Парусные ветрогенераторы своими руками

Парусный ветряк: принцип работы и самостоятельное конструирование

Дата публикации: 1 июля 2019

Первые ветряные мельницы придумали в Персии за 200 лет до н.э. Там с их помощью перемалывали зерно. А вот использовать ветрогенераторы как источник электрической энергии люди начали в XIX веке, когда один смекалистый фермер из Дании соединил два механизма: ветряную мельницу и электрогенератор. С тех пор ветряки используются не только в хозяйствах, но и в промышленности, а также в домашнем обиходе. Давайте разберемся в принципе работы такого источника энергии, его плюсах и минусах, а также рассмотрим способ сделать парусный ветряк своими руками.

Как работает парусный ветрогенератор

В качестве прототипа современных парусных ветрогенераторов выступал обычный ветряк-водокачка. Он преобразовывал ветряную энергию сначала во вращательное, а потом — в возвратно-поступательное движение. За счет этого двигалась помпа, которая подавала воду из скважины. Удивительно, но такие ветряки существуют и по сей день. Их популярность обусловлена надежностью и простотой конструкции.

Внешне старые и новые модели практически идентичны. Разница в материале, используемом для лопасти. У ветряков старого образца лопасти были cделаны из жестких материалов, а у современных — из мягких (брезент, парусина, нетканые слоистые материалы). По своему предназначению старые и новые ветряки тоже различаются: они выполняют разные функции. Водокачки использовались для подачи воды, а нынешние ветряки — для добычи электроэнергии.

Устройство и принцип работы современных парусников

Главная задача ветрогенератора парусного типа — превращать энергию ветра во вращение. Таким образом и получается электричество. На лопасти замкнутой или незамкнутой формы натягивается материал на манер лепестка. Сам парус представляет собой треугольник с вершиной у самого центра вращения. Одна из сторон этого треугольника должна примыкать к вершине и не присоединяться к раме.

Под силой давления ветра парус слегка прогибается, после чего начинает вращаться. В отличие от ветряков другого типа, парусник стартует даже при низких колебаниях ветра: генератор начинает работу со скорости ветра 3-4 м/сек. Даже при столь небольших скоростях генератор способен заряжать аккумуляторы!

Секрет эффективности парусников в форме лопастей. Они напоминают собой цветочные лепестки. Поэтому порыв ветра, попадая в такой раструб, «наращивает плотность» и действует на лопасти с максимальной силой. Вспомните детские игрушки-ветряки, способные вращаться при малейшем колебании ветра: парусник работает по тому же принципу.

Достоинства и недостатки

У парусного ветрогенератора множество плюсов:

• высокий КПД;
• экологичность;
• низкие показатели шума;
• легкость обслуживания и ремонта;
• простота изготовления своими руками;
• облегченная и компактная конструкция;
• эффективная работа при низкой скорости ветра.

Проанализируйте минусы парусников, чтобы понять, подойдет ли вам такой источник энергии:

• потеря мощности при сильном ветре;
• лопасти не выдерживают высокие нагрузки;
• медленный набор оборотов при смене направления ветра;
• остановка механизма при резкой смене направления ветра.

Если вы проживаете в регионе с постоянными сильными ветрами, которые часто меняют направления, тогда парусник — не ваш вариант. Также конструкцию не стоит возводить в местах, окруженных горами или высокими строениями. Подобные препятствия на пути ветра создают завихрения — парусник не сможет подстроиться под постоянную смену порывов, и в итоге выйдет из строя.

Парусный ветрогенератор своими руками

Сначала вам нужно изготовить мачту, на которую будет крепиться ветряк. Проще всего использовать схему ферменной мачты треугольной или четырехугольной формы. Под основание мачты выкопайте яму и сделайте закладки для крепежа мачты на бетон. После закладок и вставки мачты, залейте в яму бетон и дайте ему застыть. После такой основательной подготовки ваш ветрогенератор устоит даже при шквальном ветре.

Поворотную ось генератора можно изготовить из подручных материалов: например, из колесных дисков и разобранного моста. Чтобы не покупать генератор, используйте двигатель постоянного тока из старого механизма. Подойдут двигатели даже 60-х или 70-х годов выпуска. Достаточно будет, чтобы генератор выдавал напряжение около 50В. После этого соберите узлы привода от редуктора к генератору.

Чтобы поднять и установить детали на мачту, удобней всего воспользоваться лебедкой. Сначала поднимите поворотную конструкцию, а уже потом — генератор. Когда основные работы завершены, приступайте к конструированию колеса. Для него можно использовать любой поворотный механизм и нетяжелые рейки (в качестве спиц). Наденьте на каркас паруса, как показано на фотографии: в форме треугольных лепестков. Готовое колесо с парусами поднимите лебедкой на мачту и закрепите болтами. При первом порыве ветра ваш парусный ветряк придет в движение и начнет подавать энергию к аккумуляторам.

Как видите, сконструировать парусник легко. Если у вас нет под рукой материалов, описанных в статье, импровизируйте. Главные составляющие — мачту, двигатель и паруса — реально сделать из любых доступных запчастей и материалов, которые отыщутся в любом гараже или сарае. Соблюдайте правила безопасности и не забудьте протестировать ветряк перед вводом в эксплуатацию.

• Домашняя ветряная электростанция
• Ветровые турбины в форме деревьев будут установлены в Париже
• Жители экопоселения на Кубани создали автономную ветроэлектростанцию
• Использование энергии ветра

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

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

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