Funksjoner ved produksjonen av en vindgenerator med en vertikal rotasjonsakse. Vertikal vindgenerator for sommerbolig Vertikal vindgenerator med vindforsterker

Nylig har fans av fornybare energikilder gitt preferanse til vertikale vindturbindesign. Horisontale er i ferd med å bli historie. Poenget er ikke bare at det er lettere å lage en vertikal vindgenerator med egne hender enn en horisontal. Hovedmotivet for dette valget er effektivitet og pålitelighet.

Fordeler med en vertikal vindturbin

1. Den vertikale utformingen av vindmøllen fanger vinden bedre: det er ikke nødvendig å bestemme hvor det blåser fra og orientere bladene til luftstrømmen. 2. Installasjon av slikt utstyr krever ikke en høy plassering, noe som betyr at en vertikal vindmølle med egne hender vil være lettere å vedlikeholde. 3. Designet inneholder færre bevegelige deler, noe som øker påliteligheten. 4. Den optimale profilen til bladene øker effektiviteten til vindturbinen. 5. Den flerpolede generatoren som brukes til å generere strøm er mindre støyende.

Vi vil fortelle deg hvordan du lager deler og monterer en vertikal vindgenerator med egne hender.

Algoritme for å lage en turbin med egne hender

1. Støttene (øvre og nedre) til bladene er to konsentriske sirkler av samme størrelse. De er laget av ABS-plast - kuttet med stikksag. Et hull med en diameter på 300 mm er laget i en av dem (det vil være den øverste).

2. Den nedre støtten skal hvile på et nav, som kan være et bilnav. For å koble til delene må du merke og bore 4 hull. 3. Når du monterer en vertikal vindgenerator med egne hender, vær spesielt oppmerksom på å feste bladene. En mal er nødvendig for å plassere knivene riktig. På den nedre støtten tegner vi en seksspiss stjerne (Davidsstjerne), hvis hjørner vil være på kanten av sirkelen. Vi projiserer tegningen på den øvre støtten. Bladene er laget av tynne metallplater i form av strimler 1160 mm lange, hvis bredde er litt større enn siden av stjernebjelken.

4. Bladene er sikret med to hjørner øverst og nederst, og de skal bøyes slik at det dannes en kvart sirkel. De plasseres etter hverandre rundt omkretsen, og plasserer dem på kantene av strålene.

Vi lager en rotor

1. Basene for en rotor med en diameter på 400 mm er kuttet ut av kryssfiner 10 mm tykk. Permanente neodymmagneter med høy induktans festes langs den ytre radiusen ved hjelp av flytende spiker eller epoksylim. De er arrangert på samme måte som tallene på urskiven (nøyaktig 12 stykker), og observerer polariteten (det anbefales å merke dem). For å hindre at magnetene beveger seg ut av sin plass, er de midlertidig festet med avstandsstykker laget av trekiler.

2. Den andre rotoren er laget på samme måte og symmetrisk med den første. Forskjellen ligger i polariteten til magnetene - den skal være motsatt.

Hvordan montere en stator

Statoren er satt sammen av 9 induktorer. Det skal være tre grupper med seriekoblede spoler (3 stykker per gruppe): slutten av den forrige er koblet til begynnelsen av den neste (stjernekonfigurasjon). Spolene er plassert symmetrisk ved toppunktene til tre trekanter innskrevet i en sirkel. Vikling utføres med kobbertråd 0,51 mm i diameter (type - 24 AWG). 320 svinger kreves. Dette vil tillate deg å få en spenning på 100 V ved 120 rpm ved generatorutgangen. turbiner. Du kan lage en vertikal vindgenerator med egne hender med forskjellige utgangsspennings- og strømparametere ved å redusere/øke antall omdreininger og diameteren på statorviklingstråden. Spolenes vindinger vikles på samme måte. Det er nødvendig å observere viklingsretningen og markere begynnelsen og slutten. Epoksylim påføres over yttersvingen og elektrisk tape vikles på fire steder for å hindre avvikling.

Regler og nyanser for tilkoblingsspoler

Endene av spolene må rengjøres for lakkisolasjon. Tilkoblinger gjøres ved lodding. Spolene som er tilberedt på denne måten, plasseres på et papirark, hvorpå et diagram over plasseringen deres er påført (i samsvar med posisjonen til rotorens permanente magneter). Fest dem med tape. Alle frie papirfelt (bortsett fra sentrene av spolene) er forseglet med glassfiber, helling av epoksyharpiks med en herder. Viklingsklemmene må være plassert utenfor eller inne i statoren. For å feste braketten lages det hull i statoren.

Sluttmontering og installasjon

Følgende er satt sammen på en akse (fra topp til bunn): den nedre støtten til bladene, en skive med permanente magneter (den øvre bunnen av rotoren), statoren, den nedre bunnen av rotoren og navet. Alle komponenter er festet til braketten med bolter. For god kontakt bruker vi rustfrie stålbolter. Etter å ha fullført de resterende detaljene, får vi den ferdige enheten. En vertikal vindmølle med egne hender bør installeres i et åpent område, der vindstyrken er størst. Det er tilrådelig at det ikke er høye strukturer i nærheten. Da vil vindgeneratoren effektivt generere strøm, noe som vil bidra til å spare penger.

Russland har en dobbel posisjon når det gjelder vindenergiressurser. På den ene siden, på grunn av det enorme totalarealet og overfloden av flate områder, er det generelt mye vind, og det er stort sett jevnt. På den annen side er vindene våre overveiende lavpotensiale og sakte, se fig. På den tredje, i tynt befolkede områder, er vindene voldsomme. På bakgrunn av dette er oppgaven med å installere en vindgenerator på gården ganske relevant. Men for å bestemme om du skal kjøpe en ganske dyr enhet eller lage den selv, må du tenke nøye gjennom hvilken type (og det er mange av dem) du skal velge til hvilket formål.

Grunnleggende konsepter

1. KIEV – utnyttelseskoeffisient for vindenergi. Når den brukes til å beregne en mekanistisk modell av flat vind (se nedenfor), er den lik effektiviteten til rotoren til et vindkraftverk (WPU).
2. Effektivitet – ende-til-ende effektivitet av APU, fra den motgående vinden til terminalene på den elektriske generatoren, eller til mengden vann som pumpes inn i tanken.
3. Minimum driftsvindhastighet (MRS) er hastigheten som vindmøllen begynner å levere strøm til lasten med.
4. Maksimal tillatt vindhastighet (MAS) er hastigheten som energiproduksjonen stopper med: automatikken slår enten av generatoren, eller setter rotoren i en værvinge, eller bretter den sammen og skjuler den, eller selve rotoren stopper, eller APU er rett og slett ødelagt.
5. Startvindhastighet (SW) - ved denne hastigheten kan rotoren snu uten belastning, spinne opp og gå inn i driftsmodus, hvoretter generatoren kan slås på.
6. Negativ starthastighet (OSS) - dette betyr at APU (eller vindturbin - vindkraftenhet, eller WEA, vindkraftenhet) for å starte ved enhver vindhastighet krever obligatorisk spin-up fra en ekstern energikilde.
7. Startmoment (startmoment) er evnen til en rotor, tvangsbremset i luftstrømmen, til å skape dreiemoment på akselen.
8. Vindturbin (WM) er en del av APU fra rotoren til akselen til generatoren eller pumpen, eller annen energiforbruker.
9. Roterende vindgenerator - en APU der vindenergi omdannes til dreiemoment på kraftuttaksakselen ved å rotere rotoren i luftstrømmen.
10. Området for driftshastigheter til rotoren er forskjellen mellom MMF og MRS ved drift med nominell belastning.
11. Lavhastighets vindmølle - i den overstiger den lineære hastigheten til rotordelene i strømmen ikke vindhastigheten betydelig eller er lavere enn den. Det dynamiske trykket i strømmen omdannes direkte til bladtrykk.
12. Høyhastighets vindmølle - den lineære hastigheten til bladene er betydelig (opptil 20 eller flere ganger) høyere enn vindhastigheten, og rotoren danner sin egen luftsirkulasjon. Syklusen for å konvertere strømningsenergi til skyvekraft er kompleks.

Merknader:

1. Lavhastighets APUer har som regel lavere KIEV enn høyhastighets, men har et startmoment som er tilstrekkelig til å spinne opp generatoren uten å koble fra lasten og null TAC, dvs. Absolutt selvstartende og brukbar i de letteste vindene.
2. Langsomhet og hastighet er relative begreper. En husholdningsvindmølle ved 300 rpm kan være lavhastighets, men kraftige APU-er som EuroWind, som feltene til vindkraftverk og vindparker er satt sammen fra (se figur) og hvis rotorer gir omtrent 10 rpm, er høyhastighets, fordi med en slik diameter er den lineære hastigheten til bladene og deres aerodynamikk over det meste av spennet ganske "flylignende", se nedenfor.

Hva slags generator trenger du?

En elektrisk generator for en husholdningsvindmølle må generere strøm over et bredt spekter av rotasjonshastigheter og kunne starte selv uten automatisering eller eksterne strømkilder. Ved bruk av APU med OSS (spin-up vindturbiner), som som regel har høy KIEV og effektivitet, må den også være reversibel, d.v.s. kunne fungere som motor. Ved effekter opp til 5 kW tilfredsstilles denne betingelsen av elektriske maskiner med permanente magneter basert på niob (supermagneter); på stål- eller ferrittmagneter kan du ikke regne med mer enn 0,5-0,7 kW.

Note: asynkrone vekselstrømsgeneratorer eller kollektorer med ikke-magnetisert stator er helt uegnet. Når vindstyrken avtar, vil de "slukne" lenge før hastigheten faller til MPC, og da vil de ikke starte selv.

Det utmerkede "hjertet" til APU med en effekt fra 0,3 til 1-2 kW oppnås fra en selvgenerator med vekselstrøm med en innebygd likeretter; disse er flertallet nå. For det første opprettholder de en utgangsspenning på 11,6-14,7 V over et ganske bredt hastighetsområde uten eksterne elektroniske stabilisatorer. For det andre åpner silisiumventilene når spenningen på viklingen når omtrent 1,4 V, og før det "ser" ikke generatoren lasten. For å gjøre dette, må generatoren spinnes ganske anstendig.

I de fleste tilfeller kan en selvgenerator kobles direkte, uten gir eller remdrift, til akselen til en høyhastighets høytrykksmotor, velge hastighet ved å velge antall blader, se nedenfor. "Høyhastighetstog" har et lavt eller null startmoment, men rotoren, selv uten å koble fra lasten, vil ha tid til å spinne tilstrekkelig før ventilene åpner og generatoren produserer strøm.

Velger etter vinden

Før vi bestemmer oss for hvilken type vindgenerator vi skal lage, la oss bestemme oss for den lokale aerologien. I grå-grønnaktig(vindløse) områder på vindkartet, vil kun en seilvindmotor være til nytte(Vi snakker om dem senere). Hvis du trenger konstant strømforsyning, må du legge til en booster (likeretter med spenningsstabilisator), lader, kraftig batteri, inverter 12/24/36/48 V DC til 220/380 V 50 Hz AC. Et slikt anlegg vil koste ikke mindre enn 20.000 dollar, og det er lite sannsynlig at det vil være mulig å fjerne langtidseffekt på mer enn 3-4 kW. Generelt, med et urokkelig ønske om alternativ energi, er det bedre å se etter en annen kilde.

På gulgrønne steder med lav vind, hvis du trenger strøm opp til 2-3 kW, kan du selv bruke en vertikal vindgenerator med lav hastighet. Det er utallige av dem utviklet, og det er design som er nesten like gode som industrielt produserte "bladblader" når det gjelder KIEV og effektivitet.

Hvis du planlegger å kjøpe en vindturbin til hjemmet ditt, er det bedre å fokusere på en vindturbin med seilrotor. Det er mange kontroverser, og i teorien er ikke alt klart ennå, men de fungerer. I den russiske føderasjonen produseres "seilbåter" i Taganrog med en effekt på 1-100 kW.

I røde, vindfulle områder avhenger valget av nødvendig kraft. I området 0,5-1,5 kW er hjemmelagde "vertikaler" berettiget; 1,5-5 kW – innkjøpte “seilbåter”. "Vertikal" kan også kjøpes, men vil koste mer enn en horisontal APU. Og til slutt, hvis du trenger en vindturbin med en effekt på 5 kW eller mer, må du velge mellom horisontale kjøpte "blader" eller "seilbåter".

Note: Mange produsenter, spesielt det andre laget, tilbyr sett med deler som du selv kan sette sammen en vindgenerator med en effekt på opptil 10 kW. Et slikt sett vil koste 20-50% mindre enn et ferdig sett med installasjon. Men før du kjøper, må du nøye studere aerologien til det tiltenkte installasjonsstedet, og deretter velge riktig type og modell i henhold til spesifikasjonene.

Om sikkerhet

Delene til en vindturbin for husholdningsbruk i drift kan ha en lineær hastighet på over 120 og til og med 150 m/s, og et stykke av ethvert fast materiale som veier 20 g, som flyr med en hastighet på 100 m/s, med en "vellykket ” truffet, vil drepe en frisk mann direkte. En stål- eller hardplastplate 2 mm tykk, beveger seg med en hastighet på 20 m/s, deler den i to.

I tillegg er de fleste vindturbiner med en effekt på over 100 W ganske støyende. Mange genererer lufttrykkssvingninger med ultralave (mindre enn 16 Hz) frekvenser - infralyder. Infralyder er uhørbare, men er helseskadelige og reiser veldig langt.

Note: på slutten av 80-tallet var det en skandale i USA – den største vindparken i landet på den tiden måtte stenges. Indianere fra et reservat 200 km fra feltet til vindparken beviste i retten at deres helseplager, som økte kraftig etter at vindparken ble satt i drift, var forårsaket av infralydene.

På grunn av de ovennevnte grunnene er installasjon av APU-er tillatt i en avstand på minst 5 av høydene deres fra de nærmeste boligbyggene. På gårdsplassene til private husholdninger er det mulig å installere industrielt produserte vindmøller som er passende sertifisert. Det er generelt umulig å installere APU-er på tak - under driften, selv laveffekt, oppstår vekslende mekaniske belastninger som kan forårsake resonans av bygningsstrukturen og dens ødeleggelse.

Note: Høyden på APU anses å være det høyeste punktet på den feide skiven (for rotorer med blader) eller geometrisk figur (for vertikale APUer med en rotor på akselen). Hvis APU-masten eller rotoraksen stikker enda høyere ut, beregnes høyden av toppen deres - toppen.

Vind, aerodynamikk, KIEV

En hjemmelaget vindgenerator følger de samme naturlovene som en fabrikk, beregnet på en datamaskin. Og gjør-det-selv-mannen må forstå det grunnleggende i arbeidet sitt veldig godt - oftest har han ikke dyre, banebrytende materialer og teknologisk utstyr til disposisjon. Aerodynamikken til APU er oh så vanskelig...

Vind og KIEV

For å beregne serielle fabrikk-APUer, den såkalte. flat mekanistisk modell av vind. Den er basert på følgende forutsetninger:

• Vindhastighet og vindretning er konstant innenfor den effektive rotoroverflaten.
• Luft er et kontinuerlig medium.
• Rotorens effektive overflate er lik det feide arealet.
• Energien til luftstrømmen er rent kinetisk.

Under slike forhold beregnes maksimal energi per volumenhet luft ved å bruke skoleformelen, forutsatt at lufttettheten under normale forhold er 1,29 kg*kubikk. m. Ved en vindhastighet på 10 m/s bærer en kube med luft 65 J, og fra en kvadrat av rotorens effektive overflate, med 100 % effektivitet av hele APU, kan 650 W fjernes. Dette er en veldig forenklet tilnærming - alle vet at vinden aldri er helt jevn. Men dette må gjøres for å sikre repeterbarhet av produktene - en vanlig ting innen teknologi.

Den flate modellen skal ikke ignoreres, den gir et klart minimum av tilgjengelig vindenergi. Men luft er for det første komprimerbar, og for det andre er den veldig flytende (dynamisk viskositet er bare 17,2 μPa * s). Dette betyr at strømmen kan flyte rundt det feide området, noe som reduserer den effektive overflaten og KIEV, som oftest observeres. Men i prinsippet er den motsatte situasjonen også mulig: vinden strømmer mot rotoren og det effektive overflatearealet vil da være større enn den feide overflaten, og KIEV vil være større enn 1 i forhold til den for en flat vind.

La oss gi to eksempler. Den første er en lystyacht, ganske tung yachten kan seile ikke bare mot vinden, men også raskere enn den. Vind betyr ekstern; den tilsynelatende vinden må fortsatt være raskere, ellers hvordan vil den trekke skipet?

Den andre er en klassiker fra luftfartshistorien. Under tester av MIG-19 viste det seg at interceptoren, som var et tonn tyngre enn frontlinjejageren, akselererer raskere i hastighet. Med samme motorer i samme flyramme.

Teoretikerne visste ikke hva de skulle mene, og tvilte alvorlig på loven om bevaring av energi. Til slutt viste det seg at problemet var kjeglen på radarradomen som stakk ut fra luftinntaket. Fra tåen til skallet oppsto en luftkomprimering, som om den raket fra sidene til motorkompressorene. Siden den gang har sjokkbølger blitt solid etablert i teorien som nyttige, og den fantastiske flyytelsen til moderne fly skyldes ikke en liten del av deres dyktige bruk.

Aerodynamikk

Utviklingen av aerodynamikk er vanligvis delt inn i to epoker - før N. G. Zhukovsky og etter. Hans rapport "On Attached Vortexes" datert 15. november 1905 markerte begynnelsen på en ny æra innen luftfart.

Før Zhukovsky fløy de med flate seil: det ble antatt at partiklene i den motgående strømmen ga all fart til forkanten av vingen. Dette gjorde det mulig å umiddelbart kvitte seg med vektormengden - vinkelmomentum - som ga opphav til tannbrytende og oftest ikke-analytisk matematikk, flytte til mye mer praktiske skalare rent energiforhold, og til slutt oppnå et beregnet trykkfelt på bærende plan, mer eller mindre lik det virkelige.

Denne mekanistiske tilnærmingen gjorde det mulig å lage enheter som i det minste kunne ta luften og fly fra et sted til et annet, uten nødvendigvis å krasje i bakken et sted underveis. Men ønsket om å øke hastigheten, lastekapasiteten og andre flykvaliteter avslørte i økende grad ufullkommenhetene til den originale aerodynamiske teorien.

Zhukovskys idé var denne: luften reiser en annen bane langs de øvre og nedre overflatene av vingen. Fra tilstanden til mediets kontinuitet (vakuumbobler i seg selv dannes ikke i luften) følger det at hastighetene til de øvre og nedre strømmene som går ned fra bakkanten bør være forskjellige. På grunn av den lille, men begrensede viskositeten til luften, bør det dannes en virvel der på grunn av forskjellen i hastigheter.

Virvelen roterer, og loven om bevaring av momentum, like uforanderlig som loven om bevaring av energi, er også gyldig for vektormengder, dvs. må også ta hensyn til bevegelsesretningen. Derfor, akkurat der, på bakkanten, bør det dannes en motroterende virvel med samme dreiemoment. På grunn av hva? På grunn av energien som genereres av motoren.

For luftfartspraksis betydde dette en revolusjon: ved å velge passende vingeprofil var det mulig å sende en festet virvel rundt vingen i form av en sirkulasjon G, noe som økte løftet. Det vil si, ved å bruke en del, og for høye hastigheter og belastninger på vingen – mesteparten av motorkraften, kan du skape en luftstrøm rundt enheten, slik at du kan oppnå bedre flykvaliteter.

Dette gjorde luftfarten til luftfart, og ikke en del av luftfarten: nå kunne flyet skape seg selv det miljøet som er nødvendig for å fly og ikke lenger være et leketøy for luftstrømmer. Alt du trenger er en kraftigere motor, og mer og kraftigere...

KIEV igjen

Men vindmøllen har ikke motor. Tvert imot må den ta energi fra vinden og gi den til forbrukerne. Og her viser det seg - bena hans ble trukket ut, halen satt seg fast. Vi brukte for lite vindenergi for rotorens egen sirkulasjon - den vil være svak, skyvekraften til bladene vil være lav, og KIEV og kraften vil være lav. Vi gir mye til sirkulasjonen - i en svak vind vil rotoren snurre som en gal på tomgang, men forbrukerne får igjen lite: de legger bare på en belastning, rotoren bremset ned, vinden blåste bort sirkulasjonen, og rotoren stoppet arbeider.

Loven om bevaring av energi gir den "gyldne middelvei" rett i midten: vi gir 50 % av energien til lasten, og for de resterende 50 % skruer vi opp strømmen til det optimale. Praksis bekrefter antakelsene: hvis effektiviteten til en god trekkende propell er 75-80%, når effektiviteten til en rotor med blader som også er nøye beregnet og blåst i en vindtunnel 38-40%, dvs. opptil halvparten av det som kan oppnås med overskuddsenergi.

Modernitet

I dag beveger aerodynamikk, bevæpnet med moderne matematikk og datamaskiner, seg i økende grad bort fra uunngåelig forenkling av modeller mot en nøyaktig beskrivelse av oppførselen til en ekte kropp i en reell flyt. Og her, i tillegg til den generelle linjen - kraft, kraft og nok en gang kraft! – sideveier oppdages, men lovende nettopp når mengden energi som kommer inn i systemet er begrenset.

Den berømte alternative flygeren Paul McCready skapte et fly tilbake på 80-tallet med to motorsagmotorer med en effekt på 16 hk. viser 360 km/t. Dessuten var chassiset trehjulssykkel, ikke uttrekkbart, og hjulene var uten kåper. Ingen av McCreadys enheter gikk på nett eller gikk på kamptjeneste, men to – den ene med stempelmotorer og propeller, og den andre et jetfly – fløy for første gang i historien jorden rundt uten å lande på samme bensinstasjon.

Utviklingen av teorien påvirket også seilene som fødte den opprinnelige vingen ganske betydelig. "Live" aerodynamikk tillot yachter å operere i vind på 8 knop. stå på hydrofoiler (se figur); for å akselerere et slikt monster til ønsket hastighet med en propell, kreves en motor på minst 100 hk. Racing katamaraner seiler med en hastighet på rundt 30 knop i samme vind. (55 km/t).

Det er også funn som er helt ikke-trivielle. Fans av den sjeldneste og mest ekstreme sporten - basehopping - iført en spesiell vingedrakt, vingedrakt, fly uten motor, manøvrering med en hastighet på mer enn 200 km/t (bilde til høyre), og land deretter jevnt i en pre. -valgt sted. I hvilket eventyr flyr folk på egenhånd?

Mange naturmysterier ble også løst; spesielt flukten til en bille. I følge klassisk aerodynamikk er den ikke i stand til å fly. Akkurat som grunnleggeren av stealth-flyet, klarer heller ikke F-117, med sin diamantformede vinge, å ta av. Og MIG-29 og Su-27, som kan fly hale først en stund, passer ikke inn i noen idé i det hele tatt.

Og hvorfor da, når du jobber med vindturbiner, ikke bare moro og ikke et verktøy for å ødelegge sin egen type, men en kilde til en vital ressurs, trenger du å danse bort fra teorien om svake strømmer med sin flate vindmodell? Er det virkelig ingen måte å gå videre på?

Hva kan du forvente av klassikerne?

Man bør imidlertid ikke forlate klassikerne under noen omstendigheter. Det gir et grunnlag uten hvilket man ikke kan heve seg høyere uten å stole på det. Akkurat som mengden teori ikke opphever multiplikasjonstabellen, og kvantekromodynamikken vil ikke få epler til å fly opp fra trærne.

Så, hva kan du forvente med den klassiske tilnærmingen? La oss se på bildet. Til venstre er det typer rotorer; de er avbildet betinget. 1 – vertikal karusell, 2 – vertikal ortogonal (vindturbin); 2-5 blade rotorer med forskjellig antall blader med optimaliserte profiler.

Til høyre langs den horisontale aksen er den relative hastigheten til rotoren, dvs. forholdet mellom bladets lineære hastighet og vindhastigheten. Vertikalt opp - KIEV. Og ned - igjen, relativt dreiemoment. Et enkelt (100%) dreiemoment anses å være det som skapes av en rotor tvangsbremset i strømmen med 100% KIEV, dvs. når all strømningsenergien omdannes til roterende kraft.

Denne tilnærmingen lar oss trekke vidtrekkende konklusjoner. For eksempel må antall blader velges ikke bare og ikke så mye i henhold til ønsket rotasjonshastighet: 3- og 4-blader taper umiddelbart mye i forhold til KIEV og dreiemoment sammenlignet med 2- og 6-blader som fungerer bra i omtrent samme hastighetsområde. Og den utad like karusellen og ortogonalen har fundamentalt forskjellige egenskaper.

Generelt bør rotorer med blader foretrekkes, bortsett fra i tilfeller der ekstremt lave kostnader, enkelhet, vedlikeholdsfri selvstart uten automatisering er nødvendig, og løfting på mast er umulig.

Note: La oss snakke om seilrotorer spesielt - de ser ikke ut til å passe inn i klassikerne.

Vertikaler

APU-er med vertikal rotasjonsakse har en ubestridelig fordel for hverdagen: komponentene som krever vedlikehold er konsentrert i bunnen og ingen løft er nødvendig. Det gjenstår, og selv da ikke alltid, et selvjusterende trykklager, men det er sterkt og holdbart. Derfor, når du designer en enkel vindgenerator, bør utvalget av alternativer begynne med vertikaler. Hovedtypene deres er presentert i fig.

Sol

I den første posisjonen er den enkleste, oftest kalt Savonius-rotoren. Faktisk ble den oppfunnet i 1924 i USSR av J. A. og A. A. Voronin, og den finske industrimannen Sigurd Savonius tilegnet seg skamløst oppfinnelsen, ignorerte det sovjetiske opphavsrettssertifikatet, og begynte serieproduksjon. Men introduksjonen av en oppfinnelse i fremtiden betyr mye, så for ikke å hisse opp fortiden og ikke forstyrre asken til den avdøde, vil vi kalle denne vindmøllen en Voronin-Savonius-rotor, eller kort sagt VS.

Flyet er bra for den hjemmelagde mannen, bortsett fra "lokomotivet" KIEV på 10-18%. Imidlertid jobbet de mye med det i USSR, og det er utvikling. Nedenfor skal vi se på et forbedret design, ikke mye mer komplekst, men ifølge KIEV gir det blader et forsprang.

Merk: flyet med to blader snurrer ikke, men rykker i rykk; 4-bladet er bare litt jevnere, men taper mye i KIEV. For å forbedre er 4-troughs oftest delt inn i to etasjer - et par blader under, og et annet par, rotert 90 grader horisontalt, over dem. KIEV er bevart, og sidebelastningene på mekanikken svekkes, men bøyelastene øker noe, og med en vind på over 25 m/s ligger en slik APU på akselen, dvs. uten et lager som er strukket av kabler over rotoren, "river det ned tårnet."

Daria

Neste er Daria-rotoren; KIEV – opptil 20 %. Det er enda enklere: Bladene er laget av en enkel elastisk tape uten profil. Teorien om Darrieus-rotoren er ennå ikke tilstrekkelig utviklet. Det er bare klart at det begynner å slappe av på grunn av forskjellen i den aerodynamiske motstanden til pukkelen og tapelommen, og så blir den på en måte høyhastighets, og danner sin egen sirkulasjon.

Dreiemomentet er lite, og i startposisjonene til rotoren parallelt og vinkelrett på vinden er det helt fraværende, så selvspinn er bare mulig med et oddetall blader (vinger?) I alle fall, belastningen fra generatoren må kobles fra under spin-up.

Daria-rotoren har ytterligere to dårlige egenskaper. For det første, når den roterer, beskriver skyvevektoren til bladet en full rotasjon i forhold til dets aerodynamiske fokus, og ikke jevnt, men rykkvis. Derfor bryter Darrieus-rotoren raskt ned mekanikken selv i jevn vind.

For det andre lager Daria ikke bare støy, men skriker og skriker, til det punktet at båndet går i stykker. Dette skjer på grunn av vibrasjonen. Og jo flere kniver, jo sterkere er brølet. Så hvis de lager en Daria, er det med to blader, fra dyre høystyrke lydabsorberende materialer (karbon, mylar), og et lite fly brukes til å spinne i midten av maststangen.

Ortogonal

Ved pos. 3 – ortogonal vertikal rotor med profilerte blader. Ortogonal fordi vingene stikker ut vertikalt. Overgangen fra BC til ortogonal er illustrert i fig. Igjen.

Vinkelen for montering av bladene i forhold til tangenten til sirkelen som berører de aerodynamiske brennpunktene til vingene kan være enten positiv (i figuren) eller negativ, avhengig av vindstyrken. Noen ganger gjøres bladene roterende og værvinger plasseres på dem, som automatisk holder "alfa", men slike strukturer går ofte i stykker.

Den sentrale kroppen (blå i figuren) lar deg øke KIEV til nesten 50 %. I en tre-bladet ortogonal skal den ha form som en trekant i tverrsnitt med lett konvekse sider og avrundede hjørner, og med en større antall blader en enkel sylinder er tilstrekkelig. Men teorien for ortogonalen gir et entydig optimalt antall blader: det skal være nøyaktig 3 av dem.

Ortogonal refererer til høyhastighets vindturbiner med OSS, dvs. krever nødvendigvis forfremmelse under igangkjøring og etter ro. I henhold til den ortogonale ordningen produseres serielle vedlikeholdsfrie APU-er med en effekt på opptil 20 kW.

Helicoid

Helicoidal rotor, eller Gorlov-rotor (element 4) er en type ortogonal som sikrer jevn rotasjon; en ortogonal med rette vinger "tårer" bare litt svakere enn et to-bladet fly. Ved å bøye bladene langs en helicoide kan man unngå tap av CIEV på grunn av deres krumning. Selv om det buede bladet avviser en del av strømmen uten å bruke det, øser det også en del inn i sonen med høyeste lineære hastighet, og kompenserer for tap. Helicoider brukes sjeldnere enn andre vindturbiner, pga På grunn av kompleksiteten i produksjonen er de dyrere enn sine kolleger av samme kvalitet.

Tønne raking

For 5 pos. – Rotor av typen BC omgitt av en ledevinge; diagrammet er vist i fig. høyre. Det er sjelden funnet i industrielle applikasjoner, fordi dyre grunnerverv kompenserer ikke for kapasitetsøkningen, og materialforbruket og kompleksiteten i produksjonen er høy. Men en gjør-det-selv-er som er redd for arbeid, er ikke lenger en mester, men en forbruker, og hvis du ikke trenger mer enn 0,5-1,5 kW, så er en "tønneraking" en godbit for ham:

• En rotor av denne typen er helt sikker, lydløs, skaper ikke vibrasjoner og kan installeres hvor som helst, selv på en lekeplass.
• Å bøye et galvanisert "trau" og sveise en ramme av rør er tullarbeid.
• Rotasjonen er helt ensartet, de mekaniske delene kan tas fra den billigste eller fra søpla.
• Ikke redd for orkaner - for sterk vind kan ikke presse inn i "tønnen"; en strømlinjeformet virvelkokong vises rundt den (vi vil møte denne effekten senere).
• Og det viktigste er at siden overflaten til "tønnen" er flere ganger større enn den til rotoren inne, kan KIEV være over-enhet, og rotasjonsmomentet allerede ved 3 m/s for en "tønne" på tre meter diameter er slik at en 1 kW generator med en maksimal belastning på De sier det er bedre å ikke rykke.

Video: Lenz vindgenerator

På 60-tallet i USSR patenterte E. S. Biryukov en karusell-APU med en KIEV på 46%. Litt senere oppnådde V. Blinov 58% KIEV fra et design basert på samme prinsipp, men det er ingen data om testene. Og fullskala tester av Biryukovs APU ble utført av ansatte i magasinet "Inventor and Innovator". En to-etasjes rotor med en diameter på 0,75 m og en høyde på 2 m i frisk vind snurret en 1,2 kW asynkron generator til full effekt og tålte 30 m/s uten havari. Tegninger av Biryukovs APU er vist i fig.

1. rotor laget av galvanisert takbelegg;
2. selvjusterende dobbeltrads kulelager;
3. skjermer – 5 mm stålkabel;
4. akse-aksel - stålrør med en veggtykkelse på 1,5-2,5 mm;
5. aerodynamiske hastighetskontrollspaker;
6. hastighetskontrollblader – 3-4 mm kryssfiner eller plastplate;
7. hastighetskontroll stenger;
8. hastighetskontroller belastning, vekten bestemmer rotasjonshastigheten;
9. drivhjul - et sykkelhjul uten dekk med et rør;
10. thrust bearing - thrust bearing;
11. drevet trinse - standard generator trinse;
12. generator.

Biryukov mottok flere opphavsrettssertifikater for sin APU. Vær først oppmerksom på kuttet på rotoren. Ved akselerasjon fungerer det som et fly, og skaper et stort startmoment. Mens den snurrer, dannes det en virvelpute i de ytre lommene på bladene. Fra vindens synspunkt blir bladene profilert og rotoren blir en høyhastighets ortogonal, med den virtuelle profilen som endres i henhold til vindstyrken.

For det andre fungerer den profilerte kanalen mellom bladene som et sentralt legeme i driftshastighetsområdet. Hvis vinden intensiverer, skapes det også en virvelpute i den, som strekker seg utover rotoren. Den samme virvelkokongen vises som rundt APU med en ledevinge. Energien til dens skapelse hentes fra vinden, og den er ikke lenger nok til å knuse vindmøllen.

For det tredje er hastighetsregulatoren først og fremst beregnet på turbinen. Den holder hastigheten optimal fra KIEV-synspunkt. Og den optimale generatorens rotasjonshastighet sikres ved valget av mekanisk utvekslingsforhold.

Merk: etter publikasjoner i IR for 1965, sank de væpnede styrkene i Ukraina Biryukova inn i glemselen. Forfatteren fikk aldri svar fra myndighetene. Skjebnen til mange sovjetiske oppfinnelser. De sier at noen japanere ble milliardær ved regelmessig å lese sovjetiske populær-tekniske magasiner og patentere alt som er verdt oppmerksomhet.

Lopastniki

Som nevnt, ifølge klassikerne, er en horisontal vindgenerator med en rotor med blader den beste. Men for det første trenger den en stabil vind med minst middels styrke. For det andre er designet for en gjør-det-selv-mann full av mange fallgruver, og det er derfor ofte frukten av langt hardt arbeid, i beste fall, lyser opp et toalett, en gang eller veranda, eller til og med viser seg å bare være i stand til å slappe av seg selv. .

I følge diagrammene i fig. La oss ta en nærmere titt; stillinger:

• Fig. EN:

1. rotorblader;
2. generator;
3. generator ramme;
4. beskyttende værvinge (orkanspade);
5. gjeldende samler;
6. chassis;
7. svingbar enhet;
8. fungerende værvinge;
9. mast;
10. klemme for vantene.

• Fig. B, sett ovenfra:

1. beskyttende værvinge;
2. fungerende værvinge;
3. beskyttende værvingefjærspenningsregulator.

• Fig. G, nåværende samler:

1. samler med kobber-samleskinner;
2. fjærbelastede kobber-grafittbørster.

Note: Orkanbeskyttelse for et horisontalt blad med en diameter på mer enn 1 m er helt nødvendig, fordi han er ikke i stand til å lage en virvelkokong rundt seg selv. Med mindre størrelser er det mulig å oppnå en rotorutholdenhet på opptil 30 m/s med propylenblader.

Så hvor snubler vi?

Blader

Å forvente å oppnå en effekt på generatorakselen på mer enn 150-200 W på blader av alle størrelser kuttet fra et tykkvegget plastrør, som ofte anbefales, er håpet til en håpløs amatør. Et rørblad (med mindre det er så tykt at det bare brukes som et emne) vil ha en segmentert profil, dvs. toppen eller begge overflatene vil være sirkelbuer.

Segmenterte profiler er egnet for inkomprimerbare medier, som hydrofoiler eller propellblader. For gasser trengs et blad med variabel profil og stigning, for eksempel, se fig.; spennvidde - 2 m Dette vil være et komplekst og arbeidskrevende produkt, som krever møysommelige beregninger basert på teori, rørblåsing og fullskala testing.

Generator

Hvis rotoren er montert direkte på sin aksel, vil standardlageret snart gå i stykker - det er ingen lik belastning på alle bladene i vindmøller. Du trenger en mellomaksel med et spesielt støttelager og en mekanisk overføring fra den til generatoren. For store vindmøller er støttelageret et selvjusterende dobbeltrads; i de beste modellene - tre-lags, fig. D i fig. høyere. Dette gjør at rotorakselen ikke bare kan bøye seg litt, men også å bevege seg litt fra side til side eller opp og ned.

Note: Det tok omtrent 30 år å utvikle et støttelager for EuroWind type APU.

Nødværvinge

Prinsippet for driften er vist i fig. B. Vinden tiltar, legger press på spaden, fjæren strekker seg, rotoren vrir seg, hastigheten synker og til slutt blir den parallell med strømmen. Alt ser ut til å være bra, men det var jevnt på papiret...

På en vindfull dag kan du prøve å holde lokket på en kokende kjele eller en stor kjele parallelt med vinden ved håndtaket. Bare vær forsiktig – det urolige jernstykket kan slå deg så hardt i ansiktet at det knuser nesen din, kutter leppen din eller til og med slår ut øyet.

Flat vind forekommer kun i teoretiske beregninger og, med tilstrekkelig nøyaktighet for praksis, i vindtunneler. I virkeligheten skader en orkan vindmøller med en orkanspade mer enn helt forsvarsløse. Det er bedre å bytte skadede kniver enn å gjøre alt på nytt. I industrielle installasjoner er det en annen sak. Der overvåkes og justeres stigningen på bladene, hver for seg, ved hjelp av automatisering under kontroll av datamaskinen ombord. Og de er laget av kraftige kompositter, ikke vannrør.

Nåværende samler

Dette er en enhet med jevnlig service. Enhver kraftingeniør vet at kommutatoren med børster må rengjøres, smøres og justeres. Og masten er laget av et vannrør. Hvis du ikke kan klatre, må du en gang hver eller annen måned kaste hele vindmøllen ned på bakken og så ta den opp igjen. Hvor lenge vil han vare fra slik "forebygging"?

Video: vindgenerator med blader + solcellepanel for strømforsyning til en dacha

Mini og mikro

Men når størrelsen på åreåren minker, faller vanskelighetene i henhold til kvadratet på hjuldiameteren. Det er allerede mulig å produsere en horisontal blad APU på egen hånd med en effekt på opptil 100 W. En 6-blads en ville være optimal. Med flere blader vil diameteren på rotoren designet for samme kraft være mindre, men de vil være vanskelig å feste godt til navet. Rotorer med mindre enn 6 blader trenger ikke tas i betraktning: en 2-blads 100 W rotor trenger en rotor med en diameter på 6,34 m, og en 4-blads med samme kraft trenger 4,5 m. For en 6-blads rotor effekt-diameter forhold uttrykkes som følger:

• 10 W – 1,16 m.
• 20 W – 1,64 m.
• 30 W – 2 m.
• 40 W – 2,32 m.
• 50 W – 2,6 m.
• 60 W – 2,84 m.
• 70 W – 3,08 m.
• 80 W – 3,28 m.
• 90 W – 3,48 m.
• 100 W – 3,68 m.
• 300 W – 6,34 m.

Det ville være optimalt å stole på en effekt på 10-20 W. For det første vil et plastblad med en spennvidde på over 0,8 m ikke tåle vind på mer enn 20 m/s uten ekstra beskyttelsestiltak. For det andre, med et bladspenn på opptil samme 0,8 m, vil den lineære hastigheten på endene ikke overstige vindhastigheten med mer enn tre ganger, og kravene til profilering med vridning reduseres med størrelsesordener; her en “trau” med segmentert rørprofil, pos. B i fig. Og 10-20 W vil gi strøm til et nettbrett, lade opp en smarttelefon eller tenne en sparepære.

Velg deretter en generator. En kinesisk motor er perfekt - hjulnav for elsykler, pos. 1 i fig. Motoreffekten er 200-300 W, men i generatormodus vil den gi opptil 100 W. Men vil det passe oss hastighetsmessig?

Hastighetsindeksen z for 6 blader er 3. Formelen for å beregne rotasjonshastigheten under belastning er N = v/l*z*60, hvor N er rotasjonshastigheten, 1/min, v er vindhastigheten, og l er rotoromkretsen. Med et bladspenn på 0,8 m og en vind på 5 m/s får vi 72 rpm; ved 20 m/s – 288 rpm. Et sykkelhjul roterer også med omtrent samme hastighet, så vi tar av våre 10-20 W fra en generator som er i stand til å produsere 100. Du kan plassere rotoren direkte på akselen.

Men her oppstår følgende problem: etter å ha brukt mye arbeid og penger, i det minste på en motor, fikk vi... et leketøy! Hva er 10-20, vel, 50 W? Men du kan ikke lage en vindmølle med blader som kan drive selv en TV hjemme. Er det mulig å kjøpe en ferdig mini-vindgenerator, og ville det ikke vært billigere? Så mye som mulig, og så billig som mulig, se pos. 4 og 5. I tillegg blir den også mobil. Plasser den på en stubbe og bruk den.

Det andre alternativet er hvis en trinnmotor fra en gammel 5- eller 8-tommers diskettstasjon ligger rundt et sted, eller fra en papirstasjon eller vogn til en ubrukelig blekkskriver eller matriseskriver. Den kan fungere som en generator, og å feste en karusellrotor fra bokser til den (pos. 6) er enklere enn å sette sammen en struktur som den vist i pos. 3.

Generelt er konklusjonen angående "bladblad" klar: hjemmelagde blader er mer sannsynlige for å fikse til hjertens lyst, men ikke for ekte langsiktig energiproduksjon.

Video: den enkleste vindgeneratoren for belysning av en dacha

Seilbåter

Seilvindgeneratoren har vært kjent i lang tid, men myke paneler på bladene (se figur) begynte å bli laget med bruk av høystyrke, slitesterke syntetiske stoffer og filmer. Flerbladede vindmøller med stive seil er vidt distribuert over hele verden som drivkraft for automatiske vannpumper med lav effekt, men deres tekniske spesifikasjoner er lavere selv enn karusellene.

Men et mykt seil som en vindmøllevinge, ser det ut til, viste seg å ikke være så enkelt. Poenget handler ikke om vindmotstand (produsentene begrenser ikke maksimal tillatt vindhastighet): seilbåtseilere vet allerede at det er nesten umulig for vinden å rive panelet på et Bermuda-seil. Mest sannsynlig vil arket bli revet ut, eller masten vil bli ødelagt, eller hele fartøyet vil gjøre en "overkill-sving". Det handler om energi.

Dessverre kan ikke eksakte testdata finnes. Basert på brukeranmeldelser, var det mulig å lage "syntetiske" avhengigheter for installasjon av en Taganrog-laget vindturbin-4.380/220.50 med en vindhjuldiameter på 5 m, en vindhodevekt på 160 kg og en rotasjonshastighet på opptil til 40 1/min; de er presentert i fig.

Selvfølgelig kan det ikke være noen garantier for 100% pålitelighet, men det er klart at det ikke lukter en flatmekanistisk modell her. Det er ingen måte et 5-meters hjul i en flat vind på 3 m/s kan produsere omtrent 1 kW, ved 7 m/s nå et platå med kraft og deretter opprettholde det til en kraftig storm. Produsenter oppgir forresten at de nominelle 4 kW kan oppnås ved 3 m/s, men når de installeres av krefter basert på resultatene av studier av lokal aerologi.

Det er heller ingen kvantitativ teori å finne; Utbyggernes forklaringer er uklare. Men siden folk kjøper Taganrog vindturbiner og de fungerer, kan vi bare anta at den erklærte koniske sirkulasjonen og fremdriftseffekten ikke er en fiksjon. I alle fall er de mulige.

Så, viser det seg, FORAN rotoren, i henhold til loven om bevaring av momentum, bør det også oppstå en konisk virvel, men ekspanderende og sakte. Og en slik trakt vil drive vinden mot rotoren, dens effektive overflate vil bli mer feid, og KIEV vil være mer enn enhet.

Feltmålinger av trykkfeltet foran rotoren, selv med en husholdnings-aneroid, kan kaste lys over dette problemet. Hvis det viser seg å være høyere enn på sidene, fungerer de seilende APU-ene som en billefluer.

Hjemmelaget generator

Av det som er sagt ovenfor er det klart at det er bedre for hjemmelagde håndverkere å ta på seg enten vertikaler eller seilbåter. Men begge er veldig trege, og overføring til en høyhastighetsgenerator er ekstra arbeid, ekstra kostnader og tap. Er det mulig å lage en effektiv lavhastighets elektrisk generator selv?

Ja, det kan du, på magneter laget av nioblegering, såkalt. supermagneter. Produksjonsprosessen til hoveddelene er vist i fig. Spoler - hver av 55 vindinger med 1 mm kobbertråd i varmebestandig høyfast emaljeisolasjon, PEMM, PETV, etc. Høyden på viklingene er 9 mm.

Vær oppmerksom på sporene for nøklene i rotorhalvdelene. De må plasseres slik at magnetene (de er limt til magnetkjernen med epoksy eller akryl) konvergerer med motsatte poler etter montering. "Pannekaker" (magnetiske kjerner) må være laget av en myk magnetisk ferromagnet; Vanlig konstruksjonsstål vil gjøre det. Tykkelsen på "pannekakene" er minst 6 mm.

Generelt er det bedre å kjøpe magneter med et aksialt hull og stram dem med skruer; supermagneter tiltrekker seg med forferdelig kraft. Av samme grunn plasseres et sylindrisk avstandsstykke 12 mm høyt på skaftet mellom "pannekakene".

Viklingene som utgjør statorseksjonene er koblet sammen i henhold til diagrammene også vist i fig. De loddede endene skal ikke strekkes, men skal danne løkker, ellers kan epoksyen som statoren skal fylles med stivne og bryte ledningene.

Statoren helles i formen til en tykkelse på 10 mm. Det er ikke nødvendig å sentrere eller balansere, statoren roterer ikke. Avstanden mellom rotoren og statoren er 1 mm på hver side. Statoren i generatorhuset må være sikkert sikret ikke bare fra forskyvning langs aksen, men også fra rotasjon; et sterkt magnetfelt med strøm i lasten vil trekke den med seg.

Video: DIY vindmøllegenerator

Konklusjon

Og hva har vi til slutt? Interessen for "bladblader" forklares mer av deres spektakulære utseende enn av faktiske ytelseskvaliteter i et hjemmelaget design og med lav effekt. En hjemmelaget karusell APU vil gi "standby" strøm for å lade et bilbatteri eller drive et lite hus.

Men med seil-APU er det verdt å eksperimentere med håndverkere med en kreativ strek, spesielt i miniversjonen, med et hjul på 1-2 m i diameter. Hvis utviklernes forutsetninger er riktige, vil det være mulig å fjerne alle 200-300 W fra denne ved å bruke den kinesiske motorgeneratoren beskrevet ovenfor.

Andrey sa:

Takk for din gratis konsultasjon... Og prisene "fra firmaer" er egentlig ikke dyre, og jeg tror at håndverkere fra utmarken vil kunne lage generatorer som ligner på dine og Li-po-batterier kan bestilles fra Kina. invertere i Chelyabinsk gjør veldig gode (med jevn sinus) og seil, blader eller rotorer er en annen grunn til tankeflukten til våre praktiske russiske menn.

Ivan sa:

spørsmål:
For vindmøller med vertikal akse (posisjon 1) og alternativet "Lenz", er det mulig å legge til en ekstra del - et løpehjul som peker i vindens retning og dekker den ubrukelige siden fra den (som går mot vinden) . Det vil si at vinden ikke vil bremse bladet, men denne "skjermen". Plassering motvind med "halen" plassert bak selve vindmøllen under og over bladene (ryggene). Jeg leste artikkelen og en idé ble født.

Ved å klikke på "Legg til kommentar"-knappen, godtar jeg nettstedet.

Gjør-det-selv vertikal vindgenerator, tegninger, bilder, videoer av en vindturbin med vertikal akse.

Vindgeneratorer er delt inn etter typen plassering av rotasjonsaksen (rotoren) i vertikal og horisontal. Vi så på utformingen av en vindgenerator med en horisontal rotor i den siste artikkelen, la oss nå snakke om en vindgenerator med en vertikal rotor.

Opplegg av en aksialgenerator for en vindgenerator.

Å lage et vindhjul.

Vindhjulet (turbinen) til en vertikal vindgenerator består av to støtter, øvre og nedre, samt blader.

Vindhjulet er laget av plater av aluminium eller rustfritt stål. Vindhjulet kan også kuttes fra en tynnvegget tønne. Høyden på vindhjulet skal være minst 1 meter.

I dette vindhjulet setter bøyevinkelen til bladene rotasjonshastigheten til rotoren.

Vindhjulet er boltet direkte til generatorskiven.

For å installere en vertikal vindgenerator, kan du bruke hvilken som helst mast fremstillingen av masten er beskrevet i detalj i denne artikkelen.

Koblingsskjema for vindgenerator.

Generatoren er koblet til kontrolleren, som igjen er koblet til batteriet. Det er mer praktisk å bruke et bilbatteri som energilagringsenhet. Siden husholdningsapparater går på vekselstrøm, trenger vi en omformer for å konvertere 12 V DC til 220 V AC.

For tilkobling brukes en kobbertråd med et tverrsnitt på opptil 2,5 kvadrat. Tilkoblingsskjemaet er beskrevet i detalj.

Video som viser en vindgenerator i drift.

Den vindturbinen folk tenker på oftest og først og fremst er en vindgenerator i form av en propell. Mange mennesker mistenker ikke engang at andre eksisterer. Faktisk finnes det andre typer vindgeneratorer. Noen ligner en roterende søyle, andre ligner en kjedekarusell som i en fornøyelsespark. Kun i stedet for kjedene er vertikale kniver plassert. Slike vindgeneratorer kalles vertikale. Hvorfor vertikal? - Fordi aksen til den roterende generatoren vender oppover, det vil si at den er plassert vertikalt.

Hva var ideen med en vertikal vindgenerator?

Vindgeneratorer med vertikal rotasjonsakse har en mer kompleks design. Tross alt må vertikalt monterte blader holdes i denne posisjonen, og holdes sikkert i avstand fra rotasjonsaksen. Hvorfor utviklet og implementerte de da en slik enhet?

Hovedideene som en vindaksial vindgenerator ble opprettet i henhold til var følgende. Den første er at siden de vertikale bladene ikke bryr seg fra hvilken side vinden blåser på dem, trenger ikke hele strukturen å snus mot vinden slik en værvinge gjør. På grunn av dette trenger ikke vindmøllen å tilpasse seg vindens skiftende retning, hvor en del av energien går tapt.

Den andre er lav hastighet, og derfor lav støy installasjon. Siden høye hastigheter ikke er tillatt her, er støyen fra de roterende delene merkbart lavere. Det betyr at en slik vindturbin kan installeres i by- og boligområder uten frykt.

Den tredje ideen er at den vertikale vindgeneratoren er mer motstandsdyktig mot stormvind. Dette forenkles også av snurreeffekten, som gjør det vanskelig for rotoren å avvike fra rotasjonsaksen. Og det faktum at bladene hele tiden beveger seg bort fra vinden. Og i bremset tilstand er planet for frontkollisjonen av bladene med vinden lavere enn horisontalplanet.

Tekniske egenskaper ved roterende vindgeneratorer av de nyeste modellene

Først av alt, merker vi at rotor ortogonale vindgeneratorer er mest brukt og er masseprodusert. Utseendet er vist på bildet.

Følgende innovasjoner er implementert i de nyeste installasjonsmodellene. Først av alt er det en tre-lags rotor. Bladene til en slik rotor har blitt lettere, deres feste er mer pålitelig og de er fordelt jevnere langs radien.

En annen innovasjon er rammedesignet til vindmøllen. Her har bunnen og toppen av rotoren støtter. Følgelig er rotasjonen jevnere og den i seg selv mer pålitelig. Rammen lar deg installere vertikale vindgeneratorer selv uten mast, ganske enkelt på en flat overflate eller til og med bakken. Og den er festet på et stativ og er spesielt egnet for installasjon på et flatt tak. Solcellepaneler kan også monteres på stativet.

For å gjøre et mer nøyaktig valg, besøk vår katalog.

Spørsmål om energiuavhengighet bekymrer ikke bare ledere av stater og bedrifter, men også individuelle borgere og eiere av private hus. Med økningen i monopol og tariffer fra strømprodusenter, leter folk etter effektive alternative kraftkilder. En slik kilde er en vindgenerator.

Hovedelementer i et vindgeneratorsystem

Det finnes mange modeller og alternativer fra forskjellige produsenter, men som praktisk erfaring viser, er de ikke alltid rimelige og av kvalitet for et bredt spekter av forbrukere. Hvis du har informasjon, viss kunnskap om elektroteknikk og praktiske ferdigheter, kan du lage en vindgenerator selv.

Driftsprinsipp og hovedelementer

Driften av en hjemmelaget vindgenerator er ikke forskjellig fra industrielle modeller. Driftsprinsippene er de samme. Vindenergi omdannes til mekanisk energi ved å rotere en generatorrotor, som produserer elektrisitet.

Hoveddesignelementer (fig. over):

• propell med blader;
• en rotasjonsaksel gjennom hvilken dreiemoment overføres til generatorrotoren;
• generator;
• design for montering av generatoren på installasjonsstedet;
• om nødvendig, for å øke rotasjonshastigheten til rotoren, kan en girkasse eller remdrift installeres mellom akselen med propellen og generatorakselen;
• for å konvertere vekselstrømmen til generatoren til likestrøm, brukes en omformer, en likeretterdiodebro, strømmen som tilføres for å lade batteriet;
• et batteri hvorfra strøm tilføres gjennom omformeren til lasten;
• Omformeren konverterer batteriets 12 V eller 24 V likestrøm til 220 V AC.

Utformingen av propeller, generatorer, girkasser og andre elementer kan variere, ha forskjellige egenskaper og tilleggsutstyr, men systemet er alltid basert på de listede komponentene.

Gjør-det-selv utvalg og produksjon

I henhold til designet er det to typer akser som roterer generatorrotoren:

• generatorer med en horisontal rotasjonsakse;

Generator med horisontal rotasjonsakse

• generatorer med vertikal rotasjonsakse.

Roterende vindgenerator med vertikal rotasjonsakse

Horisontale rotasjonsakser

Hvert design har sine egne fordeler og ulemper. Det vanligste alternativet er med en horisontal akse. Disse modellene har en høy effektivitet for å konvertere vindenergi til rotasjonsbevegelser av aksen, men det er visse vanskeligheter med å beregne og lage bladene selv. Den vanlige flate bladformen, som ble brukt på gamle vindmøller, er ineffektiv.

For å bruke maksimal vindenergi ved rotering av aksen, må bladene ha en vingeformet form. På fly gir formen på vingen, på grunn av motvindens kraft, løftestrømmer. I det aktuelle tilfellet vil kreftene til disse strømmene bli rettet mot å rotere generatorakselen. Propeller kan ha to, tre eller flere blader med tre blader er mest vanlige. Dette er nok til å gi den nødvendige rotasjonshastigheten.

Vindgeneratorer med horisontal rotasjonsakse må hele tiden dreies av propellplanet mot fronten av den motgående vindstrømmen. For å gjøre dette er det nødvendig å bruke en haleenhet av værhane, som under påvirkning av vinden, som et seil, snur hele strukturen med en propell mot motvinden.

Vertikale rotasjonsakser

Den største ulempen med dette alternativet er lav effektivitet, men dette kompenseres av en enklere design, som ikke krever produksjon av tilleggselementer for å snu bladene mot vinden. Det vertikale arrangementet av aksen og bladene lar deg bruke vindenergi for rotasjon fra hvilken som helst retning dette designet er lettere å lage med egne hender. Akselen roterer mer stabilt, uten brå hopp i hastighet.

De gjennomsnittlige årlige vindhastighetene på Russlands territorium er ikke de samme. De mest gunstige forholdene for drift av vindgeneratorer er 6-10 m/s. Det er få slike områder som generelt råder. For å øke rotasjonshastigheten er det nødvendig å bruke girkasser og ta hensyn til høyden og vindrosen i området der generatoren er installert.

Et eksempel på produksjon av vindgeneratorer

En variant med vertikal rotasjonsakse vurderes.

DIY vindturbin

Det enkleste alternativet for å produsere blader er å bruke en 50-200 liters metallfat. Avhengig av antall blader som kreves, sages tønnen med en kvern fra topp til bunn i 4 eller 3 like deler.

Vertikale blader fra en metalltønne

Du kan ganske enkelt bruke plater av galvanisert takjern, som enkelt kan kuttes i ønsket form med egne hender ved hjelp av metallsaks.

Vertikale blader laget av platejern

Deretter festes bladene til toppen av rotasjonsaksen. Grunnlaget for deres festing kan være treskiver laget av seks-lags kryssfiner.

Det er tryggere å bruke en metallramme laget av en rektangulær profil, som bladene er boltet til.

Eksempel på plassering av vertikale blader

Et eksempel på å feste kniver til en plattform

Rammen eller skivene er stivt festet til rotasjonsaksen selve aksen settes inn i koblinger med lagre, som er sikkert installert i rammen til tårnet eller taket til bygningen som generatoren er plassert på.

Installere en aksel med blader på et tårn

En visuell representasjon av installasjonen av en vertikal rotasjonsakse på taket av en bygning

1. Turbin med vertikale blader.
2. Akselstabiliseringsplattform med dobbeltrads kulelager.
3. Stålkabelavstiver Ø 5mm.
4. Vertikal akse, stålrør Ø 40-50mm, veggtykkelse ikke mindre enn 2 mm.
5. Rotasjonshastighetskontrollspak.
6. Bladene til den aerodynamiske regulatoren er laget av kryssfiner eller plast 3-4 mm tykk.
7. Stenger som regulerer rotasjonshastigheten og antall omdreininger.
8. En last hvis vekt bestemmer rotasjonshastigheten.
9. Vertikal akse trinse for remdrift, mye brukt sykkelfelg, uten slange og dekk.

• Støttelager.
• Remskive på generatorens rotorakse.

En remskive for en remdrift eller gir for en girkasse er festet til den nedre enden av akselen, dette er nødvendig for å øke rotasjonshastigheten til rotoren. Praksis viser at ved en vindhastighet på 5 m/s vil rotasjonen av akselen med horisontale blader fra tønnen ikke være mer enn 100 rpm. Ved en vindhastighet på 8-10 m/s når rotasjonen opp til 200 m/s. Dette er svært lite for at generatoren skal produsere den nødvendige kraften for å lade batteriet.

En girkasse i forholdet 1:10 lar deg oppnå ønsket rotasjonshastighet.

Montering av remskiver

Lavhastighetsgenerator

Den enkleste måten å konvertere mekanisk rotasjonsenergi til elektrisitet er å bruke bilgeneratorer. Men vanlige generatorer fra personbiler anbefales ikke for vindmøller på grunn av tilstedeværelsen av børster i deres design. Grafittbørster fjerner strømmen som induseres på rotoren under drift, de slites ut og krever utskifting. I tillegg er slike generatorer høyhastighets for å generere en spenning på 14 V med en strøm på opptil 50A, 2000 eller flere omdreininger er nødvendig.

Mer effektive generatorer for vindturbiner fra traktorer og busser G.964.3701 med magnetisk eksitering av viklinger. De har ikke børster og fungerer ved lavere hastigheter. G288A.3701-generatoren har tre faser og brukes til å levere strøm til kjøretøy i forbindelse med et batteri. Har gode egenskaper for bruk i vindturbinsystemer:

• produserer en spenning på 28 V;
• innebygd likeretter produserer likestrøm opp til 47 A;
• utgangseffekt opptil 1,3 kW;
• ved tomgangshastighet 1200 rpm;
• med en strømbelastning på 30A kreves 2100 rpm.

Generatoren har passende dimensjoner og vekt:

• totalvekt 10 kg;
• diameter 174 mm;
• lengde 230 mm.

Generator fra MAZ - 24V

Generatorer av denne typen brukes i KAMAZ, Ural, KRAZ, MAZ kjøretøyer med motorer fra Yaroslavl-anlegget YaMZ 236, 238, 841, 842 og ZMZ 73. For å spare penger kan du kjøpe en brukt generator på demonteringspunkter. For å generere mer elektrisk kraft ved lave hastigheter kan du lage en generator med egne hender ved hjelp av neodymmagneter, men dette er et eget emne og krever en mer detaljert beskrivelse.

Monteringssekvens

1. Først av alt er en tårn- eller generatormonteringsstruktur installert på taket av bygningen. Den vertikale aksen er festet til foringer med lagre, og bladene er installert.

1. Etter montering av aksen med bladene, er en remskive for remdrift festet på den nedre delen.
2. På nivået av akselremskiven er en generator med en remskive for beltet på rotorakselen festet til en spesielt forberedt plattform. Generatorskivene og akslene med kniver må installeres på samme nivå.

Diameteren på remskiven på akselen bør være omtrent 10 ganger større enn diameteren på remskiven på generatorakselen. Basert på forholdene om at estimert vindhastighet er ca. 10 m/s, vil aksenes rotasjonshastighet være opp til 200 rpm.

Formelen som brukes er:

Wr = Wos x Dosd, hvor

• Wr – generatorens remskive rotasjonshastighet;
• Dos – remskivediameter på den vertikale aksen;
• d – diameter på remskiven på generatorens rotoraksel;
• Wos er rotasjonshastigheten til den vertikale aksen.

Wr = 200 rpm x 500mm/50 mm = 2000 rpm - tilstrekkelig rotasjonshastighet for generatoren av den valgte typen til å produsere den nødvendige effekten.

1. Beltet er strammet; for å gjøre dette må det være spor i generatorens monteringsplattform, som på en bilfeste.
2. Utgangsledningene til generatoren er koblet til batteriterminalene.

Disse generatorene har innebygde likerettere, utgangen er likestrøm, så den positive røde ledningen er festet til "+"-terminalen, og den negative ledningen er festet til "minus"-terminalen.

1. 24V/220V inverterinngangen er koblet til batteriet, og observerer også polaritetene.
2. Omformerutgangen er koblet til kretsen med lasten.

Video. DIY vindgenerator.

Å ha de nødvendige materialene, praktiske rørleggerferdigheter, ved å bruke ferdige bilgeneratorer med magnetisk eksitering av viklingene, er det enkelt å installere en vindgenerator med egne hender. For å produsere en generator med høyere effekt ved bruk av neodymmagneter, vil det kreves mer inngående kunnskap innen elektroteknikk og ferdigheter i å montere elektrisk utstyr. Dette er en av de enkleste måtene å sette sammen en vindgenerator med egne hender.