Особенности производства ветрогенератора с вертикальной осью вращения. Самодельный ветрогенератор,ветряк.Ветрогенератор своими руками с вертикальной осью вращения Ветрогенератор с вертикальным ротором своими руками

Использовать энергию ветра с целью получения электричества – идея, отнюдь, не новая. Существуют регионы, где именно это способ добычи считается наиболее выгодным и приоритетным – естественно, в этих местах постоянно дуют ветра. Ярким примером может послужить Дания, где на долю ветровой энергии приходится 25% от всего электричества, потребляемого в стране.

Сегодня мы расскажем вам, что такое ветрогенератор вертикального типа, каковы его основные особенности, преимущества и недостатки, а также поделимся информацией, как собрать такое устройство своими руками, используя лишь подручные материалы.

Преимущества вертикального ветрогенератора достаточно весомые:

• Главной особенностью данного устройства является то, что для него абсолютно неважно направление ветра.
• Он устанавливается на достаточно низкой высоте, что не требует наличия специальных приспособлений для обслуживания, а сам процесс является безопасным.
• Вертикальные ветрогенераторы имеют только одну ось вращения без передаточных механизмов, а значит, в эксплуатации будут намного надежнее, чем горизонтальные аналоги.
• Эти приборы имеют солидный уровень КПД, благодаря форме ротора и лопастей.

Совет! Небольшие модели бытового назначения приводятся в действие очень слабым порывом ветра – от 1,5 метра в секунду, что еще больше увеличивает КПД установки.

• Генератор не издает никаких звуков, так что мешать жизни людей вокруг не будет. Более того прибор никак не влияет на экологию, не создавая выбросов в атмосферу.
• Устройство будет служить долгие годы, нуждаясь лишь в периодической ревизии основных механических узлов (особенно важно следить за состоянием подшипников). Ремонт устройства также выполняется достаточно просто

Как работает и включается в сеть ветрогенератор

В основу работы синхрофазотрона… простите, ветрогенератора, положен принцип магнитной левитации. Суть его заключается в том, что во время вращения образуется подъемная и импульсная силы, благодаря которым ротор начинает вращаться, плюс сила фактического торможения.

В результате вращения ротора образуется магнитное поле, которое индуктирует ЭДС в обмотке якоря генератора, в результате чего появляется ток.

• Конструкция является полностью механической и автономной, поэтому не требует в свою работу вмешательства человека. Естественно, сам генератор оснащается дополнительными устройствами, благодаря которым получаемая энергия делается подходящей для использования в домашних сетях.

• Ни в коем случае нельзя подключать электроприборы напрямую к выводам генератора, так как это устройство в разных режимах работы будет выдавать ток разной силы и частоты.
• После самого генератора в схему включается контроллер, который контролирует (простите за тавтологию), уровень заряда аккумулятора. На фото выше показано устройство такого типа. Как видим, на корпусе имеется 4 клеммы, к которым подключаются выходы самого генератора, аккумулятора и балласт.
• Что есть балласт? Думаем, многие в курсе, что аккумуляторные батареи крайне не рекомендуется перезаряжать, иначе начинает закипать электролит, создается давление внутри, и устройство может под эффектный салют выйти из строя. Поэтому, как только напряжение на аккумуляторе поднимается до 14-15 вольт, что свидетельствует о его полной зарядке, питание прекращается.
• Аккумулятор отключен, энергии идти больше некуда, ну, допустим, дома никого нет, и электричество никакие приборы не потребляют, а на улице поднялся хороший ветер, и генератор продолжает интенсивно вращаться. Что произойдет?

• Если на ветрогенераторе не будет нагрузки, его вращение не будет испытывать никакого сопротивления. Лопасти раскручиваются слишком сильно, из-за чего возрастает ветровая нагрузка и возникает неприятный шум. В определенных ситуациях конструкция может попросту не выдержать и, помахав вам ручкой, улететь без обещания вернуться.
• Следующий момент – это то, что напряжение на генераторе без нагрузки при таком интенсивном вращении может доходить до 60-80 вольт, при номинале в 12. Транзисторы контроллера в среднем рассчитаны на напряжение в 40 В — как понимаете, подобный скачок приведет к моментальному их выходу из строя.
• Чтобы такого не происходило и используется балласт – запасная нагрузка, создаваемая резистором, лампами или тэном.

Совет! Если применить тэн, то энергия не будет уходить впустую – можно предусмотреть конструкцию, при которой, к примеру, будет нагреваться вода.

• Потребляемая мощность балластом должна соответствовать максимальному показателю, который способен выдать ветрогенератор.
• Если у приобретенного вами контроллера нет клемм для подключения балластной нагрузки, то значит, это устройство будет работать по иному принципу. Как только аккумулятор будет полностью заряжен, контроллер замкнет фазы ветрогенератора, который в результате этого остановит свое вращение. Блокировка будет держаться до тех пор, пока уровень напряжения в батарее не упадет до 13,5 вольт, после чего цикл повторится.
• Данные устройства устанавливают только на маломощные генераторы.
• Перед контроллером в цепи обязательно ставится диодный мост – простейшее устройство из четырех полупроводников, которое будет выпрямлять поступающий ток. Многие устройства имеют выпрямитель внутри корпуса, поэтому при подключении обязательно изучается инструкция.

• Итак, далее в цепи идет аккумуляторная батарея. Подойдет, в принципе любая на 12 вольт, так что за покупкой можно отправиться в магазин автозапчастей.
• Как вы понимаете, использование ветровых генераторов, вовсе не означает, что электрическая энергия будет бесплатной. Во-первых, учтите стоимость самого устройства и оборудования для него – если вы не радиотехник, то потратиться, однозначно придется. Во-вторых, любой аккумулятор имеет определенный ресурс работы – в среднем 4-5 лет при условиях интенсивной эксплуатации.
• Аккумулятор хорошей емкости будет вам обходиться около 5-10 тысяч рублей (цена на 2018 год). То есть, даже если убрать затраты на установку и запуск оборудования, вам придется платить от 80 до 160 рублей в месяц, не считая затрат на возможные ремонты оборудования.
• При этом регион, в котором вы живете должен быть действительно ветренным, чтобы все затраты окупались. В общем, решать о целесообразности подобного приобретения только вам, мы же лишь знакомим вас с фактами.

• Если от ветрогенератора вы планируете запитывать бытовые электроприборы, работающие от стандартных 220 вольт, вам понадобится инвертор, который будет постоянный ток преобразовывать в переменный
• Из дополнительного оборудования хотелось бы выделить АВР (автоматический переключатель источника питания). Данное устройство в автоматическом режиме будет выполнять переключение питания при выключении ветрогенератора на общественную сеть или аварийный источник питания.

Типы вертикальных ветрогенераторов

Внешний вид и характеристики вертикальных ветрогенераторов во многом зависят от конструктивного строения этих устройств. Давайте разберем основные.

Ортогональные системы

Тех характеристика вертикального ветрогенератора ортогонального типа подразумевает не очень высокий КПД при больших габаритах, при сравнении с горизонтально-осевыми устройствами, однако независимость от направления ветра делает его более приоритетным.

• В основе конструкции данные генераторы имеют центральную ось вращения (вертикальную) и несколько плоских лопастей, расположенных ей параллельно.
• Все лопасти удалены от центра вращения на определенное расстояние.
• При таком устройстве приводной механизм может быть размещен на уровне земли, что существенно облегчает техническое обслуживание и ремонтные мероприятия.

Использование энергии ветра для выработки электричества – одна из перспективных форм развития альтернативной энергетики. Вертикальный ветрогенератор является перспективным направлением развития отрасли, т.к. имеет ряд преимуществ по сравнению с горизонтальными аналогами.

Принцип работы

Вертикальный ветряк представляет собой цилиндр, устанавливаемый на основание. Благодаря своей форме, работает вне зависимости от направления ветра. Вне зависимости от вида вертикального ветрогенератора, он устроен таким образом, чтобы давление потока воздуха на одну из его сторон было выше, чем на другую.

Благодаря такой разнице в давлении происходит вращение оси генератора и выработка электричества. Из-за того, что сила ветра направлена на обе стороны ветрогенератора, показатель стартовой скорости ветра немного больше, чем у горизонтальных ветряков, но при должном качестве деталей, существует самораскрутка – т.е. значительное увеличение оборотов генератора даже при небольшом (от 3,5 м/с) ветре.

Какая конструкция лучше

Существует несколько принципиально разных конструкций вертикальных ветрогенераторов, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками.

Ветряк Савониуса - полукруглые лопасти

Ротор Савониуса. Модель такого вертикального ветряка включает в себя две или более лопасти, выполненные в форме полукруга. При этом давление, оказываемое на «открытую» часть круга значительно превышает то, которое воздействует на противоположную сторону. Конструкция достаточно проста в изготовлении, поэтому пользуется наибольшей популярностью среди самодельных вертикальных ветрогенераторов. Недостатки:

• Большая «парусность». Воздействие ветра кренит всю конструкцию, создавая напряжение в оси и выводя из строя подшипник, на котором вращается весь ротор.
• Конструкция не способна начать вращаться самостоятельно при наличии двух или трех лопастей, поэтому два таких ротора необходимо закреплять на одной оси одну под другой под углом в 90°

1. 

   На ортогональный ротор устанавливают дополнительные статические экраны для увеличения производительности

   Ротор Дарье или ортогональный. Существует множество модификаций такого вертикального ветрогенератора, но принцип работы остается неизменным. Вращение происходит за счет крылообразной формы лопасти генератора. При воздействии потока воздуха создается подъемная сила, за счет которой и вращается ось. Недостатки:

   • Низкая, даже по меркам ветрогенераторов, эффективность.
   • Скорость ветра для полной раскрутки такого генератора должна быть не менее 4 м/с. При этом до набора полной скорости вращения такого ротора, нагрузку к ветряку подключать нельзя – остановится.
   • Шумность. Если в остальных моделях шум издают только подвижные части (подшипники), то вертикальный ветрогенератор такого типа шумит лопастями. Очень сильно.
   • Из-за вибрации быстро выводит из строя подшипники и все несущие элементы конструкции.

2. 

   Геликоидный ротор имеет сложную конструкцию

   Геликоидный ротор. Этот вертикальный ветрогенератор имеет замысловатую форму, но по - сути это ортогональный ветрогенератор с вертикальной осью, только лопасти у него закручены вдоль несущей оси, что значительно повышает срок службы всей конструкции, т.к. обеспечивает равномерную нагрузку на подшипник и мачту со всех сторон. Недостатки:

   • Сложность в изготовлении, отсюда высокая стоимость вертикального ветряка.

3. 

   Многолопастной ветряк

   Многолопастной вертикальный ветрогенератор. Если рассматривать только коммерческие образцы – этот тип ротора является наиболее производительным и дает наименьшую нагрузку на несущие детали. Внутри такого вертикального ветряка содержится дополнительный ряд статичных лопастей, которые направляют поток воздуха таким образом, чтобы максимально увеличить эффективность ротора. Недостатки:

   • Высокая стоимость устройства из-за большого количества деталей.

Плюсы вертикальной оси

Положительные качества всех вертикальных ветрогенераторов:

1. Не направляются по ветру, работают при любой его направленности.
2. В отличие от ветрогенераторов с горизонтальной осью, имеет только одну ось вращения, следовательно бо́льший срок службы.
3. Возможна установка на небольшой высоте - от 1,5м, в зависимости от модели.
4. Все важные подвижные элементы находятся в нижней части генератора, что позволяет удобно его обслуживать.
   

   Важно. При необходимости вал ротора увеличивается до необходимой длины для удобства доступа к статору, без существенной потери КПД.

5. Возможность собрать действующий ветрогенератор своими руками из подручных материалов.
6. Благодаря возможности создания жесткой конструкции с несколькими точками опоры, вертикальные ветрогенераторы работают при бо́льшей максимальной скорости ветра.
7. Более высокая устойчивость к разрушающему воздействию ветра.
8. В этих ветряках возможно создание собственной циркуляции воздуха, за счет чего образуется быстроходный эффект, когда линейная скорость лопастей в 20 и более раз превышает скорость ветра.

Минусы

1. Громоздкость конструкции. Самые легкие вертикальные ветряки весят не менее 300 кг вместе со стойкой.
2. Низкая эффективность по сравнению с горизонтальным.
3. Шумность. Ветряк издает шум от лопастей во время работы.

Видео. Геликоидный ветрогенератор

В ролике наглядно показана работа геликоидного ветряка, установленного на специальной мачте

Такие устройства имеют некоторые преимущества перед ветрогенераторными устройствами с горизонтальным расположением оси. У них отсутствуют узлы для ориентации на ветер, что упрощает конструкцию и снижает гироскопические нагрузки. Разработано большое количество разнообразных ветрогенераторов с вертикальной осью вращения (рис. 6.1),
Рис. 6.1. с вертикальной осью вращения:в которых
для создания вращающего момента используются силы сопротивления и подъемная сила рабочих лопастей.
Это устройства с пластинчатыми, чашеобразными или турбинными элементами, а также роторами Савониуса с лопастями S-образной формы.
Ветрогенераторы такого типа имеют большой начальный момент, но меньшую быстроходность и мощность но сравнению с ротором француза , который в 1920 году предложил эту конструкции». Этот ротор интенсивно разрабатывают, начиная с1970 года, специалисты во многих странах. В настоящее может рассматриваться в качестве основною конкурента ветрогенераторов кольчатого типа.
Ротор конструкции Дарье относится к Ветрогенератору с вертикальной осью вращения , использующим подъемную силу, которая возникает на выгнутых лопастях, имеющих в поперечном сечении профиль крыла. Его недостаток — малый начальный момент, преимущество большая быстроходность и в силу этого - относительно большая удельная мощность, отнесенная к ею массе. Для устранения главного недостатка и с целью увеличения начального момента ротор Дарье комбинируют с различными типами стартеров, например с ротором Савониуса.

1- ; 2 — ротор Савониуса многолопастный; 3 — ротор пластинчатый; 4 — ротор чашечный: 5 — ротор Дарье Ø-образный;6 — ротор Дарье Δ-образный; 7 — ротор с прямыми крыловидными лопастями (Giromill) 8 - с криволинейными пластинчатыми лопастями; 9 — роторы Дарье Ø-образный и Савониуса; 10 — ротор Савониуса щелевой; 11- ротор с использованием эффекта Магнуса; 12 -ротор с несущими парусными плоскостями; 13 — с рефлекторным устройством; 15 — с трубой Вентури; 16 — с
вихревым устройством.
В роторе другого типа с вертикальной осью вращения используется эффект Магнуса; к таким роторам с вращающимися цилиндрами можно отнести конструкции Мадараса и Флетшера . При набегании ветрового потока па вращающийся цилиндр в соответствии с эффектом Магнуса действует сила, перпендикулярная направлению потока.Эти устройства способны приводить в движение суда или сухопутные транспорте средства. Распределение силы показано на рис. 6.2 и 6.3.

В ряде случаев ветрогенератор улучшает отдачу мощности при наличии направляющего дефлектора (см. рис. 6.1) и эжектора в виде трубы Вентури (см. рис. 6.1: 15).
Известна также ветрогенераторы с ротором вертикально-осевого вращения , располагаемая на трубе (или башне), внутри которой генерируются восходящие вихри (см. рис. 6.1: 14). Одновременно в такой башне предусматривается нагрев воздуха путем непосредственного использования солнечного излучения или сжигания топлива с последующим расширением воздуха, вследствие чего создается эффект газовой турбины, которая вместе с ветрогенератором устанавливается на выходе башни. Для повышения экономичности с такими башнями и ветродвигателями, работающими с использованием подъемной силы в ветровом потоке, последние должны быть по возможности большой мощности: от 1000 до 20000 кВт.
При этом размеры ветрогенераторов ограничиваются напряжениями, возникающими в конструкции опор, лопастей и других нагруженных элементов.
Поэтому ветрогенераторы должны иметь возможно меньшую массу, а в качестве движущей силы — подъемную силу, чтобы иметь большую быстроходность при больших значениях коэффициента использования энергии ветра.

Преимущества ветряков с вертикальной осью вращения,

которые дают более сильные и более устойчивые ветры, могут быть реализованы при размещении ветрогенераторов на береговой территории водоемов или в прибрежных водах. Ветроустановки башенного типа, предназначенные для образования и использования вихрей в целях увеличения скорости потока и градиента давления в зоне ветрогенераторного устройства могут использоваться после изучения законов скоростей при вихре образовании.

Конструктивные схемы ветрогенераторов с вертикальной осью вращении

В связи с перпендикулярным направлением действия ветра на ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения потребовалось применение системы ориентации и сравнительно сложных способов съема мощности. Это снизило их и усложнило конструкцию ветродвигателей.
Ветрогенератор с вертикальной осью вращения вследствие своей геометрии при любом направлении ветра находятся в произвольном положении. Кроме того, такая схема позволяет за счет удлинения вала расположить редуктор с генератором в основании башни (рис. 6.5).

рис. 6.5. Конструктивная схема ветрогенератора с вертикальной осью вращения типа Дарье»: 1- стартер (ротор
Савониуса); 2 — вал; 3 ; 4 — тормозное устройство; 5 — рабочая попасть; б — растяжки; 7 — рама; К преобразователь напряжения; 9 — аккумулятор

К наиболее распространенным типам вертикально-осевых ветроколес относится ротор конструкции Дарье.

В нем вращающий момент создается подъемной силой, возникающей на двух или трех тонких изогнутых несущих поверхностях, имеющих аэродинамический профиль. Подъемная сила максимальна в тот момент, когда лопасть с большой скоростью пересекает набегающий воздушный поток. Ротор Дарье раскручиваться самостоятельно не может, поэтому для его запуска обычно используется генератор, работающий в режиме двигателя, или стартер, носящий название ротора Савониуса. Это колесо также приводится в движение силой сопротивления.
Его лопасти выполнены из тонких изогнутых листов прямоугольной формы, отличаются простотой и дешевизной. Вращающий момент создастся благодаря различному сопротивлению, оказываемому воздушному потоку вогнутой и выгнутой лопастями ротора. Из-за большого геометрического заполнения это ветроколесо обладает большим крутящим моментом и используется для перекачки воды.

Разработано значительное количество схем ветрогенераторов с вертикальной осью вращения.

По ряду конструктивных признаков некоторые из них более предпочтительны даже по сравнению с пропеллерными установками, особенно для эксплуатации в регионах с высоким ветровым потенциалом. Например, весьма перспективны схемы ветрогенераторов, изображенные на рис. 6.6 — 6.11.

Рис. 6.6. Ветроэлектрический флюгера к планетарным колесам Рис. 6.7. Вариант крепления агрегат (общий вид)

Рис. 6.8. Кинематическая схема устройства поворота лопастей ветрогенератора с вертикальной осью

Ветрогенераторный агрегат содержит вертикальный вал -1, установленное на нем ветроколесо с поворотными лопастями- 2 и горизонтальными несущими траверсами-3, генератор устройства поворота, включающего
тяги- 2. Устройство поворота снабжено кривошипно-шатунными механизмами, шатун 6 каждого из которых с помощью рычагов 7 и шарниров связан с другими концами тяг 4 и 5 каждой пары. При выполнении ветроколеса с флюгером 8 устройство поворота имеет планетарную передачу, планетарные колеса 9 которой связаны с кривошипами 10 механизмов, а центральное колесо 11-е флюгером 8. При выполнении ветроколеса с другим креплением флюгера 8 устройство снабжено дифференциальной передачей, состоящей из двух соосных центральных колес 12 и 13 соответственно с внешним и внутренним зацеплением и входящими с ними в зацепление планетарными колесами 14, причем центральное колесо 11 внешнего зацепления связано с кривошипами 10 механизмов, а планетарные колеса 14 — с
флюгером 8.

Кто за вертикаль? Кто против?

Если бы мы оказались на собрании специалистов, спорящих какие ветряки выгоднее поставить возле загородного дома или котеджном посёлке – ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, или горизонтальные, то предстала бы такая атмосфера, выдающая плюсы-минусы этих видов ветроустановок. Сначала о преимуществах вертикального ветряка:

• почти бесшумный при самых сильных порывах ветра;
• обеспечивает оптимальный КПД при любых ветровых капризах;
• ловит любые направления движения воздуха;
• неприхотлив;
• отсутствие токосъёмных щёток не требует их замены;
• берёт старт при минимальном дуновении ветерка до 1 м/сек;
• в его конструкции используется лишь один подшипник за счёт левитации оси;
• его можно располагать вблизи дома, или на крыше;
• не требует дополнительных приборов для запуска;
• совершенно безобиден для птиц, пчёл, окружающей среды;
• не боится мокрых снегопадов и обледенений.

А те, кто предпочтение отдаёт горизонтальным ветрякам, отмечают один из немногих, но существенных недостатков вертикалок:

• не эффективно используют ветровую энергию по сравнению с горизонталками;
• больше уходит материала на их сборку;
• заметная разница цен в сторону завышения.

Их оппоненты не сдаются: ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, возражают они, неприхотливы к порывам ветра при любых направлениях (вихреобразных), что даёт возможность устанавливать их в местах с небольшими пространствами. Кроме того, им безразличны разрушительные ураганы, так как при увеличивающейся скорости вращения повышается устойчивость оси с крыльчаткой. В довершение преимуществ вертикалок перед традиционными горизонтальными ветроустановками является то, что их можно использовать где угодно: на крышах домов, на платформах, вышках, таёжных бытовках, вагончиках.

Хотя, как бы ни спорили о плюсах-минусах той или иной установки, а перевешивают аргументы практики. Они дают возможность оценивать достоинства, недостатки любой ветрогенераторной установки при конкретных условиях работы.

Да, горизонтальный ветряк дешевле, зато вертикальный не потребует больших средств при монтаже и установке. Да, горизонтальный ветрогенератор имеет более высокий КПД, зато роторный ветрогенератор не требует поднятия на большую высоту, чем упрощает его эксплуатацию. Да, горизонтальный ветряк требует меньше материала на крыльчатку, зато его собрат более устойчив к ураганным ветрам.

Как говорится, кто куда, а я в сберкассу. Кто за что, а большинство за вертикальные ветряки. Тем более, с каждым годом изобретатели усовершенствуют эту установку и она скоро выйдет в число лидеров по спросу.

Ветер – на деньги!

Стоп! Вы не ошиблись, случаем, в смысле заголовка? Не поменять ли слова местами? – можешь спросить уважаемый читатель. Нет, когда речь идёт о том, как роторный ветрогенератор победно шествует по нашей планете, уверенно занимает место под солнцем, — такое словосочетание вполне приемлемо.

Для доказательства данного утверждения можно привести один пример из тысячи вариантов. Возьмём подобное детище конструктора Александра Сергеевича Абрамова. На просторах России именно ему принадлежит идея выгодного использования роторного ветрогенератора. Потому что при главном достоинстве этой установки работать при малейшем дуновении воздуха, при любом его направлении, такой ветрогенератор как нельзя лучше пригоден для слабых российских ветров.

Кто будет спорить с тем, что выгоднее иметь подле своего дома более чувствительную ветроустановку, чем ту, которая согласна работать только при довольно сильных ветрах. А где такие найдёшь на бескрайних просторах России?

Именно Абрамову впервые в России пришла мысль перейти на производство, а также на внедрение таких ветрогенераторов. Что самое ценное в этой идее – при вечном дефиците материалов для строительства ветряка, да плюс при знаменитой выдумке русского народа – такую установку может смастерить даже самый ленивый сельский мужичок. Не верите?

Подобный ветрогенератор без особого труда можно сконструировать из самых подручных материалов, валяющихся буквально под ногами: из больших, 3-х литровых пластиковых бутылок, из жестяной банки, фанеры или текстолита, стальной оси, бросового электромотора. Схема вертикального простейшего ветродвигателя из консервной банки (см. на рис).

Достаточно разрезать бутылку пополам, скрепить её вогнутыми сторонами в противоположные стороны, а по центру смастерить ось вращения, которая должна быть связана с генератором. Всё. Ветряк готов к работе. Можете брать его в походы. Он осветит вашу таёжную, походную палатку, зарядит батарейку телефона, ноутбука.

Здесь необходимо пару слов сказать о самом Абрамове. Александр Сергеевич – старейший приверженец мастеровитости, ни одного дня не представляющий себя без технического творчества. В его мозгах, а потом на бумаге, появлялись всё новые модели двигателей, которые работают за счёт немыслимых, для поверхностного взгляда, источников энергии. До самых своих последних дней (а прожил он 96 лет), Александра Сергеевича интересовали роторные ветрогенераторы, которым он предсказывал большое будущее. Изобретатель был глубоко убеждённым в том, что из ветра-таки можно делать деньги. Причём, легко.

Известно пренебрежение конструкторов к роторным ветрогенераторам. Якобы, они по сравнению с горизонтальными ветряками малоэффективны в использовании энергии ветра. Александр Сергеевич Абрамов не возражал своим оппонентам. Он просто молча сделал, опробовал несколько моделей собственной конструкции вертикальных ветрогенераторов. Все его конструкции продемонстрировали безукоризненную эффективность при любых напорах воздушного потока, начиная от лёгкого дуновения до ураганного ветра. Это главнейшее отличие их от своих горизонтальных собратьев говорит о многом. Бесполезное дело – сотрясать воздух спорами, криками, лучше сделать. Показать.

Вот ещё наглядный пример самостартующегося ветрогенератора с вертикальной осью при скорости ветра меньше 1 м/сек. В этом видео показан экспериментальный образец вертикального ветряка, который начинает вращаться в условиях совсем незначительного движения воздуха. Даже ветки деревьев неподвижны, а ветряк медленно вращает свои крылья, радуя глаз изобретателя.

В заключение необходимо добавить, что роторные ветрогенераторы мало того, что бесшумны, способны работать при любых ветрах. Сегодня они выпускаются с двух и трёх – ярусными роторами применительно к мощности установки и господствующим в данной местности ветрам.

Нами была разработана конструкция ветрогенератора с вертикальной осью вращения. Ниже, представлено подробное руководство по его изготовлению, внимательно прочтя которое, вы сможете сделать вертикальный ветрогенератор сами.

Ветрогенератор получился вполне надежный, с низкой стоимостью обслуживания, недорогой и простой в изготовлении. Представленный ниже список деталей соблюдать не обязательно, вы можете внести какие-то свои коррективы, что-то улучшить, что-то использовать свое, т.к. не везде можно найти именно то, что в списке. Мы постарались использовать недорогие и качественные детали.

Используемые материалы и оборудование:

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

Изготовление турбины

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.

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

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.

Изготовление ротора

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. Приготовьте эпоксидную смолу (добавив в нее отвердитель). И равномерно нанесите ее снизу магнита.
5. 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!
6. 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.
7. После того, как один ротор закончили, переходите к второму. Используя ранее поставленную метку, расположите магниты точно напротив первого ротора, но в другой полярности.
8. Положите роторы подальше друг от друга (чтобы они не примагнитились, иначе потом не отдерете).

Изготовление статора очень трудоемкий процесс. Можно конечно купить готовый статор (попробуй еще найти их у нас) или генератор, но не факт, что они подойдут для конкретного ветряка со своими индивидуальными характеристиками

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 я бы вам посоветовал сделать 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.

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

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

Вы можете придумать свою конструкцию намоточного станка, а может 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.

Не подключайте домашних потребителей напрямую от ветрогенератора! Также соблюдайте меры безопасности при обращении с электричеством!

Процесс 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.
4. На большом листе бумаге нарисуйте схему расположения и подключения катушек. Все катушки должны быть равномерно распределены и соответствовать расположению магнитов ротора.
5. Прикрепите катушки при помощи скотча к бумаге. Приготовьте эпоксидную смолу с отвердителем для заливки статора.
6. 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:

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.

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 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.

Кронштейн 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.

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

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.

Генератор. Окончательная сборка

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.

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.

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. Уприте 4 шпильки в алюминиевые пластины приклеенные ранее и установите на шпильки верхний ротор.
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.
2-4. 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.

Генератор готов!

После установки шпилек (1) и фланца (2) ваш генератор должен выглядеть приблизительно так (см. рис. выше)

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

Колпачковые гайки и шайбы служат для крепления соедин. 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.

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

Место 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.