Парусный ветрогенератор
Парусный ветрогенератор отличается материалом своих рабочих лопастей. Если в ветрогенераторах обычных типов лопасти – жёсткие, то здесь они изготавливаются из материалов, которые могут под действием ветра изменять площадь своей рабочей поверхности: парусины, брезента, нетканых слоистых материалов.
О недостатках ветрогенераторов с жёсткими лопастями
Ветрогенераторы традиционного исполнения – системы весьма инерционные: для того, чтобы раскрутить лопасти до более-менее значительной угловой скорости, необходим сильный ветер. Это подтверждается и многочисленными теоретическими выкладками, и практическими вариантами различных конструкций данных ветрогенераторов. Итог неутешителен: например, для лопастей или винта с размахом 3 м, и при минимально необходимом числе оборотов генератора 400 мин -1 , окружная скорость винта/лопасти должна быть не менее 500 км/ч! Иначе, требуемый перепад давлений, при котором жёсткая лопасть не только начнёт вращаться, но и станет при этом вырабатывать хоть какую-нибудь электроэнергию, соответствует скорости ветра не менее 10 м/с. Но и это ещё не всё. Распределение давления ветра на жёсткие лопасти происходит крайне неравномерно: большая часть приходится на центральную часть лопасти, угловая скорость которой намного ниже, чем периферийных областей. Такой неприятный факт приводит к тому, что для увеличения коэффициента использования энергии ветра (КИЭВ) – аналог более привычного термина КПД — необходимо увеличивать размах лопастей до неприлично больших размеров – 10 и более метров! И сразу возникают проблемы – где установить такой монстр, как защитить птиц от истребления вращающимися лопастями, каким образом обслуживать и т.д. И даже в наиболее оптимистичных конструкциях ветрогенераторов с жёсткими лопастями их КИЭВ не превышает 20%.
Виды парусных ветрогенераторов
Практически разрабатываются в двух вариантах:
- с круговыми парусными лопастями;
- с круговым парусным колесом.
Ветрогенераторы первого исполнения используют парусные лопасти треугольной формы. Форма треугольника подбирается индивидуально, в зависимости от силы ветра в данной местности. Во многих случаях из-за простоты используют заваленный прямоугольный треугольник (см. рис. 1), хотя для промышленного изготовления более технологичными будут парусные лопасти в виде равнобедренных треугольников (см. рис.2).
В чём же эффективность использования парусных лопастей?
Весь секрет – в упругости материала лопасти, благодаря чему струя воздуха при встрече с поверхностью паруса отклоняется на некоторый угол в сторону и передаёт при этом свою кинетическую энергию парусной лопасти. Последняя начинает вращаться (быстрее это получится у лёгких лопастей с большой площадью) и передавать полезную энергию валу электрогенератора. Вследствие этих особенностей парусный ветрогенератор начинает производить полезную работу уже при скоростях ветра 5 м/с – вдвое меньших, чем для генератора с жёсткими лопастями.
Такие парусные генераторы разрабатываются и производятся во многих странах мира: в США, Франции, России (СКТБ «Энергия-гравио», г.Таганрог) и др.
Вместе с тем парусные ветрогенераторы лопастного исполнения обладают существенными недостатками – низкой стойкостью лопастей (вызванной ограничениями по применяемым материалам) и всё же недостаточным (хотя и большим, чем у ветрогенераторов с жёсткими лопастями) КИЭВ. Объясняется это тем, что круговой парус по определению не сбалансирован, не уравновешен и, следовательно, активен только с одной стороны. При внезапном изменении направления ветра такая лопасть сначала остановится, а потом очень медленно начнёт набирать обороты.
Таких недостатков лишен парусный ветрогенератор с парусным колесом, разрабатываемый и производимый фирмой Saphon Energy (Тунис). В генераторе Saphonian лопасти и вращающиеся части отсутствуют. Внешне конструкция схожа со спутниковой антенной (см. рис. 3).
С помощью воздушных клапанов парус ветрогенератора совершает возвратные высокочастотные колебательные движения. При помощи механической системы эти колебания воспринимаются поршнями гидравлической системы, которые преобразуют энергию получаемой энергии в давление несжимаемой жидкости. Именно энергия давления этой жидкости и используется в дальнейшем для вращения вала электрогенератора.
КИЭВ генератора Saphonian достигает 80%, что в 2 раза превышает эффективность лопастных парусных генераторов. И хотя, строго говоря, Saphonian не представляет собой парусный ветрогенератор в «чистом» виде, его принцип работы заслуживает самого широкого рассмотрения и внедрения.
Подводим итоги
В чём заключаются плюсы парусных ветрогенераторов:
- более высокий, по сравнению с традиционными ветрогенераторами, КИЭВ;
- меньший уровень шума;
- работоспособность при меньших значениях силы и скорости ветра;
- лёгкость и доступность для внедрения;
- безопасность в эксплуатации и обслуживании.
Источник
Парусный ветрогенератор своими руками
Некоторые фотографии парусного верторенератора мощностью до 4кВт*ч. Мачта для этого ветряка была сварена вот такая вот образом,т этот тип мачт так называемые фермерные мачты, могут быть треугольные или четырехугольные.
Основание мачты, как обычно, вырыта яма и залита бетоном, в бетоне закладные для прикручивания мачты на болты.
Поворотная ось ветрогенератора, сделана из деталей от моста и колесных дисков. Вес 150кг.
Предварительная прикидка и сборка, узлы привода от ветроколеса через редуктор к генератору, в качестве которого использовался мотор постоянного тока щеточный.
Уже покрашенная конструкция, жду генератор.
С помощью вот такой вот простейшей лебедки, закрепленной на мачте потихоньку производится поднятие и монтаж деталей, на фото уже установлена поворотная ось ветрогенератора.
Далее таким-же образом поднял и сам генератор. Вес Более 200 кг.
Одеваю и натягиваю паруса.
Вот так проходил монтаж ветроколеса,подъем так-же с помощью лебедки, а далее посадка на свое место и прикручивание болтами.
Вот уже работает.
Дальше через некоторое время была полная модернизация ветрогенератора. Новый щеточный узел.
Электрическая схема балластного регулятора.
Самодельный контроллер зарядки и отбора мощности.
Монтаж ветроколеса с новыми парусами.
Парусный ветрогенератор своими руками.
В качестве генератора использовался двигатель постоянного тока на щетках и магнитах 1971 года выпуска 48 вольт 500 оборотов -30А вес 55килограмм. Этот ветрогенератор строился как экспериментальный образец. Пока использую его совместно с аккумулятором 12 вольт 155А. Пока просто больше нет аккумуляторов. Сейчас от этого ветрогенератора питаю телевизор, ноутбук, радио, зарядки для телефонов и прочее. Пока хочу вместо обычного инвертора 12/220 вольт сделать преобразователь, катушку Тесла для передали энергии без проводов, в общем все для экспериментов.
Статья составлена по материалам >>источник Автор этого ветрогенератора Виталий Бондарь вконтакте.
Источник
Парусный ветрогенератор своими руками
Довольно интересную конструкцию выбрал автор этого ветрогенератора. Это парусный ветрогенератор с мачтой фермного типа и мощностью до 4 кВт в час.
Материалы и детали использованные при строительстве этого ветрогенератора:
1) детали от моста и колесных дисков
2) профильная труба
3) лебедка
4) двигатель постоянного тока на щетках и магнитах 1971 года выпуска
Рассмотрим более подробно конструкцию этого ветрогенератора.
Для начала автор изготовил мачту на которую будет крепиться генератор. Она изготавливалась по схеме фермной мачты, они могут быть и четырехугольные, но тут автор решил сделать треугольную схему.
В качестве генератора для этого ветряка автор задействовал двигатель постоянного тока 1971 года выпуска. Этот двигатель обладает следующими характеристиками: номинальное напряжение в 48 вольт, 30 А, 500 оборотов в минуту и масса 55 кг.
Затем автор приступил к сборке узлов привода от ветрогенератора через редуктор к генератору.
После основной сборки автор приступил к покрасочным работам.
Для поднятия и установки деталей на уже поставленную мачту ветрогенератора автор использовал простую лебедку.
Таким образом сначала была поднята поворотная конструкция, а затем и сам генератор.
В таком виде ветрогенератор уже приступил к работе и выдавал необходимую энергию для зарядки аккумуляторов.
Однако автор не остановился на достигнутом и продолжил совершенствовать конструкцию ветряка.
Был установлен новый щеточный узел.
На этой картинке вы можете видеть электрическую схему балластного регулятора.
Так же был сделан контроллер зарядки и отбора мощности.
Автор строил данный ветрогенератор как эксперимент. В итоге данный экспериментальный образец проявил себя превосходно. На момент окончания данных модернизаций ветрогенератор использовался в комплекте с аккумулятором 12 вольт 155А. Конструкция была дополнена стандартным инвертором 12\220 вольт, благодаря чему автор мог использовать телевизор, ноутбук и прочие бытовые электроприборы от энергии ветрогенератора. В дальнейшем автор планирует сделать преобразователь , катушку Тесла для передачи энергии без проводов, то есть продолжить экспериментировать.
Источник
Особенности парусного ветрогенератора: история, современная конструкция и создание своими руками
Обновлено: 15 января 2021
Ветрогенераторы как источники электроэнергии появились достаточно давно, чтобы успеть обрасти массой вариантов конструкции. Одним из старых, но до сих пор успешно применяющихся и развивающихся вариантов конструкции является парусный ротор. Долговечность конструкции вызвана высокой чувствительностью — большая площадь лопастей позволяет эффективно принимать энергию ветра.
На потоках с низкой скоростью, когда обычные лопастные турбины еще не запустились, парусники уже вращаются и вырабатывают энергию. Эти преимущества заставляют конструкторов постоянно совершенствовать конструкцию, создавать новые, более эффективные разработки.
Ветряк-водокачка
Прототипом нынешних парусных турбин был ветряк-водокачка. Он преобразовывал энергию ветра во вращательное, а затем — в возвратно-поступательное движение, заставляя двигаться помпу, подающую из скважины воду на поверхность. Конструкция была проста и весьма надежна, такие ветряки существуют до сих пор.
Примечательно, что внешний вид ветроколеса был практически таким же, что и на нынешних моделях, хотя со времени появления первых промышленных образцов прошло более 100 лет. Единственным отличием является жестяные лопасти у старых образцов и мягкие тканевые у современных.
Современные ветрогенераторы с парусным ротором
Нынешние конструкции выполняют несколько другую задачу. Они вырабатывают электроэнергию, хотя принцип действия остается прежним — превращение энергии ветра во вращательное движение.
С появлением новых технологий и материалов изменился и внешний вид парусного ротора. Лопасти теперь представляют собой рамы лепестковой формы из трубы. На нее натягиваются паруса из плотной синтетической ткани, не боящейся влаги или перепадов температуры. Иногда рама не имеет замкнутой формы, представляя собой подобие буквы «Г».
Обычно парус имеет треугольную форму с вершиной у центра вращения. Одна из сторон треугольника, примыкающая к вершине, не присоединена к раме. Под давлением ветра она несколько выгибается, образуя лопасть с оптимальным для данной силы ветра профилем. Вращение начинается при малых скоростях ветра — уже при 3-4 м/сек генератор способен заряжать аккумуляторные батареи.
Основное преимущество парусников — простота конструкции и возможность отремонтировать или целиком изготовить ее самостоятельно. По сравнению с лопастями, склеенными из стеклоткани или нарезанными из полипропиленовых труб, изготовление и замена не составляют никакого труда. При этом, существуют и промышленные образцы. Они, как правило, производятся небольшими коллективами, но конструкции весьма интересны. Так, есть модели, объединяющие парус и диффузор.
Лопасти расположены не в плоскости, а наподобие лепестков полураскрывшегося цветка. Поток ветра попадает в такой раструб, уплотняется и с максимальным усилием действует на основание лопасти. Давление на этот участок не опасно, а энергия передается наиболее эффективным образом.
Известны также парусники с вертикальной осью вращения. Они во многом повторяют обычные конструкции, в основном, карусельного типа. Строение паруса имеет специфический тип, исключающий одинаковое воздействие на рабочую и тыльную стороны лопастей.
Парусник своими руками
Высокие достоинства парусных ветрогенераторов побудили многих любителей заняться изготовлением подобных конструкций. Принципиальным отличием от других типов ветряков является только сам ротор, остальные элементы установки у всех разновидностей ветрогенераторов одинаковы.
Крыльчатка парусного типа имеет малую массу и вес. Это означает, что инерция покоя мала, нагрузка на опорные конструкции и подшипники также невелика. Еще одной особенностью является способность парусников самостоятельно наводиться на ветер, что снижает сложность создания ротора. Диаметр крыльчатки можно сделать достаточно большим, увеличивая способность принимать энергию потока с большей эффективностью.
Для изготовления лопастей используются металлические трубы. Распространенный вариант — изготовление замкнутой окружности наподобие обруча, от центра расходятся радиусные планки, являющиеся креплениями парусов. Их количество может быть разным, в зависимости от силы ветров в регионе — чем сильнее поток, тем большее число лопастей понадобится сделать. Такое соотношение делается для образования большего количества щелей в плоскости крыльчатки, пропускающих ветер и снижающих излишнюю нагрузку.
Крыльчатка должна быть качественно отбалансирована. Это особенно важно при больших диаметрах (для мощных ветряков, способных обеспечить весь дом, понадобится до 10 м диаметра). Кроме того, надо предусмотреть возможность торможения колеса и смены парусов при выходе их из строя. Установка ветряка производится на отдалении от дома или построек, высота мачты должна обеспечивать контакт с достаточно мощными потоками ветра.
Источник
