Как сделать мачту для ветрогенератора

Сооружение мачты для ветрогенератора: обзор конструкций, выбор и сборка самодельных ветряков

Обновлено: 8 января 2021

Ветрогенератор не может полноценно функционировать на малых высотах. Даже вертикальные конструкции, не требовательные к направлению ветра, нуждаются в некотором подъеме над поверхностью земли для размещения в более выгодных условиях.

Горизонтальные конструкции нуждаются в опорной конструкции большой высоты — считается оптимальным расположение ветряка над верхушками близлежащих построек или крон деревьев не менее, чем в 10 метрах. То есть, если неподалеку (по правилам — не менее 30 м) есть деревья высотой 10 м, то высота мачты должна составлять 20 м.

Требования достаточно просты, но соблюдать их сложно в силу технических трудностей, возникающих при создании и установке конструкций подобных размеров.

Мачта ветрогенератора: обзор конструкций

Существует несколько разновидностей мачт для ветрогенераторов:

• растяжная. Используются металлические трубы относительно небольшого диаметра. В качестве поддерживающих элементов применяются растяжки из стального троса, присоединенного к конструкции на одном или нескольких уровнях.
• сварная. Состоит из отдельных элементов, сваренных в единую систему. Обычно делают трехгранную ферму из продольных труб с наклонными поперечными элементами. Конструкция трудоемкая, способна шуметь от ветра, но вполне надежная и прочная.
• коническая. Это сооружение создается из труб большого диаметра, уменьшающегося к вершине. При создании такой конструкции придется немало потрудиться, работы непростые и требуют большого количества материалов. Существуют секционные варианты конических мачт, собранные наподобие сварных, но с разным сечением у основания и вершины.
• гидравлическая. Наиболее дорогостоящая конструкция, способная самостоятельно подниматься и опускаться при участии гидравлического механизма. Для обслуживания или ремонта ветряка такой вариант самый предпочтительный, но высокая стоимость ограничивает использование на практике.

Следует учитывать необходимость размещения мачты на должном расстоянии от построек. Кроме того, потребуется надежный фундамент, особенно для тяжелых и высоких мачт. Он представляет собой мощную бетонную подушку с залитыми анкерами, удерживающими сооружение в вертикальном положении.

Создание своими руками любого из этих вариантов потребует предварительного расчета, точности и тщательности выполнения работ.

Какую выбираем?

Выбор конструкции мачты — вопрос, в первую очередь обусловленный финансовыми и техническими возможностями владельца. Прежде всего, необходимо точно выяснить, не имеется ли ограничений на высоту сооружений для данного региона, иначе можно заработать неприятные разговоры с представителями администрации и штрафные санкции.

Наиболее правильным подходом станет предварительный расчет количества материалов, необходимых для сборки мачты. Понадобится также изучить метеорологическую обстановку в регионе, скорость преобладающих ветров, направление, наличие ураганов или шквалистых порывов или делать защиту ветрогенератора от сильного ветра. Все полученные данные помогут сузить круг поисков и выделить оптимальный вариант, соответствующий возможностям пользователя и потребностям местности.

Самодельная мачта для ветряка

Прежде всего надо определиться с точкой установки мачты. Учесть минимальное расстояние до ближайших построек или деревьев, по возможности изыскать место на пригорке или возвышении, чтобы сэкономить на высоте мачты и, соответственно, количестве материала.

Важно! Нельзя устанавливать мачту на крыше дома. На первый взгляд, такой вариант выглядит привлекательно, но он годится только для вертикальных тихоходных устройств. Появится постоянный шум и вибрация, способствующие расстройствам здоровья, депрессиям и прочим некомфортным состояниям.

Затем приступают к созданию фундаментной подушки. При выполнении работ требуется соблюдать требования СНиП, использовать качественные материалы. Поверхность основания должна быть оборудована анкерными креплениями для основания мачты.

Необходимо также установить колья для растяжек (если они планируются). Применяются металлические швеллера или уголки, закопанные в землю на 1,5 м или забетонированные для наилучшей сопротивляемости нагрузкам на отрыв.

Сборка мачты производится непосредственно на месте, если это возможно. Иначе придется изыскивать способы доставки, преодолевать отсутствие удобных подъездных путей, прочие трудности. Наиболее удобным вариантом станет изготовление всех заготовок, деталей или элементов конструкции в удобном месте — цехе, мастерской и т.п. Если проект допускает, можно изготовить отдельные части мачты, которые на месте надо лишь соединить между собой.

Необходимо предусмотреть возможность доступа к генератору. Для этого либо создают механизм опускания устройства, либо (чаще всего) приваривают к мачте скобы или штыри для подъема к генератору. Процедура обслуживания в таких условиях опасна, требует использования страховочных и защитных средств.

Установка конструкции и монтаж ветрогенератора

Установка готовой конструкции производится при помощи лебедки. Применяются разные способы:

• подъем через перпендикулярный упор, предотвращающий падение сооружения на лебедку при нарушении равновесия
• установка одной части мачты и подъем второй половины, используя первую как точку опоры

В обоих случаях следует действовать аккуратно, соблюдать правила безопасности. Подъем обычно производится при закрепленной на фундаменте поворотной части основания мачты, которая служит шарниром и одновременно фиксирует сооружение в нужном положении. Когда мачта установлена вертикально, незамедлительно устанавливаются и натягиваются распорки. Одновременно затягиваются анкерные болты, залитые в бетон на фундаменте.

Установка ветрогенератора производится на готовую мачту. В зависимости от конструкции, производится либо опускание площадки для ветряка вниз, либо придется подниматься на мачту с ветряком в руках, что сложно, физически трудно и опасно. Вопрос подъема на высоту остается самым злободневным среди владельцев ветряков, требует максимально удобного решения.

Источник

Установка мачты и монтаж ветрогенератора

Наконец была установлена мачта высотой 14,5м. Поднимали в шестером с помощью расстяжек, так-же в помощь пошла стремянка, которую подтставляли под мачту во время подъема. Мачта сварена из трубы, а чтобы по ней залазить были приварены штырьки. Так-же на верху предусмотренна небольшая площадка чтобы можно было относительно удобно стоять и обслуживать ветрогенератор.

Ветрогенератор монтировали по частям, подовая детали по наклонному тросу , который был перекинут через блочки, закрепленные на мачте и внизу. Сначало было страшновато так-как мачта покачивалась и казалось очень высоко, но когда дело дошло до монтажа хвоста страх улитучился и на плащадке стояли уже как на земле, а помошник бегал по мачте вниз и вверх как по стремянке не смотря на высоту более 10-ти метров.

Ветрогенератор наконец поднят на ветер и пришло время подключать приборы АКБ и смотреть что дает ветрогенератор и как вообще работает. Первым делом для проверки подсоеденили к ветряку автомобильный аккумулятор и стали смотреть за процессом зарядки. Когда напряжение поднималось до 15-ти вольт было решино срочно побыстрому споять балластный регулятор, а то как-то аккумулятор портить не охота перезарядом.

Потом решили проверить свою электронику и подсоеденили инвертор, с помощью которого запитали телевизор, а к нему камеру подключили, которая снаружи снимает ветрогенератор. Получился так-сказать пункт наблюдения за ветрогенератором не выходя из дома, и все приборы перед глазами.

Эти все дни после подъема ветрогенератора так и небыло настоящего ветра, лишь изредка в пиках пару секунд анемометр показывал 7-8м/с, при этом ток зарядки был более 10 Ампер. Было замечено что хвост ветрогенератора даже не пытается складываться. Хвост было решино облегчить и немного переделать. После переделки хваст уже начинал складываться при ветре начиная с 6-тим/с. Это слишком рано и было решино подтянуть пружину придерживающую хвост.

Наконец подул ветерок по сильнее, теперь все измерительные приборы ожили и чато паказывали силу ветра 10-12м/с, ток зарядки переваливал отметку в 20Ампер. Временами ветрогенератор очень сильно раскручивался, мачта начинала изгибаться и ходить ходуном. При этом хвост только делал попытки складыааться. Было решино экстренно остановить винт, но короткое замыкание генератора не остонавливало винт, и он на порывах снова набирал обороты.

Пришлось залезать на мачту и пытаться затормозить винт вручную, но руками не удовалось этого сделать. В итоге с опаской смотря на взлетающий винт ветрогенератора переждали сильный ветер, и когда наступило затишье после осмотра ветрогенератора обнаружилрсь что крепления лопастей погнулись и по этому наступил дисбаланс и раскачивание мачты.

Ниже фото того что натворил ветер с винтом. На первом фото ступица в первоначальном виде, а далее уже после сильного ветра. Как козалось крепление лопастей было сделано с запасом прочности, но это оказалось совсем не так. Выяснились некоторые ошибки в конструкции. Оказывается нельзя было отклонять лопасти вперед относительно плоскости вращения винта, а они были специально вынесены вперед на 7 градусов чтобы при прогибании винта под ветровой нагрузкой лопасти не побились о мачту. При вращении, особенно на больших скоростях возникают большие центробежные силы, которые пытается выпрямить винт в плоскость вращения, плюс давление ветра, вот и результат, прогнутые креплания лопастей.

Аказывается эти силы намного сильнее чем ожидалось, а ведь винт , точнее лопасти проверялись на изгиб с помощью пружинных весов, и изгиб составил 20см при усилии 20 кг, и усилие прилагалось не на кончике лопасти а на радиусе 75 см. На фото ниже крепление лопастей в первоначальном виде, а фото сверху на мачте показывает как прогнулись крепления лопастей. И третье фото проверки усилия на изгиб лопастей.

С учетом всех этих последствий винт был снят подвергся анализу и чтобы подрбное предотвратить его пришлось немного переделать и усилить. Продолжение на следующей странице.
Страница 1 — Ветрогенератор из асинхронного двигателя начало
Страница 2 — Испытательный стенд, пареметры генератора.
Страница 3 — Изготовление лопастей и балансировка винта.
вы на четвертой странице
Страница 5 — Доводка ветрогенератора, электроника, акб.

Источник

Изготовление и монтаж мачты ветрогенератора

Мачты и опоры для ветрогенераторов ветряков

Для эффективной работы ветрогенератора его необходимо поднимать на расчетную высоту.
Расчетная высота в значительной степени зависит от условий размещения ветрогенератора, если позволяет рельеф местности и нет поблизости деревьев и построек, то и высота мачты может быть значительно снижена, что позволит сделать конструкцию и дешевле и надежнее.

Модель

400w

600w

1kw

600, 1, 2

3kw

5kw

10kw

15kw

30kw

50kw

Размещение фундамента мачты и растяжек:

Модель

Радиус площадки (м)

Размер фундамента мачты (м)

Размер фундамента опор растяжек (м)

400w

600w

1kw

2kw

3kw

5kw

10kw

15kw

30kw

50kw

Размер фундамента мачты и опор, расстояние до опор

Размещение мачты и растяжек относительно друг друга

Размещение анкеров в фундаменте основы мачты и в фундаменте опоры растяжки
(A – высота фундамента основы мачты, B — ширина фундамента основы мачты, C – высота анкерного болта, b – подошва мачты, X – высота фундамента опоры, Y — ширина фундамента опоры, C — анкер) Внимание! Кольцо анкера должно быть направлено по направлению к основе мачты под углом 35-55°.

Сборка мачты с растяжками и подъем с помощью лебёдки и блоков

Подъём мачты с растяжками с помощью тяговой техники

Мачту с растяжками также можно поднять с помощью подъемного крана, как обычную мачту без растяжек (коническую).

Подъем ветрогенераторов 400w, 600w, 1kw и 2kw возможен без участия тяговой техники или подъемного крана, а также без лебёдки.

Источник

Мачта ветрогенератора: обзор конструкций

Мачта — очень важный элемент конструкции ветрогенератора. От правильного выбора типа опоры, её высоты зависит как производительность всей ветроустановки, так и собственная безопасность при эксплуатации.

Выбор типа мачты для ветрогенератора напрямую зависит от того, какой ветряк должен быть установлен. Важно учитывать особенности местности, где планируется установка ветряка, а так же вопрос технического обслуживания силовой установки в дальнейшем.

Расчет высоты опоры

Несомненно, высота установки ветряка очень важна, важно рассчитать минимальную, на которую нужно будет поднять генератор, чтобы он выдавал номинальное напряжение. Посредством климатических наблюдений, а именно измерением силы ветра на различных высотах от поверхности земли, установлено, что от нижнего края лопастей до верхушек деревьев, крыш домов и других препятствий должно быть 10 метров или более. Здесь сила ветра будет оптимальной, вне зависимости от местности.

Также мачту ветрогенератора необходимо устанавливать на удалении в 150 м или более от зданий или древесных насаждений. Исходя из вышеизложенного, можно легко рассчитать необходимую высоту мачты ветряка. К примеру, на участке находятся 12-метровые древесные насаждения, значит, нижняя лопасть генератора должна находиться над землей на высоте 22 метров. К этой цифре необходимо прибавить длину лопасти и получим высоту мачты.

Так для ветряка с диаметром 6 м длина лопасти составит 3 метра, а высота мачты должна быть не менее 25 метров. Располагать генератор ниже 25 метров от поверхности земли нецелесообразно, поскольку сила ветра будет недостаточной для того, чтобы ветряк вырабатывал необходимое количество энергии. Другим языком — это нерациональное использование средств, выделенных на такой проект.

Типы опор

Вторым основным вопросом является тип опоры, на которую будет установлен ветряк. Есть четыре основных вида опор, которые пользуются наибольшим спросом:

• растяжная;
• коническая;
• сварная;
• гидравлическая.

1. Растяжная мачта ветрогенератора изготавливается из стальных труб небольшого диаметра и имеет один или несколько поясов с растяжками, которые представляют собой металлические тросы. Благодаря растяжкам такая опора не требует мощного фундамента.

   Растяжные мачты используются для размещения маломощных ветряков, и имеют высоту до 20 метров. Положительные стороны такой конструкции — это ее относительная дешевизна и простота установки.
   
   В стоимость мачты входят затраты на сварочные работы для ее изготовления, монтаж и сами материалы: стальные трубы, тросы, крепежные элементы, бетон для фундамента. Устанавливается такая конструкция, как правило, с помощью лебедки.

   Минусом растяжной опоры является то, что на нее нельзя подниматься, а, следовательно, для обслуживания генератора каждый раз придется опускать и поднимать всю опору.

   Еще один недостаток — это большая площадь, занятая растяжными тросами. Но если место позволяет, то лучше установить такую мачту, поскольку стоимость ее будет на порядок ниже других вариантов.

2. Конические мачты также изготавливаются из труб, но гораздо большего диаметра. На такую опору можно устанавливать генераторы мощностью до 5 кВ. Благодаря своей конструкции, она может иметь высоту до 36 метров. Коническая конструкция опоры это ее главный плюс — благодаря этому генератор на такой мачте можно использовать при любых ветрах и вибрации при работе генератора будут минимальными. Отрицательной стороной конических опор является их стоимость, которая значительно выше по сравнению с растяжными мачтами, поскольку на ее изготовление уходит гораздо больше материалов и времени.
3. Сварная мачта или мачта-ферма — ее делают из отдельных деталей, которые монтируют непосредственно на месте. Такая конструкция надежна в работе и имеет низкую себестоимость. Минусами сварных мачт является их внешний вид и высокая парусность — постоянный гул ветра в деталях. Однако если такая мачта находится вдали от домов и внешний вид имеет второстепенное значение, можно обратить внимание на такой вариант.
4. Гидравлическая мачта имеет говорящее название — в ней применяется гидравлическая система, поднимающая и опускающая генератор на необходимую высоту. Это полностью автономная система, для установки мачты и обслуживания ветряка не нужен подъемный кран или другая техника. Однако такая мачта имеет один большой недостаток — она самая дорогая из всех перечисленных.

к содержанию ↑

Фундамент

Любая мачта для ветрогенератора представляет собой массивную конструкцию, которая должна иметь очень прочный фундамент. В случае с растяжной мачтой, требуется также заливка фундамента для крепления растяжек. Очевидно, что чем выше и массивнее мачта, тем прочнее должен быть фундамент.

Первоначально необходимо выбрать место для опоры с учетом ветров и наличия препятствий. Для фундамента потребуется площадь примерно 2х2 метра. Работы по заливке фундамента начинаются с подготовки котлована, его глубина должна составлять около 70 см. На дно котлована укладывается слой щебня толщиной до 20 см, утрамбовывается, а на него слой песка такой же толщины.

На утрамбованный песок устанавливается основа мачты так, чтобы она возвышалась над поверхностью земли на 15 см, и заливается бетоном марки М-400. Толщина слоя бетона должна составлять до 40 см. 12 часов спустя таким же бетоном заливается оставшаяся часть котлована. Устанавливать опору можно спустя месяц — после паузы для отстоя бетона.

Для промышленных генераторов

Промышленные ветрогенераторы, как правило, используются крупными энергетическими корпорациями. Такие установки объединяют в сети, которые образовывают ветровые электростанции.

Мачта для промышленного ветряка представляет собой капитальное сооружение, имеющее надежный фундамент. У основания установлен силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления. Сама башня полая внутри, в ней расположены лестницы и силовые кабели, идущие от генератора к силовому шкафу.

На самом верху опоры расположен поворотный механизм, к которому непосредственно крепится гондола ветрогенератора, включающая в себя сам генератор, трансмиссию и тормозную систему.

Для вертикальных ветряных установок

Вертикальные ветрогенераторы имеют существенные конструктивные различия по сравнению с традиционными горизонтальными. Опоры для таких ветрогенераторов также имеют особенности.

Для этих установок не требуются высокие опоры и большие открытые пространства. Мачта для вертикального ветрогенератора представляет собой легкую разборную металлическую конструкцию высотой 3,5-6 м, которая может быть установлена на крыше любого здания.

Источник