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 ветрогенератора для яхты: использование альтернативных источников питания на судне
Обновлено: 4 января 2021
Какие источники питания используются на судне?
Большинство маломерных судов имеют дизельные или бензиновые двигатели, что позволяет использовать генераторы для подзарядки батарей. Парусные яхты, не оборудованные двигателями, нуждаются в наличии альтернативного источника энергии, иначе они рискуют остаться без связи, световой сигнализации и остальных возможностей современного судна.
Аккумуляторы требуют периодической подзарядки, для которой приходится использовать альтернативные способы получения электроэнергии. Существуют разные варианты, выбирают наиболее удобные для существующих условий.
Для зарядки аккумуляторных батарей в условиях маломерного судна используют методы:
- двигатель яхты. Самое простое и надежное решение вопроса, но парусные суда не всегда оборудуются двигателями
- дизельный или бензиновый генератор. Устройства, выдающие стабильное и качественное напряжение в бортовую сеть. Недостаток способа заключается в габаритах устройства — мощные установки имеют большие размеры и вес. Кроме того, понадобится возить с собой немалый запас горючего, что создает серьезную опасность пожара
- солнечные батареи. Используются достаточно часто, имеют вполне удовлетворительные рабочие качества. Минус солнечных батарей в том, что в ночное время или в пасмурные дни выработка падает практически до нуля
- гидрогенератор. Устройство, использующее энергию набегающего потока воды. На корму яхты (или отдельно, на буксире-трансмиссии) устанавливается гребной винт, выполняющий обратную функцию — вращение из-за воздействия движущегося потока. Вращение винта передается через жесткий фал на генератор, который обеспечивает выработку электроэнергии. Вариант вполне действенный, позволяет получать устойчивое напряжение. Недостаток состоит в необходимости движения. При остановках возможность выработки тока исчезает.
- ветрогенератор. Устройство, использующее энергию ветра. Действует по принципу, напоминающему гидрогенератор — рабочее колесо с лопастями наводится на поток ветра, который приводит его во вращательное движение. Вал крыльчатки напрямую или через повышающую передачу соединяется с валом генератора, производящим ток. Способ не требует движения, не зависит от времени суток или состояния атмосферы, основным условием является наличие ветра.
Из всех названных методов наиболее удачными признаются ветряки и солнечные батареи. Они обычно дополняют друг друга, действуя параллельно или поодиночке — в ночное время работает ветряк, в безветренную погоду используется солнечная энергия.
Гидрогенераторы распространены менее широко, так как для их работы яхта должна двигаться с определенной скоростью, что возможно не всегда и создает некоторые неудобства.
Ветрогенератор для яхты
Большинство владельцев яхт отдает предпочтение ветрогенераторам. Устройство способно работать в условиях плохой погоды, дождя, в ночное время. В открытом море полное безветрие случается не очень часто, что также говорит в пользу ветряков. Условия использования вполне удовлетворительные, никаких помех перемещению воздушных потоков в море нет.
Конструкция яхты позволяет устанавливать ветряк на верхушку мачты, собственную опорную площадку. Существуют современные разработки, позволяющие поднимать ветряки в воздух на летающих платформах — надувных диффузорах или планирующих сооружениях. Можно использовать обе основные конструкции ветряков:
- горизонтальные. Внешне они напоминают конструкцию самолета без крыльев — ось вращения крыльчатки лежит в горизонтальной плоскости, а хвост выполняет задачу наведения на ветер. Считаются наиболее эффективными среди основных конструкций ветряков
- вертикальные. Ось вращения располагается вертикально, поэтому направление потока ветра для таких конструкций непринципиально. Важным преимуществом вертикалок является способность начинать вращение при малых скоростях ветра, что дает возможность подзарядить аккумуляторы практически в состоянии дрейфа. Существует большое количество вариантов вертикальных устройств, большинство из которых находится в стадии проекта или разработки.
Примечательным фактом является распространение самодельных устройств. Цены на промышленные модели велики, а их параметры во многом уступают потребностям владельца яхты. Эти причины способствуют росту числа ветряков, собранных из подручных средств. Работоспособность и результаты, демонстрируемые такими установками, зачастую далеко опережают «заводские» модели, а расходы на их создание на порядок ниже, чем при покупке комплекта в магазине.
Мини-ветряк
Размеры большинства яхт не могут вместить большие конструкции. При этом, производительность ветряка напрямую зависит от диаметра крыльчатки и величины лопастей. При специфических условиях управления и обслуживания яхты, разместить крупное устройство будет невозможно или слишком опасно — вращающиеся на средней скорости лопасти способны нанести серьезные увечья, а при шквалистых порывах появляется возможность разрушения крыльчатки.
Разлетающиеся обломки опасны для людей и деталей яхты. Кроме того, мореплаватель остается без снабжения электроэнергией, что означает отсутствие связи, приборов навигации и прочих необходимых устройств.
Избежать таких ситуаций поможет мини-ветряк, имеющий относительно небольшой диаметр крыльчатки и не создающий опасности для людей или предметов оснащения яхты. Пользователи, создававшие подобные конструкции, утверждают, что диаметр от 0,9 до 1,3 м вполне достаточен, при условии производительного генератора.
Недостаточность мини-ветряка может быть компенсирована установкой двух комплектов, работающих в паре и обеспечивающих электроэнергией свои группы приборов потребления.
Купить или изготовить самостоятельно?
Критериями выбора становятся два основных фактора:
- материальная обеспеченность
- наличие соответствующей подготовки для самостоятельного изготовления ветряка
Кроме этих факторов имеется еще один — время. Изготовление потребует нескольких дней, недель или даже месяцев. После понадобится отладка механики, настройка аппаратуры, исправление обнаруженных ошибок или неудачных узлов. Возможность или желание тратить время на эти мероприятия имеются не у всех. Для нетерпеливых или неподготовленных практически лучшим решением станет выбор и приобретение подходящей модели, изготовленной в заводских условиях и обладающей заранее известными, гарантированными параметрами.
Источник
Парусный ветряк: анализ конструкции и примеры использования
Экология потребления.Наука и техника: Можно сказать, что парусный ветряк один из самых простых, но в тоже время один из самых неэффективных существующих ветряков. КИЭВ парусного ветряка не может быть выше 20% даже теоретически.
Человечество использует паруса с незапамятных времен, уже много тысяч лет. Вобщем, сколько себя помнит. Когда о аэродинамике еще и понятия не имели. Но ветряные мельницы уже крутились и лодки под парусами уже плавали. Правда в те времена пользовались обычно плоскими парусами. В средние века были изобретены паруса более совершенные, что тут же повлекло резкий скачок в развитии мореплавания, и как следствие — наиболее громкие географические открытия. Но до сих пор парус продолжает служить и будет служить людям до тех пор, пока дует ветер.
Как выглядит парусный ветряк вам должно быть понятно из фотографий. Не вдаваясь в дебри аэродинамики, можно сказать, что парусный ветряк один из самых простых, но в тоже время один из самых неэффективных существующих ветряков. КИЭВ парусного ветряка не может быть выше 20% даже теоретически. Это означает, что вы будете получать только 1/5 часть мощности ветрового потока, попадающего на лопасти парусного ветряка. Например, если ветер дует со скоростью 5 м/с, а ветряк у вас 5 метров в диаметре, то мощность ветрового потока будет ок. 1500 Ватт. Вы же реально можете снять с ветряка только 300 Ватт (в лучшем случае). И это с пятиметровой конструкции!
К счастью только низким КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) недостатки парусного ветряка и ограничиваются. Дальше идут только достоинства.
Парусный ветряк — самый тихоходный ветряк. Его быстроходность редко приближается к 2, а обычно находится в диапазоне от 1 до 1,5. И все из за его чудовищной аэродинамики.
С другой стороны, парусный ветряк — один из самых чувствительных ветряков. Он работает с самого низа диапазона скоростей ветра, начиная буквально от штиля, с 1-2 метров в секунду. А это намаловажный фактор в условиях центральной России, где ветер редко бывает больше 3-5 метров в секунду. Тут, где более быстроходные ветряки по большей части бьют баклуши, парусный ветряк будет хоть что то выдавать. Хотя, как вам наверное известно, Россия не славится ветряными мельницами, тут не приморская Голландия и ветра нас не балуют. Зато было много водяных мельниц.
Еще одним достоинством парусного ветряка является удивительная простота его конструкции. Вал ветряка, на подшипниках, естественно, на валу — ступица. К ступице прикреплены «мачты», обычно из от 8 до 24-х. А от мачт отходят косые паруса из прочной тонкой материи, как правило, синтетической. Другая часть паруса крепится шкотами, которые выполняют и роль регуляторов угла поворота парусов и роль противоштормовой защиты. Т.е. самое примитивное парусное вооружение, проще, чем на самой простой яхте.
Именно эта простота конструкции и не позволяет отправлять парусный ветряк в архив технических достижений человечества. Для переносного, перевозного, походного, аварийного варианта парусный ветряк — достаточно достойная конструкция. В собранном варианте он представляет собой упаковку не больше, чем палатка. Паруса свернуты, мачты сложены. Даже 2-х метровый парусный ветряк на ветре в 5 метров/сек даст верных 25-40 Ватт энергии, чего с лихвой хватит для зарядка аккумуляторов и связной и навигационной аппаратуры, да и для незамысловатой системы освещения на мощных светодиодах хватит.
Невысокая по определению мощность парусного ветряка наводит на мысль о применении в качестве генератора шагового двигателя аналогичной мощности ( 30-40 Ватт). Ему тоже не требуются высокие обороты, 200-300 в минуту вполне хватит. Что идеально согласуется с частотой оборотов ветряка. Ведь он при быстроходности 1,5, будет выдавать эти 200 оборотов уже при ветре 4-5 метров в секунду. Используя готовый шаговый двигатель вы тем самым избавите себя от достаточно серьезной мороки по изготовлению электрогенератора. Поскольку изначально подразумевается наличие редуктора или мультипликатора, то легко можно согласовать обороты парусного ветряка и генератора.
Если сделать вариант с жесткими (пластиковыми парусами), то можно будет несколько увеличить быстроходность, правда за счет некоторого снижения мобильности. В разобранном виде ветряк будет занимать больше места.
Поэтому если ваши амбиции по запряганию ветра в свою телегу ограничиваются мощностью в пару-тройку десятков Ватт для зарядки небольших и средних аккумуляторов, (до 100 А.ч), организацией простого освещения с помощью инвертора до 220 вольт и энергосберегающих ламп, то парусный ветряк — весьма и весьма достойный вариант. Это будет пусть и не самый эффективный в плане использования энергии ветра, но очень бюджетный и быстро окупаемый вариант. 2-3 метровый ветряк будет выдавать вам до 1 КВт энергии в сутки.
В качестве походного, парусный ветряк будет дешевле самого дешевого бензинового электрогенератора и окупит себя изначально.
Стационарные парусные ветряки строят изначально большие именно из-за их невысокого КИЭВ. Не менее 5-6 метров диаметром, иначе нет смысла. Такой ветряк уже стабильно будет выдавать до 2-3 Квт энергии в сутки. И при рачительном ее использовании, их можно превратить в 3-5 Квт осветительной энергии (например для освещения теплицы или парника). А при использовании теплового насоса — в 5-6 Квт тепловой энергии, что позволит отапливать небольшой садовый домик в 20-30 кв. метров и серьезно экономить топливо.
Поэтому парусный ветряк, несмотря на свою архаичность конструкции остается способом использования ветра все еще заслуживающим внимания. Особенно в зоне слабых ветров.
Верхний предел рабочей скорости ветра у парусного ветряка не более 10-12 метров в секунду. И то у самых надежных ветряков. Поэтому при конструировании парусного ветряка следует серьезно озаботиться штормовой защитой. Например сделать «ломающиеся» мачты, на основе конструкции антенны Куликова, или придумать устройство расслабляющие шкоты, что бы превратить паруса во флаги, или складывать мачты при помощи тросов –растяжек, и т.д. опубликовано econet.ru
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
Источник