Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Чертеж лопасти ветрогенератора из алюминиевой трубы: Лопасти из ПВХ труб — расчет лопастей ветрогенератора

Содержание

Лопасти из ПВХ труб — расчет лопастей ветрогенератора

В мире самодельных горизонтальных винтов ПВХ трубы обрели большую популярность так-как доступны и есть в любом строительном магазине, прочные, и с ними легко работать. Можно сказать что практически все самодельные и не только ветрогенераторы с диаметром винта менее 2 м сделаны именно из ПВХ труб различного диаметра, ну а самый доступный диаметр это конечно 160-я труба, которая отлично подходит для винтов диаметром до 1,8м.

Расчеты самодельных лопастей из канализационных труб, ниже на фото показано как правильно обрабатывать кромки лопастей.

>
>

Ниже даны таблицы по которым можно рассчитать винт под свой генератор.

Метод расчета лопастей, фото и таблица взяты с замечательного форума
windpower-russia

Последняя версия таблицы расчетов лопастей из ПВХ трубы.

Скачать — Расчет параметров ветроколеса.

Все рассчитанные лопасти ниже на скриншотах имеют свой идентификатор в виде 3D1500Z5T160

где первая цифра отображает количество лопастей винта,

вторая — диаметр винта в мм,

третья — быстроходность винта ,

четвертая — диаметр трубы в мм,

D — диаметр винта

Z — быстроходность

T — диаметр трубы

Данная подборка винтов сделана для более быстрого поиска и выбора подходящего винта под свой ветрогенератор


Лопасть 2D1000Z7T110. >

Такой винт хорошо подойдет например для маломощных генераторов аксиального типа, которые собираются на маленьких магнитах типа 20*5мм, и их мощность не превышает 50 ватт. Для работы таких генераторов требуются высокие обороты, что как раз обеспечит такой винт.
Лопасть 2D1200Z8T110.

>
Немного увеличенный винт, так-же подойдет для маломощных генераторов, которым требуются большие обороты. Минус правда такой быстроходности это небольшой стартовый момент, поэтому генераторы с ощутимым залипанием не подойдут к этому винту, такие как шаговые крупные моторчики и прочее. Для аксиальных ветрогенераторов этот винт хорошо подойдет.
Лопасть 3D1200Z5T110.
>
Трех-лопастной винт имеет более низкие обороты, но более высокий стартовый момент страгивания. Этот винт подходит для высокооборотистых генераторов мощностью до 100ватт. К этому винту хорошо подойдут шаговые моторчики, аксиальные генераторы небольшой мощности, низковольтные двигатели малой мощности, авто-генераторы на слабых магнитах или перемотанные слишком толстым проводом, для зарядки с 200-300об/м.
Лопасть 3D1200Z5. 5T16.
>
Быстроходный винт с увеличенной разгонной зоной для быстрого набора оборотов и момента страгивания. Высокооборотистый винт специально для генераторов, которым для начала зарядки требуются высокие обороты. Хрошо подойдет для маломощных аксиальных генераторов, автогенераторов, и других высокооборотистых генераторов не большой мощности до 100 ватт на 12 вольт и 170ватт на 24 вольт систему.
Лопасть 3D1500Z5T160.
>
>
Оптимальный винт для генератора мощностью до 150 ватт на 12 вольт систему и до 300 ватт на 24 вольта. Винт сопровождается графиком зависимости мощности от оборотов и скорости ветра. Я на своем ветрогенераторе испольную именно этот винт, он быстроходный и имеет хороший стартовый момент.
Лопасть 3D1500Z6.5T160.
>
Этот винт рассчитан на очень высокую быстроходность, чем предыдущие трех-лопастные винты. Хорошо подходит без мультипликатора к низковольтовым двигателям постоянного тока небольшой мощности, ну и конечно для аксиальных генераторов, которые для начала зарядки требуют больших оборотов.
Лопасть 6D1500Z3.5T160.
>
Шести-лопастной винт с уменьшенной разгонной зоной, зато все шесть лопастей помешаются на трубе.
Лопасть 3D1700Z4T200.
>
Винт из 200-й трубы, стартовый момент 0,226Нм при скорости ветра 4,4м/с КИЭВ 0,39 на 5м/с.
Лопасть 5D1700Z4T160.

>
стартовый момент 0,210Нм при скорости ветра 4,0м/с КИЭВ 0,41 на 5м/с
Лопасть 6D1700Z3T160.
>
стартовый момент 0,225Нм при скорости ветра 3,1м/с КИЭВ 0,39 на 5м/с
Лопасть 3D1700Z5T200.
>
>

Лопасть 3D2000Z5T200.
>

Лопасть 3D2300Z5T250.
>

Лопасть 3D3000Z5T315.
>

Лопасть 3D3200Z5T400.

>

Изготовление лопастей для ветрогенератора из ПВХ труб, алюминия, стекловолокна

Ветрогенераторы, в том числе и самодельные, все чаще используются в качестве альтернативного источника получения энергии. Мачта, турбина, флюгер и ветряное колесо – все, что необходимо для изготовления ветряка. Из этого набора приобрести придется лишь электрический генератор для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Все остальные компоненты можно сделать самостоятельно из подручных материалов Сборка ветряного колеса и изготовление лопастей ветрогенератора будут рассмотрены в данной статье.

Асинхронный электродвигатель в качестве генератора для ветряка
Мачта для ветрогенератора: конструкция, установка и эксплуатация

Перед самостоятельной сборкой ветрогенератора стоит определиться с той мощностью, которую необходимо получать от ветряка. Эта мощность напрямую зависит от силы ветра в регионе, диаметр ветряного колеса и количество лопастей. И если на силу ветра человек никак повлиять не может, то определиться с требуемыми параметрами лопастей придется заранее. В таблице ниже приведены параметры ветряного колеса (диаметр колеса при определенном количестве лопастей) и вырабатываемая ветрогенератором мощность при скорости ветра 4 м/с.

Из таблицы видно, что ветрогенератор мощностью в 50…100 кВ вполне можно изготовить из подручных материалов.

После определения с требуемым количеством и размерами лопастей ветрогенератора можно переходить к их изготовлению. Для этого необходимо выбрать тип лопастей: лопасти парусного типа (как у ветряных мельниц) или лопасти крыльчатого профиля. Лопасти парусного типа имеют простую конструкцию, однако они способны преобразовывать лишь 10-12% энергии потока ветра, так как они не используют аэродинамические возможности ветровых потоков. Внутренняя и внешняя стороны лопасти крыльчатого профиля имеют разную площадь, благодаря чему создается разница давления воздуха на противоположные стороны крыла. Полученная аэродинамическая сила делает использование ветрового потока гораздо более эффективным, а коэффициент использования энергии ветра может достигать 0,4 (40% энергии ветра преобразуются в полезную работу).

В качестве материалов или заготовок для изготовления лопастей ветрогенератора можно использовать ПВХ трубы, алюминий или стекловолокно.

Лопасти ветрогенератора из ПВХ труб

ПВХ трубы уже обладают всеми необходимыми характеристиками для изготовления лопастей: они легкие, достаточно прочные, имеют изогнутую форму. При использовании ПВХ труб для изготовления лопастей стоит помнить, что пластик все-таки не имеет хороших характеристик при выдерживании нагрузки на разрыв. Поэтому из-за большой скорости вращения лопастей ветрогенератора (скорость движения конечной части лопасти двухлопастного колеса ветрогенератора исчисляется сотнями метров в секунду), необходимо уменьшать длину лопасти и, тем самым, увеличивать количество лопастей (в соответствии с таблицей). Кроме того, толщина стенки ПВХ трубы должна быть не менее 4мм.

В качестве шаблона для лопастей можно использовать приведенный ниже рисунок, распечатав который необходимо приложить к стенке трубы, обвести маркером и вырезать лопасть из трубы. Места разрезов и края лопастей необходимо зашлифовать и округлить.

Для соединения лопастей необходимо подготовить металлическое основание, на котором и будут закреплены все лопасти ветрогенератора. Размеры диска необходимо подбирать индивидуально, учитывая параметры электрического генератора (диаметр выходного вала), который будет использоваться для ветряка.

Лопасти для ветрогенератора из алюминия

Алюминиевые лопасти, по сравнению с пластиковыми, обладают лучшими прочностными характеристиками, как на разрыв, так и на изгиб. Однако бОльшая масса лопастей потребует дополнительных усилителей в конструкции колеса и мачты ветрогенератора. Один из возможных вариантов изготовления алюминиевых лопастей приведен ниже.

Существенным недостатком алюминиевых лопастей можно назвать сложность в изготовлении, т.к. в любом случае для этого понадобятся алюминиевые заготовки и специальные инструменты для обработки металла и его сварки.

Лопасти ветрогенератора из стекловолокна

Стекловолокно можно назвать идеальным материалом для изготовления лопастей ветрогенератора из-за отличных характеристик по прочности, аэродинамическим показателям и массе. Однако изготовление лопастей из стекловолокна достаточно трудоемкий процесс, требующий особых навыков и опыта работы с деревом и стеклотканью.

Шаблоны матрицы лопасти ветряного колеса диаметром 2 метра приведен ниже.

Для изготовления лопастей из ветрогенератора необходимо подготовить деревянную матрицу, которая вытачивается из деревянного бруса по шаблону. После этого форма натирается воском и наносится слой эпоксидной смолы, на который укладывается лист стеклоткани. Затем поверх стеклоткани накладывается еще один слой эпоксидной смолы и снова слой стеклоткани. Одна лопасть состоит из 3-5 слоев стекловолокна. После высыхания мы получаем половину лопасти ветрогенератора. Получившиеся половинки лопастей склеиваются между собой эпоксидной смолой, а во внутренний торец вклеивается деревянная пробка, которая будет служить основой для крепления лопасти к ступице колеса.

Балансировка лопастей ветрогенератора

По завершении изготовления лопастей ветрогенератора и сборки колеса необходимо проводить его балансировку.

При балансировке колесо должно свободно вращаться на испытательном стенде, при этом плоскость соединительного узла колеса была строго параллельна вертикальному подвесу. Проверка балансировки заключается в следующем: колесо останавливается и отпускается. Затем проворачиваем колесо вручную примерно на угол, равный 360/число лопастей, снова останавливаем и отпускаем. Если остановленное и отпущенное колесо начинает вращаться, значит, та часть колеса, которая стремится вниз, тяжелее. Определив более тяжелую лопасть необходимо сточить одну из ее граней, дабы уменьшить ее вес.

После выравнивания масс всех лопастей ветрогенератора можно выполнить еще одно испытание: на расстоянии 2мм от лопастей по обе стороны устанавливаются планки, а затем следим, чтобы лопасти не задевали планки при вращении.

После этого можно приступать к окончательной сборке и подключению ветрогенератора.

Лопасти для ветрогенератора

Интерес к использованию альтернативных источников электроэнергии постоянно растёт. В ряде случаев возможно и целесообразно использовать для этих целей энергию ветра. Но приспособить в качестве генератора имеющийся асинхронный двигатель – это только часть проблемы. Ибо требуется ещё оптимально спрофилировать лопасти движителя. Специалистам по турбоэнергетике или поршневым самолётам решить эту задачу, естественно, проще – этому их учили в институтах. Остальным же следует знать, что неверно разработанный профиль винта  ветродвигателя «украдёт» у него немалую толику мощности, поскольку часть давления ветра будет бесполезно путаться в неграмотно изготовленных лопастях.

Как определить фактическую мощность ветрогенератора

Зная усреднённую за несколько лет скорость ветра в данной местности можно установить этот показатель и самостоятельно. В дальнейшем именно он определит, какие

лопасти для ветрогенератора потребуются, их количество и длину. Для конкретного случая скорости ветра в 4м/с (усредненная скорость ветра) данные параметры приведены в таблице:

Сообразуясь с примерными габаритами ветрогенератора и местом его установки, можно установить и диаметр круга вращения лопастей.

Выбор материала лопастей и их профиля

Аэродинамической трубы в распоряжении умельцев, скорее всего, нет, поэтому придётся поверить в то, что оптимальная форма лопасти для ветрогенератора значительно увеличит его кпд. Проблема непростая, но решаемая. Наиболее точно профиль лопасти может быть спроектирован по программе, которую можно найти вот здесь http://seiger.pp.ua/match/ru/

. В результате расчётов будет получен так называемый крыльчатый профиль лопасти, у которой внешняя и внутренняя стороны будут иметь РАЗНУЮ площадь. При этом создаётся перепад давлений, обуславливающий возникновение аэродинамической силы вращения лопастей.

Оптимальные параметры профиля лопастей ветрогенератора  зависят также и от материала, выбранного для их изготовления. Практически возможные варианты – полихлорвиниловая труба, алюминий, стекловолокно.

Рассмотрим особенности получения лопасти из ПВХ-трубы. Шаблон для профиля лопасти представлен на рис. 1.

рис. 1

рис. 2

Дальше всё более-менее просто: по  шаблону вырезается из плотной бумаги необходимый профиль и накладывается на стенку трубы. В зависимости от диаметра трубы из одного её куска можно получить несколько лопастей (см. рис. 2). Труба разрезается при помощи электролобзика, места разрезов и острые края тщательно зашлифовываются.

Более надёжным (но и весьма трудоёмким) является процесс изготовления лопастей из стекловолокна. Оптимальность такого варианта обьясняется наилучшим соотношением прочности получаемой лопасти к её массе. Для изготовления лопасти для ветрогенератора потребуется изготовить деревянную матрицу (её профили шаблона приведены на рис.3). Такая лопасть будет состоять из двух частей. Матрицу натирают воском, наносят на её рабочую поверхность слой эпоксидной смолы, на которую укладывают лист стеклоткани. Затем  сразу же наносится новый слой эпоксидной композиции, поверх которого вновь укладывается стеклоткань. В результате должен получиться трёх- четырёхслойный «бутерброд».  В таком положении  конструкция должна сохнуть около суток, после чего половинка лопасти готова. Далее то же самое проделывается и с обратной стороны матрицы. Обе половины лопасти склеиваются между собой эпоксидным клеем.

рис. 3

Наилучшей прочностью как на разрыв, так и на изгиб, будут обладать лопасти, изготовленные из алюминия. Однако такие лопасти будут массивнее, а, следовательно, и более инерционными. Их профили представлены на рис. 4 и 5. В качестве шаблона для изготовления лопастей удобно принять лист фанеры (см. рис.6).

рис. 4

рис. 5

рис. 6

Балансировка лопастей для ветрогенератора

Для исключения биения лопастей ветрогенератора при их вращении необходимо выполнить их балансировку. Потребуется несложный стенд, который необходимо установить в просторном и закрытом помещении, в котором отсутствуют сквозняки.

Внешний вид такого стенда приведен на рис. 7. Суть и смысл балансировки заключается в том, чтобы при свободном вращении лопастей в сборе, колесо всегда останавливалось в произвольном положении: это будет означать, что масса конструкции, находящаяся вверху оси вращения, равна массе, находящейся внизу этой оси. Проворот колеса обычно выполняют вручную, так, чтобы угловая скорость вращения позволяла

лопасти для ветрогенератора вращаться не менее минуты. В противном случае необходимо облегчить ту часть колеса, которая после остановки оказывается внизу.

рис. 7

В заключение отметим, что в Интернете имеется достаточно предложений по заказу и продаже готовых ветрогенераторов. Приводим некоторые из доступных ссылок:

  • electroveter.ru;
  • windturbines.ru;
  • windgen.ru;

Видео с рассказом о тонкостях изготовления лопастей для ветрогенератора

Самодельный ветряк с аксиальным генератором на неодимовых магнитах

Живу я в маленьком городке Харьковской обл. частный дом, небольшой участок.
Сам я, как говорит сосед, ходячий генератор идей, так как практически всё в своем
хозяйстве сделано своими руками. Ветер хоть и небольшой, но практически постоянно дует, и тем самым соблазняет использовать свою энергию.

После нескольких неудачных попыток с тракторным самовозбуждающимся генератором идея создания ветрогенератора засела в мозгу еще сильнее.
Начал искать и после двух месяцев поисков в интернете, множества скачанных файлов, прочтенных форумов и советов я окончательно определился с постройкой ветрогенератора.

За основу была взята конструкция Бурлака Виктора Афанасьевича с небольшими конструктивными изменениями.
Основной задачей была постройка ветрогенератора своими руками из того материала, который есть, с минимумом затрат. Поэтому каждый, кто попытается сделать подобную конструкцию должен исходить из того материала, который у него есть, главное желание и понять принцип работы.
Для изготовления ротора использовал листовой кусок метала толщиной 20 мм. (что было) с которого по моим чертежам кум выточил и разметил на 12 частей два диска диаметром 150 мм. и еще один диск под винт который разметил на 6 частей диаметром 170 мм.

Генератор будет на неодимовых магнитах

Купил через Интернет 24 шт. дисковых неодимовых магнита размером 25х8 мм, которые приклеил к дискам, (очень выручила разметка). Осторожно, не подставляете пальцы, неодимовые магниты очень мощные! (Возможно применение в данной схеме магнитных секторов дало бы лучшие результаты. Примечание администрации.)
Перед тем как приклеить неодимовые магниты к стальному диску маркером нанесите на них обозначение полярности, это очень поможет вам избежать ошибок при установке. После размещения неодимовых магнитов (12 шт. на диск и чередуйте полярность), до половины залил их эпоксидной смолой.

Кликните по картинке что бы посмотреть в полном размере.

Для изготовления статора использовал эмаль-провод ПЭТ-155 диаметром 0,95 мм (купил на частном предприятии Хармедь). Намотал 12 катушек по 55 витков каждая, толщина обмоток получилась 7 мм. Для намотки изготовил несложный разборный каркас. Намотку катушек делал на самодельном намоточном станке (делал ещё во времена застоя).

Затем разместил 12 катушек по шаблону и зафиксировал их положение изолентой на тканевой основе. Выводы катушек распаял последовательно начало с началом, конец с концом. Я использовал 1-фазную схему включения.

Для изготовления формы под заливку катушек эпоксидной смолой склеил две прямоугольные заготовки 4-х мм фанеры. После высыхания получилась прочная 8 мм заготовка. С помощью сверлильного станка и приспособления (балерина) вырезал в фанере отверстие диаметром 200 мм, а из вырезанного диска вырезал центральный диск диаметром 60 мм. Заранее заготовленные ДСП заготовки прямоугольной формы обтянул плёнкой и по краях закрепил стиплером, затем по разметке разместил вырезанный центр (обтянутый скотчем), а также вырезанную заготовку, обмотанную скотчем.

Форму до половины залил эпоксидной смолой, на дно положил стеклоткань, затем катушки, сверху стеклоткань, долил эпоксидную смолу, немного выждал и сверху сдавил вторым куском ДСП также обтянутым пленкой. После застывания извлёк диск с катушками, обработал, покрасил, просверлил отверстия.
Ступицу, а также основу поворотного узла изготовил с буровой трубы НКТ с внутренним диаметром 63 мм. Были изготовлены гнёзда под 204 подшипник и приварены к трубе. С задней стороны тремя болтами прикручена крышка с прокладкой из маслостойкой резины, с передней стороны прикручена крышка с сальником. Внутрь, между подшипниками, через специальное отверстие залил автомобильное полусинтетическое масло. На вал надел диск с неодимовыми магнитами, причем поскольку паз под шпонку сделать не было возможности на валу сделал углубления на половину диаметра шарика с 202 подшипника т.е. 3,5 мм, а на дисках высверлил паз 7 мм. сверлом предварительно выточив баночку и запрессовал её в диск. После извлечения баночки в диске получился ровный, красивый паз под шарик.

Далее закрепил статор тремя латунными шпильками, вставил промежуточное кольцо с расчетом чтобы статор не затирало и надел второй диск с неодимовыми магнитами (магниты на дисках должны иметь противоположную полярность, т.е. притягиваться) Здесь очень осторожно с пальцами!

Изготовление турбины и мачты ветрогенератора

Винт изготовил с канализационной трубы диаметром 160 мм.

Кстати неплохой получается винт. Поэтому принципу изготовлена последняя турбина из алюминиевой трубы 1,3 м. (смотрите выше)

Разметил трубу, болгаркой вырезал заготовки, по концах стянул болтами и електро-рубанком обработал пакет. Затем раскрутил пакет и каждую лопасть обработал отдельно, подгоняя вес на электронных весах.

Защита от ураганного ветра выполнена по классической зарубежной схеме, т. е. ось вращения смещена от центра. Вот ссылка на сайт www.otherpower.com/otherpower_wind.html

Желающие узнать больше здесь найдут все интересующие вопросы, причем совершенно бесплатно! Мне этот сайт помог очень здорово особенно с чертежами хвоста. Вот пример чертежей с этого сайта.

Свой хвост ветряка я подгонял методом подпиливания.

Вся конструкция насажена на два 206 подшипника, которые закреплены на оси с внутренним отверстием под кабель и приваренной к двухдюймовой трубе. Подшипники плотно входят в корпус ветроустановки, что позволяет без каких либо усилий и люфтов свободно поворачиваться конструкции. Кабель проходит внутри мачты к диодному мосту.(выше смотрите чертежи)

на фото первоначальный вариант

Для изготовления ветро-головки, не учитывая двух месяцев поиска решений, ушло полтора месяца, сейчас у нас февраль месяц, снег и холод похоже за всю зиму, поэтому основных испытаний еще не проводил, но даже на этом расстоянии от земли автомобильная лампочка 21 ватт перегорела. Жду весны, готовлю трубы под мачту. Эта зима пролетела у меня быстро и интересно.

Видео можно просмотреть здесь:

Небольшая модернизация ветрогенератора

Прошло немного времени с того момента когда разместил на сайте свой ветряк, но весна так толком и не пришла, землю копать чтобы замуровать стол под мачту еще нельзя — земля мёрзлая да и грязь везде, поэтому времени для испытаний на временной 1,5 м. стойке было предостаточно, а теперь подробней.
После первых испытаний винт случайно зацепил трубу, это я пытался зафиксировать хвост, чтобы ветряк не уходил из под ветра и посмотреть какая будет максимальная мощность. В итоге мощность успел зафиксировать примерно ватт 40, после чего винт благополучно разлетелся в щепки. Неприятно, но наверное полезно для мозгов. После этого я решил поэкспериментировать и намотал новый статор, ротор с неодимовыми магнитами оставил без изменений. Для этого изготовил новую форму под заливку катушек. Форму тщательно смазал автомобильным литолом, чтобы лишнее не пристало. Катушки генератора теперь немного уменьшил по длине, благодаря чему в сектор теперь поместилось 60 витков 0,95 мм. толщина намотки 8 мм. (в конечном итоге статор получился 9 мм), причем длина провода осталась прежней.

Винт теперь сделал с более прочной трубы 160 мм. и трехлопастным, длина лопасти 800 мм.
Новые испытания сразу показали результат, теперь ветрогенератор выдавал до 100 ватт, галогенная автомобильная лампочка в 100 ватт горела в полный накал, и чтобы её не спалить на сильных порывах ветра лампочку отключал.

Замеры на автомобильном аккумуляторе 55 А.ч.
Теперь окончательные испытания на мачте, результат опишу позже.

Ну, вот уже середина августа, и как я обещал, попытаюсь закончить эту страничку. Сначала то, что пропустил

Мачта один из ответственных элементов конструкции, требует особого внимания.

Один из стыков (труба меньшего диаметра входит внутрь большей) и поворотный узел

Теперь остальное, турбина ветрогенератора
3-х лопастная турбина (рыжая канализационная труба диаметром 160 мм.)

Начну с того, что сменил несколько турбин и остановился на 6-ти лопастной, сделанной из алюминиевой трубы диаметром 1,3 м. хотя большую мощность давал винт с ПВХ трубы 1,7 м.

Котроллер для генератора

Основная проблема была в том чтобы заставить заряжаться АКБ от малейшего вращения втурбины и вот здесь на помощь пришел блокинг генератор который даже при входном напряжении в 2 v дает заряд АКБ — пускай маленьким током, но лучше чем разряд, а на нормальных ветрах вся энергия на АКБ поступает через VD2 (смотрите по схеме), и идет полноценный заряд.

Конструкция собрана прямо на радиаторе полунавесным монтажом
Контроллер заряда тоже использовал самодельный, схема простая, слепил как всегда с того, что было под рукой, нагрузкой служит два витка нихромового провода (при заряженном АКБ и сильном ветре нагревается до красна) Все транзисторы ставил на радиаторы (с запасом), хотя VT1 и VT2 практически не греются, а вот VT3 на радиатор ставить обязательно! (при продолжительном срабатывании контролёра VT3 греется прилично)

Схема Контроллера генератора

фото готового Контроллера ветрогенератора

Схема подключения ветряка к нагрузке выглядит так:

Фото готового системного блока ветрогенератора

Нагрузкой у меня как и планировалось, является свет в туалете и летнем душе + уличное освещение (4 светодиодные лампы которые включаются автоматически через фотореле и освещают двор целую ночь, с восходом солнца опять срабатывает фотореле которое отключает освещение и идет заряд АКБ. И это на убитой АКБ (в прошлом году снял с авто) на фото снято защитное стекло (в верху фотодатчик).
Фотореле купил готовое для сети 220 V и переделал своими руками на питание от 12 V (перемкнул входной конденсатор и последовательно стабилитрону подпаял резистор в 1К)

Теперь самое ГЛАВНОЕ!

По своему опыту советую для начала сделать небольшой ветряк, набраться опыта и знаний и понаблюдать что можно поиметь с ветров вашей местности, ведь можно потратить кучу денег, сделать мощный ветрогенератор, а силы ветра не хватит чтобы получать те же 50 ватт и будет ваш ветряк типа подводной лодки в гараже.

Характеристика ветра. Шкала Бофорта

Основной характеристикой ветра является его скорость. Единицей измерения принято считать расстояние, пройденное частицами воздушных масс за единицу времени. В системе измерений СИ скорость ветра измеряется метрами, пройденными воздушными массами за 1 секунду — м/с.
Прибор, при помощи которого осуществляется измерение скорости ветра, называется АНЕМОМЕТР. Но оценить скорость ветра приблизительно можно и по внешним сравнительным признакам, приведенным в таблице Бофорта.

Баллы по шкале Бофорта Характеристика силы ветра Скорость ветра м/сек. Скорость ветра км/час Объективное проявление
0 Штиль 0-0,2 0-06,7 Дым поднимается вертикально
1 Тихий 0,3-1,5 1,08-5,4 Дым начинает отклоняться от вертикального положения, флюгеры, даже самые чувствительные, не вращаются
2 Легкий 1,6-3,3 5,76-11,9 Движение ветра ощущается лицом, шелест листьев, приводятся в движение флюгеры, ветрогенераторы входят в рабочий режим
3 Слабый 3,4-5,4 12,24-19,4 Листья и самые тонкие ветки деревьев колышутся, развеваются флаги, установленные на высоте
4 Умеренный 5,5-7,9 19,8-28,4 Ветер поднимает пыль и мелкие бумажки, приводит в движение тонкие ветви деревьев
5 Свежий 8-10,7 28,8-38,5 Качаются тонкие стволы деревьев диаметром 2-4 см, на морских волнах появляются гребешки, ветрогенераторы выходят на максимальную мощность
6 Сильный 10,8-13,8 38,8-49,9 Качаются толстые сучья деревьев диаметром 6-8 см, слышен шум ветра в телеграфных проводах
7 Крепкий 13,9-17,1 50,04-61,6 Качаются стволы деревьев в верхней их части, идти против ветра неприятно
8 Очень крепкий 17,2-20,7 61,92-74,5 Ветер ломает сухие сучья деревьев, идти против ветра очень трудно
9 Шторм 20,8-24,4 74,8-87,8 Небольшие повреждения, ветер срывает незакрепленные дымовые колпаки и ветхую черепицу
10 Сильный шторм 24,5-28,4 88,2-102,2 Разрушения кровельных покрытий и неукрепленных конструкций, ослабленные деревья вырываются с корнем, автоматическое отключение ветрогенераторов
11 Жестокий шторм 24,5-32,6 102,6-117,4 Большие разрушения на значительном пространстве
12 Ураган 32,7 и выше 117,7 и выше Огромные разрушения, серьезно повреждены здания, строения и дома, деревья вырваны с корнями.

Простейший анемометр. Квадрат сторона 12 см. на 12 см. На нитке 25 см. привязан теннисный шарик.

Мы никогда не задумываемся насколько сильным бывает даже маленький ветерок, но стоит посмотреть с какой скоростью иногда раскручивается турбина и сразу понимаешь какая это мощь.

Процесс модернизации ветряка закончен, так он выглядит на данном этапе. На видео его рабочий режим (снимал фотокамерой, поэтому видна дискретность винта, на самом деле он крутится как подорванный). На очень малых ветрах работает блокинг-генератор.

Всем удачи!!!


Яловенко В.Г.

Статья размещена с разрешения автора, оригинал здесь: http://valerayalovencko.narod2.ru/

Ветрогенератор с вертикальным ротором | АльтерСинтез

Самодельный ветрогенератор в сборе

Группой умельцев была разработана конструкция ветрогенераторной установки с вертикально расположенной осью вращения. Ниже, представлено подробное руководство по изготовлению этой установки. Внимательно прочитав это руководство, вы сможете сделать подобный вертикальный ветрогенератор своими руками.

Конструкция ветрогенератора получилась достаточно надежной, с низкой стоимостью обслуживания, простой в изготовлении и не дорогой по комплектующим. Представленный ниже список деталей носит ознакомительный и ориентировочный характер. Соблюдать его не обязательно, можно внести какие-то свои коррективы, что-то улучшить, что-то использовать свое, т.к. не везде можно найти именно то, что в списке. Для изготовления этого ветрогенератора использовались недорогие и качественные детали.

Схема вертикального ветрогенератора

НаименованиеКол-воПримечание
Список используемых деталей и материалов для ротора:
Предварительно вырезанный лист металла1Вырезан из стали толщиной 1/4″ при помощи гидроабразивной, лазерной и др. резке
Ступица от авто (Хаб)1Должна содержать 4 отверстия, диаметр около 4 дюймов
2″ x 1″ x 1/2″ неодимовый магнит26Очень хрупкие, лучше заказать дополнительно
1/2″-13tpi x 3“ шпилька1TPI – кол-во витков резьбы на дюйм
1/2″ гайка16 
1/2″ шайба16 
1/2″ гровер16 
1/2″.-13tpi колпачковая гайка16 
1″ шайба4Для того, чтобы выдержать зазор между роторами
   
Список используемых деталей и материалов для турбины:
3″ x 60″ Оцинкованная труба6 
ABS пластик 3/8″ (1.2×1.2м)1 
Магниты для балансировкиЕсли нужныЕсли лопасти не сбалансированы, то магниты прикрепляются для балансировки
1/4″ винт48 
1/4″ шайба48 
1/4″ гровер48 
1/4″ гайка48 
2″ x 5/8″ уголки24 
1″ уголки12 (опционально)В случае, если лопасти не держат форму, то можно добавить доп. уголки
винты, гайки, шайбы и гроверы для 1″ уголка12 (опционально) 
   
Список используемых деталей и материалов для статора:
Эпоксидка с затвердителем2 л 
1/4″ винт нерж.3 
1/4″ шайба нерж.3 
1/4″ гайка нерж.3 
1/4″ кольцевой наконечник3Для эл. соединения
1/2″-13tpi x 3“ шпилька нерж.1Нерж. сталь не является ферромагнетиком, поэтому не будет «тормозить» ротор
1/2″ гайка6 
СтеклотканьЕсли нужна 
0.51мм эмал. провод 24AWG
   
Список используемых деталей и материалов для монтажа:
1/4″ x 3/4″ болт6 
1-1/4″ фланец трубы1 
1-1/4″ оцинк. труба L-18″1 
   
Инструменты и оборудование:
1/2″-13tpi x 36“ шпилька2Используется для поддомкрачивания
1/2″ болт8 
АнемометрЕсли нужен 
1″ лист алюминия1Для изготовления проставок, если понадобятся
Зеленая краска1Для покраски держателей пластика. Цвет не принципиален
Голубая краска бал.1Для покраски ротора и др. частей. Цвет не принципиален
Мультиметр1 
Паяльник и припой1 
Дрель1 
Ножовка1 
Керн1 
Маска1 
Защитные очки1 
Перчатки1 

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения не настолько эффективны, как их горизонтальные собратья, однако вертикальные ветрогенераторы менее требовательны к месту их установки.

Описание изготовления турбины ветрогенератора

Турбина ветрогенератора

  1. Соединяющий элемент – предназначен для соединения ротора к лопастям ветрогенератора.
  2. Схема расположения лопастей – два встречных равносторонних треугольника. По данному чертежу потом легче будет расположить уголки крепления лопастей.

Крепление лопастей уголками

Если не уверены в чем то, шаблоны из картона помогут избежать ошибок и дальнейших переделываний.

Общий вид расположения уголков, крепящих лопасти

Последовательность действий изготовления турбины:

  1. Изготовление нижней и верхней опор (оснований) лопастей. Разметьте и при помощи лобзика вырежьте из ABS пластика окружность. Затем обведите ее и вырежьте вторую опору. Должны получиться две абсолютно одинаковые окружности.
  2. В центре одной опоры вырежьте отверстие диаметром 30 см. Это будет верхняя опора лопастей.
  3. Возьмите хаб (ступица от авто) и разметьте и просверлите четыре отверстия на нижней опоре для крепления хаба.
  4. Сделайте шаблон расположения лопастей (рис. выше) и разметьте на нижней опоре места крепления уголков, которые будут соединять опору и лопасти.
  5. Сложите лопасти в стопку, прочно свяжите их и обрежьте до требуемой длины. В данной конструкции лопасти длиной 116 см. Чем длинее лопасти, тем больше энергии ветра они получают, но обратной стороной является нестабильность в сильный ветер.
  6. Разметьте лопасти для крепления уголков. Накерните, а затем просверлите отверстия в них.
  7. Используя шаблон расположения лопастей, который представлен на рисунке выше, прикрепите лопасти к опоре при помощи уголков.

Описание изготовления ротора ветрогенератора

Разметка роторов с помощью бумажных шаблонов

Последовательность действий по изготовлению ротора:

  1. Положите два основания ротора друг на друга, совместите отверстия и напильником или маркером сделайте небольшую метку по бокам. В дальнейшем, это поможет правильно сориентировать их относительно друг-друга.
  2. Сделайте два бумажных шаблона расположения магнитов и приклейте их на основания.
  3. Промаркируйте полярность всех магнитов при помощи маркера. В качестве “тестера полярности” можно использовать небольшой магнит, обмотанный тряпкой или изолентой. Проводя его над большим магнитом, будет хорошо видно, отталкивается он или притягивается.
  4. Крепление магнитов на основании ротора

  5. Приготовьте эпоксидную смолу (добавив в нее отвердитель). И равномерно нанесите ее снизу магнита.
  6. Очень аккуратно поднесите магнит к краю основания ротора и переместите его к своей позиции. Если магнит устанавливать сверху ротора, то большая мощность магнита может его резко примагнитить и он может поломаться. И никогда не суйте свои пальцы и другие части тела между двумя магнитами или магнитом и железом. Неодимовые магниты очень мощные!
  7. Продолжайте приклеивать магниты к ротору (не забудьте смазывать эпоксидкой), чередую их полюса. Если магниты сьезжают под действием магнитной силы, то воспользуйтесь куском дерева, располагая его между ними для страховки.
  8. После того, как один ротор закончили, переходите к второму. Используя ранее поставленную метку, расположите магниты точно напротив первого ротора, но в другой полярности.
  9. Положите роторы подальше друг от друга (чтобы они не примагнитились, иначе потом не отдерете).

Описание изготовления статора ветрогенератора

Изготовление статора – это очень трудоемкая часть процесса изготовления ветрогенератора. Можно, конечно попробовать купить готовый статор (его еще надо найти у нас) или генератор, но не факт, что они подойдут для конкретного ветряка со своими индивидуальными характеристиками

Катушка статора

Статор ветрогенератора – электрический компонент, состоящий из 9-ти катушек. Катушка статора изображена на фото выше. Катушки разделены на 3 группы, по 3 катушки в каждой группе. Каждая катушка намотана проводом 24AWG (0.51мм) и содержит в себе 320 витков. Большее количество витков, но более тонким проводом даст более высокое напряжение, но меньший ток. Поэтому, параметры катушек могут быть изменены, в зависимости от того, какое напряжение вам требуется на выходе ветрогенератора. Нижеследующая таблица поможет вам определиться:

  • 320 витков, 0.51 мм (24AWG) = 100В * 120 об/мин.
  • 160 витков, 0.0508 мм (16AWG) = 48В * 140 об/мин.
  • 60 витков, 0.0571 мм (15AWG) = 24В * 120 об/мин.

Вручную наматывать катушки – это скучное и трудное занятие. Поэтому, чтобы облегчить процесс намотки рекомендуется изготовить простое приспособление – намоточный станок. Тем более, что конструкция его достаточно проста и сделать его можно из подручных материалов.

Витки всех катушек должны быть намотаны одинаково, в одном и том же направлении и обращайте внимание или отмечайте, где начало, а где конец катушки. Для предотвращения разматывания катушек, они обмотаны изолентой и промазаны эпоксидкой.

Приспособление для намотки катушек

Приспособление сделано из двух кусков фанеры, изогнутой шпильки, куска ПВХ-трубы и гвоздей. Перед тем, как изогнуть шпильку, нагрейте ее горелкой.

Приспособление для намотки катушек, сделанное из двух кусков фанеры, изогнутой шпильки, куска ПВХ-трубы и гвоздей

Небольшой кусок трубы между дощечками обеспечивает заданную толщину, а четыря гвоздя обеспечивают необходимые размеры катушек.

Крупный вид приспособления для намотки катушек

Вы можете придумать свою конструкцию намоточного станка, или возможно у вас уже имеется готовый.

После того, как все катушки намотаны их необходимо проверить на идентичность друг к другу. Это можно сделать при помощи весов, а также нужно померить сопротивления катушек мультиметром.

Подробный вид приспособления для намотки катушек

Схема соединения катушек статора

Внимание!

Категорически запрещается подключать домашние бытовые потребители напрямую к ветрогенератору во избежании выхода их из строя! Также соблюдайте меры безопасности при обращении с электричеством!

Схема соединения катушек статора

Последовательность действий соединения катушек:

  1. Зачистите шкуркой концы выводов каждой катушки.
  2. Соедините катушки, как показано на рисунке выше. Должно получиться 3 группы, по 3 катушки в каждой группе. При такой схеме соединений получится трехфазный переменный ток. Концы катушек припаяйте, либо воспользуйтесь зажимами.
  3. Выберите одну из следующих конфигураций:
  • А. Конфигурация «звезда». Для того, чтобы получить большое напряжение на выходе, соедините выводы X,Y и Z между собой.
  • B. Конфигурация «треугольник». Для того, чтобы получить большой ток, соедините X с B, Y с C, Z с A.
  • C. Для того, чтобы в будущем сделать возможность изменять конфигурацию, нарастите все шесть проводников и выведите их наружу.
  1. На большом листе бумаге нарисуйте схему расположения и подключения катушек. Все катушки должны быть равномерно распределены и соответствовать расположению магнитов ротора.
  2. Прикрепите катушки при помощи скотча к бумаге. Приготовьте эпоксидную смолу с отвердителем для заливки статора.
  3. Для нанесения эпоксидки на стеклоткань используйте малярную кисть. Если необходимо, то добавьте небольшие кусочки стеклоткани. Центр катушек не заполняйте, чтобы обеспечить их достаточное охлаждение при работе. Постарайтесь избегать образования пузырьков. Целью данной операции является закрепление катушек на своих местах и придание плоской формы статору, который будет располагаться между двумя роторами. Статор не будет нагруженным узлом и не будет вращаться.

Для того, чтобы стало более понятно, рассмотрим весь процесс в картинках:

Изготовление статора

Готовые катушки помещаются на вощеную бумагу с начерченной схемой расположения. Три небольших круга по углам на фото выше – места отверстий для крепления кронштейна статора. Кольцо в центре предотвращает попадание эпоксидки в центральную окружность.

Вокруг катушек помещается стеклоткань

Катушки закреплены на своих местах. Стеклоткань, небольшими кусочками помещается вокруг катушек. Выводы катушек можно вывести внутрь или наружу статора. Не забудьте оставить достаточный запас длины выводов. Обязательно еще раз проверьте все соединения и прозвоните мультиметром.

Статор, залитый эпоксидкой с кронштейном

Статор практически готов. Отверстия для крепления кронштейна, сверлятся в статоре. При сверлении отверстий смотрите не попадите в выводы катушек. После завершения операции, обрежьте лишнюю стеклоткань и если необходимо, шкуркой зачистите поверхность статора.

Изготовление кронштейна статора

Труба для крепления оси хаба была обрезана под нужный размер. В ней были просверлены отверстия и нарезана резьба. В дальнейшем в них будут вкручены болты, которые будут удерживать ось.

Крепление оси

Эскиз (чертеж) кронштейна

На рисунке выше показан кронштейн, к которому будет крепиться статор, находящийся между двумя роторами.

Шпилька с гайками и втулкой

На фото выше показана шпилька с гайками и втулкой. Четыре таких шпильки обеспечивают необходимый зазор между роторами . Вместо втулки можно использовать гайки большего размера, либо самому вырезать шайбы из алюминия.

Окончательная сборка генератора

Небольшое уточнение: малый воздушный зазор между связкой ротор-статор-ротор (который задается шпилькой с втулкой), обеспечивает более высокую отдаваемую мощность, но возрастает риск повреждения статора или ротора при перекосе оси, который может возникнуть при сильном ветре.

Сборочный чертеж генератора

На левом рисунке ниже, показан ротор с 4-мя шпильками для обеспечения зазора и двумя алюминиевыми пластинами (которые в дальнейшем будут убраны).

На правом рисунке показан собранный и покрашенный в зеленый цвет статор, установленный на место.

Ротор и статор

Процесс сборки:

  1. В плите верхнего ротора просверлите 4 отверстия и нарежьте в них резьбу для шпильки. Это необходимо для плавного опускания ротора на свое место.
  2. Уприте 4 шпильки в алюминиевые пластины приклеенные ранее и установите на шпильки верхний ротор.
  3. Роторы будут притягиваться друг к другу с очень большой силой, поэтому и нужно такое приспособление. Сразу выровняйте роторы относительно друг-друга по поставленным ранее метках на торцах.
  4. Поочередно вращая ключом шпильки, равномерно опускайте ротор.
  5. После того, как ротор уперся в втулку (обеспечивающая зазор), выкрутите шпильки и уберите алюминиевые пластины.
  6. Установите хаб (ступицу) и прикрутите его.

Этапы сборки генератора

Генератор готов!

Генератор будущего ветрогенератора в сборе

После установки шпилек (1) и фланца (2) ваш генератор должен выглядеть приблизительно так, ка на рисунке выше.

Установка и крепление клемм

Болты из нержавейки служат для обеспечения электрического контакта. На провода удобно использовать кольцевые наконечники.

Установка клемм

Колпачковые гайки и шайбы служат для крепления соединительной платы и опоры лопастей к генератору. Итак, ветрогенератор полностью собран и готов к тестам.

Для начала, лучше всего рукой раскручивать ветряк и измерять параметры. Если все три выходные клеммы закоротить между собой, то ветряк должен вращаться очень туго. Это может быть использовано для остановки ветрогенератора для сервисного обслуживания или в целях безопасности.

Ветрогенератор можно использовать не только для обеспечения дома электричеством. К примеру данный экземпляр, сделан так, чтобы статор вырабатывал большое напряжение, которое затем используется для нагрева.
Рассматриваемый выше генератор выдает 3-х фазное напряжение с различной частотой (зависит от силы ветра), а к примеру в России используется однофазная сеть 220-230В, с фиксированной частотой сети 50 Гц. Это отнюдь не означает, что данный генератор не подойдет для питания бытовых приборов. Переменный ток с данного генератора может быть преобразован в постоянный ток, с фиксированным напряжением. А постоянный ток уже может использоваться для питания светильников, нагрева воды, заряда аккумуляторов, а может быть поставлен преобразователь для преобразования постоянного тока в переменный. Но это уже выходит за рамки данной статьи.

Мостовой выпрямитель

На рисунке выше простая схема мостового выпрямителя, состоящего из 6-ти диодов. Он преобразовывает переменный ток в постоянный.

Рекомендации по выбору места установки ветрогенератора

Ветрогенератор, описываемый здесь, установлен на 4-х метровой опоре на краю горы. Трубный фланец, который установлен снизу генератора обеспечивает легкую и быструю установку ветрогенератора – достаточно прикрутить 4 болта. Хотя для надежности, лучше приварить.

Обычно, горизонтальные ветрогенераторы «любят» когда ветер дует с одного направления, в отличии от вертикальных ветряков, где за счет флюгера, они могут поворачиваться и им не важно направление ветра. Т.к. данный ветряк установлен на берегу скалы, то ветер там создает турбулентные потоки с разных направлений, что не очень эффективно для данной конструкции.

Другим фактором, который необходимо учитывать при подборе места размещения, является сила ветра. Архив данных по силе ветра для вашей местности можно найти в интернете, правда это будет очень приблизительно, т.к. все зависит от конкретного места.

Также, в выборе месторасположения установки ветрогенератора поможет анемометр (прибор для измерения силы ветра).

Немного о механике ветрогенератора

Как известно, ветер возникает из-за разности температур поверхности земли. Когда ветер вращает турбины ветрогенератора, он создает три силы: подьемную, торможения и импульсную. Подьемная сила обычно возникает над выпуклой поверхностью и является следствием разности давлений. Сила торможения ветра возникает за лопастями ветрогенератора, она является нежелательной и тормозит ветряк. Импульсная сила возникает из-за изогнутой формы лопастей. Когда молекулы воздуха толкают лопасти сзади, то им некуда потом деваться и они собираются позади них. В результате, они толкают лопасти в направлении ветра. Чем больше подьемная и импульсная силы и меньше сила торможения, тем быстрее лопасти будет вращаться. Соответственно вращается ротор, который создает магнитное поле на статоре. В результате чего вырабатывается электрическая энергия.

Скачать схему расположения магнитов

— cxem.net —

Комментарии:

Что такое газ БраунаХронология водородных топливных элементов

Ветрогенератор с вертикальным ротором | Синтезгаз

Самодельный ветрогенератор в сборе

Группой умельцев была разработана конструкция ветрогенераторной установки с вертикально расположенной осью вращения. Ниже, представлено подробное руководство по изготовлению этой установки. Внимательно прочитав это руководство, вы сможете сделать подобный вертикальный ветрогенератор своими руками.

Конструкция ветрогенератора получилась достаточно надежной, с низкой стоимостью обслуживания, простой в изготовлении и не дорогой по комплектующим. Представленный ниже список деталей носит ознакомительный и ориентировочный характер. Соблюдать его не обязательно, можно внести какие-то свои коррективы, что-то улучшить, что-то использовать свое, т. к. не везде можно найти именно то, что в списке. Для изготовления этого ветрогенератора использовались недорогие и качественные детали.

Схема вертикального ветрогенератора

НаименованиеКол-воПримечание
Список используемых деталей и материалов для ротора:
Предварительно вырезанный лист металла1Вырезан из стали толщиной 1/4″ при помощи гидроабразивной, лазерной и др. резке
Ступица от авто (Хаб)1Должна содержать 4 отверстия, диаметр около 4 дюймов
2″ x 1″ x 1/2″ неодимовый магнит26Очень хрупкие, лучше заказать дополнительно
1/2″-13tpi x 3“ шпилька1TPI – кол-во витков резьбы на дюйм
1/2″ гайка16 
1/2″ шайба16 
1/2″ гровер16 
1/2″. -13tpi колпачковая гайка16 
1″ шайба4Для того, чтобы выдержать зазор между роторами
   
Список используемых деталей и материалов для турбины:
3″ x 60″ Оцинкованная труба6 
ABS пластик 3/8″ (1.2×1.2м)1 
Магниты для балансировкиЕсли нужныЕсли лопасти не сбалансированы, то магниты прикрепляются для балансировки
1/4″ винт48 
1/4″ шайба48 
1/4″ гровер48 
1/4″ гайка48 
2″ x 5/8″ уголки24 
1″ уголки12 (опционально)В случае, если лопасти не держат форму, то можно добавить доп. уголки
винты, гайки, шайбы и гроверы для 1″ уголка12 (опционально) 
   
Список используемых деталей и материалов для статора:
Эпоксидка с затвердителем2 л 
1/4″ винт нерж. 3 
1/4″ шайба нерж.3 
1/4″ гайка нерж.3 
1/4″ кольцевой наконечник3Для эл. соединения
1/2″-13tpi x 3“ шпилька нерж.1Нерж. сталь не является ферромагнетиком, поэтому не будет «тормозить» ротор
1/2″ гайка6 
СтеклотканьЕсли нужна 
0.51мм эмал. провод 24AWG
   
Список используемых деталей и материалов для монтажа:
1/4″ x 3/4″ болт6 
1-1/4″ фланец трубы1 
1-1/4″ оцинк. труба L-18″1 
   
Инструменты и оборудование:
1/2″-13tpi x 36“ шпилька2Используется для поддомкрачивания
1/2″ болт8 
АнемометрЕсли нужен 
1″ лист алюминия1Для изготовления проставок, если понадобятся
Зеленая краска1Для покраски держателей пластика. Цвет не принципиален
Голубая краска бал.1Для покраски ротора и др. частей. Цвет не принципиален
Мультиметр1 
Паяльник и припой1 
Дрель1 
Ножовка1 
Керн1 
Маска1 
Защитные очки1 
Перчатки1 

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения не настолько эффективны, как их горизонтальные собратья, однако вертикальные ветрогенераторы менее требовательны к месту их установки.

Описание изготовления турбины ветрогенератора

Турбина ветрогенератора

  1. Соединяющий элемент – предназначен для соединения ротора к лопастям ветрогенератора.
  2. Схема расположения лопастей – два встречных равносторонних треугольника. По данному чертежу потом легче будет расположить уголки крепления лопастей.

Крепление лопастей уголками

Если не уверены в чем то, шаблоны из картона помогут избежать ошибок и дальнейших переделываний.

Общий вид расположения уголков, крепящих лопасти

Последовательность действий изготовления турбины:

  1. Изготовление нижней и верхней опор (оснований) лопастей. Разметьте и при помощи лобзика вырежьте из ABS пластика окружность. Затем обведите ее и вырежьте вторую опору. Должны получиться две абсолютно одинаковые окружности.
  2. В центре одной опоры вырежьте отверстие диаметром 30 см. Это будет верхняя опора лопастей.
  3. Возьмите хаб (ступица от авто) и разметьте и просверлите четыре отверстия на нижней опоре для крепления хаба.
  4. Сделайте шаблон расположения лопастей (рис. выше) и разметьте на нижней опоре места крепления уголков, которые будут соединять опору и лопасти.
  5. Сложите лопасти в стопку, прочно свяжите их и обрежьте до требуемой длины. В данной конструкции лопасти длиной 116 см. Чем длинее лопасти, тем больше энергии ветра они получают, но обратной стороной является нестабильность в сильный ветер.
  6. Разметьте лопасти для крепления уголков. Накерните, а затем просверлите отверстия в них.
  7. Используя шаблон расположения лопастей, который представлен на рисунке выше, прикрепите лопасти к опоре при помощи уголков.

Описание изготовления ротора ветрогенератора

Разметка роторов с помощью бумажных шаблонов

Последовательность действий по изготовлению ротора:

  1. Положите два основания ротора друг на друга, совместите отверстия и напильником или маркером сделайте небольшую метку по бокам. В дальнейшем, это поможет правильно сориентировать их относительно друг-друга.
  2. Сделайте два бумажных шаблона расположения магнитов и приклейте их на основания.
  3. Промаркируйте полярность всех магнитов при помощи маркера. В качестве “тестера полярности” можно использовать небольшой магнит, обмотанный тряпкой или изолентой. Проводя его над большим магнитом, будет хорошо видно, отталкивается он или притягивается.
  4. Крепление магнитов на основании ротора

  5. Приготовьте эпоксидную смолу (добавив в нее отвердитель). И равномерно нанесите ее снизу магнита.
  6. Очень аккуратно поднесите магнит к краю основания ротора и переместите его к своей позиции. Если магнит устанавливать сверху ротора, то большая мощность магнита может его резко примагнитить и он может поломаться. И никогда не суйте свои пальцы и другие части тела между двумя магнитами или магнитом и железом. Неодимовые магниты очень мощные!
  7. Продолжайте приклеивать магниты к ротору (не забудьте смазывать эпоксидкой), чередую их полюса. Если магниты сьезжают под действием магнитной силы, то воспользуйтесь куском дерева, располагая его между ними для страховки.
  8. После того, как один ротор закончили, переходите к второму. Используя ранее поставленную метку, расположите магниты точно напротив первого ротора, но в другой полярности.
  9. Положите роторы подальше друг от друга (чтобы они не примагнитились, иначе потом не отдерете).

Описание изготовления статора ветрогенератора

Изготовление статора – это очень трудоемкая часть процесса изготовления ветрогенератора. Можно, конечно попробовать купить готовый статор (его еще надо найти у нас) или генератор, но не факт, что они подойдут для конкретного ветряка со своими индивидуальными характеристиками

Катушка статора

Статор ветрогенератора – электрический компонент, состоящий из 9-ти катушек. Катушка статора изображена на фото выше. Катушки разделены на 3 группы, по 3 катушки в каждой группе. Каждая катушка намотана проводом 24AWG (0.51мм) и содержит в себе 320 витков. Большее количество витков, но более тонким проводом даст более высокое напряжение, но меньший ток. Поэтому, параметры катушек могут быть изменены, в зависимости от того, какое напряжение вам требуется на выходе ветрогенератора. Нижеследующая таблица поможет вам определиться:

  • 320 витков, 0. 51 мм (24AWG) = 100В * 120 об/мин.
  • 160 витков, 0.0508 мм (16AWG) = 48В * 140 об/мин.
  • 60 витков, 0.0571 мм (15AWG) = 24В * 120 об/мин.

Вручную наматывать катушки – это скучное и трудное занятие. Поэтому, чтобы облегчить процесс намотки рекомендуется изготовить простое приспособление – намоточный станок. Тем более, что конструкция его достаточно проста и сделать его можно из подручных материалов.

Витки всех катушек должны быть намотаны одинаково, в одном и том же направлении и обращайте внимание или отмечайте, где начало, а где конец катушки. Для предотвращения разматывания катушек, они обмотаны изолентой и промазаны эпоксидкой.

Приспособление для намотки катушек

Приспособление сделано из двух кусков фанеры, изогнутой шпильки, куска ПВХ-трубы и гвоздей. Перед тем, как изогнуть шпильку, нагрейте ее горелкой.

Приспособление для намотки катушек, сделанное из двух кусков фанеры, изогнутой шпильки, куска ПВХ-трубы и гвоздей

Небольшой кусок трубы между дощечками обеспечивает заданную толщину, а четыря гвоздя обеспечивают необходимые размеры катушек.

Крупный вид приспособления для намотки катушек

Вы можете придумать свою конструкцию намоточного станка, или возможно у вас уже имеется готовый.

После того, как все катушки намотаны их необходимо проверить на идентичность друг к другу. Это можно сделать при помощи весов, а также нужно померить сопротивления катушек мультиметром.

Подробный вид приспособления для намотки катушек

Схема соединения катушек статора

Внимание!

Категорически запрещается подключать домашние бытовые потребители напрямую к ветрогенератору во избежании выхода их из строя! Также соблюдайте меры безопасности при обращении с электричеством!

Схема соединения катушек статора

Последовательность действий соединения катушек:

  1. Зачистите шкуркой концы выводов каждой катушки.
  2. Соедините катушки, как показано на рисунке выше. Должно получиться 3 группы, по 3 катушки в каждой группе. При такой схеме соединений получится трехфазный переменный ток. Концы катушек припаяйте, либо воспользуйтесь зажимами.
  3. Выберите одну из следующих конфигураций:
  • А. Конфигурация «звезда». Для того, чтобы получить большое напряжение на выходе, соедините выводы X,Y и Z между собой.
  • B. Конфигурация «треугольник». Для того, чтобы получить большой ток, соедините X с B, Y с C, Z с A.
  • C. Для того, чтобы в будущем сделать возможность изменять конфигурацию, нарастите все шесть проводников и выведите их наружу.
  1. На большом листе бумаге нарисуйте схему расположения и подключения катушек. Все катушки должны быть равномерно распределены и соответствовать расположению магнитов ротора.
  2. Прикрепите катушки при помощи скотча к бумаге. Приготовьте эпоксидную смолу с отвердителем для заливки статора.
  3. Для нанесения эпоксидки на стеклоткань используйте малярную кисть. Если необходимо, то добавьте небольшие кусочки стеклоткани. Центр катушек не заполняйте, чтобы обеспечить их достаточное охлаждение при работе. Постарайтесь избегать образования пузырьков. Целью данной операции является закрепление катушек на своих местах и придание плоской формы статору, который будет располагаться между двумя роторами. Статор не будет нагруженным узлом и не будет вращаться.

Для того, чтобы стало более понятно, рассмотрим весь процесс в картинках:

Изготовление статора

Готовые катушки помещаются на вощеную бумагу с начерченной схемой расположения. Три небольших круга по углам на фото выше – места отверстий для крепления кронштейна статора. Кольцо в центре предотвращает попадание эпоксидки в центральную окружность.

Вокруг катушек помещается стеклоткань

Катушки закреплены на своих местах. Стеклоткань, небольшими кусочками помещается вокруг катушек. Выводы катушек можно вывести внутрь или наружу статора. Не забудьте оставить достаточный запас длины выводов. Обязательно еще раз проверьте все соединения и прозвоните мультиметром.

Статор, залитый эпоксидкой с кронштейном

Статор практически готов. Отверстия для крепления кронштейна, сверлятся в статоре. При сверлении отверстий смотрите не попадите в выводы катушек. После завершения операции, обрежьте лишнюю стеклоткань и если необходимо, шкуркой зачистите поверхность статора.

Изготовление кронштейна статора

Труба для крепления оси хаба была обрезана под нужный размер. В ней были просверлены отверстия и нарезана резьба. В дальнейшем в них будут вкручены болты, которые будут удерживать ось.

Крепление оси

Эскиз (чертеж) кронштейна

На рисунке выше показан кронштейн, к которому будет крепиться статор, находящийся между двумя роторами.

Шпилька с гайками и втулкой

На фото выше показана шпилька с гайками и втулкой. Четыре таких шпильки обеспечивают необходимый зазор между роторами . Вместо втулки можно использовать гайки большего размера, либо самому вырезать шайбы из алюминия.

Окончательная сборка генератора

Небольшое уточнение: малый воздушный зазор между связкой ротор-статор-ротор (который задается шпилькой с втулкой), обеспечивает более высокую отдаваемую мощность, но возрастает риск повреждения статора или ротора при перекосе оси, который может возникнуть при сильном ветре.

Сборочный чертеж генератора

На левом рисунке ниже, показан ротор с 4-мя шпильками для обеспечения зазора и двумя алюминиевыми пластинами (которые в дальнейшем будут убраны).

На правом рисунке показан собранный и покрашенный в зеленый цвет статор, установленный на место.

Ротор и статор

Процесс сборки:

  1. В плите верхнего ротора просверлите 4 отверстия и нарежьте в них резьбу для шпильки. Это необходимо для плавного опускания ротора на свое место.
  2. Уприте 4 шпильки в алюминиевые пластины приклеенные ранее и установите на шпильки верхний ротор.
  3. Роторы будут притягиваться друг к другу с очень большой силой, поэтому и нужно такое приспособление. Сразу выровняйте роторы относительно друг-друга по поставленным ранее метках на торцах.
  4. Поочередно вращая ключом шпильки, равномерно опускайте ротор.
  5. После того, как ротор уперся в втулку (обеспечивающая зазор), выкрутите шпильки и уберите алюминиевые пластины.
  6. Установите хаб (ступицу) и прикрутите его.

Этапы сборки генератора

Генератор готов!

Генератор будущего ветрогенератора в сборе

После установки шпилек (1) и фланца (2) ваш генератор должен выглядеть приблизительно так, ка на рисунке выше.

Установка и крепление клемм

Болты из нержавейки служат для обеспечения электрического контакта. На провода удобно использовать кольцевые наконечники.

Установка клемм

Колпачковые гайки и шайбы служат для крепления соединительной платы и опоры лопастей к генератору. Итак, ветрогенератор полностью собран и готов к тестам.

Для начала, лучше всего рукой раскручивать ветряк и измерять параметры. Если все три выходные клеммы закоротить между собой, то ветряк должен вращаться очень туго. Это может быть использовано для остановки ветрогенератора для сервисного обслуживания или в целях безопасности.

Ветрогенератор можно использовать не только для обеспечения дома электричеством. К примеру данный экземпляр, сделан так, чтобы статор вырабатывал большое напряжение, которое затем используется для нагрева.
Рассматриваемый выше генератор выдает 3-х фазное напряжение с различной частотой (зависит от силы ветра), а к примеру в России используется однофазная сеть 220-230В, с фиксированной частотой сети 50 Гц. Это отнюдь не означает, что данный генератор не подойдет для питания бытовых приборов. Переменный ток с данного генератора может быть преобразован в постоянный ток, с фиксированным напряжением. А постоянный ток уже может использоваться для питания светильников, нагрева воды, заряда аккумуляторов, а может быть поставлен преобразователь для преобразования постоянного тока в переменный. Но это уже выходит за рамки данной статьи.

Мостовой выпрямитель

На рисунке выше простая схема мостового выпрямителя, состоящего из 6-ти диодов. Он преобразовывает переменный ток в постоянный.

Рекомендации по выбору места установки ветрогенератора

Ветрогенератор, описываемый здесь, установлен на 4-х метровой опоре на краю горы. Трубный фланец, который установлен снизу генератора обеспечивает легкую и быструю установку ветрогенератора – достаточно прикрутить 4 болта. Хотя для надежности, лучше приварить.

Обычно, горизонтальные ветрогенераторы «любят» когда ветер дует с одного направления, в отличии от вертикальных ветряков, где за счет флюгера, они могут поворачиваться и им не важно направление ветра. Т.к. данный ветряк установлен на берегу скалы, то ветер там создает турбулентные потоки с разных направлений, что не очень эффективно для данной конструкции.

Другим фактором, который необходимо учитывать при подборе места размещения, является сила ветра. Архив данных по силе ветра для вашей местности можно найти в интернете, правда это будет очень приблизительно, т.к. все зависит от конкретного места.

Также, в выборе месторасположения установки ветрогенератора поможет анемометр (прибор для измерения силы ветра).

Немного о механике ветрогенератора

Как известно, ветер возникает из-за разности температур поверхности земли. Когда ветер вращает турбины ветрогенератора, он создает три силы: подьемную, торможения и импульсную. Подьемная сила обычно возникает над выпуклой поверхностью и является следствием разности давлений. Сила торможения ветра возникает за лопастями ветрогенератора, она является нежелательной и тормозит ветряк. Импульсная сила возникает из-за изогнутой формы лопастей. Когда молекулы воздуха толкают лопасти сзади, то им некуда потом деваться и они собираются позади них. В результате, они толкают лопасти в направлении ветра. Чем больше подьемная и импульсная силы и меньше сила торможения, тем быстрее лопасти будет вращаться. Соответственно вращается ротор, который создает магнитное поле на статоре. В результате чего вырабатывается электрическая энергия.

Скачать схему расположения магнитов

Комментарии:

Свойства Газа БраунаХолодный термоядерный синтез в обыкновенной кружке

пошаговое описание, интересные идеи и рекомендации. Ветряная мельница из пластиковых бутылок Ветродуй своими руками из пластиковых бутылок

В летний период почти каждый день мы покупаем бутылку воды. Из такого нехитрого бросового материала можно сделать отличную забаву для ребенка или настоящий . Ветряные или пластиковых бутылок изготавливают разными способами. Это не займет много времени, а ребенку будет действительно интересно принимать участие в процессе и играть.

Подвесные вертушки из бутылок

Для работы нам понадобятся:

  • чистая двухлитровая бутылка;
  • цветная изолента;
  • ножницы;
  • сантиметр;
  • канцелярский нож;
  • мячик с подшипником шарнирного соединения (такие часто используют для рыбной ловли).

Теперь рассмотрим несложную пошаговую инструкцию.

  1. Бутылку предварительно хорошенько промываем и удаляем все наклейки.
  2. Приблизительно посередине цветной изолентой обклеиваем заготовку. С ее помощью можно спрятать остатки клея от обертки. Наклеивать ленту необходимо только на прямую часть бутылки.
  3. При помощи сантиметра размечаем равные отрезки и проводим вертикальные линии. Отрезки шириной приблизительно полтора сантиметра.
  4. Затем канцелярским ножом аккуратно начинаем двигаться сверху вниз. Старайтесь делать разрезы точно по линиям, иначе в конце вы не получите ожидаемого результата.
  5. Расстояние от дна должно быть не менее 2см.
  6. Теперь немного прижимаем заготовку для вертушки из пластиковых бутылок. Аккуратно сдавливаем «лучики».
  7. Теперь этим «лучикам» необходимо придать правильную форму, чтобы ветер мог крутить вертушку из пластиковой бутылки. Для этого каждый «лучик» сгибаем под углом 45° в самой верхней точке.
  8. Проделываем это и в самой нижней части, но в другом направлении.
  9. Теперь осталось задекорировать наши ветряные вертушки из пластиковых бутылок при помощи кусочков изоленты.
  10. Для того, чтобы подвесить вертушку, в крышечке проделываем отверстие и вставляем туда крепление. Продеваем петельку из кусочка проволоки.
  11. Вертушка готова!

Как быстро сделать вертушку из бутылки?

Более традиционный вариант на креплении или палочке в форме винта сделать еще проще. Для этого понадобятся:

  • большая прозрачная бутылка;
  • маркер и канцелярский нож;
  • краска.

Красочная вертушка из пластиковой бутылки

Более сложный вариант предполагает использование сразу нескольких пластиковых бутылок. Такие мельницы часто устанавливают на

  • садовых участках. Для работы нужно подготовить:
  • две пластиковые бутылки;
  • четыре крышечки;
  • три большие бусины;
  • плоскогубцы, ножницы, проволока.

Рассмотрим пошаговый мастер класс, как можно сделать из пластиковых бутылок красочные вертушки.

  1. Разрезаем бутылку пополам канцелярским или малярным ножом.
  2. Теперь ножницами нарезаем лопасти ветряка.
  3. Отгибаем лопасти под углом 45° посередине длины или у основания.
  4. Вот так выглядит наша заготовка на данном этапе.
  5. Аккуратно разглаживаем лопасти.
  6. В середине крыльев и крышки проделываем отверстия.

Сады и огороды — хорошее подспорье как в плане продуктов питания, так и в смысле отдыха для души. Но всему тому, что выращивается на приусадебных участках, грозит немало опасностей — жуков, личинок, птиц, кротов. И если с болезнями растений или насекомыми вредителями помогают бороться химические препараты, то вот птиц и кротов лучше всего отпугивать с участка, а не уничтожать. Поможет этому примитивная конструкция — ветряк из пластиковой бутылки, своими руками изготовленный из подручных материалов.

Бросовый материал — в дело

Много-много всевозможных полезных поделок можно изготовить из так называемого бросового материала. Вот и полезные вещи для садового участка и огорода тоже легко получить, приложив фантазию и умелые руки к, казалось бы, ненужным вещам. Много различных вариантов отпугивателей для птиц и кротов можно увидеть в различных источниках, некоторые из них достаточно сложные, а какие-то — примитивные. Стоит начать творить с самых простых конструкций. Пластиковые бутылки, обрезки полиэтиленовых труб, сломанный черенок от домашней швабры, использованный сварочный электрод, подарочные ленты от уже распакованных подарков, игрушечные колокольчики или жестяные банки из-под напитков — в дело можно пустить все.

Основы конструкции

Приспособление для отпугивания птиц или кротов с участка имеет вполне определенное название «ветряк» неслучайно. Основная сила, которая заставляет конструкцию выполнять свою функцию — ветер. Ветер дует — ветряк работает. Для того чтобы такой отпугиватель работал, ему необходимо ловить потоки воздуха, а значит, ему нужны лопасти. Если задаться целью, то сделать ветряк из пластиковых бутылок своими руками можно совсем просто. Самая главная часть — лопасти, вырезается из пластика. Причем лопасти из бутылки не нужно будет крепить, ведь они вырезаются по месту и просто отгибаются. Остальные элементы конструкции буду зависеть от назначения ветряка. Инструменты, которые понадобятся для работы:

  • канцелярский нож;
  • ножницы;
  • универсальный клей;
  • жесткая проволока;
  • бусины с отверстием под проволоку;
  • пленка-самоклейка или цветная изолента.

Чего боятся птицы

Птицы приносят много пользы, уничтожая насекомых-вредителей. Но когда созревает урожай, они не прочь полакомиться вкусными, сладкими плодами, склевывая вишню и черешню, портя яблоки, груши и сливы. Сделать ветряк из пластиковой бутылки своими руками можно достаточно просто, если помнить, что птицы боятся движущихся предметов. Именно поэтому вертушки, пугала с развевающимися рукавами всегда помогали огородникам и садоводам сохранять урожай.

Как отпугнуть птиц

Ветряк из пластиковой бутылки для отпугивания птиц должен быть подвижным. Самый простой и бюджетный вариант — вертушка. К нему не нужны дополнительные материально затратные мотор и элементы питания, ведь он работает от движения воздуха. Но ему нужны лопасти, чтобы ловить ветер. Можно сделать несколько вариантов таких огородных помощников. Например, так.

Обычную пластиковую бутылку по центру разрезать четырьмя участками, которые можно отогнуть, не отделяя части от единого целого.

Затем, отогнув лопасти, чтобы они ловили ветер, на них приклеивают кусочки фольги. Можно использовать зеркальную пленку-самоклейку. Также необходимо вырезать в дне отверстие, подходящее по диаметру. Готовую бутылку-ветряк надевают на остаток пластиковой трубы или черенок швабры. Бутылка должна свободно вращаться от дуновения ветра, но не сильно болтаться, иначе вращения не получится. Остаток трубы должен быть достаточно длинным, чтобы птицы видели вертушку.

Ветряк из пластиковой бутылки своими руками можно сделать и в таком варианте — из основы бутылки вырезать длинные лопасти, отогнуть их под углом в 45 0 . Схема вертушки предложена ниже.

Такой ветряк крепится на жесткую основу под прямым углом к земле. Закрепить его можно любым способом — при помощи гайки, если основа с резьбой, при помощи крупной гладкой бусины, сделав петлю на проволоке плоскогубцами. Вариантов много, какой удобнее использовать, решает мастер. Самое главное, чтобы вертушка свободно вращалась. Некоторые умельцы на одной основе крепят по несколько таких приспособлений, украсив их цветной пленкой или раскрасив акриловыми красками. Получается не только функционально полезная, но и красивая вещь для приусадебного участка.

Чего боятся кроты

Ветряк из пластиковой бутылки для отпугивания кротов — вещь очень полезная, ведь кроты — тоже вредители. Они поедают дождевых червей, рыхлящих землю, портят корни и клубни растений. Иногда на участке появляется таких подземных жителей очень и очень много. От непрошенных гостей — кротов — следует избавиться. Кроты — практически слепые, каким-то мерцанием их не напугаешь. Но у кротов хороший слух. Вот на этой особенности и строится принцип отпугивания этих животных с огорода. Сделать ветряк из пластиковой бутылки своими руками — значит и урожай спасти, и подземных жителей оставить в живых, и огород химической отравой не пичкать.

Как отпугнуть кротов

Кроты боятся шума, и если на участке разместить нечто, что будет шуметь и под землей, то кроты покинут его, отправившись на поиски более тихого места обитания. Ветряк из пластиковой бутылки для отпугивания кротов, схема которого предложена ниже, работает как раз на такой исход дела. Чтобы звук в земле распространялся хорошо, его необходимо усилить при помощи резонанса. Добиться этого можно, используя полую трубу, вкопанную в землю. Она будет усиливать звук и передавать его по земле.

Основу вертушки можно взять из конструкции, предложенной выше — на теле бутылки вырезаются лопасти, а сам ветряк ставится на металлическую основу, например, использованный электрод. По металлу звук будет лучше передаваться, чем по пластику. Затем электрод, металлический прут, нужно поставить во вкопанную трубу так, чтобы звук от вращения ветряка усиливался. Ветряк из пластиковой бутылки своими руками для сохранения урожая — совсем простая конструкция.

Вертушка-красотушка

Многие из тех, кто содержит сад или огород, стараются украсить участок с применением подручных материалов, тех же пластиковых бутылок, например. Чего только не придумывают умельцы из этого бросового материала. Например, разместив ветряк из пластиковых бутылок над клумбой, можно сделать ее гораздо интереснее. Классическая вертушка выполняется из 4 лопастей вот по такой схеме.

Лопасти можно вырезать их разноцветных бутылок, затем собрав их в центре при помощи болта и гайки или степлера. Можно прозрачный пластик украсить самоклеящейся пленкой или раскрасить акрилом. Лопастей можно сделать больше, чем 4. В любом случае такой классический ветряк из пластиковой бутылки, своими руками изготовленный, будет интересным дополнением цветника.

Есть совсем простые конструкции ветряков-подвесок. Из небольшой пластиковой бутылки можно сделать интересное украшение — посередине разрезать бутылку вдоль на тонкие, шириной 1 сантиметр, полосы. Затем соединить верхнюю и нижнюю части, чтобы получился «фонарик»: лопасти посередине прижать, складывая их пополам, а вот по краям их следует подгибать под углом в 45 0 . В пробке сделать отверстие при помощи раскаленного гвоздя, вставить туда скрепку-петельку. На нее можно подвесить колокольчик или блестящие бусины. Подвеска-ветряк готова, и ее можно разместить на ветке дерева.

Сделать ветряк из пластиковой бутылки своими руками несложно, а вот пользы и красоты от него будет много.

С наступление весны, все начинают наводить порядок и красоту во дворе, на даче. Хочется, что нибудь сделать интересное и своими руками. Как вариант, это может быть флюгер, но не из дерева, как в давние времена, а из пластиковых бутылок.

Флюгер самолето-звездолет.

Материалы и инструменты:
Пластиковые бутылки 1,5 л. 4 шт. и 0,5л. 2 шт.
Болгарка.
Термо клей с пистолетом.
Ножницы, нож, отвертка, саморезы 3 шт.
Шаг 1. Изготовление пропеллеров.
Для обладателя механизма для распускания бутылок в термоусадочный шнурок это будет дополнительная идея для утилизации накопившихся донешек от бутылок. Для тех кто не вкурсе о чем я, просто берем три п. бутылки 1,5-2,5 л.и отрезаем у них донешки как на фото.

Если вы сразу найдете бутылки с оригинальным цветом, то дальнейшая прокраска нитро краской вам не понадобится.

На полученных донышках чертик разметку для вырезания.




По этим линиям вырезаем пропеллеры. Резать можно ножом, ножницами, но легче всего болгаркой, т.к. центральное утолщение прорезать очень тяжело.



До вырезания можно запланировать в какую сторону будет крутиться будущий пропеллер и изменить зарание рисунок. После вырезания болгаркой будут очень большие края запеченной стружки, которые надо срезать ножом и ножницами.


Получаются вот такие вертушки (пропеллеры).



Теперь проделываем по центру каждой виртушки отверстие для самореза, на котором она будет вращаться. Для этого удобно использовать нагретое шило или можно сразу просверлить дрелью.




Вертушки готовы.

Шаг 2. Корпус самолета.

Теперь из двух маленьких и одной большой бутылок сделаем корпус самолета.


А из куска поликарбоната крыло 400Х40 мм.


На корпусе большой бутылки намечаем два отверстия под прорисовывание крыла насквозь, прорезаем.


Примеряем как проходит крыло, если надо подрезаем лишнее.


На маленьких бутылках прорезь делаем только с одной стороны.




Собираем самолет и клеем из пистолета герметично все проклеиваем.
Конструкция должна получиться жесткой.
Находим точку равновесия и просверливаем отверстие под шпильку, на которой будет флюгер поворачиваться по ветру. Сверлим сперва тонким затем толстым сверлом.


Для оси используем старую гелиевую ручку или другую.
Вставляем ее до упора и закрепляем жестко термо клеем.

По центру крышек проколем шилом отверстия, для вкручивания саморезов.
Хорошие саморезы такого типа.



Прикручиваем вертушки на крышки, не затягиваем, проверяем чтобы легко вращались от легкого дутья.



Из ровной части бутылки вырезаем два прямоугольника 50х120 мм., для хвоста самолета, он будет поворачивать самолет навстречу ветру. Прямоугольники слаживаем пополам и приклеиваем оба хвоста, сверху и снизу, на зад фюзеляжа.

Понадобится:
-2 пластиковые бутылки
-4 крышки от пластиковых бутылок
-3 большие деревянные бусины
-Плоскогубцы или кусачки
-Ножницы
-Металлическая проволока
-Малярный нож
Изготовление ветряка из пластиковых бутылок своими руками
1. Разрежьте малярным ножом бутылку на 2 части
2. Разрежьте ножницами бутылку пополам и начинайте нарезать «лопасти» ветряка
3. Начинайте отгибать лепестки под углом около 45 градусов. Можно загибать лепестки-«лопасти» не только у основания бутылки, но и посредине.
4. После этого аккуратно, стараясь не повредить лопасти ветряка, разгладьте их.
5. Проделайте отверстие в середине крыльев и крышки
6. Покрасьте заготовки (крышки от бутылок и вырезанные лопасти) ветряка. Лучше всего для этого подойдет краска из баллончика. Тогда вы сможете окрасить бутылку в несколько цветов
8. Клеевым пистолетом приклейте крышки от бутылки ко дну подготовленных лопастей
9. В бусине при необходимости увеличьте отверстие дрелью
10. Загните кончик проволоки и наденьте на его бусину.
11. Наденьте на него заготовку ветряка, бусину и еще заготовку и бусину
12. Загните кончик проволоки и отрежьте лишнюю часть кусачками
13. Присоедините к металлическому штырю хомутом.

Использование альтернативных источников энергии – один из основных трендов нашего времени. Чистая и доступная энергия ветра может преобразовываться в электричество даже у вас дома, если построить ветряк и соединить его с генератором.

Соорудить лопасти для ветрогенератора своими руками можно из обычных материалов, не используя специального оборудования. Мы расскажем, какая форма лопастей эффективнее, и поможем подобрать подходящий чертеж для ветровой электростанции.

Ветрогенератор – прибор, позволяющий преобразовывать энергию ветра в электричество.

Принцип работы его заключается в том, что ветер вращает лопасти, приводит в движение вал, по которому вращение поступает на генератор через редуктор, увеличивающий скорость.

Работа ветряной электростанции оценивается по КИЭВ – коэффициенту использования энергии ветра. Когда ветроколесо вращается быстро, оно взаимодействует с большим количеством ветра, а значит забирает у него большее количество энергии

Подразделяют две основные разновидности ветряных генераторов:

  • горизонтальные.

Вертикально ориентированные модели построены так, чтобы ось пропеллера была расположена перпендикулярно земле. Таким образом, любое перемещение воздушных масс, независимо от направления, приводит конструкцию в движение.

Такая универсальность является плюсом данного типа ветряков, но они проигрывают горизонтальным моделям по производительности и эффективности работы

Горизонтальный ветрогенератор напоминает флюгер. Чтобы лопасти вращались, конструкция должна быть повернута в нужную сторону, в зависимости от направления движения воздуха.

Для контроля и улавливания изменений направления ветра устанавливают специальные приборы. КПД при таком расположении винта значительно выше, чем при вертикальной ориентации. В бытовом применении рациональней использовать ветрогенераторы этого типа.

Какая форма лопасти является оптимальной?

Один из главных элементов ветрогенератора – комплект лопастей.

Существует ряд факторов, связанных с этими деталями, которые сказываются на эффективности ветряка:

  • размер;
  • форма;
  • материал;
  • количество.

Если вы решили сконструировать лопасти для самодельного ветряка, обязательно нужно учитывать все эти параметры. Некоторые полагают, что чем больше крыльев на винте генератора, тем больше энергии ветра можно получить. Другими словами, чем больше, тем лучше.

Однако это далеко не так. Каждая отдельная часть движется, преодолевая сопротивление воздуха. Таким образом, большое количество лопастей на винте требует большей силы ветра для совершения одного оборота.

Кроме того, слишком много широких крыльев могут стать причиной образования так называемой «воздушной шапки» перед винтом, когда воздушный поток не проходит сквозь ветряк, а огибает его.

Форма имеет большое значение. От нее зависит скорость движения винта. Плохое обтекание становится причиной возникновения вихрей, которые тормозят ветроколесо

Самым эффективным является однолопастной ветрогенератор. Но построить и сбалансировать его своими руками очень сложно. Конструкция получается ненадежная, хоть и с высоким коэффициентом полезного действия. По опыту многих пользователей и производителей ветряков, самой оптимальной моделью является трехлопастная.

Вес лопасти зависит от ее размера и материала, из которого она будет изготовлена. Размер нужно подбирать тщательно, руководствуясь формулами для расчетов. Кромки лучше обрабатывать так, чтобы с одной стороны имелось закругление, а противоположная сторона была острой

Правильно подобранная форма лопасти для ветрогенератора является фундаментом его хорошей работы.

Для домашнего изготовления подходят такие варианты:

  • парусного типа;
  • крыльчатого типа.

Лопасти парусного типа представляют собой простые широкие полосы, как на ветряной мельнице. Эта модель наиболее очевидна и проста в изготовлении. Однако ее КПД настолько мал, что эта форма практически не применяется в современных ветрогенераторах. Коэффициент полезного действия в данном случае составляет около 10-12%.

Гораздо более эффективная форма – лопасти крыльчатого профиля. Здесь задействованы принципы аэродинамики, которые поднимают в воздух огромные самолеты. Винт такой формы легче приводится в движение и вращается быстрее. Обтекание воздухом значительно сокращает сопротивление, которое встречает на своем пути ветряк.

Правильный профиль должен напоминать крыло самолета. С одной стороны лопасть имеет утолщение, а с другой – пологий спуск. Воздушные массы обтекают деталь такой формы очень плавно

КПД этой модели достигает значения 30-35%. Хорошая новость заключается в том, что построить крыльчатую лопасть можно и своими руками с применением минимума инструментов. Все основные расчеты и чертежи можно легко адаптировать под свой ветряк и пользоваться бесплатной и чистой энергией ветра без ограничений.

Из чего делают лопасти в домашних условиях?

Материалы, которые подойдут для строительства ветрогенератора – это, прежде всего, пластик, легкие металлы, древесина и современное решение – стеклоткань. Главный вопрос заключается в том, сколько труда и времени вы готовы потратить на изготовление ветряка.

Канализационные трубы из поливинилхлорида

Самый популярный и широко распространенный материал для изготовления пластиковых лопастей для ветрогенератора является обыкновенная канализационная ПВХ-труба. Для большинства домашних генераторов с диаметром винта до 2 м хватит трубы 160 мм.

К преимуществам такого метода относят:

  • невысокую цену;
  • доступность в любом регионе;
  • простоту работы;
  • большое количество схем и чертежей в интернете, большой опыт использования.

Трубы бывают разными. Это известно не только тем, кто изготавливает самодельные ветряные электростанции, но всем, кто сталкивался с монтажом канализации или водопровода. Они отличаются по толщине, составу, производителю. Труба стоит недорого, поэтому не нужно пытаться еще больше удешевить свой ветряк, экономя на ПВХ-трубах.

Некачественный материал пластиковых труб может привести к тому, что лопасти треснут при первом же испытании и вся работа будет проделана впустую

Сначала нужно определиться с лекалом. Вариантов существует много, каждая форма имеет свои недостатки и преимущества. Возможно, имеет смысл сначала поэкспериментировать, прежде чем вырезать итоговый вариант.

Поскольку цена на трубы невысокая, а найти их можно в любом строительном магазине, этот материал отлично подойдет для первых шагов в моделировании лопастей. Если что-то пойдет не так, всегда можно купить еще одну трубу и попробовать сначала, кошелек от таких экспериментов не сильно пострадает.

Опытные пользователи энергии ветра заметили, что для изготовления лопастей для ветрогенератора лучше использовать оранжевые, а не серые трубы. Они лучше держат форму, не изгибаются после формирования крыла и дольше служат

Конструкторы-любители предпочитают ПВХ, так как во время испытаний сломанную лопасть можно заменить на новую, изготовленную за 15 минут прямо на месте при наличии подходящего лекала. Просто и быстро, а главное – доступно.

Алюминий – тонкий, легкий и дорогой

Алюминий – легкий и прочный металл. Его традиционно используют для изготовления лопастей для ветрогенераторов. Благодаря небольшому весу, если придать пластине нужную форму, аэродинамические свойства винта будут на высоте.

Основные нагрузки, которые испытывает ветряк во время вращения, направлены на изгиб и разрыв лопасти. Если пластик при такой работе быстро даст трещину и выйдет из строя, рассчитывать на алюминиевый винт можно гораздо дольше.

Однако если сравнивать алюминий и ПВХ-трубы, металлические пластины все равно будут тяжелее. При высокой скорости вращения велик риск повредить не саму лопасть, а винт в месте крепления

Еще один минус деталей из алюминия – сложность изготовления. Если ПВХ-труба имеет изгиб, который будет использован для придания аэродинамических свойств лопасти, то алюминий, как правило, берется в виде листа.

После вырезания детали по лекалу, что само по себе гораздо сложнее, чем работа с пластиком, полученную заготовку еще нужно будет прокатать и придать ей правильный изгиб. В домашних условиях и без инструмента сделать это будет не так просто.

Стекловолокно или стеклоткань – для профессионалов

Если вы решили подойти к вопросу создания лопасти осознанно и готовы потратить на это много сил и нервов, подойдет стекловолокно. Если ранее вы не имели дела с ветрогенераторами, начинать знакомство с моделирования ветряка из стеклоткани – не лучшая идея. Все-таки этот процесс требует опыта и практических навыков.

Лопасть из нескольких слоев стеклоткани, скрепленных эпоксидным клеем, будет прочной, легкой и надежной. При большой площади поверхности деталь получается полая и практически невесомая

Для изготовления берется стеклоткань – тонкий и прочный материал, который выпускается в рулонах. Помимо стекловолокна пригодится эпоксидный клей для закрепления слоев.

Начинают работу с создания матрицы. Это такая заготовка, которая представляет собой форму для будущей детали.


Матрица может быть изготовлена из дерева: бруса, доски или бревна. Прямо из массива вырубают объемный силуэт половины лопасти. Еще вариант – форма из пластика

Сделать заготовку самостоятельно очень сложно, нужно иметь перед глазами готовую модель лопасти из дерева или другого материала, а только потом по этой модели вырезают матрицу для детали. Таких матриц нужно как минимум 2. Зато, сделав удачную форму однажды, ее можно применять многократно и соорудить таким образом не один ветряк.

Дно формы тщательно смазывают воском. Это делается для того, чтобы готовую лопасть можно было легко извлечь впоследствии. Укладывают слой стекловолокна, промазывают его эпоксидным клеем. Процесс повторяют несколько раз, пока заготовка не достигнет нужной толщины.


Когда эпоксидный клей высохнет, половину детали аккуратно вынимают из матрицы. То же делают со второй половиной. Части склеивают между собой, чтобы получилась полая объемная деталь. Легкая, прочная, правильной аэродинамической формы лопасть из стекловолокна – вершина мастерства домашнего любителя ветряных электростанций.

Ее главный минус – сложность реализации задумки и большое количество брака на первых порах, пока не будет получена идеальная матрица, а алгоритм создания не будет отточен.

Дешево и сердито: деревянная деталь для ветроколеса

Деревянная лопасть – дедовский метод, который легко осуществим, но малоэффективен при сегодняшнем уровне потребления электричества. Сделать деталь можно из цельной доски легких пород древесины, например, сосны. Важно подобрать хорошо высушенную деревянную заготовку.

Нужно выбрать подходящую форму, но учитывать тот факт, что деревянная лопасть будет не тонкой пластиной, как алюминиевая или пластиковая, а объемной конструкцией. Поэтому придать заготовке форму мало, нужно понимать принципы аэродинамики и представлять себе очертания лопасти во всех трех измерениях.

Придавать окончательный вид дереву придется рубанком, лучше электро. Для долговечности древесину обрабатывают антисептическим защитным лаком или краской

Главный недостаток такой конструкции – большой вес винта. Чтобы сдвинуть с места эту махину, ветер должен быть достаточно сильным, что трудноосуществимо в принципе. Однако дерево – доступный материал. Доски, подходящие для создания винта ветрогенератора, можно найти прямо у себя во дворе, не потратив ни копейки. И это главное преимущество древесины в данном случае.

КПД деревянной лопасти стремится к нулю. Как правило, время и силы, которые уходят на создание такого ветряка не стоят полученного результата, выраженного в ваттах. Однако, как учебная модель или пробный экземпляр деревянная деталь вполне имеет место быть. А еще флюгер с деревянными лопастями эффектно смотрится на участке.

Чертежи и примеры лопастей

Сделать правильный расчет винта ветрогенератора, не зная основных параметров, которые отображаются в формуле, а так же не имея понятия, как эти параметры влияют на работу ветряка, очень сложно.

Лучше не тратить свое время, если желания вникать в основы аэродинамики нет. Готовые чертежи-схемы с заданными показателями помогут подобрать подходящую лопасть для ветряной электростанции.

Чертеж лопасти для двухлопастного винта. Изготавливается из канализационной трубы 110 диаметра. Диаметр винта ветряка в данных расчетах – 1 м

Подобный небольшой ветрогенератор не сможет обеспечить вас высокой мощностью. Скорей всего, вы вряд ли сможете выжать из этой конструкции больше 50 Вт. Однако двухлопастной винт из легкой и тонкой ПВХ-трубы даст высокую скорость вращения и обеспечит работу ветряка даже при небольшом ветре.

Чертеж лопасти для трехлопастного винта ветрогенератора из трубы 160 мм диаметра. Расчетная быстроходность в этом варианте – 5 при ветре 5 м/с

Трехлопастной винт такой формы может быть использован для более мощных агрегатов, примерно 150 Вт при 12 В. Диаметр всего винта в этой модели достигает 1,5 м. Ветроколесо будет вращаться быстро и легко запускаться в движение. Ветряк с тремя крыльями встречается в домашних электростанциях чаще всего.

Чертеж самодельной лопасти для 5-ти лопастного винта ветрогенератора. Изготавливается из трубы ПВХ диаметром 160 мм. Расчетная быстроходность – 4

Такой пятилопастной винт сможет выдавать до 225 оборотов в минуту при расчетной скорости ветра 5 м/с. Чтобы построить лопасть по предложенным чертежам, нужно перенести координаты каждой точки из колонок «Координаты лекала фронт/тыл» на поверхность пластиковой канализационной трубы.

По таблице видно, что чем больше крыльев у ветрогенератора, тем меньше должна быть их длина для получения тока одинаковой мощности

Как показывает практика, обслуживать ветрогенератор больше 2 метров в диаметре достаточно сложно. Если в соответствии с таблицей вам необходим ветряк большего размера, подумайте над увеличением числа лопастей.

С правилами и принципами ознакомит статья, в которой пошагово изложен процесс производства вычислений.

Выполнение балансировки ветряка

Балансировка лопастей ветрогенератора поможет сделать его работу максимально эффективной. Для осуществления балансировки нужно найти помещение, где нет ветра или сквозняка. Разумеется, для ветроколеса больше 2 м в диаметре найти такое помещение будет сложно.

Лопасти собираются в готовую конструкцию и устанавливаются в рабочее положение. Ось должна располагаться строго горизонтально, по уровню. Плоскость, в которой будет вращаться винт, должна быть выставлена строго вертикально, перпендикулярно оси и уровню земли.

Винт, который не движется, нужно повернуть на 360/х градусов, где х = количество лопастей. В идеале сбалансированный ветряк не будет отклоняться ни на 1 градус, а останется неподвижным. Если лопасть повернулась под собственным весом, ее нужно немного подправить, уменьшить вес с одной стороны, устранить отклонение от оси.

Процесс повторяется до тех пор, пока винт не будет абсолютно неподвижным в любом положении. Важно, чтобы во время балансировки не было ветра. Это может исказить результаты испытаний

Также важно проконтролировать, чтобы все части вертелись строго в одной плоскости. Для проверки на расстоянии 2 мм с обеих сторон одной из лопастей устанавливают контрольные пластины. Во время движения ни одна часть винта не должна коснуться пластины.

Для эксплуатации ветрогенератора с изготовленными лопастями потребуется собрать систему, аккумулирующую полученную энергию, сохраняющую ее и передающую потребителю. Одним из компонентов системы является контроллер. О том, как сделать , узнаете, ознакомившись с рекомендованной нами статьей.

Если вы хотите использовать чистую и безопасную энергию ветра для бытовых нужд и не планируете тратить огромные деньги на покупку дорогостоящего оборудования, самодельные лопасти из обычных материалов будут подходящей идеей. Не бойтесь экспериментов, и вам удастся еще больше усовершенствовать существующие модели винтов ветряка.

Рекомендуем также

(PDF) Инновационный подход к изготовлению сверхлегких лопастей ветряных турбин

Исследовательский журнал Университета Мехрана по инженерии и технологиям, том 31, № 2, апрель 2012 г. [ISSN 0254-7821]

208

Инновационный подход К изготовлению сверхлегких лопастей ветряных турбин

теории, которая переведена в программу FORTRAN.

Программа требует длину лопасти, отношение скоростей законцовок,

количество лопастей и C

d

и C

l

данные соответствующего аэродинамического профиля

в качестве входных параметров, и дает локальную крутку

угол и длина шнура на разных участках по пролету

как вывод. Программные входы и выходы для ветряной турбины мощностью 250

ватт и 500 ватт сведены в таблицу. Свободный метод Mould-

предлагается для перевода дизайна в

Приложение-Appendix-A

Программа для определения Twist & Taper из H-Axis Wind Turbines *

Suhail Zaki Furequi-June, 2009

Программа Blade

Длина = Длина лезвия

Номер = количество лопастей в роторе

RAD = ток Рабочий Радиус

Шнур = Длина шнура на данном рад

Найти = индукционный коэффициент в направлении ветра

Pfind = индукционного фактора перпендикулярно НАПРАВЛЕНИЕ ВЕТРА

PHI = УГОЛ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ВЕТРА W.Р.Т. ПЛОСКОСТЬ ВРАЩЕНИЯ

ТЕТА = УГОЛ ХОРДЫ В.Р.Т. ПЛОСКОСТЬ ВРАЩЕНИЯ

АЛЬФА = УГОЛ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ВЕТРА В.Р.Т. CHORD

TSR = Соотношение скорости со скоростью

TSR2 = 2-й соотношение скорости солома для двухточечной оптимизации

VECTY = скорость ветра

CL = коэффициент лифта

CD = коэффициент перетаскивания

Solid = соотношение прочности ТУРБИНА

ОБЩИЕ /ВАРИАЛЫ/CD,CL,ДЛИНА,СКОРОСТЬ,НАЙТИ,PFIND,TSR,PI,ALPHA,НОМЕР

REAL CD(-12:12), CL(-12:12), LENGTH, VELCTY, FIND , PFIND, TSR,

1PI

INTEGER ALPHA, NUMBER

WRITE(*,*)’ВВЕДИТЕ ДЛИНУ ЛОПАСТИ И СКОРОСТЬ ВЕТРА’

READ(*,*)LENGTH,VELCTY

)WRITE(*,*)LENGTH,VELCTY

)WRITE(*,*)’ ВВЕДИТЕ ДВА ФАКТОРА ИНДУКЦИИ’

СЧИТАТЬ(*,*)НАЙТИ,PFНАЙТИ

ЗАПИСАТЬ(*,*)’ВВЕДИТЕ КОЭФФИЦИЕНТ СКОРОСТИ НАКОНЕЧНИКА И КОЛИЧЕСТВО НОЖЕЙ’

СЧИТАТЬ(*,*)TSR,ЧИСЛО

ЗАПИСАТЬ (*,*)’ВВЕДИТЕ ТРЕБУЕМЫЙ УГОЛ АТАКИ’

ЧТЕНИЕ(*,*)АЛЬФА

ОТКРЫТЬ(ЕДИНИЦА = 20, ФАЙЛ = ‘NACA4415’, СТАТУС = ‘СТАРЫЙ’)

ОТКРЫТЬ(ЕДИНИЦА = 21, ФАЙЛ = ‘BLADE’, СТАТУС = ‘СТАРЫЙ’)

9 0002 ИП = 3. 141592654

ЗАПИСАТЬ(21,13)’НАЙТИ = ‘,НАЙТИ,’ PFIND = ‘,PFIND

ЗАПИСАТЬ(21,13)’ДЛИНА = ‘,ДЛИНА,’ VELCTY = ‘,VELCTY

ЗАПИСАТЬ(21,14 )’ALPHA = ‘,ALPHA,’ TSR = ‘,TSR

WRITE(21,12)’RADIUS’,’PHI’,’THETA ‘,’CORD ‘,’FIND ‘,’PFIND’

WRITE(21 ,12)’——‘,’— ‘,’ —— ‘,’ —- ‘,’—- ‘,’ ——‘

12 ФОРМАТ(4(2X,A7),2(2X,A9))

13 ФОРМАТ(2(2X,A10,2X,F6.3))

14 ФОРМАТ(4X,A8,I2,1X,A8,F5 .2, /)

Scount Tipcor

STOP

END

Линеаризованный наконечник Теория коррекции

SUBROTINE THECCOR

Общие / варианты / CD, CL, длина, вельты, находятся, Pfind, TSR, PI, Alpha, номер

REAL CD(-12:12), CL(-12:12), LENGTH, VELCTY, FIND, PFIND, TSR, PI Cd/Cl ОТНОШЕНИЕ И ШАГ»

ЧТЕНИЕ(*,*)CLIFT, CDCL, DELTA

ЗАПИСЬ(21,*)

ЗАПИСЬ(21,8)CLIFT,CDCL,DELTA

8 ФОРМАТ(2X,»CLIFT=»,F5.3,» Cd/Cl = «,F5.3,» РАЗМЕР ШАГА = «,F5.3,/) ЗАПИСАТЬ(21,9)

9 ФОРМАТ(5X,’ЛИНЕАРИЗОВАННАЯ ТЕОРИЯ КОРРЕКЦИИ НАКОНЕЧНИКА’,/) ЗАПИСАТЬ(21 ,10)

10 FORMAT(3X,’RADIUS’,4X,’TWIST’,5X,’CCl/Ro’,3X,’CORD’,3X,’TIPFAC’)

WRITE(21,11)

11 FORMAT(3X,’——‘,4X,’——‘,5X,’——‘,2X,’——‘,2X,’- ——‘)

DO 90 RAD = 0,2*ДЛИНА, ДЛИНА, ДЕЛЬТА

TEMPO = 0,

COFPR = 0,

TSRL =RAD * TSR / LENGTH

DO 80, THETA = 1,0 50. ,0,5

THET =THETA * PI / 180

ОТНОШЕНИЕ = (ДЛИНА — RAD)/(RAD*SIN(THET))

TIPFAC = 2./ PI * ACOS(EXP(-NUMBER*RATIO/2.))

OPTANG = TIPFAC * (SIN(THET))**2*(COS(THET)-TSRL*SIN(THET))

OPTANG = OPTANG * (SIN(THET) + TSRL*COS(THET))

OPTANG = OPTANG * (1. — CDCL * COS(THET)/SIN(THET))

IF(OPTANG.GT.TEMPO)THEN

TEMPO = OPTANG

ANGMX = THET

COFPR = TEMPO * TSRL**2

ENDIF

80 ПРОДОЛЖИТЬ

RATIO = (ДЛИНА — RAD)/(2RAD*PI PFAC(ANGMX))

= TI * ACOS(EXP(-ЧИСЛО*RATIO/2.))

КООРДИНАТ = (COS(ANGMX)-TSRL*SIN(ANGMX)) (SIN(ANGMX)+TSRL*COS(ANGMX))

КООРДИНАТ = КООРДИНАТ * TIPFAC * SIN(ANGMX) * RAD/ДЛИНА * 8 * PI/NUMBER

CORD = COORD * LENGTH / CLIFT

ANGMX = ANGMX * 180. / PI — ALPHA

COFPER = COFPER + COFPR * DELTA * TSRL / RAD

WRITE(21,91)RAD,ANGMX ,COORD,CORD,TIPFAC

90 ПРОДОЛЖИТЬ

КОФПЕР = КОФПЕР * 8. / TSR**2

ЗАПИСАТЬ(21,*)

ЗАПИСАТЬ(21,*)»КОЭФФИЦИЕНТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ = «,КОФПЕР

3

3

ФОРМАТ(5(3X,F6. 3))

ВОЗВРАТ

КОНЕЦ

фактический продукт. Этот метод наиболее подходит для

индивидуальных производителей ветряных турбин. Сырьем, которое будет использоваться

, являются лист оцинкованного железа, алюминиевая труба, рыболовный шнур

, картон, труба из нержавеющей стали, стекловолокно и дерево

. Этот метод был практически применен в Инженерном колледже военно-морского флота Пакистана

, Карачи, для изготовления ветряных турбин

. Для ветровой турбины мощностью 250 Вт

, трехлопастный ротор диаметром шесть футов с деревянными

Ветряная турбина — Музей науки и промышленности

Постройте ветряную турбину для выработки электроэнергии и исследуйте преобразование энергии.

Материалы

  • Три трубы из ПВХ, одна длиной около 30 см, а другие длиной не менее 15 см
  • Три тройника из ПВХ
  • Одно угловое соединение из ПВХ
  • Двигатель
  • Провод (длиной около двух футов)
  • Провод ножи
  • Втулка (доступна в Kid Wind Project)
  • Деревянные дюбели
  • Мультиметр
  • Зажимы типа «крокодил»
  • Ножницы
  • Лента
  • Фен или вентилятор , палочки для эскимо и т. д.

Указания

  1. Вставьте 15-сантиметровую трубу из ПВХ в среднее отверстие тройника из ПВХ. Повторите то же самое с другой 15-сантиметровой трубой из ПВХ и тройником.
  2. Соедините две детали вместе, вставив свободные концы труб в стороны третьего Т-образного соединения так, чтобы среднее отверстие было обращено вверх.
  3. Вставьте оставшуюся трубу из ПВХ в отверстие Т-образного соединения, направленное вверх, чтобы труба стояла вертикально.
  4. Поместите последний тройник на свободный конец башни.
  5. Подсоедините два провода к двигателю.Надежно поместите двигатель в соединение в верхней части башни. Протяните провода вниз по трубе башни и выведите их через одно из Т-образных соединений на основании. При необходимости используйте клейкую ленту, чтобы надежно закрепить двигатель.
  6. Прикрепите пластиковую круглую деталь, называемую ступицей, к прямой металлической детали снаружи двигателя.
  7. Подсоедините провода к мультиметру с помощью зажимов типа «крокодил». Установите мультиметр на 20 вольт.
  8. Вставьте несколько маленьких деревянных дюбелей в отверстия ступицы.Создайте ветер с помощью фена или вентилятора. Проверьте мультиметр, чтобы увидеть, сколько энергии генерируется.
  9. Используя различные материалы, спроектируйте разные лопасти для ветряной турбины. Учитывайте вес, гладкость поверхности и необходимое количество лезвий. Прикрепите лопасти к дюбелям с помощью скотча.
  10. Снова включите фен или вентилятор и проверьте турбину с каждым типом лопастей, которые вы проектируете. Чем отличается электрическая мощность? Проверьте турбину с различными скоростями ветра, такими как низкие, средние и высокие настройки вентилятора.Влияет ли скорость ветра на выработку электроэнергии?

Что происходит?

Поскольку кинетическая механическая энергия движущегося ветра вращает лопасти ветряной турбины, генератор внутри турбины также вращается. Это заставляет спиральную проволоку вращаться вокруг магнита и создает электрический ток, который мы измеряем с помощью мультиметра.

Поскольку энергия не создается и не уничтожается, чем больше потребляемая энергия, тем больше будет выход энергии.Следовательно, чем больше механической энергии вы начнете — чем быстрее вращаются лопасти — тем больше электроэнергии будет вырабатываться турбиной.

Справочная информация

Ветер возникает из-за разности давлений, создаваемой неравномерным нагревом поверхности Земли солнцем. Солнечное излучение заставляет землю получать тепловую энергию. Воздух над землей также получает тепловую энергию и расширяется, становясь менее плотным и поднимаясь вверх.

Это движение создает область низкого давления на поверхности, создавая вакуум, который втягивает воздух.Более холодный и плотный воздух течет к области низкого давления на поверхности, чтобы заполнить пространство, оставленное поднявшимся нагретым воздухом. Это создает конвекционный поток, и тепловая энергия преобразуется в кинетическую механическую энергию в виде движущегося воздуха или ветра.

Ветряная турбина преобразует механическую энергию ветра в электрическую энергию. Турбина берет кинетическую энергию движущейся жидкости, в данном случае воздуха, и преобразует ее во вращательное движение. Когда ветер проходит мимо лопастей ветряной турбины, он перемещает или вращает лопасти.Эти лопасти вращают генератор. Генератор работает как инвертор электродвигателя; вместо того, чтобы применять электрическую энергию, чтобы вращать его и создавать механическую энергию, он использует механическую энергию, чтобы вращать и создавать электрическую энергию. Генераторы вращают спиральную проволоку вокруг магнитов для создания электрического тока.

Лопасти ветряных турбин не должны оказаться на свалках

Это один из четырех блогов в серии, посвященной текущим проблемам и возможностям повторного использования экологически чистых энергетических технологий.См. вводный пост , а также другие записи о солнечных панелях и аккумуляторных батареях . Особая благодарность Джессике Гарсия, сотруднику UCS по политике в области чистой энергии на Среднем Западе летом 2020 года, за поддержку исследований и соавторство в написании этих сообщений.

Ветряные турбины увеличились в размерах и количестве для удовлетворения потребностей в чистой энергии

Современная ветроэнергетика преобразует кинетическую (движение) энергию ветра в механическую энергию.Это происходит за счет вращения больших лопастей из стекловолокна, которые затем вращают генератор для производства электроэнергии. Ветряные турбины, как известно, могут быть расположены на берегу или в море.

По прогнозам, к 2050 году ветровая энергия продолжит расти в США. Последний отчет о рынке ветровых технологий, подготовленный Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли, показал, что цены на энергию ветра находятся на рекордно низком уровне, а в 2019 году 7,3 процента производства электроэнергии коммунальными предприятиями в США пришли от ветра. В этом сообщении блога мы рассмотрим наземные ветряные турбины и возможности переработки, которые существуют, но еще не получили широкого распространения для лопастей турбин.

Источник: Berkeley Lab Electric Markets & Policy (https://emp.lbl.gov/wind-energy-growth)

Конструкции ветряных турбин со временем эволюционировали, увеличиваясь в размерах и повышая эффективность, что в конечном итоге привело к увеличению генерирующей мощности. Принципиальная конструкция коммерческих турбин сегодня представляет собой ветряные турбины с горизонтальной осью, состоящие из ротора с тремя лопастями из стекловолокна, прикрепленными к ступице, которая в свою очередь прикреплена к центральной части (гондоле), установленной на стальной башне.Различные другие механизмы и бетонные фундаменты также включены в конструкцию современной ветряной турбины, которая включает более 8000 деталей на турбину.

Лопасти ветряных турбин в существующем американском парке в среднем имеют длину около 50 метров или около 164 футов (примерно ширина футбольного поля в США). А учитывая недавние тенденции использования более длинных лопастей на больших турбинах и более высоких башнях для увеличения производства электроэнергии, некоторые из самых больших лопастей, производимых сегодня, достигают 60-80 метров в длину.

Источник: Лаборатория Беркли, Обновление данных о технологиях ветроэнергетики: издание 2020 г., стр. 37.Обратите внимание, что диаметр ротора (указанный здесь в метрах) чуть более чем в два раза превышает длину лопастей

.

Фото: Джеймс Жиньяк

С точки зрения долговечности ветряные турбины служат в среднем около 25 лет. Около 85 процентов материалов компонентов турбин, таких как сталь, медная проволока, электроника и зубчатые передачи, могут быть переработаны или использованы повторно. Но лопасти отличаются тем, что они сделаны из стекловолокна (композитный материал), чтобы быть легкими для эффективности, но при этом достаточно прочными, чтобы выдерживать штормы.Смешанный характер материала лезвия затрудняет отделение пластмассы от стекловолокна для переработки в пригодный для обработки материал из стекловолокна, а прочность, необходимая для лезвий, означает, что их также трудно разбить физически.

Куда теперь попадают бывшие в употреблении лопасти ветряных турбин?

Лопасти ветряных турбин требуют утилизации или переработки, когда турбины выводятся из эксплуатации на этапе окончания использования или когда ветряные электростанции модернизируются в процессе, известном как переоснащение.Модернизация включает в себя сохранение той же площадки и часто поддержание или повторное использование основной инфраструктуры для ветряных турбин, но модернизацию турбин большей мощности. Лезвия могут быть заменены более современными и обычно более крупными лезвиями. В любом случае, лопасти из стекловолокна, когда они больше не нужны, представляют собой серьезную проблему с точки зрения конечного использования энергии ветра.

Несмотря на то, что лезвия можно разрезать на несколько частей на месте в процессе вывода из эксплуатации или переоснащения, эти части по-прежнему сложно и дорого транспортировать для переработки или утилизации.И процесс резки чрезвычайно прочных лезвий требует огромного оборудования, такого как канатные пилы, установленные на транспортных средствах, или алмазные канатные пилы, подобные тем, которые используются в карьерах. Поскольку в настоящее время вариантов утилизации лезвий очень мало, подавляющее большинство тех, которые подходят к концу, либо хранятся в разных местах, либо вывозятся на свалки.

Действительно, ранее в этом году агентство Bloomberg Green сообщило о том, что лопасти ветряных турбин выбрасываются на свалки. Несмотря на то, что поток отходов представляет собой лишь небольшую часть твердых бытовых отходов США, это явно не идеальная ситуация.Поскольку ветряные турбины выводятся из эксплуатации или заменяются, возникает необходимость в более творческих решениях по переработке использованных лопастей.

Хорошая новость заключается в том, что некоторые усилия по разработке альтернатив уже предпринимаются. Например, две крупные коммунальные компании в США, PacificCorp и MidAmerican Energy, недавно объявили о планах партнерства с компанией Carbon Rivers из Теннесси для переработки некоторых отработанных лопаток турбин коммунальных предприятий вместо их захоронения на свалке. Технология, используемая Carbon Rivers, поддерживается за счет грантового финансирования Министерства энергетики США и будет использоваться для разрушения и повторного использования стекловолокна из бывших в употреблении лопаток турбины.

Фото: Flickr/Чак Кокер

Новые инновации в переработке стекловолокна

Несмотря на то, что композитная природа лопаток турбины из стекловолокна делает их очень сложными в обращении на этапе конечного использования, интерес к поиску альтернатив может также стимулировать творчество и инновации. Например, партнерство с участием университетов США, Ирландии и Северной Ирландии под названием Re-wind разработало несколько интересных идей проектов гражданского строительства для повторного использования и перепрофилирования лопастей из стекловолокна.К ним относится использование выведенных из эксплуатации лопастей в проектах гражданского строительства как части конструкций линий электропередач или башен, или крыш для аварийного или доступного жилья. В Северной Ирландии Re-wind также рассматривает возможность их пилотного использования на пешеходных мостах вдоль зеленых дорожек.

Далее по иерархии отходов начинают появляться дополнительные варианты переработки. WindEurope, представляющая ветроэнергетику Европейского Союза, сотрудничает с Европейским советом химической промышленности (Cefic) и Европейской ассоциацией производителей композитов (EuCIA) для разработки новых методов повторного использования материалов для лопастей.По оценкам организаций, в течение следующих нескольких лет только в Европе будет выведено из эксплуатации 14 000 лопастей ветряных турбин. В мае 2020 года консорциум подготовил исчерпывающий отчет Accelerating Wind Turbine Blade Circularity, в котором подробно описаны проекты, исследования и технические решения, ориентированные на жизненный цикл ветряных турбин.

Ключевым соображением при переработке композитных материалов является обеспечение того, чтобы процесс переработки имел чистый положительный результат по сравнению с альтернативой утилизации на свалках.Один пример из Германии, где концепция переработки лопаток турбины в цемент была впервые разработана около десяти лет назад на заводе, построенном в рамках партнерства между Geocycle, бизнес-подразделением корпорации строительных материалов HolcimAG, и компанией Zajons.

Эта форма переработки включает в себя контроль над цепочкой поставок утилизации, включая распиловку лопаток турбины на более мелкие части на месте вывода из эксплуатации, чтобы уменьшить транспортную логистику и затраты. Процесс обещает 100-процентную переработку и сокращение выбросов углекислого газа при совместной переработке цемента за счет замены производства цементного сырья переработанными лезвиями, а также использования биогаза из органических остатков вместо угля в качестве топлива.

Другие технологии, такие как механическая переработка, сольволиз и пиролиз, также разрабатываются, что идеально обеспечит промышленность дополнительными возможностями обращения с лезвиями из стекловолокна, когда они достигнут конца использования.

Другой творческий вариант вторичной переработки позволяет производить гранулы или доски, которые можно использовать в столярных работах. В 2019 году Global Fiberglass Solutions начала производство продукта под названием EcoPoly Pellets в США и вскоре будет дополнительно производить панельную версию. Эти продукты сертифицированы как переработанные из выведенных из эксплуатации лопастей ветряных турбин посредством отслеживания радиочастотной идентификации (RFID) от лопасти до конечного продукта. Пеллеты EcoPoly могут быть преобразованы в различные продукты, такие как складские поддоны, напольные покрытия или парковочные столбики. Основываясь на своих прогнозах спроса, Global Fiberglass Solutions предполагает, что сможет обрабатывать от 6000 до 7000 лезвий в год на каждом из двух своих заводов в Техасе и Айове.

Дополнительный подход к проблеме переработки лезвий заключается в том, чтобы сосредоточиться на основной части — из чего сделаны лезвия.Дополнительные исследования и разработки направлены на использование термопластичной смолы вместо стекловолокна или углеродного волокна для лопастей ветряных турбин. Материал может быть проще и дешевле перерабатывать.

В конце концов, цель увеличения количества инноваций для дополнительных применений выведенных из эксплуатации лопаток турбины требует наличия достаточного рыночного спроса, чтобы стимулировать создание предприятий, которые могут перерабатывать лопатки. Наряду с этой проблемой в США отсутствует политика в отношении конечного использования турбинных лопаток, что еще больше усугубляет статус-кво хранения или удаления твердых отходов на свалках.

Достижение 100-процентной возможности вторичной переработки систем ветряных турбин

Как обсуждалось выше, в настоящее время дешевле утилизировать лопасти ветряных турбин на ближайшей свалке, а не часто транспортировать их на дальние расстояния, необходимые для переработки на ограниченном количестве объектов, которые могут эффективно их перерабатывать. Кроме того, отрасль в настоящее время страдает от отсутствия регулятивного давления или рыночных стимулов для полной разработки других вариантов конечного использования.

Два подхода к экономике замкнутого цикла — это более тесная коммуникация в цепочке поставок ветряных турбин и амбициозные цели.Например, Vestas Wind Systems A/S, глобальная компания по проектированию, производству и установке ветряных турбин, объявила о смелом намерении производить безотходные ветряные турбины к 2040 году. тесно сотрудничает со своими партнерами по всей цепочке поставок, чтобы в конечном итоге избежать сжигания или захоронения своей продукции. Необходимо больше партнерств, подобных этому, между компаниями ветроэнергетики, чтобы помочь заполнить пробел и сделать ветроэнергетические системы на 100 процентов пригодными для повторного использования.

Кроме того, штаты США должны рассмотреть механизмы политики для стимулирования развития рынка альтернативных решений, таких как повышение ответственности производителей, помимо утилизации лопастей ветряных турбин на свалках. Кроме того, штаты могли бы рассмотреть способы поддержки строительства региональной инфраструктуры по переработке, особенно в штатах с большей долей ветровой энергии, таких как Техас или Айова, для решения проблемы конечного использования лопастей ветряных турбин.

В других блогах этой серии вы найдете введение в технологии переработки экологически чистой энергии, а также дополнительную информацию о переработке солнечных панелей и аккумуляторов энергии.

Заявка на патент США для ветряной турбины с гондолой Заявка на патент (заявка № 20030175121, выданная 18 сентября 2003 г.)

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] 1. Область изобретения

.

[0002] Настоящее изобретение относится к ветровой турбине, снабженной гондолой, в которой в задней кромочной части каждой из лопастей турбины по длине лопасти образованы зубья, такие как насечки треугольного зуба или трапециевидного зуба.

[0003] 2. Уровень техники Заявление

об изобретении и родственных областях техники

[0004] До настоящего времени оборудование для ветряных турбин, обладающее большой мощностью по выработке электроэнергии, устанавливалось на больших высотах, например, на холмах и в горах или на море, где может использоваться высокая скорость ветра, причем оборудование включало в себя несколько больших ветряных генераторных установок, каждая ветряная турбина снабжена гондолой и создает вращающую силу за счет силы ветра, воздействующей на множество лопастей, прикрепленных к ротору, для приведения в действие электрического генератора, соединенного с ротором.

[0005] Пример ветровой турбины с горизонтальной осью, снабженной гондолой, поясняется со ссылкой на фиг. 12. Как показано на чертеже, ветродвигатель установлен на вершине конической трубчатой ​​башни (опоры) 4, изготовленной, например, из стали или бетона, с возможностью вращения в горизонтальной плоскости через гондолу (короб для размещения аппаратов ) 5, горизонтальный приводной вал 3 несущего винта 2 с тремя лопастями 1 перед гондолой 5 поддерживается гондолой 5.Горизонтальный приводной вал 3 соединен с электрогенератором (на чертеже не показан) через повышающий редуктор (на чертеже не показан) в гондоле 5.

[0006] Диаметр поверхности вращения лопасти обычной большой ветряной турбины с горизонтальной осью достигает около 45 м, ветряная турбина, к которой применяется настоящее изобретение, может иметь диаметр поверхности вращения лопасти 10 м. до 100 м, не ограничиваясь почти 45 м.

[0007] ИНЖИР. 13 показан пример лопасти известного уровня техники обычной ветряной турбины, снабженной гондолой, (А) представляет собой частичный вид в перспективе, (В) представляет собой вид в разрезе и (С) представляет собой увеличенный частичный вид в плане задней краевая часть лезвия.

[0008] Ссылаясь на фиг. 13 ссылочным номером 1 обозначена лопасть, 11 — часть передней кромки, 12 — часть задней кромки, 1а — поверхность верхней хорды, а 1b — поверхность нижней хорды лопасти 1.Как показано на фиг. 13 (Б), профиль лопасти ветровой турбины в сечении имеет обтекаемую форму, профиль так называемого аэродинамического профиля, который сужается к задней кромке (задней кромке) и меньше подвергается сопротивлению воздуха, и вращается сила возникает от подъемной силы F, возникающей за счет перепада давления, возникающего из-за разницы скоростей воздушного потока S на нижней хордовой поверхности 1b и верхней хордовой поверхности 1a лопасти 1.

[0009] Упомянутая лопасть 1 изготовлена ​​из FRP (пластмассы, армированной волокном) в виде цельной конструкции или может быть изготовлена ​​из пористой смолы, такой как вспененный полипропилен (полибрен), в случае лопасти небольшого размера.

[0010] Лопасть ветровой турбины, состоящая из основной части корпуса лопасти и задней концевой части, предложена в публикации заявки на патент Японии 2000-120524, в которой указанная задняя концевая часть выполнена в виде отдельного элемента и прикреплена к указанному корпусу основной лопасти, а задняя концевой элемент, составляющий указанную заднюю концевую часть, имеет множество выступов в виде треугольных или пилообразных зубьев, образованных по длине лопасти в ее задней кромочной части и отходящих назад.

[0011] В соответствии с изобретением, поскольку задний концевой элемент лопасти ветровой турбины выполнен в виде отдельного элемента и прикреплен к корпусу основной лопасти, задний концевой элемент можно обрабатывать отдельно, и его работа упрощается, поскольку обращение со всем большого лезвия не требуется.

[0012] Изобретение описывает, что путем формирования заднего концевого элемента с высокой точностью толщина задней кромки может быть уменьшена до такой величины, поскольку подавляется образование вихревой дорожки Кармана, и, кроме того, что вихри, которые мешают возникновению упомянутой вихревой дорожки Кармана, устраняются. образуется за счет выступов треугольных или пилообразных зубьев, образованных в задней кромочной части по длине задней кромочной части отдельного заднего концевого элемента и отходящих назад, в результате чего снижается уровень шума.

[0013] За счет выступов треугольных или пилообразных зубьев в части задней кромки подавляется образование вихревой дорожки Кармана по сравнению со случаем, когда задняя кромка прямая.

[0014] Крутящий момент относительно продольной оси лопасти и изгибающий момент действуют на лопасть ветродвигателя за счет собственного веса и силы ветра при ее вращении, а касательные и растягивающие напряжения от этих моментов легко концентрируются в передней и задней кромках. .В частности, часть задней кромки подвержена разрушению из-за концентрации напряжений, поскольку ее толщина должна быть небольшой.

[0015] Согласно раскрытию передняя концевая часть и задняя концевая часть лезвия состоят из множества отдельных элементов соответственно, и каждый отдельный элемент может деформироваться независимо. С помощью этой композиции снижается концентрация напряжения и предотвращается разрушение из-за концентрации напряжения.

[0016] В этом предшествующем уровне техники задняя концевая часть лопасти ветровой турбины, имеющая вмятины треугольного или трапециевидного зуба, образованного в части задней кромки, выполнена в виде отдельного элемента или множества отдельных элементов, изготовленных из твердой резины, которая является более прочной, чем FRP корпус основного лезвия и прикреплен к заднему концу корпуса основного лезвия.

[0017] При толщине t задней кромочной части 12 больше определенного значения ниже по потоку от задней кромки развивается вихревая дорожка Кармана 19, состоящая из пары вихревых листов, при этом вихрь генерируется периодически с циклом, пропорциональным скорости ветра, и пара вихревых дорожек А, А1 идет вниз по течению к В, В1, как показано на фиг. 13 (А). Из-за этого явления генерируется шум с частотой, пропорциональной скорости ветра.

[0018] В случае лопасти 1 из FRP, показанной на фиг.13, толщина t задней кромки лопасти 1 неизбежно является относительно большой, поскольку лист FRP соединяется на задней кромке, и трудно полностью подавить образование указанной вихревой дорожки 19 Кармана.

[0019] Даже когда задняя концевая часть (задний концевой элемент или элементы) лопасти разъемного ветродвигателя изготовлена ​​из твердой резины, толщина t задней кромки становится относительно большой, и в результате подавление шума из-за образования упомянутая вихревая дорожка Кармана сложна, так что, в дополнение к выполнению задней концевой части из твердой резины, указанная выемка образована в задней кромочной части 12, чтобы позволить вихрям вращаться вокруг линий, параллельных ветровому потоку, проходящих через вершины и корни зубы зубного ряда, которые будут созданы. Эти вихри подавляют генерацию вихревой дорожки Кармана, и в результате подавляется шум от вихревой дорожки Кармана.

[0020] В известном уровне техники, как упоминалось выше, поскольку основная часть лопасти, составляющая большую часть лопасти, изготовлена ​​из FRP, а задняя концевая часть, изготовленная из твердой резины, прикреплена к заднему концу основной части лопасти, необходимо решить проблемы, связанные с необходимо предусмотреть стыковку части листа FRP вблизи задней кромки, и что лопасть неизбежно должна быть сделана большой по толщине с учетом прочности лопасти в целом, что ограничивает производительность лопасти и подавляет улучшение КПД ветряка.

[0021] Когда ветряная турбина, снабженная гондолой, находится в эксплуатации, между воздушным потоком S и поверхностью лопасти 1 образуется граничный слой 21 на поверхности лопасти, т.е. поверхность 1а верхнего пояса и поверхность 1b нижнего пояса, как показано на фиг. 13(B), благодаря конструкции, в которой лист FRP окружает область задней кромки. Пограничный слой 21 на поверхности лопасти в значительной степени влияет на характеристики лопасти 1. Когда толщина 6 пограничного слоя 21 увеличивается, потери потока из-за образования пограничного слоя увеличиваются, а характеристики лопасти снижаются.

[0022] Пограничный слой на поверхности лопасти представляет собой тонкий слой воздуха, образующийся на поверхности лопасти за счет вязкости воздуха, тонкий слой от поверхности (где скорость воздуха относительно поверхности лопасти равна нулю) до места, где скорость воздуха относительно поверхности лопатки равна или близка к относительной скорости воздушного потока S вне пограничного слоя.

[0023] Толщина &dgr; пограничного слоя 21 на поверхности лопатки определяется следующим уравнением (1):

&dgr;=c·L·(1/Re)/5   (1),

[0024] где c — коэффициент, и его значение около 0.37, L — длина хорды лопасти, Re — число Рейнольдса.

[0025] Как видно из приведенного выше уравнения (1), толщина &dgr; пограничного слоя пропорциональна длине хорды L.

[0026] Толщина &dgr; пограничного слоя 21 уменьшается с уменьшением длины хорды L, а характеристики лопасти увеличиваются за счет уменьшения длины хорды L. является пределом уменьшения толщины &dgr; пограничный слой 21.

[0027] Следовательно, желательно создать лопасть 1, которая позволяет сформировать граничный слой 21 на поверхности лопасти толщиной &dgr; с помощью которого можно добиться хороших характеристик отвала с учетом прочности и мощности (подъемной силы) отвала 1.

[0028] Как упоминалось ранее, формируется вихревая дорожка 19 Кармана, которая проходит вниз по потоку от задней кромки 12, как показано на фиг. 13 (А), а шум частоты, пропорциональной скорости ветра, генерируется сзади вблизи задней кромки 12.Однако с лопастью 1, имеющей задний концевой элемент из твердой резины, прикрепленный к заднему концу корпуса основной лопасти, как описано в публикации японской патентной заявки 2000-120524, прочность части 12 задней кромки является низкой по сравнению с прочностью части 12 задней кромки. основной корпус лопасти, и трудно создать такую ​​лопасть, которая способна подавить образование указанной вихревой дорожки Кармана 19.

ЗАДАЧА И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0029] Настоящее изобретение было сделано в свете проблем, упомянутых выше, и целью изобретения является создание ветряной турбины, снабженной гондолой, которая имеет лопасти, достаточно прочные для периодической большой нагрузки, обладает высокой прочностью и надежностью, способна увеличена производительность за счет уменьшения толщины лопастей, а также может быть подавлено образование шума из-за вихревой дорожки Кармана.

[0030] Другой целью изобретения является создание ветряной турбины, снабженной гондолой, каждая лопасть которой выполнена так, что толщина пограничного слоя, образующегося на поверхности хорды, становится такой толщины, чтобы можно было достичь хороших характеристик лопасти.

[0031] Настоящее изобретение было сделано для достижения этих целей и предлагает ветряную турбину, снабженную гондолой, установленной на верхнем конце опоры для горизонтального вращения, причем ротор, имеющий множество лопастей перед гондолой, поддерживается для вращения гондолой. , причем вращающая сила возникает в результате подъемной силы за счет перепада давлений, возникающего из-за разности скоростей воздушного потока на поверхности нижнего пояса и поверхности верхнего пояса лопастей, при этом каждая из указанных лопастей представляет собой цельную лопасть, выполненную из одной из другого металла или задняя концевая часть лезвия изготовлена ​​из другого металла, а задняя кромка лезвия выполнена с зубцами по всей длине лезвия.

[0032] Целесообразно, когда лезвие изготавливается из одного вида металла в виде цельного куска, цельное лезвие изготавливается из легкого металла, такого как алюминий, титан или алюминиевый сплав, включая титан, а когда лезвие состоит из разъемного тип, основная часть (корпус основной лопасти) указанной лопасти, за исключением задней концевой части лопасти, изготовлена ​​из одного вида легкого металла, а задняя концевая часть выполнена из другого металла, имеющего более высокую прочность, чем металл указанной основной лопасти корпус, конкретно указанный корпус основной лопасти выполнен из алюминия или алюминиевого сплава, а указанная задняя концевая часть изготовлена ​​из титана или стали.

[0033] Кроме того, когда лопасть является разъемной, указанная основная часть лопасти выполнена полой, указанная задняя торцевая часть выполнена цельной, и обе они соединены заклепками или сваркой.

[0034] Согласно изобретению лезвие может быть выполнено в виде тонкого лезвия в целом при сохранении прочности лезвия, так как цельное лезвие или основной корпус лезвия разъемного типа изготовлен из высокопрочного металла, предпочтительно алюминиевый сплав, включая высокопрочный алюминий.

[0035] Следовательно, производительность лопастей может быть значительно увеличена, что приведет к повышению эффективности ветряной турбины.

[0036] Задняя кромка лезвия может быть уменьшена примерно до 2 мм. Кроме того, образование вихревой дорожки Кармана можно полностью предотвратить за счет образования вмятин в задней кромочной части лопасти по длине лопасти, а шум от образования вихревой дорожки Кармана положительно подавляется.

[0037] Кроме того, даже если лезвие в целом сформировано в виде тонкого лезвия, прочность лезвия сохраняется, поскольку задняя концевая часть лезвия изготовлена ​​из высокопрочного металла, такого как титан или сталь. Таким образом, можно получить тонкую и легкую лопасть, которая имеет достаточную прочность для случайных тяжелых нагрузок, которые могут воздействовать на лопасть при порыве ветра или землетрясении.

[0038] Таким образом, обеспечивается лопасть, обладающая высокой прочностью и надежностью, с помощью которой предотвращается повреждение лопасти при воздействии такой большой нагрузки на лопасть.

[0039] Кроме того, поскольку цельное лезвие или корпус основной лопасти изготовлены из высокопрочного легкого металла, требуемая прочность лопасти может быть обеспечена, даже если лопасть или корпус основной лопасти изготовлены из одного типа металла, а наличие центральных элементов в лезвии для усиления не требуется, как в случае обычного лезвия из FRP. Соответственно конструкция лопасти 1 упрощается. Лопатка 1 может быть легко изготовлена ​​путем штамповки или литья из алюминиевого сплава, при этом трудозатраты на производство значительно сокращаются.

[0040] Кроме того, поскольку основной корпус лопасти и задняя концевая часть (задний концевой элемент) изготовлены из металлов, отличающихся друг от друга, можно изготовить основной корпус лопасти, составляющий большую часть веса лопасти, из легкого металла, такого как из алюминиевого сплава, включая алюминиевый или титановый сплав, включая титан, и задний концевой элемент, который составляет относительно небольшой процент от веса лопасти, из высокопрочной стали или титанового сплава, из которого легко сделать тонкую заднюю кромку а также легко формировать зубцы на задней кромке. Благодаря этому можно получить лопасть ветряной турбины, которая может обеспечить повышенную производительность лопасти и положительно подавить шум из-за образования вихревого потока Кармана.

[0041] Целесообразно, чтобы лезвие в соответствии с настоящим изобретением имело зубцы, образованные в части задней кромки по длине лезвия, причем зубцы были образованы в форме зазубрин треугольного зуба, трапециевидного зуба или пилообразного зуба, и отношение высоты зуба h к толщине dgr; пограничного слоя, развитого на поверхности лопатки, составляет:

ч/м²=1.0~10,0,

[0042] предпочтительно h/d=2,0~8,0 и наиболее предпочтительно h/d=4,0~6,0.

[0043] Чем больше отношение h/&dgr; то есть, тем лучше эффект шумоподавления. Однако значения отношения h/&dgr; показанные выше, являются подходящими ввиду значительного влияния на характеристику аэродинамического профиля и прочность зуба с учетом соотношения его высоты и толщины.

[0044] Целесообразно, чтобы высота зуба h уменьшалась по направлению к внешнему концу лезвия по его длине, так что указанное отношение (h/dgr;) высоты h зуба к толщине &dgr; пограничного слоя, развитого на поверхности лопасти, постоянна по длине лопасти.

[0045] Предпочтительно, чтобы высота зуба h была постоянной по длине лопасти, а длина хорды L лопасти уменьшалась по направлению к внешнему концу лопасти по ее длине так, чтобы указанное отношение (h/dgr;) зуба высота h до толщины dgr; пограничного слоя, развитого на поверхности лопасти, увеличивается к концу лопасти по ее длине.

[0046] В соответствии с настоящим изобретением потери потока из-за пограничного слоя на поверхности лопасти вблизи вмятины уменьшаются, а производительность лопасти повышается за счет увеличения отношения (h/dgr;) высоты зуба h до вмятины. до толщины dgr; поверхностного пограничного слоя лопатки, то есть за счет увеличения высоты зубца h зубца или за счет уменьшения толщины &dgr; пограничного слоя.

[0047] Однако при увеличении высоты h зубца длина хорды L лопасти неизбежно должна увеличиваться, так что лопасть становится больше, а толщина &dgr; пограничного слоя скорее возрастает за счет увеличения длины хорды L.

[0048] Хотя толщина &dgr; Пограничный слой уменьшается при уменьшении длины хорды L, прочность лопасти уменьшается, а выход (подъемная сила F) лопасти также уменьшается при уменьшении длины хорды.

[0049] Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением лезвие выполнено таким образом, что отношение (h/dgr;) высоты зубца h зубца к толщине &dgr; пограничного слоя составляет 1,0~10,0.

[0050] Когда указанное отношение (h/dgr;) меньше 1,0, толщина &dgr; пограничного слоя велики, потери потока из-за пограничного слоя увеличиваются, а производительность лопасти снижается. С другой стороны, когда отношение (h/dgr;) превышает 10.0 высота зуба h велика, и длина хорды L неизбежно должна быть увеличена. В результате ширина лезвия становится больше, толщина dgr; пограничного слоя скорее увеличивается с увеличением длины хорды L, и трудно добиться улучшения характеристик лопасти.

[0051] В соответствии с настоящим изобретением становится возможным достижение требуемой производительности лопасти с требуемой прочностью лопасти и мощностью лопасти (подъемной силой), обеспечиваемой компоновкой лопасти таким образом, чтобы отношение h/dgr; 1.0~10,0.

[0052] Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением по мере того, как высота зуба h уменьшается по направлению к внешнему концу лезвия по его длине, соотношение (h/dgr;) высоты h зубца зубца к толщине &dgr; пограничного слоя постоянна по длине лопатки, потери потока за счет поверхностного пограничного слоя лопатки могут быть подавлены до постоянной величины по длине лопатки, а высота зуба h может быть уменьшена пропорционально хорде длина L по длине лопасти, что приводит к сбалансированной силе лопасти и выходной мощности (подъемной силе) по длине лопасти.

[0053] Кроме того, согласно настоящему изобретению, поскольку высота зубца h зубца постоянна по длине лопасти, а длина хорды L лопасти уменьшается по направлению к внешнему концу лопасти по ее длине, так что отношение (h/dgr;) от высоты зуба h до толщины dgr; Пограничный слой поверхности лопасти увеличивается к внешнему концу лопасти по ее длине, потери потока из-за пограничного слоя поверхности лопасти уменьшаются к внешнему концу лопасти, где сила вращения, полученная от силы ветра, больше для увеличен радиус от центра оси вращения лопасти, причем лопасть может достигать высокой эффективности по длине лопасти при длине хорды L лопасти, определяемой на минимальном значении для обеспечения прочности лопасти.

[0054] В соответствии с настоящим изобретением лопасть выполнена так, что зубчатая часть задней кромки по длине лопасти имеет форму треугольного зуба, трапециевидного зуба или пилообразного зуба, а отношение (h/p) высоты зуба h к шагу p составляет 0,5~5,0.

[0055] При отношении (h/p) высоты h к шагу p зубца зубца меньше 0,5 высота зубца h должна быть небольшой, задняя кромка задней торцевой части близка к плоской задней кромке, а нельзя ожидать образования продольных вихревых трубок вследствие вдавливания и последующего эффекта подавления образования вихревой дорожки Кармана.

[0056] С другой стороны, при отношении h/p больше 5,0 зуб неизбежно становится тонким с узкой шириной корня, что приводит к снижению прочности зубного ряда.

[0057] Таким образом, путем формирования зубца таким образом, чтобы отношение h/p составляло 0,5~5,0, становится возможным подавить образование вихревой дорожки Кармана и положительно снизить шум при достаточной прочности зубца.

[0058] Отношение h/p является параметром, указывающим на степень выступания зубца зубца, которая оказывает влияние на направление вихревых линий, начинающихся от зубца, и указанный диапазон отношения h/p наиболее подходит для достижения подавление шума.

[0059] Упомянутая выше лопасть пригодна для применения в большом ветродвигателе, снабженном гондолой, диаметр поверхности вращения лопастей которой превышает 10 м и достигает 100 м.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0060] ИНЖИР. 1 представляет собой частичный вид в перспективе лопасти ветровой турбины по первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0061] ИНЖИР. 2 представляет собой вид в разрезе по линии А-А на фиг.1, когда лезвие сформировано в цельное.

[0062] ИНЖИР. 3 представляет собой вид в разрезе по линии А-А на фиг. 1, когда лопасть выполнена полой.

[0063] ИНЖИР. 4 представляет собой частичный вид в перспективе лопасти ветровой турбины по второму варианту осуществления настоящего изобретения.

[0064] ИНЖИР. 5 представляет собой вид в разрезе по линии D-D на фиг. 4, когда лопасть выполнена полой.

[0065] ИНЖИР.6 показаны частичные виды в плане задней кромочной части лопасти, если смотреть в направлениях стрелок В, С и Е на фиг. 2, 3 и 5, фиг. 6(А), показывающий задний край в форме треугольного зуба, фиг. 6(B), показывающий задний край в форме трапециевидного зуба.

[0066] ИНЖИР. 7 представляет собой увеличенный частичный вид сверху задней концевой части лопасти по третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

[0067] ИНЖИР. 8 представляет собой увеличенный частичный вид сверху задней концевой части лопасти четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.

[0068] ИНЖИР. 9 представляет собой вид сверху лезвия пятого варианта осуществления настоящего изобретения.

[0069] ИНЖИР. 10 представляет собой вид сверху лезвия другого примера шестого варианта осуществления настоящего изобретения.

[0070] ИНЖИР. 11 представляет собой иллюстрацию для пояснения работы лезвия, к которому применяется настоящее изобретение.

[0071] ИНЖИР. 12 представляет собой схематическую иллюстрацию ветровой турбины, к которой может быть применено настоящее изобретение, фиг.12(А) представляет собой вид спереди, а (В) представляет собой вид сбоку.

[0072] ИНЖИР. 13 показана лопасть ветряной турбины известного уровня техники, (А) представляет собой частичный вид в перспективе, (В) представляет собой вид в разрезе, а на фиг. 12(C) представляет собой увеличенный частичный вид сверху части задней кромки лопасти.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

[0073] Далее будет подробно описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Однако предполагается, что, если не указано иное, размеры, материалы, взаимное расположение и т.д. составных частей в вариантах осуществления должны интерпретироваться только как иллюстративные, а не как ограничивающие объем настоящего изобретения.

[0074] Ветровая турбина с горизонтальной осью, к которой применяется настоящее изобретение, состоит, как уже описано со ссылкой на фиг. 12, на котором схематически изображен ветродвигатель с горизонтальной осью, так что гондола 5 (ящик для размещения аппаратов) установлена ​​на опоре 4 для горизонтального вращения, а горизонтальный приводной вал 3 ротора 2 с тремя лопастями 1 находится перед гондолой. 5 поддерживается гондолой 5.Горизонтальный приводной вал 3 соединен с электрогенератором (на чертеже не показан) через повышающий редуктор (на чертеже не показан) в гондоле 5.

[0075] Диаметр поверхности вращения лопасти указанной традиционной большой ветряной турбины с горизонтальной осью достигает около 45 м, ветряная турбина, к которой применяется настоящее изобретение, может иметь диаметр поверхности вращения лопасти 10 м. до 100 м, не ограничиваясь почти 45 м, что означает, что ветряная турбина с горизонтальной осью сверхбольшого типа может быть реализована с применением настоящего изобретения.

[0076] Профиль в сечении лопасти указанного ветродвигателя имеет обтекаемый, сужающийся к задней кромке (задней кромке), которая меньше подвержена сопротивлению воздуха, а вращающая сила возникает за счет подъемной силы F, которая осуществляется за счет возникающей разности давлений. от разности скоростей воздушного потока S на нижней хордовой поверхности 1б и верхней хордовой поверхности 1а лопатки 1.

[0077] Ссылаясь на фиг. 1-3 и фиг.6, показывающий профиль лопасти первого варианта осуществления ветряной турбины с горизонтальной осью, лопасть 1 изготовлена ​​из высокопрочного алюминия или алюминиевого сплава, в том числе прокатана из алюминиевого сплава или отлита из алюминиевого сплава в виде цельной лопасти. Подходит для изготовления лезвия из высокопрочного легкого металла, включая титан или титановый сплав.

[0078] Ссылочная позиция 11 — это часть передней кромки, 12 — часть задней кромки. В задней кромочной части 12 образована выемка 13 по длине лопасти 1.Выемка 13 выполнена в виде зазубрин треугольных выступов, как показано на фиг. 6(А), или зубчатые трапециевидные выступы, как показано на ФИГ. 6(Б). Шаг p и высота h зубьев определяются в зависимости от толщины t задней кромки задней кромочной части 12 так, чтобы генерация вихревой дорожки Кармана была минимальной. Форма зубца 13 не ограничивается упомянутой зубчатостью треугольных выступов или трапециевидных выступов, подходят любые зубцы, подавляющие образование вихревой дорожки Кармана.

[0079] Лезвие 1 может быть выполнено в виде цельного цельного лезвия, как показано на фиг. 2, или в полое цельное лезвие, как показано на фиг. 3, где ссылочная позиция 14 обозначает полость, для уменьшения веса.

[0080] Согласно первому варианту осуществления лопасть 1 изготовлена ​​из легкого высокопрочного металла, такого как алюминиевый сплав, включая высокопрочный алюминий, и сформирована в виде цельной лопасти, так что лопасть может быть выполнена в виде тонкой лопасти для снижения воздуха. сопротивление при обеспечении достаточной прочности лезвия.Следовательно, рабочие характеристики лопасти 1 могут быть в значительной степени улучшены за счет уменьшения толщины лопасти, и может быть достигнута повышенная эффективность ветровой турбины.

[0081] Поскольку лопасть 1 изготовлена ​​из металла, такого как высокопрочный сплав, толщина части 12 задней кромки лопасти 1 может быть без проблем уменьшена до минимума (около 2 мм).

[0082] В дополнение к этому становится возможным формирование зубца 13 в задней кромочной части 12 по длине лопасти.Вмятина 13 вызывает образование непериодических вихрей 17, вращающихся вокруг продольных линий, параллельных направлению ветра, и проходящих через кончики и корни зубьев, как показано на фиг. 1, и эти вихри 17 мешают генерации вихревой дорожки Кармана, что приводит к подавлению шума, создаваемого вихревой дорожкой Кармана.

[0083] Следовательно, за счет выполнения задней кромочной части 12 лопасти 1 тонкой до минимальной толщины (около 2 мм) без ущерба для прочности лопасти 1 и за счет формирования удержания 13 в задней кромочной части 12 генерация Кармана вихревая дорожка ниже по потоку от задней кромки 12 полностью предотвращается, и шум из-за упомянутой вихревой дорожки Кармана может быть положительно подавлен.

[0084] Кроме того, поскольку лопасть 1 выполнена цельной из высокопрочного металла, такого как алюминиевый сплав или сплав титана, лопасть 1 может быть выполнена с высокой прочностью, даже если она выполнена в виде тонкого профиля лопасти. Поэтому лопасть 1 можно сделать легкой, прочности, достаточной для спорадических тяжелых нагрузок на лопасть из-за порыва ветра или землетрясения, можно обеспечить за счет тонкой, легкой лопасти, а повреждение лопасти 1 при таких тяжелых нагрузка на лезвие предотвращается.

[0085] Кроме того, поскольку лопасть 1 изготовлена ​​из легкого и высокопрочного металла, требуемая прочность лопасти может быть обеспечена даже за счет цельной лопасти, изготовленной из одного вида металла, а наличие в лопасти стержневых элементов для усиления не требуется. как с обычным лезвием FRP. Соответственно конструкция лопасти 1 упрощается. Лопатка 1 может быть легко изготовлена ​​путем штамповки или литья из алюминиевого сплава, при этом трудозатраты на производство значительно сокращаются.

[0086] Согласно второму варианту осуществления, показанному на фиг. 4 и 5, лезвие выполнено таким образом, что основной корпус, за исключением задней концевой части лезвия, выполнен в виде цельного куска из одного типа высокопрочного металла, такого как алюминиевый сплав или сплав титана, а элемент задней части 16 изготовленный из металла, такого как титановый сплав или сталь, который отличается от материала корпуса 20 основной лопасти, прикреплен к корпусу основной лопасти.

[0087] На чертежах лопасть 1 состоит из основной части 20 лопасти, изготовленной из алюминиевого сплава или титанового сплава, как и в случае указанного первого варианта осуществления, и элемента 16 задней части, изготовленного из металла, такого как сплав титана или сталь, причем элемент задней части 16, соединенный с корпусом основного лезвия 20.Ссылочная позиция 11 — это часть передней кромки, а 12 — часть задней кромки лопасти 1.

[0088] Когда задняя часть 16 изготовлена ​​из стали, она не может быть приварена непосредственно к корпусу 20 основной лопасти из алюминиевого сплава, а задняя часть 16 прилегает к корпусу основной лопасти в раструбном соединении и с обеих сторон. стянуты множеством болтов 18 по длине лезвия, как показано на фиг. 5 в качестве соединительной детали 15. В углубления вокруг торцов болтов заливают наполнитель с образованием гладких поверхностей углублений, совпадающих с хордовой поверхностью лопасти.

[0089] Когда и основной корпус 20 лопасти, и задний элемент 16 изготовлены из материалов, поддающихся сварке, например, оба выполнены из титанового сплава, то они оба могут быть соединены сваркой.

[0090] В задней кромочной части 12 задней части элемента 16 образована сплошная выемка 13 по длине лопасти аналогично первому варианту. Выемка 13 может быть выполнена в виде зазубрин треугольных выступов, как показано на фиг.6(А), или зубчатые трапециевидные выступы, как показано на ФИГ. 6(B), аналогично первому варианту осуществления. Шаг p и высота h зубьев определяются по отношению к толщине t задней кромки таким образом, чтобы генерация вихревой дорожки Кармана была минимальной. Основной корпус 20 лопасти может быть цельным, как показано на фиг. 5, или полой (позиция 14 обозначает полость), как показано на фиг. 2.

[0091] Согласно второму варианту осуществления комбинация материалов корпуса основной лопасти и задней концевой части может быть определена произвольно.Следовательно, формируя основной корпус лопасти, который составляет большую часть веса лопасти, из легкого металла, такого как алюминиевый сплав, включая алюминий, и титановый сплав, включая титан, и формируя заднюю концевую часть, которая составляет относительно небольшой процент веса лопасти, изготовленной из высокопрочной стали или титанового сплава, из которого легко сделать тонкую заднюю кромку, а также легко сформировать зубчатую часть, производительность лопасти 1 значительно повышается, а шум из-за генерация вихревой улицы Кармана может положительно подавляться.

[0092] Согласно третьему варианту осуществления, показанному на фиг. 7, лопасть 1 имеет часть 12 задней кромки, зазубренную в виде треугольных зубцов, непрерывно расположенных по длине лопасти.

[0093] Согласно четвертому варианту осуществления, показанному на фиг. 8, лопасть 1 имеет заднюю кромочную часть 12 с зазубринами в виде трапециевидных зубцов, непрерывно расположенных по длине лопасти.

[0094] В указанных третьем и четвертом вариантах осуществления соотношения между высотой h и шагом р зуба и толщиной &dgr; пограничного слоя 21 на хордовой поверхности лопасти, заданной уравнением(1) определяются следующим образом:

[0095] Отношение (h/dgr;) высоты зуба h к толщине dgr; пограничного слоя

ч/dgr;=1,0~10,0   (2),

[0096] желательно

ч/м² = 2,0~8,0 и

[0097] наиболее предпочтительно

ч/д=4,0~6,0.

[0098] Толщина &dgr; пограничного слоя 21 определяется уравнением(1) показанный ранее, который переписан здесь

&dgr;=c·L·(1/Re)/5   (1),

[0099] где с — коэффициент, значение которого составляет около 0,37.

[0100] Отношение (h/p) высоты h к шагу p зуба составляет

.

ч/ч=0,5~5,0   (3),

[0101] желательно

л/с=0,6~3,0 и

[0102] наиболее предпочтительно

ч/р=0. 8~1,5.

[0103] Кроме того, вершина 13а треугольного зуба третьего варианта осуществления по фиг. 7, и угол 13а трапециевидного зуба четвертого варианта осуществления фиг. 8 закруглены радиусом R1. Корень или углы корня 13b зуба закруглены на радиус R2. Радиусы угла и скругления R1 и R2 предпочтительно не превышают 10% высоты зуба h.

[0104] Когда ветряная турбина, снабженная лопастями 1 согласно третьему и четвертому вариантам осуществления, работает, между воздушным потоком S и поверхностью лопасти 1 образуется граничный слой 21 на поверхности лопасти, т.е.е. верхнюю хордовую поверхность 1а и нижнюю хордовую поверхность 1b, как показано на фиг. 11.

[0105] Потери потока из-за пограничного слоя 21 на поверхности лопасти уменьшаются по мере того, как толщина &dgr; граничного слоя 21 на поверхности лопасти уменьшается, что приводит к повышению производительности лопасти 1. Толщина &dgr; пограничного слоя 21 увеличивается пропорционально длине хорды L лопасти, как видно из уравнения (1).

[0106] В лопасти с зубцом 13, образованным в задней кромочной части 12 третьего и четвертого вариантов, потери потока вблизи зубца 13 уменьшаются, а производительность лопасти повышается за счет увеличения отношения (h/dgr;) высоты зуба h от зубца до толщины dgr; граничного слоя 21 на верхней хордовой поверхности 1а и нижней хордовой поверхности 1b, то есть за счет увеличения высоты зубца h зубца или за счет уменьшения толщины &dgr; пограничный слой 21.

[0107] Однако, когда высота h зубца 13 увеличивается, длина хорды L лопасти 1 неизбежно должна увеличиваться, так что лопасть 1 становится больше по ширине и толщине &dgr; пограничного слоя 21 скорее увеличивается за счет увеличения длины хорды L.

[0108] Хотя толщина &dgr; пограничного слоя 21 уменьшается при уменьшении длины хорды L, но снижается прочность лопасти и выход (подъемная сила F) лопасти 1 также уменьшается при уменьшении длины хорды.

[0109] Согласно третьему и четвертому вариантам осуществления лопасть 1 выполнена так, что отношение (h/dgr;) высоты зубца h зубца к толщине &dgr; пограничного слоя 21 на поверхности 1а верхнего пояса и поверхности 1b нижнего пояса составляет 1,0~10,0.

[0110] Когда указанное отношение (h/dgr;) меньше 1,0, толщина &dgr; пограничного слоя 21 становится толще, потери потока из-за пограничного слоя 21 увеличиваются, а производительность лопатки 1 снижается.Когда отношение (h/dgr;) превышает 10,0, высота зуба h велика, и длина хорды L неизбежно должна быть увеличена. В результате лопасть 1 становится крупнее, толщина &dgr; пограничного слоя 21 скорее увеличивается с увеличением длины хорды, и трудно добиться улучшения характеристик лопасти 1.

[0111] В соответствии с вариантами осуществления становится возможным уменьшить толщину пограничного слоя 21 на поверхности лопасти и достичь требуемых характеристик лопасти с требуемой прочностью лопасти и выходной мощностью (подъемной силой) лопасти, обеспечиваемой за счет такой конфигурации лопасти, чтобы отношение h/&dgr; 1.0~10,0.

[0112] Далее, за счет формирования зубца 13 в задней кромочной части 12 лопасти 1 по ее длине, непериодические вихри 17, вращающиеся вокруг продольных линий, параллельных направлению ветра и проходящие через вершины 13а и корни 13b зубца 13 (продольные вихревые трубы) формируются, как показано на фиг. 1, при работе указанной ветровой турбины, снабженной гондолой. Вихри 17 мешают генерации вихревой дорожки Кармана, и шум, обусловленный вихревой дорожкой Кармана, подавляется.

[0113] Однако в третьем и четвертом вариантах, когда отношение (h/p) высоты h к шагу p зубца впадины 13 меньше 0,5, высота h зуба должна быть небольшой, задняя кромка задней краевая часть 12 аппроксимирует плоскую заднюю кромку, и нельзя ожидать образования упомянутой вихревой трубы 17, образованной из-за вмятины, и последующего эффекта подавления образования вихревой дорожки Кармана.

[0114] С другой стороны, когда отношение h/p больше 5.0 высота зуба h избыточна по сравнению с шагом p, и зуб должен стать тонким с узкой шириной корня, что приведет к снижению прочности зубца 13.

[0115] В соответствии с третьим и четвертым вариантами осуществления можно подавить образование вихревой дорожки Кармана и положительно снизить шум, обеспечивая при этом достаточную прочность зубца 13 за счет такой конфигурации зубца 13, что h/p=0,5~5,0, как в уравнении (3).

[0116] В пятом варианте осуществления, показанном на фиг.9 высота зубца h варьируется по длине лезвия так, чтобы отношение (h/dgr;) высоты h зубца вмятины 13 к толщине &dgr; пограничного слоя 21 на верхней и нижней хордовых поверхностях 1а, 1b постоянна по длине лопасти. На фиг. 9 ссылочная позиция 11 обозначает часть передней кромки, а 12 — часть задней кромки лопасти 1. Буква L указывает длину хорды, которая уменьшается к внешнему концу лопасти 1.

[0117] Чтобы быть более конкретным, высота зубца h и шаг p зубца 13 определяются таким образом, что высота и шаг зуба равны h2 и p1 соответственно вблизи основания лопасти 1 и вблизи внешнего края. конца лопасти 1 равны h3 и p2 соответственно, высота и шаг зубьев уменьшаются к внешнему концу лопасти 1 по ее длине, при этом длина хорды уменьшается к внешнему концу лопасти 1 по ее длине, так что отношение h/dgr; постоянна по длине лопасти 1, при этом отношение h/dgr; достаточно уравнения2 (ч/д=1,0~10,0).

[0118] Согласно пятому варианту осуществления высота h зуба уменьшается по направлению к внешнему концу лезвия по его длине так, что отношение (h/dgr;) высоты h зубца зубца 13 к толщине &dgr; пограничного слоя 21 на верхней и нижней хордовых поверхностях 1а, 1b постоянна по длине лопасти 1, потери потока из-за пограничного слоя 21 на поверхности лопасти могут быть подавлены до постоянной величины по длине лопасти 1 .

[0119] Кроме того, по мере того, как высота зуба h уменьшается пропорционально длине хорды L по длине лопасти 1, достигается сбалансированная сила лопасти и мощность (подъемная сила) по длине лопасти 1.

[0120] В шестом варианте осуществления, показанном на фиг. 10, высота зубца h и шаг p зубца 13 постоянны по длине лопасти, а длина хорды L лопасти 1 уменьшается к внешнему концу лопасти 1 по ее длине так, что отношение ( h/dgr;) высоты зуба h зубца 13 до толщины dgr; граничного слоя 21 на верхней и нижней хордовых поверхностях 1а, 1b увеличивается к внешнему концу лопатки 1 по ее длине.На фиг. 10, номер позиции 11 — это часть передней кромки, 12 — часть задней кромки лопасти 1.

[0121] Высота зубца зубца определяется таким образом, чтобы отношение h/dgr; достаточно уравнения (2) что составляет h/dgr=1,0~10,0.

[0122] Согласно шестому варианту высота зубца h зубца 13 постоянна по длине лопасти, а длина хорды L лопасти уменьшается по направлению к внешнему концу лопасти по ее длине так, что отношение (h/ &dgr;) высоты зуба h до толщины &dgr; Пограничный слой 21 на поверхности лопасти увеличивается к внешнему концу лопасти по ее длине, поэтому потери потока из-за пограничного слоя на поверхности лопасти уменьшаются по направлению к внешнему концу лопасти, где вращающая сила, полученная от силы ветра, больше для увеличения радиуса от центра оси вращения лопасти.

[0123] Таким образом, лопасть может достигать высокой эффективности по длине лопасти 1 при длине хорды L лопасти, определенной минимальной величиной для обеспечения прочности лопасти 1.

[0124] Как описано выше, согласно настоящему изобретению, поскольку цельное лезвие или основная часть лезвия разъемного типа изготовлены из легкого высокопрочного металла, предпочтительно из алюминиевого сплава, включая высокопрочный алюминий, лезвие можно превратить в тонкое лезвие, сохраняя при этом его прочность.

[0125] Следовательно, может быть реализована высокоэффективная ветряная турбина, поскольку производительность лопасти может быть значительно увеличена за счет того, что лопасть будет тоньше и меньше. Далее, толщину задней кромки лопасти можно уменьшить до минимального значения (около 2 мм) за счет изготовления корпуса основной лопасти из высокопрочного металла, а кроме того, за счет формирования зубцов в задней кромочной части по длине лопасти. лопасти, генерация вихревой дорожки Кармана ниже по потоку от задней кромки полностью предотвращается. В результате шум из-за образования вихревой дорожки Кармана может быть положительно подавлен.

[0126] Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением тонкая лопасть высокой прочности, легкая по весу и имеющая прочность, достаточную для случайной большой нагрузки, действующей на лопасть в случае возникновения порыва ветра или землетрясения, и лопасть, имеющая высокую может быть обеспечена прочность и надежность, несмотря на его уменьшенную толщину, благодаря чему предотвращается повреждение лопасти при воздействии на нее большой нагрузки.

[0127] Кроме того, требуемая прочность лезвия может быть обеспечена даже в том случае, если лезвие изготовлено из одного вида металла, соответственно конструкция лезвия упрощается, лезвие может быть легко изготовлено, а трудозатраты на производство значительно сокращаются.

[0128] Когда лопасть выполнена разъемной, сочетание материалов корпуса основной лопасти и задней торцевой части может быть определено произвольно. Таким образом, формируя основной корпус лопасти из легкого металла, такого как алюминиевый сплав и титановый сплав, и формируя заднюю концевую часть, составляющую относительно небольшой процент веса лопасти, из высокопрочной стали или титанового сплава, легко придать форму тонкой части задней кромки, а также легко придать форму зубца 13, лопасть ветряной турбины может быть снабжена значительно улучшенными характеристиками, а шум из-за образования вихревой дорожки Кармана положительно подавлен.

[0129] Потери потока вблизи вмятины уменьшаются, а производительность лопасти повышается за счет увеличения отношения (h/dgr;) высоты зубца h зубца к толщине dgr; пограничного слоя. С другой стороны, однако, когда высота h зубца увеличивается, длина хорды L лопасти неизбежно должна увеличиваться, так что лопасть становится больше по ширине и толщине &dgr; пограничного слоя скорее увеличивается за счет увеличения длины хорды L.В свете этого в соответствии с настоящим изобретением становится возможным достичь требуемых рабочих характеристик и производительности лопасти, избегая при этом необходимости увеличения ширины лопасти за счет ограничения увеличения толщины &dgr; пограничного слоя за счет конфигурации лезвия таким образом, чтобы отношение (h/dgr;) высоты зубца h зубца к толщине &dgr; пограничного слоя составляет 1,0~10,0.

[0130] Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением по мере того, как высота зуба h уменьшается по направлению к внешнему концу лезвия по его длине, соотношение (h/dgr;) высоты h зубца зубца к толщине &dgr; пограничного слоя постоянна по длине лопатки, потери потока за счет поверхностного пограничного слоя лопатки могут быть подавлены до постоянной величины по длине лопатки, а высота зуба h уменьшается пропорционально длине хорды L по длине лопасти, что обеспечивает сбалансированную мощность лопасти и выходную мощность (подъемную силу) по длине лопасти.

[0131] Кроме того, согласно настоящему изобретению, поскольку высота зубца h зубца постоянна по длине лопасти, а длина хорды L лопасти уменьшается по направлению к внешнему концу лопасти по ее длине, так что отношение (h/dgr;) от высоты зуба h до толщины dgr; Пограничный слой поверхности лопасти увеличивается к внешнему концу лопасти по ее длине, поэтому потери потока из-за пограничного слоя поверхности лопасти уменьшаются по направлению к внешнему концу лопасти, где вращающая сила, полученная от силы ветра, больше для увеличенного радиуса, и лопасть может достигать высокой эффективности по длине лопасти с длиной хорды L лопасти, определяемой до минимального значения для обеспечения прочности лопасти.

[0132] Кроме того, согласно настоящему изобретению, путем образования зубцов, зубцов треугольного или трапециевидного зуба, в части задней кромки лопасти по ее длине, непериодических вихрей, вращающихся вокруг продольных линий, параллельных направлению ветра и прохождения кончиков и корней зубьев генерируются при работе ветряной турбины. Вихри мешают генерации вихревой дорожки Кармана, а шум от вихревой дорожки Кармана подавляется.

[0133] Когда отношение (h/p) высоты h к шагу p зубца зубца мало, высота зуба h должна быть небольшой, задняя кромка части задней кромки приближается к плоской задней кромке, а образование продольных вихревых труб из-за вмятины и вытекающего из этого эффекта подавления генерации вихревой дорожки Кармана ожидать не приходится.

[0134] С другой стороны, при большом отношении h/p зуб неизбежно становится тонким с узкой шириной корня, что приводит к снижению прочности зубного ряда.В свете этого, в соответствии с настоящим изобретением становится возможным подавить образование вихревой дорожки Кармана и положительно снизить шум, при этом обеспечивая достаточную прочность зубца, за счет формирования зубца таким образом, чтобы h/p составляло 0,5-5,0.

[0135] Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением может быть обеспечена лопасть ветряной турбины, которая имеет прочность, достаточную для периодической большой нагрузки, обладает высокой долговечностью и надежностью, способна формироваться в тонкую лопасть. В результате производительность ветряной турбины может быть увеличена, шум от образования вихревой дорожки Кармана может быть подавлен, а конструкция лопасти дополнительно упрощена, что приводит к сокращению человеко-часов на производство лопасти.

Создайте свою собственную миниатюрную ветряную турбину

Группа разработчиков медиаплатформ

Энергия ветра является одним из самых быстрорастущих источников энергии в мире. Благодаря этому быстрому проекту Майкла Арквина из KidWind Project молодые инженеры могут построить работающую турбину всего за пару часов.

1 Сделайте свою собственную миниатюрную ветряную турбину

Возобновляемая энергия — это ветер под лопастями наших турбин. За последние несколько лет энергия ветра стала одним из самых быстрорастущих источников энергии в мире. Узнайте, как улавливать порывы воздушного потока с помощью этой прочной конструкции турбины из ПВХ, разработанной Майклом Аркуином, основателем проекта KidWind. Этот исследовательский проект обучает инженерному делу и моделированию, и — чтобы он соответствовал возрасту и навыкам — его можно увеличивать или уменьшать по сложности для получения большего или меньшего количества электроэнергии, а также для демонстрации таких концепций, как преобразование энергии и эффективность лезвий.Приготовьтесь быть сбитым с толку.

Материалы

• Пять диаметром 1 дюйм. 90-градусные фитинги из ПВХ
• Три штуцера диаметром 1 дюйм. Тройники из ПВХ
• Один фитинг диаметром 1 дюйм. Муфта из ПВХ
• Шесть штуцеров диаметром 1 дюйм. ПВХ трубы длиной 6 дюймов
• Одна труба диаметром 1 дюйм. Труба из ПВХ длиной 24 дюйма
• Одна труба диаметром 1 дюйм. Труба из ПВХ длиной 2 дюйма

• Два зажима типа «крокодил»
• Плакатная доска для лопастей
• 20-дюймовый коробчатый вентилятор или другой источник ветра
• Клейкая лента
• Горячий клей/клеевой пистолет
• Кусачки
• Дрель

Специальные детали (доступны в магазине. kidwind.org)

• Комплект основных деталей турбины KidWind
(включает двигатель постоянного тока с проводами, обжимную втулку с 12 отверстиями и 25 дюбелей)
• Мультиметр
• 5-мм светодиодная лампа
• Звуковая и световая панель

2 Соберите ротор и гондолу

1. Вставьте 2-дюймовый кусок трубы из ПВХ в 90-градусный фитинг.
2. Наденьте муфту из ПВХ на 2-дюймовую трубу, сформировав цельную деталь, называемую гондолой.
3. Оберните кусок клейкой ленты шириной 1/2 дюйма и длиной 18 дюймов по периметру двигателя. Это поможет надежно зафиксировать его в муфте.
4. Вставьте провода, прикрепленные к двигателю постоянного тока, в горловину соединителя, полностью через фитинг из ПВХ под углом 90 градусов.
5. Двигатель должен плотно прилегать к муфте, но не быть полностью вставленным.
6. Затем прикрепите обжимную втулку к двигателю, надавив на приводной вал.
7. Убедитесь, что лицевая сторона двигателя находится на одном уровне с краем трубы.

3 Построить базу

1. Используя четыре 90-градусных фитинга из ПВХ, два тройника из ПВХ и четыре 6-дюймовых секции трубы из ПВХ, соберите две стороны основания турбины.
2. Вставьте 6-дюймовую трубу в один конец 90-градусного фитинга. На противоположном конце 6-дюймовой трубы установите тройник из ПВХ, а затем еще одну 6-дюймовую трубу и 90-градусный фитинг.Повторите, чтобы сделать вторую ногу основания.

3. Просверлите небольшое отверстие в нижней части последнего тройника из ПВХ.
4. Соедините ножки основания, вставив две оставшиеся 6-дюймовые трубы из ПВХ в тройник из ПВХ каждой ножки. Соедините ножки основания через просверленный тройник из ПВХ.

4 Прикрепите башню к основанию

1. Проложите провода двигателя по 24-дюймовой трубе из ПВХ; этот длинный участок — башня.
2. Прикрепите гондолу к верхней части башни; вставьте его на место, чтобы он надежно зафиксировался.
3. Пропустите провода через центральный тройник из ПВХ и выведите их из просверленного отверстия в основании мачты.
4. Прикрепите градирню к тройнику.
5. Прикрепите зажимы типа «крокодил» к оголенным проводам.

5 Сделать лезвия

1. Создайте лопасти из материала диаметром от 6 дюймов до 10 дюймов.Мы использовали плакатный картон, но вы можете использовать любой жесткий и легкий материал, например, прочную бумажную тарелку или листы бальзы. (Примечание. Напряжение, создаваемое вашей турбиной, зависит от крутящего момента и числа оборотов лопастей. Мы обнаружили, что конфигурация из двух или четырех лопастей генерирует много энергии, но не стесняйтесь экспериментировать!)
2. Закрепите лопасти на дюбели с помощью скотча или горячего клея.
3. Вставьте дюбели в отверстия обжимной ступицы. Затяните ступицу после вставки.

6 Заставьте генератор работать

1. Расположите турбину перед коробчатым вентилятором так, чтобы ветер вращал лопасти; это будет генерировать электричество.
2. Используйте зажимы типа «крокодил» для подключения к мультиметру для измерения напряжения. (Вам потребуется примерно 2 вольта.)
3. Когда ваши лезвия начнут генерировать энергию, вы можете соединить провода светодиодной лампы
или платы Sound & Light с помощью зажимов типа «крокодил».

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Лопасти ветряных турбин и лопасти гребных винтов

Изменение угла наклона винта Модель гребного винта для катера heliciel Моделирование пропеллерной вентиляции heliciel Моделирование пропеллерной ветряной турбины heliciel Моделирование приливной турбины heliciel Моделирование турбины Каплана heliciel

Лопасти ветряных турбин и лопасти гребных винтов

Пропеллер или ветряная турбина содержит по существу ступицу и лопасти. Лопасть воздушного винта или лопасть ветряной турбины можно рассматривать как вращающееся крыло. Форма лопасти определяется профилями, выбранными из-за их аэродинамических характеристик. Профили распределяются вдоль лопастей ветряной турбины или гребного винта для достижения наилучшего компромисса между сопротивлением и подъемной силой.
Вращение пропеллера создает скорость и видимый угол, которые меняются в зависимости от положения наблюдаемой точки на радиусе лопасти.Чтобы сохранить оптимальный угол падения, профили лопастей ветряной турбины или гребного винта будут иметь шаг, адаптированный к кажущимся скоростям вдоль лопасти. Профили шага варьируются и вызывают скручивание лопасти. Скручивание лопасти гребного винта или лопасти турбины — это угол, измеренный между хордой профиля в основании лопасти и хордой профиля на конце лопасти.

Поворот лопасти ветряной турбины или гребного винта связан с рабочей точкой.Если рабочая точка меняется, необходимо изменить крутку лезвия. Лопасти гребного винта и лопасти ветряных турбин, как правило, жесткие, их крутка фиксирована.

Изменение скорости вращения или скорости жидкости относительно рабочей точки конструкции ухудшает характеристики гребного винта или турбины.
Изменение шага заключается в вращении лопасти ветряной турбины или гребного винта вокруг своей оси, чтобы исправить потерю производительности. Изменение шага также помогает регулировать скорость ветряных турбин.
Количество лопастей ветряной турбины или пропеллера варьируется в зависимости от крутящего момента и скорости в рабочей точке. Ветряной насос не будет иметь такого же количества лопастей, как ветряная турбина для выработки электроэнергии. Гребной винт парусной лодки имеет форму лопасти, отличную от гребного винта скоростного катера.

 

Мы видели в статье распределение профилей хорд, что подъемная сила лопастей ветряных турбин и винтов должна распределяться как можно дальше от концов лопастей. Это приводит к эллиптическому распределению подъемной силы, но не к такому же распределению хорд:.Поскольку скорость движения элементов лопасти у основания лопасти меньше, поверхность должна быть увеличена у основания лопасти ветровой турбины (.. или приливной турбины, гребного винта) для соблюдения эллиптического распределения подъемной силы.

Компромисс между накладными расходами материала и полученным доходом должен быть оценен, потому что материал, используемый в корне лезвия, очень важен. Высокое соотношение сторон лопастей обычно обеспечивает лучшую производительность, но для лодочного гребного винта длина лопасти уменьшается на максимальную глубину гребного вала, скорость лопасти быстро создает кавитацию, когда лопасть приближается к поверхности, и ограничивает осадку… Эти ограничения налагают очень разные формы лопастей по сравнению с формой лопасти самолета или ветряной турбины.

Производство лезвий : Материалы и технология

материя и структура лопасти учитываются при расчете сопротивления винта или крыла с помощью программного обеспечения Heliciel. Будет полезен краткий обзор технических материалов и конструкции лопастей.

Для деревянных гребных винтов — как в ранней авиации, так и в настоящее время в легкой авиации — лучшим материалом является орех.Но также можно использовать красное дерево, палисандр, черное дерево, бук, вяз, ясень, самшит, клен. Когда на смену дереву пришел металл, для подавляющего большинства случаев был выбран дюраль. Но дюралюминий нельзя было сохранить после долгих лет обработки металла, выработать ковку металла. Vers 1920, on savait bien étirer et laminer le duralumin, Около 1920 года было хорошо известно, что дюралюминий растягивают и прокатывают, но мы не знаем объемов, достаточных для изготовления лопасти пропеллера. Этот дюралюминий под действием пестик, вел себя как резиновый блок, вместо того, чтобы постепенно принимать форму, как, например, стальной блок.В настоящее время дюралюминиевые лопатки получают ковкой и штамповкой, при этом освоены тех.
Конечно, мы попытались заменить дюралюминий на более легкий металл: магниевый сплав. Легкость лопасти является чрезвычайно важным элементом, поскольку центробежные силы — десятки тонн — пропорциональны плотности используемого материала. Уменьшение веса лопасти спасает нас по всем фронтам: уменьшение: сечения, веса, размера из частей ступицы.
Однако ковка лопастей из магния требует более мощного инструмента, как ковка лопастей из дюралюминия.С другой стороны, решение было обеспечено за счет разработки матрицы для изготовления лопастей. Другой материал, используемый для лопастей пропеллера: сталь. Для больших гребных винтов используется сталь, которая является полой, затем изготавливается из двух прессованных полуоболочек, запаянных по их периферии и имеющих внутренние ребра жесткости; прочность сварных швов, естественно, задавала длительную выработку, листы «накатывались» друг на друга за первые достижения.
Углерод все чаще используется и кажется навязчивым.Легкость и прочность делают его материалом будущего. Однако для хорошего баланса и отсутствия дефектов необходимо совершенное владение лепкой.

 

 

лопасти гребного винта лодок обычно формуются: изготавливается формовочная платформа, а гребной винт сглажен до шага с помощью вращающейся пластины вокруг скольжения и направляется по оси рельса, придавая ему шаг гребного винта:

 

Ложе изложницы полое и формованное, с бортами, вырезами по форме профилей лезвия.

Таким же образом изготавливается верхняя часть формы и отливается лопасть.

 

Новое поколение гребных винтов создано с выходом углерода и завоеванием рынка гребных винтов для лодок:

 

Материалы, используемые сегодня, в основном представляют собой стекловолокно или насыщенную углеродом полиэфирную смолу и эпоксидную смолу. Древесина используется в основном для ветряных турбин с небольшими лопастями, обе лопасти будут вырезаны из одного и того же куска дерева. Соединение деревянных лопаток со ступицей может быть затруднено из-за механического напряжения и центробежной силы.
Техника строительства, используемая для небольших ветряных турбин, иногда представляет собой пултрузионное стекловолокно. Пултрузионные лопасти проходят через форму, которая придает им профиль, но распределение хорды обязательно постоянно.
Таким образом, литая лопасть помогает создать более эффективную аэродинамическую форму, чем пултрузионная лопасть.

 

 

Другой метод изготовления волокна и смолы — это намотка смолы для покрытия проволоки вокруг лезвия путем поворота на токарном станке:

снова появился углерод, но он скорее зарезервирован для небольших ветряных турбин из-за цены материала.

Плавающие ветряные турбины могут подняться на большую высоту

O N 16 ИЮЛЯ Нефтегазовая компания Royal Dutch Shell и Scottish Power, дочерняя компания испанской электроэнергетической компании Iberdrola, объявление. По их словам, они совместно представили британским властям предложения о строительстве у берегов Шотландии первого в мире крупномасштабного комплекса плавучих ветряных электростанций. На данный момент крупнейшей плавучей фермой является шеститурбинная установка мощностью 50 МВт , которая должна быть завершена в следующем месяце в Северном море, в 15 км от Абердина.Консорциум, напротив, заявил, что думает о гигаваттах ( ГВт ).

Послушайте эту историю. Наслаждайтесь аудио и подкастами на iOS или Android.

Ваш браузер не поддерживает элемент

Экономьте время, слушая наши аудио статьи во время многозадачности

OK

Оффшорные ветряные электростанции с фундаментами на морском дне теперь являются частью энергетического баланса в нескольких местах. За последние четыре года их мощность почти удвоилась, с 19 90 896 ГВт 90 897 до 35 90 896 ГВт 90 897, а амортизированная стоимость снизилась на треть, со 120 долларов за 90 896 МВт 90 897 часов до 80 долларов.Однако они имеют ограниченную возможность развертывания, поскольку их можно использовать только на мелководье менее 60 метров.

К сожалению, 80 % морского ветра в мире дует над местами, лежащими глубже. Если сделать их доступными, заявляет Международное энергетическое агентство, ответвление ОЭСР , то это высвободит достаточно энергии, чтобы удовлетворить вероятные мировые потребности в электроэнергии к 2040 году в 11 раз больше. Хитрость заключается в том, чтобы построить турбины, которые, хотя и пришвартованы к морскому дну, будут плавать. Если Shell и Scottish Power смогут провернуть этот трюк, это станет большим шагом к раскрытию этого потенциала.

Дуновение ветра

Десять лет назад плавучие турбины были второстепенным делом. Сложность заключалась не в самих турбинах, а в том, чтобы заставить их плавать. Нефтяная и газовая промышленность с 1960-х годов разработала ряд плавучих фундаментов, которые могли удерживать титанические объекты, такие как буровые установки, в море. Но перенести это ноу-хау в ветроэнергетику было непросто. Во-первых, в отличие от нефтяной вышки, ветряная турбина долговяза и имеет тяжелую верхнюю часть, что делает ее склонной к опрокидыванию.Во-вторых, турбины генерируют мощные гироскопические силы, которые еще больше дестабилизируют плавучую машину. В те дни было трудно понять, как эти проблемы можно было решить достаточно дешево, чтобы конкурировать с турбинами, прикрученными к морскому дну, не говоря уже о традиционных источниках энергии.

Больше нет. Десять лет разработки принесли две вещи: доказательство того, что турбины могут плавать, и ясность относительно того, как эти плавучие агрегаты могут выглядеть. Инженеры добились этого путем терпеливого прототипирования. Они взяли конструкции, ранее испытанные в университетских волновых бассейнах, и превратили их в небольшие демонстрационные установки у берегов Норвегии, Португалии и Японии.

Каждый блок, оснащенный датчиками, собирал данные о таких переменных, как высота тангажа, скорость ветра и высота волны. Затем эти данные были объединены в проекты для более крупных и стабильных устройств. Результаты, видимые сегодня в новых моделях у норвежского и португальского побережья, позволяют безопасно запускать турбины, в четыре раза более мощные, чем их предшественники. Поэтому инженеры считают проблему плавучести решенной. «Турбины работают хорошо. Они не переворачиваются. Это можно сделать», — сказала Алла Вайнштейн, пионер в этой области, которая сейчас занимается получением разрешений на строительство плавучей ветряной электростанции у побережья Калифорнии.

Появились четыре подхода к флотации (см. схему). Самый распространенный – полупогружной. Американская компания Principle Power как раз занимается этим. Полупогружные бывают различных конструкций. Компания Principle использует плавучий стальной треугольник, в двух вершинах которого находятся наполненные водой банки. Эти балластные цистерны уравновешивают вес турбины в третьей вершине, а вода перекачивается внутри треугольника, чтобы снизить его устойчивость.

Второй подход, используемый, в частности, норвежской фирмой Equinor, состоит в том, чтобы прикрепить турбину к баллону, называемому лонжероном, заполненному тяжелым балластом, чтобы заставить его плавать в вертикальном положении.Equinor делает это, размещая турбину поверх бетонной трубы высотой 80 метров, содержащей воду, камни или какой-либо другой дешевый и тяжелый материал.

Два других подхода менее разработаны, но могут оказаться полезными. Glosten, американская инжиниринговая фирма, которая заключила партнерство с General Electric, использует платформу с натяжными опорами. Это стальная конструкция в форме морской звезды с турбиной на ступице. Морская звезда погружена в воду и привязана ко дну океана тросами. Эта компоновка, аналогичная той, что используется на сверхглубоководной установке Magnolia, бурящей в Мексиканском заливе, удерживает турбину в вертикальном положении.А норвежская фирма BW Ideol устанавливает турбину на плоской бетонной или стальной барже, напоминающей пустую рамку картины. Когда турбина качается, вода плещется внутри рамы, демпфируя ее движение. Компания утверждает, что ее прототип у побережья Японии уже пережил три тайфуна.

Просто сделай это

Разработчики проекта увидели достаточно, чтобы убедить их. Хотя предложения консорциума Shell-Scottish Power (в которых не упоминается предпочтительный технологический подход) пока самые амбициозные, они не первые.Помимо массива 50 МВт у побережья Абердина, который принадлежит Grupo Cobra, испанской строительной компании, использующей дизайн Principle, Equinor начала строительство 11-блочного проекта мощностью 88 МВт , который будет обеспечивать электроэнергией группу буровых установок в Северном море. платформы. Французская нефтегазовая компания Total и Green Investment Group, подразделение банка Macquarie, занимающееся разработкой проектов, намерены к 2023 году начать работу над плавучим ветряным двигателем мощностью МВт и мощностью МВт у побережья Южной Кореи. тоже пока не уточнили, какую именно технологию планируют использовать.

Большие фермы, очевидно, требуют больше турбин. Но они также, в идеале, требуют больших турбин. И чем больше турбина, тем сложнее ее обслуживать. Время от времени ветряные турбины нуждаются в замене крупных деталей, таких как лопасти или генераторы. Это сложно на твердой земле . Но на суше журавль может опереться о землю. В море самоподъемные суда достигают аналогичной устойчивости, опуская стальные опоры на морское дно. Однако плавучие турбины будут работать на глубине, слишком глубокой для работы самоподъемных судов, поэтому любое судно, обслуживающее их, должно будет оставаться на плаву.«У вас есть две движущиеся конструкции, и вы собираетесь переложить нагрузку с одной из этих движущихся структур на другую», — сказал Олав-Бернт Хага, директор проекта в Equinor. Это будет технически сложным и, следовательно, трудно сделать дешево.

Группа под названием «Совместный промышленный проект плавучих ветряных электростанций» ( FWJIP ), работа которой состоит в том, чтобы освещать вопросы, представляющие коллективный интерес, считает эту проблему неотложной. Эта группа состоит из 17 разработчиков проектов и Carbon Trust, некоммерческой консалтинговой компании, базирующейся в Великобритании.В опубликованном в прошлом году анализе FWJIP говорится, что ветряные турбины приближаются к физическим пределам того, с чем можно работать в море. Нефтяная промышленность имеет ряд большегрузных судов, работающих на большой глубине. Но они оптимизированы по весу, а не по высоте, и их аренда стоит дорого. Индустрии плавучих ветряков нужны новые ответы, иначе она может оказаться в застое, как в прямом, так и в переносном смысле.

К счастью, перспективы находятся в разработке. Они используют два общих подхода к проблеме: подъем и восхождение.Примером первого является OWL Heavy Lift, голландская компания, которая начала работу над OWL- 010, судном, предназначенным для обслуживания морских ветровых установок. Любой, кто работает с плавучими ветряными турбинами, должен бороться с волнами. Небольшая зыбь на поверхности может вызвать предательский взмах вверх. Модель OWL -010 сглаживает эффект раскачивания с помощью программного обеспечения для компенсации движения, которое стабилизирует положение крюка крана с точностью до 5 см. Это работает, даже если этот крюк находится на высоте 150 метров над уровнем моря.

Цены на такие суда начинаются примерно от 250 миллионов долларов. Одна только стоимость подразумевает, что отрасли придется делить небольшое количество судов, что является узким местом для роста. Вот почему некоторые предлагают перестать тянуться к турбинам, а вместо этого начать карабкаться на них.

Дотянуться до неба

Подъемные краны, которые снуют вверх по самому объекту, который они строят, часто используются для возведения небоскребов на суше. Они не испытаны в море, но несколько групп разрабатывают версии, которые могут подойти для плавучей ветровой энергии. SENSE Wind, фирма из Кембриджа, Англия, например, предлагает размещать гусеницы по бокам турбинных башен. Это позволило бы кораблю подъехать к борту, разместить на гусеницах ремонтную машину и, таким образом, перемещать большие части вверх и вниз по башне.

Другие предлагают снять с самой турбины. Большинство турбин имеют небольшой кран для легких предметов. Датская компания Liftra использует его для подъема все более крупных кранов. Самый большой из них помещается в стандартный 40-футовый (12,2 метра) транспортный контейнер.Компания утверждает, что после закрепления на болтах устройство становится таким же мощным, как обычный внешний кран. В качестве альтернативы, как предлагает голландский подрядчик Conbit, протягивание нескольких металлических деталей и кабелей к вершине башни позволит временно установить мощный кран на короне турбины.

Ни одна из этих технологий не вышла за пределы стадии прототипа. Но они могут оказаться полезными для мегатурбин завтрашнего дня, будь то стационарные или плавающие. Однако для плавающих турбин может существовать альтернатива.В отличие от стационарных турбин, их можно отключить и вытащить на берег. Недавний анализ, спонсируемый FWJIP , показывает, что то, что лучше в отдельных обстоятельствах, может зависеть от местоположения.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.