Cechy produkcji generatora wiatrowego z pionową osią obrotu. Domowy generator wiatrowy, turbina wiatrowa DIY generator wiatrowy z pionową osią obrotu. Generator wiatrowy DIY z pionowym wirnikiem.

Wykorzystanie energii wiatru do wytwarzania energii elektrycznej nie jest pomysłem nowym. Są regiony, w których ta konkretna metoda wydobycia jest uważana za najbardziej opłacalną i priorytetową - naturalnie w tych miejscach nieustannie wieją wiatry. Uderzającym przykładem jest Dania, gdzie energia wiatrowa stanowi 25% całej energii elektrycznej zużywanej w kraju.

Dzisiaj opowiemy Wam, czym jest pionowy generator wiatrowy, jakie są jego główne cechy, zalety i wady, a także podzielimy się informacjami, jak złożyć takie urządzenie własnymi rękami, wykorzystując wyłącznie dostępne materiały.

Zalety pionowego generatora wiatrowego są dość znaczące:

• Główną cechą tego urządzenia jest to, że kierunek wiatru jest dla niego absolutnie nieistotny.
• Montuje się go na dość małej wysokości, co nie wymaga specjalnego sprzętu do konserwacji, a sam proces jest bezpieczny.
• Pionowe generatory wiatrowe posiadają tylko jedną oś obrotu, pozbawione mechanizmów przekładniowych, co oznacza, że ​​będą znacznie bezpieczniejsze w działaniu niż ich poziome odpowiedniki.
• Urządzenia te charakteryzują się solidnym poziomem wydajności dzięki kształtowi wirnika i łopatek.

Rada! Małe modele do użytku domowego napędzane są bardzo słabym podmuchem wiatru - od 1,5 metra na sekundę, co dodatkowo zwiększa wydajność instalacji.

• Generator nie wydaje żadnych dźwięków, dzięki czemu nie będzie zakłócał życia otaczających go ludzi. Ponadto urządzenie nie wpływa w żaden sposób na środowisko i nie powoduje emisji do atmosfery.
• Urządzenie będzie służyć przez wiele lat, wymagając jedynie okresowych przeglądów głównych elementów mechanicznych (szczególnie ważne jest monitorowanie stanu łożysk). Naprawa urządzenia jest również dość prosta.

Jak działa generator wiatrowy i jest podłączony do sieci

Działanie synchrofasotronu... przepraszam, generatora wiatrowego, opiera się na zasadzie lewitacji magnetycznej. Jego istota polega na tym, że podczas obrotu powstają siły unoszące i impulsowe, dzięki którym wirnik zaczyna się obracać, a także rzeczywista siła hamowania.

W wyniku obrotu wirnika powstaje pole magnetyczne, które indukuje pole elektromagnetyczne w uzwojeniu twornika generatora, w wyniku czego powstaje prąd.

• Konstrukcja jest całkowicie mechaniczna i autonomiczna, dlatego nie wymaga interwencji człowieka w jej działaniu. Naturalnie sam generator wyposażony jest w dodatkowe urządzenia, dzięki którym uzyskana energia nadaje się do wykorzystania w domowych sieciach.

• W żadnym wypadku nie należy podłączać urządzeń elektrycznych bezpośrednio do zacisków generatora, ponieważ urządzenie to będzie wytwarzać prąd o różnej mocy i częstotliwości w różnych trybach pracy.
• Po samym generatorze w obwodzie znajduje się sterownik, który kontroluje (wybaczcie tautologię) poziom naładowania akumulatora. Powyższe zdjęcie przedstawia tego typu urządzenie. Jak widać na obudowie znajdują się 4 zaciski, do których podłączone są wyjścia samego generatora, akumulatora i statecznika.
• Co to jest balast? Uważamy, że wiele osób zdaje sobie sprawę, że zdecydowanie odradza się ładowanie akumulatorów, w przeciwnym razie elektrolit zacznie się gotować, w środku wytworzy się ciśnienie, a urządzenie może ulec awarii wśród spektakularnych fajerwerków. Dlatego gdy tylko napięcie na akumulatorze wzrośnie do 14-15 woltów, co oznacza, że ​​jest w pełni naładowany, zasilanie zatrzymuje się.
• Akumulator jest odłączony, nie ma dokąd oddać prądu, no cóż, powiedzmy, że nie ma nikogo w domu, żadne urządzenia nie zużywają prądu, a na zewnątrz wieje dobry wiatr, a generator dalej intensywnie się kręci. Co się stanie?

• Jeśli generator wiatrowy nie jest obciążony, jego obrót nie będzie napotykał żadnego oporu. Łopaty obracają się zbyt mocno, co zwiększa obciążenie wiatrem i wytwarza nieprzyjemny hałas. W niektórych sytuacjach konstrukcja może po prostu nie wytrzymać i machając do ciebie ręką, odlecieć bez obietnicy powrotu.
• Kolejna kwestia jest taka, że ​​napięcie na generatorze bez obciążenia przy tak intensywnych obrotach może sięgać nawet 60-80 woltów, przy wartości nominalnej 12. Tranzystory sterujące są projektowane średnio na napięcie 40 V - jak rozumiesz, taki skok doprowadzi do natychmiastowego wycofania ich z eksploatacji.
• Aby temu zapobiec, stosuje się balast - obciążenie rezerwowe utworzone przez rezystor, lampy lub element grzejny.

Rada! Jeśli zastosujesz elementy grzejne, energia nie będzie marnowana - możesz podać projekt, w którym będzie podgrzewana np. Woda.

• Pobór mocy statecznika musi odpowiadać maksimum, jakie może wytworzyć generator wiatrowy.
• Jeśli zakupiony sterownik nie posiada zacisków do podłączenia obciążenia balastowego, to urządzenie to będzie działać na innej zasadzie. Gdy tylko akumulator zostanie w pełni naładowany, sterownik zamknie fazy generatora wiatrowego, co w rezultacie spowoduje zatrzymanie jego obrotów. Blokada pozostanie na swoim miejscu, dopóki poziom napięcia akumulatora nie spadnie do 13,5 V, po czym cykl się powtórzy.
• Urządzenia te są instalowane tylko na generatorach małej mocy.
• Przed sterownikiem w obwodzie należy umieścić mostek diodowy - najprostsze urządzenie z czterech półprzewodników, które będzie prostować dopływający prąd. Wiele urządzeń ma prostownik wewnątrz obudowy, dlatego podczas podłączania należy zapoznać się z instrukcjami.

• Następnym w łańcuchu jest akumulator. W zasadzie wystarczy każdy 12-woltowy, więc możesz udać się do sklepu z częściami samochodowymi, aby go kupić.
• Jak rozumiesz, wykorzystanie generatorów wiatrowych nie oznacza, że ​​energia elektryczna będzie darmowa. Najpierw weź pod uwagę koszt samego urządzenia i jego wyposażenia - jeśli nie jesteś technikiem radiowym, na pewno będziesz musiał wydać pieniądze. Po drugie, każda bateria ma określoną żywotność - średnio 4-5 lat w warunkach intensywnego użytkowania.
• Bateria o dobrej pojemności będzie kosztować około 5-10 tysięcy rubli (cena na 2018 rok). Oznacza to, że nawet jeśli usuniesz koszty instalacji i uruchomienia sprzętu, będziesz musiał zapłacić od 80 do 160 rubli miesięcznie, nie licząc kosztów ewentualnych napraw sprzętu.
• Co więcej, w regionie, w którym mieszkasz, musi być naprawdę wietrznie, aby wszystkie koszty się zwróciły. Generalnie to Ty decydujesz o celowości takiego przejęcia, my po prostu przedstawiamy Ci fakty.

• Jeśli planujesz zasilać domowe urządzenia elektryczne działające na standardowe napięcie 220 woltów z generatora wiatrowego, będziesz potrzebować falownika, który zamieni prąd stały na prąd przemienny
• Wśród wyposażenia dodatkowego chciałbym wyróżnić ATS (automatyczny wyłącznik zasilania). Urządzenie to automatycznie przełączy zasilanie po wyłączeniu generatora wiatrowego do sieci publicznej lub źródła zasilania awaryjnego.

Rodzaje pionowych generatorów wiatrowych

Wygląd i charakterystyka pionowych generatorów wiatrowych w dużej mierze zależy od konstrukcji konstrukcyjnej tych urządzeń. Spójrzmy na główne.

Układy ortogonalne

Charakterystyka techniczna pionowego generatora wiatrowego typu ortogonalnego implikuje niezbyt wysoką sprawność przy dużych gabarytach w porównaniu z urządzeniami o osi poziomej, jednak niezależność od kierunku wiatru nadaje mu wyższy priorytet.

• Konstrukcja tych generatorów opiera się na centralnej osi obrotu (pionowej) i kilku płaskich łopatkach umieszczonych równolegle do niej.
• Wszystkie ostrza są usuwane ze środka obrotu w określonej odległości.
• Dzięki takiemu rozwiązaniu mechanizm napędowy można umieścić na poziomie podłoża, co znacznie ułatwia czynności konserwacyjne i naprawcze.

Wykorzystanie energii wiatru do wytwarzania energii elektrycznej jest jedną z perspektywicznych form rozwoju energetyki alternatywnej. Pionowy generator wiatrowy to obiecujący kierunek rozwoju branży, ponieważ ma wiele zalet w porównaniu do analogów poziomych.

Zasada działania

Wiatrak pionowy to cylinder zamontowany na podstawie. Dzięki swojemu kształtowi działa niezależnie od kierunku wiatru. Niezależnie od rodzaju pionowego generatora wiatrowego, jest on zaprojektowany w taki sposób, aby ciśnienie strumienia powietrza po jednej jego stronie było wyższe niż po drugiej.

Dzięki tej różnicy ciśnień oś generatora obraca się i wytwarzany jest prąd. Ze względu na to, że siła wiatru skierowana jest na obie strony generatora wiatrowego, początkowa prędkość wiatru jest nieco większa niż w przypadku poziomych turbin wiatrowych, ale przy odpowiedniej jakości części występuje napęd własny – tj. znaczny wzrost prędkości generatora nawet przy niewielkim (od 3,5 m/s) wietrze.

Który projekt jest lepszy?

Istnieje kilka zasadniczo różnych konstrukcji pionowych generatorów wiatrowych, każdy z nich ma swoje zalety i wady.

Wiatrak Savonius - łopaty półkoliste

Wirnik Savoniusa. Model takiego wiatraka pionowego zawiera dwie lub więcej łopat wykonanych w kształcie półkola. W tym przypadku nacisk wywierany na „otwartą” część koła znacznie przewyższa nacisk wywierany na przeciwną stronę. Konstrukcja jest dość prosta w produkcji, dlatego jest najbardziej popularna wśród domowych pionowych generatorów wiatrowych. Wady:

• Duży „wiatr”. Wpływ wiatru przechyla całą konstrukcję, powodując naprężenia w osi i uszkadzając łożysko, na którym obraca się cały wirnik.
• Konstrukcja nie jest w stanie samodzielnie zacząć się obracać, jeśli są dwie lub trzy łopaty, dlatego dwa takie wirniki muszą być zamocowane na tej samej osi, jeden pod drugim pod kątem 90°

1. 

   Aby zwiększyć produktywność, na ortogonalnym rotorze zainstalowano dodatkowe ekrany statyczne

   Darrieusa lub wirnik ortogonalny. Istnieje wiele modyfikacji takiego pionowego generatora wiatrowego, ale zasada działania pozostaje niezmieniona. Obrót następuje ze względu na kształt skrzydła generatora. Pod wpływem przepływu powietrza powstaje siła nośna, dzięki której oś się obraca. Wady:

   • Niska, nawet jak na standardy generatorów wiatrowych, wydajność.
   • Aby taki generator mógł się w pełni rozkręcić, prędkość wiatru musi wynosić co najmniej 4 m/s. Jednocześnie, dopóki taki wirnik nie osiągnie pełnej prędkości obrotowej, obciążenie nie będzie mogło być podłączone do wiatraka - zatrzyma się.
   • Hałaśliwy. Jeśli w innych modelach hałas hałasują tylko ruchome części (łożyska), to pionowy generator wiatrowy tego typu hałasuje z łopatek. Bardzo.
   • Z powodu wibracji łożyska i wszystkie nośne elementy konstrukcyjne szybko ulegają uszkodzeniu.

2. 

   Wirnik helikoidalny ma złożoną konstrukcję

   Wirnik helikoidalny. Ten pionowy generator wiatrowy ma skomplikowany kształt, ale w istocie jest to ortogonalny generator wiatrowy o osi pionowej, jedynie jego łopaty są skręcone wzdłuż osi nośnej, co znacznie zwiększa żywotność całej konstrukcji, ponieważ zapewnia równomierne obciążenie łożyska i masztu ze wszystkich stron. Wady:

   • Trudny w produkcji, stąd wysoki koszt wiatraka pionowego.

3. 

   Wielołopatowa turbina wiatrowa

   Wielołopatowy pionowy generator wiatrowy. Jeśli weźmiemy pod uwagę tylko próbki komercyjne, ten typ wirnika jest najbardziej produktywny i najmniej obciąża części nośne. Wewnątrz tego pionowego wiatraka znajduje się dodatkowy rząd statycznych łopatek, które kierują przepływ powietrza w taki sposób, aby zmaksymalizować wydajność wirnika. Wady:

   • Wysoki koszt urządzenia ze względu na dużą liczbę części.

Plusy osi pionowej

Pozytywne cechy wszystkich pionowych generatorów wiatrowych:

1. Nie są kierowane przez wiatr, działają w dowolnym kierunku.
2. W odróżnieniu od generatorów wiatrowych z osią poziomą posiada tylko jedną oś obrotu, stąd dłuższa żywotność.
3. Możliwy jest montaż na małej wysokości - już od 1,5 m w zależności od modelu.
4. Wszystkie ważne ruchome części znajdują się na spodzie generatora, co ułatwia jego serwisowanie.
   

   Ważny. W razie potrzeby wał wirnika zwiększa się do wymaganej długości, aby ułatwić dostęp do stojana, bez znaczącej utraty wydajności.

5. Możliwość złożenia działającego generatora wiatrowego własnymi rękami ze złomu.
6. Dzięki możliwości stworzenia sztywnej konstrukcji z wieloma punktami podparcia, pionowe generatory wiatrowe pracują przy wyższych maksymalnych prędkościach wiatru.
7. Większa odporność na szkodliwe działanie wiatru.
8. W wiatrakach tych możliwe jest wytworzenie własnego obiegu powietrza, dzięki czemu efekt dużej prędkości powstaje, gdy prędkość liniowa łopat jest 20 i więcej razy większa od prędkości wiatru.

Minusy

1. Uciążliwy projekt. Najlżejsze pionowe turbiny wiatrowe ważą co najmniej 300 kg łącznie ze stojakiem.
2. Niska wydajność w porównaniu do wersji poziomej.
3. Hałaśliwy. Wiatrak podczas pracy wydaje dźwięki ze swoich łopatek.

Wideo. Generator wiatrowy helikoidalny

Film wyraźnie pokazuje pracę wiatraka śrubowego zamontowanego na specjalnym maszcie

Urządzenia takie mają pewne zalety w porównaniu z urządzeniami wiatrowymi o osi poziomej. Nie posiadają elementów umożliwiających orientację względem wiatru, co upraszcza konstrukcję i zmniejsza obciążenia żyroskopowe. Opracowano dużą liczbę różnych generatorów wiatrowych z pionową osią obrotu (ryc. 6.1),
Ryż. 6.1. z pionową osią obrotu: w którym
Do wytworzenia momentu obrotowego wykorzystuje się siły oporu i siłę podnoszenia ostrzy roboczych.
Są to urządzenia z elementami płytowymi, misowymi czy turbinowymi, a także rotory Savonius z łopatkami w kształcie litery S.
Generatory wiatrowe tego typu mają duży moment początkowy, ale mniejszą prędkość i moc w porównaniu do wirnika Francuza, który zaproponował tę konstrukcję w 1920 roku.” Rotor ten jest intensywnie rozwijany od 1970 roku przez specjalistów w wielu krajach. Obecnie można go uważać za głównego konkurenta pierścieniowych generatorów wiatrowych.
Wirnik konstrukcji Daria nawiązuje do generatora wiatrowego z pionową osią obrotu, wykorzystując siłę nośną występującą na zakrzywionych łopatach mających w przekroju profil skrzydła. Jego wadą jest mały moment początkowy, zaletą jest duża prędkość i co za tym idzie stosunkowo duża moc właściwa w stosunku do masy. Aby wyeliminować główną wadę i zwiększyć początkowy moment obrotowy, wirnik Darrieusa łączy się z różnego rodzaju rozrusznikami, na przykład z wirnikiem Savonius.

1-; 2 — wirnik wielołopatkowy Savonius; 3 — wirnik płytowy; 4 — wirnik kubkowy: 5 — wirnik Darrieusa w kształcie Ø; 6 — wirnik Darrieusa w kształcie Δ; 7 - rotor z prostymi łopatkami skrzydełkowymi (Giromill) 8 - z zakrzywionymi łopatkami lamelowymi; 9 — wirniki w kształcie Ø Darrieusa i Savoniusa; 10 — rotor szczelinowy Savonius; 11- rotor wykorzystujący efekt Magnusa; 12 - wirnik z podpierającymi płaszczyznami żaglowymi; 13 - z urządzeniem odblaskowym; 15 - z rurką Venturiego; 16 - od
urządzenie wirowe.
Inny typ wirnika z pionową osią obrotu wykorzystuje efekt Magnusa; Takie wirniki z obracającymi się cylindrami obejmują projekty Madarasa i Fletschera. Kiedy strumień wiatru zbliża się do obracającego się cylindra, zgodnie z efektem Magnusa, siła działa prostopadle do kierunku przepływu. Urządzenia te są w stanie napędzać statki lub pojazdy lądowe. Rozkład sił pokazano na rys. 6.2 i 6.3.

W niektórych przypadkach generator wiatrowy poprawia moc wyjściową w obecności deflektora prowadzącego (patrz rys. 6.1) i wyrzutnika w postaci zwężki Venturiego (patrz rys. 6.1: 15).
Znany także generatory wiatrowe z wirnikiem o pionowym obrocie osiowym, umieszczony na rurze (lub wieży), wewnątrz której generowane są wznoszące się wiry (patrz rys. 6.1: 14). Jednocześnie wieża taka zapewnia ogrzewanie powietrza poprzez bezpośrednie wykorzystanie promieniowania słonecznego lub spalanie paliwa z późniejszym rozprężeniem powietrza, w wyniku czego powstaje efekt turbiny gazowej, która wraz z generatorem wiatrowym, jest zainstalowany przy wyjściu z wieży. Aby zwiększyć efektywność takich wież i turbin wiatrowych, wykorzystujących siłę nośną w strumieniu wiatru, ten ostatni powinien mieć możliwie największą moc: od 1000 do 20 000 kW.
Jednocześnie wymiary generatorów wiatrowych ograniczone są naprężeniami powstającymi w konstrukcji podpór, łopat i innych obciążonych elementów.
Dlatego generatory wiatrowe powinien mieć jak najmniejszą masę i siłę nośną jako siłę napędową, aby przy wysokich wartościach współczynnika wykorzystania energii wiatru uzyskać większą prędkość.

Zalety turbin wiatrowych z pionową osią obrotu,

wytwarzających silniejsze i stabilniejsze wiatry, można zrealizować poprzez umieszczenie generatorów wiatrowych na przybrzeżnym obszarze zbiorników lub na wodach przybrzeżnych. Turbiny wiatrowe typu wieżowego przeznaczone do wytwarzania i wykorzystania wirów w celu zwiększenia prędkości przepływu i gradientu ciśnienia w obszarze urządzenia wiatrowego można zastosować po zapoznaniu się z prawami prędkości podczas tworzenia się wirów.

Schematy projektowe generatorów wiatrowych z pionową osią obrotu

Ze względu na prostopadły kierunek działania wiatru na generatory wiatrowe o poziomej osi obrotu, konieczne było zastosowanie systemu orientacji i stosunkowo skomplikowanych metod pozyskiwania mocy. Zmniejszyło to je i skomplikowało konstrukcję turbin wiatrowych.
Generator wiatrowy z pionową osią obrotu Ze względu na swoją geometrię znajdują się w dowolnym położeniu przy dowolnym kierunku wiatru. Ponadto schemat ten pozwala, poprzez wydłużenie wału, umieścić skrzynię biegów z generatorem u podstawy wieży (ryc. 6.5).

Ryż. 6.5. Schemat konstrukcyjny generatora wiatrowego z pionową osią obrotu typu Darrieus: 1-rozrusznik (wirnik
Savoniusz); 2 - wał; 3; 4 — urządzenie hamujące; 5 - praca, aby się tam dostać; b - rozstępy; 7 - rama; konwerter napięcia K; 9 - bateria

Najpopularniejsze typy kół wiatrowych o osi pionowej obejmują wirnik Darrieusa.

W nim moment obrotowy jest wytwarzany przez siłę nośną powstającą na dwóch lub trzech cienkich zakrzywionych powierzchniach nośnych o profilu aerodynamicznym. Siła nośna jest maksymalna w momencie, gdy ostrze z dużą prędkością przecina nadchodzący strumień powietrza. Wirnik Darrieusa nie może sam się obracać, dlatego do jego uruchomienia wykorzystuje się zwykle generator pracujący w trybie silnika lub rozrusznik, zwany wirnikiem Savonius. To koło również napędzane jest przez opór.
Jego ostrza są wykonane z cienkich zakrzywionych prostokątnych arkuszy i są proste i niedrogie. Moment obrotowy powstaje w wyniku różnego oporu stawianego przepływowi powietrza przez wklęsłe i zakrzywione łopatki wirnika. Ze względu na duże geometryczne wypełnienie, to koło wiatrowe ma wysoki moment obrotowy i służy do pompowania wody.

Opracowano znaczną liczbę obwodów generatorów wiatrowych z pionową osią obrotu.

Zgodnie z wieloma cechami konstrukcyjnymi, niektóre z nich są bardziej preferowane nawet w porównaniu z instalacjami śmigłowymi, szczególnie w przypadku pracy w regionach o dużym potencjale wiatrowym. Na przykład bardzo obiecujący schematy generatorów wiatrowych, pokazany na ryc. 6,6 - 6,11.

Ryż. 6.6. Wiatrowskaz elektryczny do kół planetarnych Ryc. 6.7. Opcja montażu urządzenia (widok ogólny)

Ryż. 6.8. Schemat kinematyczny urządzenia do obracania łopat generatora wiatrowego o osi pionowej

Zespół wiatrowy składa się z wału pionowego -1, zamontowanego na nim koła wiatrowego z łopatami obrotowymi - 2 i poprzecznic nośnych poziomych - 3, generatora urządzenia obracającego, w skład którego wchodzi
pręty 2. Urządzenie obrotowe jest wyposażone w mechanizmy korbowe, których korbowód 6 każdego z nich jest połączony z drugimi końcami prętów 4 i 5 każdej pary za pomocą dźwigni 7 i zawiasów. Podczas wykonywania koła wiatrowego za pomocą wiatrowskazu 8 urządzenie obrotowe ma przekładnię planetarną, której koła planetarne 9 są połączone z korbami 10 mechanizmów, a 11. koło centralne jest połączone z wiatrowskazem 8. Podczas wykonywania koło wiatrowe z innym mocowaniem wiatrowskazu 8, urządzenie jest wyposażone w mechanizm różnicowy składający się z dwóch współosiowych kół centralnych, odpowiednio 12 i 13, z przekładnią zewnętrzną i wewnętrzną oraz zazębionymi z nimi kołami planetarnymi 14 oraz kołem centralnym 11 przekładni zewnętrznej jest połączony z korbami 10 mechanizmów, a koła planetarne 14 są połączone z
wiatrowskaz 8.

Kto jest za pionem? Kto jest przeciwny?

Gdybyśmy byli na spotkaniu specjalistów kłócących się o to, które turbiny wiatrowe byłyby bardziej opłacalne do zainstalowania w pobliżu wiejskiego domu lub wioski wiejskiej - generatory wiatrowe z pionową osią obrotu czy poziome, wówczas pojawiłaby się taka atmosfera, która ujawniłaby zalety i wady tego typu turbin wiatrowych. Najpierw o zaletach wiatraka pionowego:

• prawie bezgłośny przy najsilniejszych podmuchach wiatru;
• zapewnia optymalną wydajność w każdych warunkach wiatrowych;
• łapie dowolny kierunek ruchu powietrza;
• skromny;
• brak bieżących szczotek zbierających nie wymaga ich wymiany;
• startuje przy minimalnym wietrze do 1 m/s;
• w jego konstrukcji zastosowano tylko jedno łożysko ze względu na lewitację osi;
• może być umieszczony w pobliżu domu lub na dachu;
• nie wymaga do uruchomienia dodatkowych urządzeń;
• całkowicie nieszkodliwy dla ptaków, pszczół i środowiska;
• nie boi się mokrych opadów śniegu i oblodzenia.

A ci, którzy wolą wiatraki poziome, zauważają jedną z niewielu, ale znaczących wad wiatraków pionowych:

• nie wykorzystują efektywnie energii wiatru w porównaniu do energii poziomej;
• więcej materiału wydaje się na ich montaż;
• zauważalna różnica cen w kierunku zawyżenia.

Ich przeciwnicy nie poddają się: generatory wiatrowe z pionową osią obrotu – jak twierdzą – są bezpretensjonalne wobec podmuchów wiatru w dowolnym kierunku (wirowe), co umożliwia ich instalowanie w miejscach o małych przestrzeniach. Ponadto są obojętne na niszczycielskie huragany, ponieważ wraz ze wzrostem prędkości obrotowej zwiększa się stabilność osi z wirnikiem. Aby podkreślić zalety pionowych turbin wiatrowych w porównaniu z tradycyjnymi poziomymi turbinami wiatrowymi, można je zastosować w dowolnym miejscu: na dachach domów, na platformach, wieżach, kabinach tajgi, przyczepach.

Chociaż bez względu na to, jak bardzo ktoś kłóci się o zalety i wady tej czy innej instalacji, argumenty praktyki przeważają. Pozwalają ocenić zalety i wady dowolnej instalacji generatora wiatrowego w określonych warunkach pracy.

Tak, wiatrak poziomy jest tańszy, ale pionowy nie będzie wymagał dużych nakładów finansowych podczas instalacji i instalacji. Tak, poziomy generator wiatrowy ma większą wydajność, ale obrotowy generator wiatrowy nie wymaga podnoszenia na większą wysokość, co ułatwia jego obsługę. Tak, wiatrak poziomy wymaga mniej materiału na wirnik, ale jego odpowiednik jest bardziej odporny na wiatry huraganowe.

Jak to mówią, kto dokąd, a ja jestem w kasie oszczędnościowej. Niektóre są do czego, ale większość przeznaczona jest do pionowych turbin wiatrowych. Co więcej, co roku wynalazcy udoskonalają tę instalację i wkrótce stanie się ona jednym z liderów popytu.

Wiatr - za pieniądze!

Zatrzymywać się! Nie pomyliłeś się przypadkiem w tytule? Czy nie należałoby zamienić słów? – możesz zapytać, drogi czytelniku. Nie, kiedy mówimy o tym, jak obrotowy generator wiatrowy zwycięsko maszeruje po naszej planecie, pewnie zajmując swoje miejsce na słońcu, takie sformułowanie jest całkiem do przyjęcia.

Aby udowodnić to stwierdzenie, można podać jeden przykład spośród tysięcy opcji. Weźmy podobny pomysł projektanta Aleksandra Siergiejewicza Abramowa. Na bezkresach Rosji to on wpadł na pomysł opłacalnego wykorzystania obrotowego generatora wiatrowego. Bo choć główną zaletą tej instalacji jest praca przy najlżejszym powiewie powietrza, w dowolnym kierunku, to taki generator wiatrowy doskonale sprawdza się przy słabych rosyjskich wiatrach.

Któż może zaprzeczyć, że bardziej opłaca się mieć w pobliżu domu bardziej czułą turbinę wiatrową, niż taką, która jest gotowa pracować tylko przy dość silnym wietrze. Gdzie można je znaleźć na rozległych obszarach Rosji?

To właśnie Abramow po raz pierwszy w Rosji wpadł na pomysł przejścia na produkcję, a także wprowadzenia takich generatorów wiatrowych. Najcenniejsze w tym pomyśle jest to, że w obliczu wiecznego niedoboru materiałów do budowy turbiny wiatrowej oraz słynnego wynalazku narodu rosyjskiego, nawet najbardziej leniwy wieśniak jest w stanie wykonać taką instalację. Nie wierzysz mi?

Taki generator wiatrowy można łatwo zbudować z najłatwiej dostępnych materiałów leżących dosłownie pod nogami: z dużych 3-litrowych plastikowych butelek, z puszki, sklejki lub PCB, stalowej osi, złomowego silnika elektrycznego. Schemat prostego pionowego silnika wiatrowego z puszki (patrz rysunek).

Wystarczy przeciąć butelkę na pół, przymocować ją wklęsłymi bokami w przeciwnych kierunkach i utworzyć w środku oś obrotu, którą należy połączyć z generatorem. Wszystko. Wiatrak jest gotowy do pracy. Można go zabrać na wędrówki. Oświetli Twoją tajgę lub namiot kempingowy, naładuje baterię telefonu lub laptopa.

W tym miejscu należy powiedzieć kilka słów o samym Abramowie. Aleksander Siergiejewicz jest najstarszym zwolennikiem mistrzostwa, który nie wyobraża sobie ani jednego dnia bez kreatywności technicznej. W jego mózgu, a potem na papierze pojawiało się coraz więcej nowych modeli silników, które wykorzystują źródła energii nie do pomyślenia na powierzchowne spojrzenie. Do ostatnich dni życia (żył 96 lat) Aleksander Siergiejewicz interesował się obrotowymi generatorami wiatrowymi, dla których przepowiadał wspaniałą przyszłość. Wynalazca był głęboko przekonany, że na wietrze można zarobić pieniądze. Co więcej, jest to łatwe.

Projektanci słyną z pogardy dla obrotowych generatorów wiatrowych. Podobno w porównaniu z wiatrakami poziomymi są nieefektywne w wykorzystaniu energii wiatru. Aleksander Siergiejewicz Abramow nie sprzeciwił się swoim przeciwnikom. Po prostu zrobił to po cichu, przetestował kilka modeli własnej konstrukcji pionowych generatorów wiatrowych. Wszystkie jego konstrukcje wykazały nienaganną skuteczność przy każdym ciśnieniu przepływu powietrza, od lekkiej bryzy po huraganowy wiatr. Ta główna różnica między nimi a ich poziomymi odpowiednikami mówi wiele. Nie ma sensu wstrząsać powietrzem kłótniami i krzykami, lepiej to zrobić. Pokazywać.

Oto kolejny wyraźny przykład samostartującego generatora wiatrowego o osi pionowej przy prędkości wiatru mniejszej niż 1 m/s. Ten film pokazuje eksperymentalny przykład pionowego wiatraka, który zaczyna się obracać w warunkach bardzo małego ruchu powietrza. Nawet gałęzie drzew stoją w bezruchu, a wiatrak powoli obraca skrzydłami, ciesząc oko wynalazcy.

Podsumowując, należy dodać, że obrotowe generatory wiatrowe są nie tylko ciche, ale także potrafią pracować przy każdym wietrze. Dziś produkowane są z wirnikami dwu i trzypoziomowymi w zależności od mocy instalacji i panujących w okolicy wiatrów.

Opracowaliśmy projekt generatora wiatrowego z pionową osią obrotu. Poniżej znajduje się szczegółowy przewodnik dotyczący jego produkcji, po uważnym przeczytaniu będziesz mógł samodzielnie wykonać pionowy generator wiatrowy.

Generator wiatrowy okazał się dość niezawodny, przy niskich kosztach utrzymania, niedrogi i łatwy w produkcji. Nie ma potrzeby podążania za listą szczegółów przedstawioną poniżej; możesz dokonać własnych poprawek, coś ulepszyć, zastosować coś własnego, ponieważ Nie wszędzie można znaleźć dokładnie to, co jest na liście. Staraliśmy się używać niedrogich i wysokiej jakości części.

Wykorzystane materiały i sprzęt:

Generatory wiatrowe z pionową osią obrotu nie są tak wydajne jak ich poziome odpowiedniki, ale pionowe generatory wiatrowe są mniej wymagające pod względem miejsca instalacji.

Produkcja turbin

1. Element łączący - przeznaczony do połączenia wirnika z łopatami generatora wiatrowego.
2. Układ ostrzy to dwa przeciwne trójkąty równoboczne. Korzystając z tego rysunku, łatwiej będzie ustawić kątowniki montażowe ostrzy.

Jeśli nie jesteś czegoś pewien, szablony kartonowe pomogą Ci uniknąć błędów i dalszych przeróbek.

Sekwencja działań związanych z produkcją turbiny:

1. Produkcja dolnych i górnych wsporników (podstaw) ostrzy. Zaznacz i za pomocą wyrzynarki wytnij okrąg z tworzywa ABS. Następnie prześledź go i wytnij drugą podpórkę. Powinieneś otrzymać dwa absolutnie identyczne okręgi.
2. Na środku jednego wspornika wytnij otwór o średnicy 30 cm. Będzie to górny wspornik ostrzy.
3. Weź piastę (piastę samochodową), zaznacz i wywierć cztery otwory w dolnym wsporniku, aby zamontować piastę.
4. Wykonaj szablon lokalizacji ostrzy (rys. powyżej) i zaznacz na dolnym wsporniku punkty mocowania narożników, które połączą podporę z ostrzami.
5. Ułóż ostrza w stos, mocno je zwiąż i przytnij do wymaganej długości. W tej konstrukcji łopaty mają długość 116 cm, im dłuższe łopatki, tym więcej energii wiatrowej otrzymują, jednak wadą jest niestabilność przy silnym wietrze.
6. Zaznacz ostrza do mocowania narożników. Wybij, a następnie wywierć w nich otwory.
7. Korzystając z szablonu lokalizacji ostrzy pokazanego na powyższym obrazku, przymocuj ostrza do wspornika za pomocą narożników.

Produkcja rotorów

Kolejność czynności związanych z produkcją wirnika:

1. Połóż dwie podstawy rotorów jedna na drugiej, zrównaj otwory i za pomocą pilnika lub markera wykonaj mały znak po bokach. W przyszłości pomoże to prawidłowo zorientować je względem siebie.
2. Zrób dwa szablony umieszczania magnesów papierowych i przyklej je do podstaw.
3. Zaznacz biegunowość wszystkich magnesów markerem. Jako „tester polaryzacji” możesz użyć małego magnesu owiniętego szmatką lub taśmą elektryczną. Przesuwając go nad dużym magnesem, będzie wyraźnie widoczne, czy jest odpychany, czy przyciągany.
4. Przygotuj żywicę epoksydową (dodając do niej utwardzacz). I nałóż go równomiernie od spodu magnesu.
5. Bardzo ostrożnie przysuń magnes do krawędzi podstawy rotora i przesuń go do swojej pozycji. Jeśli magnes zostanie zainstalowany na wirniku, wówczas duża siła magnesu może go gwałtownie namagnesować i spowodować pęknięcie. I nigdy nie wkładaj palców ani innych części ciała pomiędzy dwa magnesy lub magnes i żelazko. Magnesy neodymowe są bardzo mocne!
6. Kontynuuj przyklejanie magnesów do wirnika (nie zapomnij nasmarować ich żywicą epoksydową), zmieniając ich bieguny. Jeśli magnesy poruszają się pod wpływem siły magnetycznej, użyj kawałka drewna, umieszczając go między nimi w celu zabezpieczenia.
7. Po zakończeniu jednego rotora przejdź do drugiego. Korzystając z wcześniej wykonanego znaku, ustaw magnesy dokładnie naprzeciwko pierwszego wirnika, ale z inną polaryzacją.
8. Umieść wirniki w pewnej odległości od siebie (aby nie uległy namagnesowaniu, w przeciwnym razie nie będzie można ich później usunąć).

Produkcja stojana jest procesem bardzo pracochłonnym. Można oczywiście kupić gotowy stojan (spróbuj znaleźć je tutaj) lub generator, ale nie jest faktem, że będą pasować do konkretnego wiatraka, który ma swoją indywidualną charakterystykę

Stojan generatora wiatrowego jest elementem elektrycznym składającym się z 9 cewek. Cewkę stojana pokazano na zdjęciu powyżej. Cewki są podzielone na 3 grupy, po 3 cewki w każdej grupie. Każda cewka jest nawinięta drutem 24AWG (0,51 mm) i zawiera 320 zwojów. Większa liczba zwojów, ale przy cieńszym drucie, da wyższe napięcie, ale niższy prąd. Dlatego parametry cewek można zmieniać w zależności od tego, jakiego napięcia potrzebujesz na wyjściu generatora wiatrowego. Poniższa tabela pomoże Ci podjąć decyzję:
320 obrotów, 0,51 mm (24AWG) = 100 V przy 120 obr./min.
160 obrotów, 0,0508 mm (16AWG) = 48 V przy 140 obr./min.
60 obrotów, 0,0571 mm (15AWG) = 24 V przy 120 obr./min.

Ręczne nawijanie szpul jest nudnym i trudnym zadaniem. Dlatego, aby ułatwić proces nawijania, radzę wykonać proste urządzenie - maszynę do nawijania. Co więcej, jego konstrukcja jest dość prosta i może być wykonana ze złomu.

Zwoje wszystkich cewek należy nawinąć w ten sam sposób, w tym samym kierunku i zwrócić uwagę lub zaznaczyć, gdzie znajduje się początek i koniec cewki. Aby zapobiec rozwijaniu się cewek, są one owinięte taśmą izolacyjną i pokryte żywicą epoksydową.

Przyrząd wykonany jest z dwóch kawałków sklejki, wygiętego kołka, kawałka rury PCV i gwoździ. Przed zgięciem spinki do włosów podgrzej ją palnikiem.

Mały kawałek rury pomiędzy deskami zapewnia pożądaną grubość, a cztery gwoździe zapewniają wymagane wymiary zwojów.

Możesz wymyślić własny projekt maszyny przewijającej, a może masz już gotowy.
Po nawinięciu wszystkich cewek należy je sprawdzić pod kątem wzajemnej identyczności. Można to zrobić za pomocą wagi, ale trzeba także zmierzyć rezystancję cewek za pomocą multimetru.

Nie podłączaj odbiorników domowych bezpośrednio od generatora wiatrowego! Należy także przestrzegać zasad bezpieczeństwa podczas obchodzenia się z energią elektryczną!

Proces łączenia cewki:

1. Przeszlifuj końce zacisków każdej cewki papierem ściernym.
2. Podłącz cewki jak pokazano na powyższym obrazku. Powinny być 3 grupy, po 3 cewki w każdej grupie. Dzięki temu schematowi połączeń uzyskany zostanie trójfazowy prąd przemienny. Przylutuj końce cewek lub użyj zacisków.
3. Wybierz jedną z poniższych konfiguracji:
   Konfiguracja gwiazda". Aby uzyskać duże napięcie wyjściowe należy połączyć ze sobą piny X, Y i Z.
   B. Konfiguracja trójkąta. Aby uzyskać duży prąd, połącz X z B, Y z C, Z z A.
   C. Aby w przyszłości możliwa była zmiana konfiguracji należy rozciągnąć i wyprowadzić wszystkie sześć przewodów.
4. Na dużej kartce papieru narysuj schemat lokalizacji i podłączenia cewek. Wszystkie cewki muszą być równomiernie rozmieszczone i odpowiadać położeniu magnesów wirnika.
5. Przymocuj szpule do papieru za pomocą taśmy. Przygotuj żywicę epoksydową z utwardzaczem do wypełnienia stojana.
6. Do nakładania żywicy epoksydowej na włókno szklane użyj pędzla. Jeśli to konieczne, dodaj małe kawałki włókna szklanego. Nie wypełniaj środka cewek, aby zapewnić wystarczające chłodzenie podczas pracy. Staraj się unikać tworzenia się pęcherzyków. Celem tej operacji jest zabezpieczenie cewek na miejscu i spłaszczenie stojana, który będzie umieszczony pomiędzy dwoma wirnikami. Stojan nie będzie obciążonym zespołem i nie będzie się obracał.

Aby było to jaśniejsze, spójrzmy na cały proces na zdjęciach:

Gotowe zwoje umieszcza się na papierze woskowanym z narysowanym schematem układu. Trzy małe kółka w rogach na powyższym zdjęciu to lokalizacje otworów do mocowania wspornika stojana. Pierścień pośrodku zapobiega przedostawaniu się żywicy epoksydowej do środkowego okręgu.

Cewki są zamocowane na swoim miejscu. Wokół cewek umieszcza się włókno szklane w małych kawałkach. Przewody cewki można doprowadzić do wewnątrz lub na zewnątrz stojana. Nie zapomnij zostawić wystarczającej długości przewodu. Pamiętaj, aby dokładnie sprawdzić wszystkie połączenia i przetestować za pomocą multimetru.

Stojan jest prawie gotowy. W stojanie wiercone są otwory do montażu wspornika. Podczas wiercenia otworów należy uważać, aby nie uderzyć w zaciski cewki. Po zakończeniu operacji odetnij nadmiar włókna szklanego i, jeśli to konieczne, przeszlifuj powierzchnię stojana.

Wspornik stojana

Rura do mocowania osi piasty została przycięta do wymaganego rozmiaru. Wiercono w nim i gwintowano otwory. W przyszłości zostaną wkręcone w nie śruby, które utrzymają oś.

Powyższy rysunek przedstawia wspornik, do którego zostanie przymocowany stojan, umieszczony pomiędzy dwoma wirnikami.

Zdjęcie powyżej przedstawia kołek z nakrętkami i tuleją. Cztery z tych kołków zapewniają niezbędny prześwit pomiędzy wirnikami. Zamiast tulei można zastosować większe nakrętki lub samodzielnie dociąć aluminiowe podkładki.

Generator. Montaż końcowy

Małe wyjaśnienie: mała szczelina powietrzna pomiędzy połączeniem wirnik-stojan-wirnik (ustawiana za pomocą sworznia z tuleją) zapewnia wyższą moc wyjściową, ale ryzyko uszkodzenia stojana lub wirnika wzrasta w przypadku niewspółosiowości osi, co może wystąpić przy silnym wietrze.

Poniższe zdjęcie po lewej stronie przedstawia wirnik z 4 śrubami dystansowymi i dwiema aluminiowymi płytkami (które zostaną później usunięte).
Zdjęcie po prawej stronie przedstawia zmontowany i pomalowany na zielono stojan.

Proces kompilacji:
1. Wywierć 4 otwory w górnej płycie wirnika i nagwintuj gwint pod kołek. Jest to konieczne, aby płynnie opuścić rotor na miejsce. Przyłóż 4 kołki do przyklejonych wcześniej płyt aluminiowych i na kołki zamontuj górny rotor.
Wirniki będą przyciągane do siebie z bardzo dużą siłą, dlatego potrzebne jest takie urządzenie. Natychmiast wyrównaj wirniki względem siebie zgodnie z wcześniej umieszczonymi oznaczeniami na końcach.
2-4. Naprzemiennie obracając kołki kluczem, równomiernie opuść wirnik.
5. Po tym jak wirnik oprze się o tuleję (zapewniając luz), odkręć śruby dwustronne i zdejmij aluminiowe płytki.
6. Zamontować piastę (piastę) i przykręcić ją.

Generator jest gotowy!

Po zamontowaniu kołków (1) i kołnierza (2) generator powinien wyglądać mniej więcej tak (patrz obrazek powyżej)

Do zapewnienia kontaktu elektrycznego służą śruby ze stali nierdzewnej. Wygodnie jest używać końcówek oczkowych na przewodach.

Do zabezpieczenia połączeń stosowane są nakrętki kołpakowe i podkładki. deski i wsporniki łopatek do generatora. Tak więc generator wiatrowy jest całkowicie zmontowany i gotowy do testów.

Na początek najlepiej wiatrak ręcznie zakręcić i zmierzyć parametry. Jeżeli wszystkie trzy zaciski wyjściowe zostaną ze sobą zwarte, wiatrak powinien obracać się bardzo powoli. Można to wykorzystać do zatrzymania generatora wiatrowego w celu serwisowania lub ze względów bezpieczeństwa.

Generator wiatrowy może służyć nie tylko do dostarczania prądu do domu. Na przykład w tym przypadku stojan generuje wysokie napięcie, które jest następnie wykorzystywane do ogrzewania.
Omówiony powyżej generator wytwarza napięcie trójfazowe o różnych częstotliwościach (w zależności od siły wiatru), a np. w Rosji stosowana jest sieć jednofazowa o napięciu 220-230 V, ze stałą częstotliwością sieci 50 Hz. Nie oznacza to jednak, że generator ten nie nadaje się do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego. Prąd przemienny z tego generatora można przekształcić w prąd stały o stałym napięciu. Prąd stały można już wykorzystać do zasilania lamp, podgrzewania wody, ładowania akumulatorów lub można dostarczyć konwerter do konwersji prądu stałego na prąd przemienny. Ale to wykracza poza zakres tego artykułu.

Powyższy rysunek przedstawia prosty obwód mostka prostowniczego składającego się z 6 diod. Przekształca prąd przemienny na prąd stały.

Miejsce instalacji generatora wiatrowego

Opisywany tutaj generator wiatrowy zamontowany jest na 4-metrowym słupie na skraju góry. Kołnierz rurowy, który montowany jest w dolnej części generatora, zapewnia łatwy i szybki montaż generatora wiatrowego - wystarczy przykręcić 4 śruby. Chociaż dla niezawodności lepiej go spawać.

Zazwyczaj poziome generatory wiatrowe „uwielbiają”, gdy wiatr wieje z jednego kierunku, w przeciwieństwie do pionowych turbin wiatrowych, gdzie dzięki wiatrowskazowi mogą się obracać i nie przejmują się kierunkiem wiatru. Ponieważ Ponieważ turbina wiatrowa jest zainstalowana na brzegu klifu, wiatr tam wytwarza turbulentne przepływy z różnych kierunków, co nie jest zbyt skuteczne w przypadku tej konstrukcji.

Kolejnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze lokalizacji, jest siła wiatru. Archiwum danych o sile wiatru dla Twojego obszaru można znaleźć w Internecie, chociaż będzie to bardzo przybliżone, ponieważ wszystko zależy od konkretnej lokalizacji.
Również anemometr (urządzenie do pomiaru siły wiatru) pomoże w wyborze miejsca instalacji generatora wiatrowego.

Trochę o mechanice generatora wiatrowego

Jak wiadomo, wiatr powstaje w wyniku różnicy temperatur powierzchni ziemi. Kiedy wiatr obraca turbiny generatora wiatrowego, wytwarza trzy siły: siłę nośną, hamowanie i impuls. Podnoszenie następuje zwykle po powierzchni wypukłej i jest konsekwencją różnicy ciśnień. Siła hamowania wiatru powstaje za łopatami generatora wiatrowego, jest niepożądana i spowalnia wiatrak. Siła impulsu pochodzi z zakrzywionego kształtu ostrzy. Kiedy cząsteczki powietrza popychają ostrza od tyłu, nie mają dokąd pójść i zbierają się za nimi. W rezultacie popychają łopaty w kierunku wiatru. Im większa siła nośna i impulsowa oraz mniejsza siła hamowania, tym szybciej będą się obracać ostrza. Wirnik obraca się odpowiednio, co wytwarza pole magnetyczne na stojanie. W rezultacie wytwarzana jest energia elektryczna.

Pobierz schemat układu magnesu.