендикулярно осі, при посиленні він починає відхилятися в сторону хвоста, притискаючи до осі гальмівні колодки і гальмуючи обертання. Такий варіант хороший при невеликих розмірах лопатей, оскільки зусилля, що додається до валу для його зупинки, має бути досить великим. На практиці цей варіант використовується тільки при відносно невисоких швидкостях вітру, при шквальних поривів метод малоефективний.

Крім механічних пристроїв широко використовуються електромагнітні. При зростанні напруги починає спрацьовувати реле, яке притягує до валу гальмівні колодки.

Іншим варіантом, який може бути використаний для захисту, є розмикання контуру при виникненні занадто високої напруги.

Увага!Деякі способи здійснюють лише захист електричної частини комплексу, що не впливаючи на механічні елементи конструкції. Такі методи не здатні забезпечити цілісність вітряка в разі раптових шквальних вітрів і можуть використовуватися лише як додаткові заходи, що діють в парі з механічними пристосуваннями.

Схема і креслення захисту

Для більш наочного уявлення про принцип дії гальмівного пристосування розглянемо кінематичну схему.

На малюнку видно, що пружина в нормальному стані утримує обертається вузол і хвіст на одній осі. Зусилля, створюване потоком вітру, долає опір пружини при підвищенні швидкості і потроху починає змінювати напрямок осі ротора, тиск вітру на лопаті знижується, через що швидкість обертання падає.

Ця схема є найбільш поширеною і ефективною. Вона проста у виконанні, дозволяє створити пристосування з підручних матеріалів. Крім того, настройка цього гальма проста і зводиться до підбору пружини або налаштування її зусилля.

Увага!Максимальний кут повороту ротора не рекомендується робити більше 40-45 °. Великі кути сприяють повній зупинці вітряка, який після цього з працею запускається при нерівних шквалистих вітрах.

порядок розрахунку

Розрахунок гальмівного пристроюдосить складний. Для нього знадобляться різні дані, знайти які непросто. Непідготовленій людині зробити такий розрахунок складно, велика ймовірність помилок.

Проте, якщо самостійний розрахунок з яких-небудь причин необхідний, можна скористатися формулою:

P x S x V 2 = (m x g x h) x sinα, Де:

• P - зусилля, що додається до гвинта потоком вітру,
• S - площа лопатей гвинта,
• V - швидкість вітру,
• m - маса,
• g - прискорення вільного падіння (9,8),
• h - відстань від шарніра до точки кріплення пружини,
• sinα - кут нахилу хвоста щодо осі обертання.

Слід враховувати, що значення, отримані при самостійних розрахунках, вимагають правильної інтерпретації і повного розуміння фізичної суті процесу, що відбувається при обертанні. В даному випадку не будуть достатньо коректними, оскільки не будуть враховані тонкі ефекти, супутні функціонуванню вітряка. Проте, значення, обчислені таким чином, зможуть дати порядок величин, необхідний для виготовлення пристрою.

Процес створення вітрогенераторасупроводжується масою витрат і вимагає безлічі різноманітних дій, що само по собі змушує максимально захищати конструкцію від можливості руйнування. Якщо з'являється заздалегідь передбачуваних небезпека руйнування або виходу з ладу комплексу, то нехтувати створенням і застосуванням захисних пристроїв не слід ні в якому разі.

Домашньому майстру важлива ідея, основний принцип механізму або пристрою. Деталі він додумает сам, виходячи зі свого розуміння ефективності конструкції, наявності необхідних матеріалів та вузлів.

Вітрогенератори для приватного будинку, при всіх своїх перевагах, в умовах Росії поки екзотична і дорога техніка. Ціна пристрою заводського виконання потужністю 750 ват починається від 50 тис. Руб., За покупку вітрогенератора на 1500 ват з вас візьмуть більше 100 тис. Руб. Майстри, які виготовили своїми руками не один домашній механізм, не могли пройти повз можливості сконструювати саморобний вітрогенератор. Їх досвід, знання і поради використані в описі, пропонованого для самостійного виконання вітряка.

Головна відмінність вітрогенератора від інших систем генерації в тому, що він постійно виробляє енергію при русі повітря зі швидкістю починаючи від 2 м / с. Континентальні кліматичні умови Росії, обумовлюють стабільне наявність такого вітру практично на всій території.

Вітрогенератори, в більшій чи меншій мірі, забезпечують незалежність від мереж електропостачання. Цю незалежність дає блок акумуляторів. Саморобні вітрогенератори нескладні у виготовленні своїми руками, мають невеликі розміри і зручні для установки.

Вибір конструкції. Основні вузли і механізми

Руками майстрів зроблено багато механізмів, які використовують енергію вітру. Саморобні вітрогенератори діляться на групи. Це горизонтальні і вертикальні вітрогенератори. Відрізняються пристрої напрямком осі вітряного колеса. У вертикальних коліс лопаті половину обороту колеса працюють проти потоку вітру.

Горизонтальні вітрогенератори, втрачають обороти обертання через зміну напрямку вітру. Як правило, домашні майстри беруть за основу ветроколесо з горизонтальною віссю обертання. Важливо врахувати, що в усій історії технічних рішень людини, важко виявити застосування вітряків з вертикальною віссю, а горизонтальні вітряки махають своїми крилами століттями.

Загальна схема вітрогенератора

1. лопаті вітряного колеса;
2. генерує пристрій;
3. станина вала генератора;
4. бічна лопатка захисту від сильного вітру;
5. токос'емник;
6. рама кріплення вузлів;
7. Поворотний вузол;
8. хвостовик;
9. щогла;
10. хомути для розтяжок.

Таблиця 1. Технічні характеристики

Лопаті вітряного колеса

Заготовки робляться своїми руками з полівініл хлориду (ПВХ). Пластмасові лопаті нетрудоемкие в обробці, нечутливі до вологому середовищі. Як заготовки застосовується напірна труба SDR PN 6,3 (діаметр 160 мм, товщина стінки 4 мм, довжина 1000 мм).

Розрахунок форми лопаті досить складний. Використовуємо шаблон (малюнок 2, розміри в мм), вже розрахований фахівцями. Шаблон вирізається з щільного паперового листа, прикладається до труби і промальовується контур. Заготовки вирізаються своїми руками звичайною пилкою або електролобзиком.

Ви отримаєте 6 заготовок лопатей. Для підвищення ефективності роботи вітроколеса, зменшення рівня гучності треба сточити всі кути і зашліфувати поверхні виробів. Обробку доцільно вести відразу всіх заготовок, затиснувши їх струбцинами або болтом через робочий отвір поза контуром заготовки.

Лопаті кріпляться до корпусу веломотор через муфту зі сталі (товщина 10 мм, діаметр 200 мм). До муфті зварюванням кріпляться шість сталевих смуг з шириною в 12 мм і довжиною в 300 мм з отворами для кріплення лопатей.

У зборі ветроколесо ретельно балансується. Не допускається самовільне обертання. Урівноваження проводиться сточуванням своїми руками матеріалу напилком з кінця вироби. Вітроколесо наводяться в одну площину обертання шляхом згинання сталевих смуг кріплення.

генерує пристрій

Як генератор використовується електричний мотор для велосипеда з параметрами 24 В 250 Вт. Подібне виріб вартістю від 5 до 15 тис. Руб. можна без праці замовити через мережу Internet.

Таблиця 2. Технічні характеристики веломотор потужністю 250 Вт

Муфта з'єднується з корпусом мотора болтами, через отвори під кріплення спиць. Цілком можливо, підібрати генератор по більш адекватною ціною, як приклад, електродвигун з порушенням на постійних магнітах від стрічкового накопичувача електронної обчислювальної машини. Параметри пристрою 300 Вт, 36 В, 1600 об / хв.

Генератори з необхідними характеристиками можна виготовити своїми руками з автомобільного пристрою аналогічного призначення. Статор не береться змін, ротор оснащується неодимовими магнітами. Відгуки майстрів про таких бувальцях генератора позитивні.

Установка генератора на рамі

Веломотор, якщо застосовувати за призначенням, працює при значних навантаженнях. Параметри розрахункової міцності мотора задовольняють умовам використання виробу, як генератора вітряка саморобки. Вал генератора через різьбове з'єднання кріпиться до станини, виготовленої своїми руками з алюмінієвого сплаву товщиною 10 мм. Станина з'єднується болтами з рамою.

Габарити станини, розміщення отворів визначаються габаритами обраного генератора. Для виготовлення рами підбирається відрізок швелера з товщиною в перетині 6-10 мм. Конструкційні розміри рами залежать від габаритів вузла повороту.

Поворотний вузол і токос'емник

Поворот вітрогенератора на вітер, його кріплення на щоглі, передачу електроенергії до блоку управління забезпечує вузол повороту.

1. діелектрична вісь токос'емник;
2. контактний вузол;
3. струмознімачі;
4. рама;
5. зварювальний шов;
6. корпус поворотного пристрою;
7. підшипники кочення;
8. вал поворотного пристрою;
9. щогла;
10. електричні дроти.

З малюнка і фото легко зрозуміти конструкцію поворотного вузла і зробити механізм своїми руками, матеріал для заготовок сталеві труби. Підшипники краще застосувати роликові, як більш стійкі до осьовим навантаженням.

Не більше складна конструкція токос'емник.

Контактний вузол виготовляється з мідного дроту квадратного перетину зі стороною 10 мм. До них припаюється ізольований мідний дріт перерізом не менше 4 мм.

Захист від сильного вітру

Швидкість легковажного потоку, при якій саморобні вітрогенератори працюють в номінальному режимі, становить 8 м / с. При більшому вітрі потрібен захист від руйнування вироби. Надійним пристроєм захисту є механізм бокової лопатки, виготовлений своїми руками.

При номінальній для таких виробів, як саморобні вітрогенератори, швидкості потоку 8 м / с, тиск на бічну лопатку нижче зусилля розтягування пружини захисту. Вітрогенератор працює і направляється по потоку хвостовим оперенням. При збільшенні тиску потоку на вітроколесо, спрацьовує пружина лопатки. Вітроколесо повертається, скорочуючи яку вироблено потужність. Високі швидкості потоку, через тиск на бічну лопатку, цілком розгортають ветроколесо, встановлюючи його паралельно напрямку потоку, генерація енергії припиняється.

Електрична схема

Електрична схема збирається з наступних складових:

Генератора (веломотор);

Блоку управління;

Акумуляторної батареї;

Силових і комутаційних проводів.

Наведена принципова схема допрацьовується з урахуванням того, що блок управління повинен забезпечити:

Зарядку акумулятора, обмеживши допустимими значеннями ток зарядки;

Підключення до генерує пристрою баластної навантаження при закінченні зарядки акумуляторної батареї, виключаючи перехід колеса рознос;

Режим електроторможенія, зупиняючи вітрогенератор.

щогла вітряка

Щоглою під ветрогенратор можуть служити металеві труби з діаметром 100 мм і вище. Мінімальна висота щогли 6 метрів на відкритій місцевості. Якщо немає відкритого майданчика, висота щогли збільшується на 1 м проти висоти перешкод, що входять в радіус 30 м від основи вежі.

Вага вітряка в зборі з щоглою досить значний, що вимагає використання противаги, який полегшить процес установки і спуску щогли, ремонтні роботи. Чим більше висота виготовленої своїми руками щогли, тим більшому впливу потоку вітру піддаються вузли вашої саморобки. Відгуки майстрів рекомендують встановлювати розтяжки кожні 5,5 м висоти щогли. Саморобні розтяжки кріпляться на землі анкерами по радіусу, що становить мінімум 50% висоти щогли.

На фото зображений готовий саморобний вітрогенератор. Обертові ветроколесо, генератор, сформований ним електричну напругу і зміна погодних умов роблять саморобки небезпечними механізмами. Будьте особливо обережні при експлуатації і ремонтних роботах на виготовленому своїми руками виробі. В обов'язковому порядку надійно заземлите щоглу.