Ветрогенератор это для детей

Сказки воздуха. Занимательная физика

Глава шестнадцатая
О ветряных мельницах

Мальчик отложил в сторону томик сказок Андерсена, которые читал вслух, и погладил кота, уютно свернувшегося у него на коленях.

— Какие есть странные сказки — вовсе на сказки не похожи. Вот про ветряную мельницу…

— Это, скорее, не сказка, а философская притча, — задумчиво произнёс робот.

— Философская притча, — презрительно фыркнул кот. — То бишь, нравоучительная история!

— Нет, всё-таки философская, то есть наполненная мудрыми мыслями, — не согласился Сэм. — И какой поэтичный образ мельницы: жёрнов в груди, крылья на голове и галерея вокруг живота! А как украшают ветряные мельницы равнинные пейзажи!

— Они всего лишь демонстрируют силу движущегося воздуха, то есть ветра. — возразил Василий. — Это были первые в истории человечества механизмы, которые приводились в движение не силой человека, лошади или верблюда, а силой неодушевлённой природы. Древние люди не раз наблюдали, какая у ветра сила: он может гнуть и ломать деревья, валить с ног, поднимать тучи песка и пыли. Сначала, правда, эту силу они применили для движения парусных судов, а уж потом сообразили, как её использовать для вращения жерновов. Жёрнов похож на колесо, а колесо — это гениальное изобретение человечества!

— А что здесь изобретать-то? — удивился мальчик. — Что может быть проще колеса?

Кот почесал лапой за ухом:

— Сэм, как там у тебя с легендами о колесе?

— Колесо изобрели так давно, что и легенд об этом не сохранилось, — подумав, ответил робот. — Но от того, что колесо — простая вещь, не следует, что его нельзя считать гениальным изобретением. Скорее всего, его следует признать гениальнейшим изобретением за всю историю. Появление колеса — это настоящее чудо человеческой мысли , потому что в природе нет ни одного существа, передвигающегося таким способом. У животных есть лапы, крылья, плавники и хвосты, но нет никаких колёс, или чего-либо на них хоть отдалённо похожего. Как можно было догадаться и придумать колесо? Необыкновенно дивная мысль! Поставить повозку на колёса — и сразу двигаться быстрее и легче. Здесь вращение превращалось в движение вперёд, в поступательное движение.

— Вот-вот! — кивнул Василий. — А в мельнице — наоборот: поступательное движение ветра превращается во вращение жерновов. И для этого используются не простые колёса, а зубчатые. На ось зубчатого колеса насаживают огромные лопасти, которые толкает ветер. Ось крутится, а зубчатое колесо цепляет другую зубчатку, которая закреплена на оси жёрнова. Так поступательное движение ветра превращается во вращение жёрнова. Между верхним жёрновом, который крутится, и нижним, неподвижным, сыплют зерно. Жернова трутся друг о друга и превращают зерно в муку. А из муки хлеб пекут. А хлеб, как известно, — всему голова! Всё гениальное — просто!

— А если ветра не будет? — озабоченно спросил мальчик. — Люди останутся без хлеба?

— Ветряные мельницы строят там, где ветер есть всегда, — назидательно произнёс кот. — Удобнее всего, конечно, если ветер постоянно дует в одну сторону, как, например, пассат. Так получаются мельницы самой простой конструкции. Если же в данной местности ветер дует то с одной, то с другой стороны, то верхнюю часть мельницы делают подвижной: она поворачивается так, чтобы ветру было удобно вращать лопасти.

— А если всё-таки ветра совсем не будет? — не отставал Алёша.

— Ну, есть же ещё водяные мельницы, где жернова крутит падающая вода, — разъяснил Василий, — есть мукомольные заводы, где используются электрические моторы, и так далее.

— Самое удивительное, что принцип одного из самых древних механизмов — ветряной мельницы — используется в одном из самых современных устройств — ветрогенераторе, который вырабатывает электричество, используя силу ветра! — воскликнул робот.

— Ветрогенератор — удобная вещь, — добавил кот. — Поставил себе около дома ветряк, и стало тебе светло, тепло, и всякие электроприборы работают. Причём, он вырабатывает электричество, не загрязняя окружающую среду дымом и сажей, как тепловые электростанции. Плохо только, как заметил Алёша, если ветра нет. С мукой гораздо проще: её можно намолоть про запас и расходовать по мере необходимости. Запасать электричество хорошо и надолго ещё не научились…

— Да, это, действительно, проблема, — согласился робот. — Существуют, конечно, аккумуляторы — накопители электрической энергии, но это пока ещё весьма несовершенные и недолговечные приборы… Вот красивейшая задача для учёных и изобретателей!

— Да, интересных задач много, — добавил Василий. — Например, можно ли использовать ветрогенератор на корабле, чтобы идти строго против ветра, а не лавировать, как на паруснике? Знаменитая задача знаменитого физика Петра Леонидовича Капицы…

Задача П. Л. Капицы.

Можно ли двигаться строго против ветра, если установить на корабль ветряную мельницу и соединить её с гребным винтом? Встречный ветер будет вращать крылья мельницы, мельница — гребной винт, и корабль поплывёт. Вопрос только в том, не нарушает ли такая конструкция законов физики?

Попробуйте сделать простую вертушку из бумаги. Её сможет крутить ветер.

Вам понадобится бумага, ножницы, канцелярская кнопка и палочка, на которой будет крепиться готовая вертушка.

Возьмите квадратный лист бумаги. Согните его по обеим диагоналям и снова разогните: так вы наметите линии, по которым будете делать разрезы. Диагонали можно и нарисовать с помощью линейки и карандаша.

Затем с помощью ножниц аккуратно начинайте разрезать квадрат по намеченной диагонали от угла к центру. Нужно закончить надрез, не доходя примерно 1–2 см до центральной точки. Таких надрезов нужно сделать четыре — по одному из каждого угла.

А затем у разрезанного угла нужно взять половинку за острый уголок и аккуратно, не придавливая, пригнуть к центральной точке и там приколоть кнопкой. Так нужно сделать с каждым «лепестком».

Вертушка готова! Приколите её к палочке и испытайте на не слишком сильном ветру!

Комментарии к публикации
Сказки воздуха. Занимательная физика

28.01.2018, 05:02
Юлия Мазнина

Отличная идея! С нетерпением ждем продолжения! 02.02.2018, 18:00
Людмила

Очень интересно. Вместе с сыном ждем продолжение. 26.03.2018, 00:30
Наталья

Спасибо! Ждем продолжения каждую пятницу. 25.01.2019, 16:33
Ирина

Очень понравилось.Ждём новых глав.Хочу поздравить Татьяну Евтюкову с днём Татьяны и сказать спасибо от всех детей и их родителей за создание этого сайта,желаю Вам вдохновения и творческих успехов 04.04.2019, 08:26
Оля

Познавательно и не скучно. Спасибо автору! Ждем с детьми каждую новую главу! 02.10.2019, 13:27
Аня

Рады, что есть продолжение. Очень познавательно и интересно! Спасибо! 29.11.2019, 12:40
Наталья

Спасибо за увлекательное путешествие в мир физики! Будем с ребенком ждать новые главы!
17.12.2019, 22:22
Виктория

СПАСИБО! Интересно и полезно! Читали с дочками и обсуждали. 31.07.2020, 11:15
Наталья

Ура-ура! долгожданное продолжение! Спасибо, будем и дальше учиться с Солнышком! 🙂 04.09.2020, 19:53
Инна

Прочитали с ребенком все главы. Очень понравилось. Спасибо автору за нестандартный, «неучебниковый» подход!

Источник

Как работает и для чего нужен ветрогенератор: разновидности, конструкция и выбор оборудования

Обновлено: 23 февраля 2021

Подключение к магистральной сети электроснабжения до сих пор доступно не всем. Есть немалое число населенных пунктов, до которых линии электропередач не дошли. Да и подключенные поселки и деревни, вследствие общей изношенности линий, испытывают частые перебои с электроснабжением. Кроме того, дачные поселки, выстроенные недавно, зачастую не имеют возможности подключиться к линии, расположенной в солидном отдалении.

Решение вопроса с электроснабжением традиционно возлагается на бензиновые или дизельные электростанции, нуждающиеся в снабжении топливом, капризные и требующие постоянного наблюдения устройства. При этом, есть альтернативные источники, не нуждающиеся в топливе. Одним из них является ветрогенератор.

Что из себя представляет ветрогенератор?

Ветрогенератор — это устройство, использующее энергию ветра для выработки электрического тока. Воздушные потоки, свободно перемещающиеся в атмосфере, имеют гигантскую энергию, причем, совершенно бесплатную. Ветроэнергетика — это попытка извлечь ее и обратить на пользу.

Ветрогенератор представляет собой набор устройств, принимающих, обрабатывающих и подготавливающих для использования энергию. Потоки ветра взаимодействуют с ротором ветряка, заставляя его вращаться. Ротор посредством повышающей передачи (или напрямую) соединяется с генератором, который заряжает аккумуляторные батареи. Заряд через инвертор перерабатывается в стандартный вид (220 В, 50 Гц) и подается на приборы потребления.

На первый взгляд, комплекс устроен довольно сложно. Существуют и более простые конструкции, например, ветряки, питающие насосы. Тем не менее, для сложных приборов требуется полный комплект оборудования, способный обеспечить стабильное и качественное электроснабжение.

Зачем он нужен?

Отличительное свойство электроэнергии состоит в том, что ее можно производить в любых количествах, если позволяет оборудование. Ветрогенератор как раз и относится к таким устройствам — он производит электроэнергию. Таким образом, ветряк представляет собой электростанцию, способную обеспечивать как крупные участки с большим количеством потребителей, так и отдельные дома или приборы.

Возможности устройства зависят от размеров крыльчатки и мощности генератора. Эти два параметра являются определяющими и зависят друг от друга. Чем мощнее ротор, тем большей мощности генератор он сможет вращать, вырабатывая большое количество энергии.

При этом, ветряк может быть создан самостоятельно и обеспечивать потребности отдельной группы приборов — например, освещения, водоснабжения, вентиляции и т.д. Такая избирательность удобна для сокращения расходов на электроэнергию, обеспечения бесперебойной подачи питания на старых изношенных линиях.

Конструкция и принцип работы

Конструктивно ветрогенераторы сочетают механическую, электромеханическую и электрическую части. К механической относится ветряк, непосредственно принимающий энергию ветра и преобразующий ее во вращательное движение. Оно передается на электромеханическое устройство — генератор, преобразующий кинетическую энергию вращения в электрический ток. После этого действуют чисто электронные устройства:

• выпрямитель. Генератор вырабатывает переменный ток, который не годится для заряда аккумуляторных батарей. Для дальнейшего использования его надо выпрямить, для чего используется выпрямительное устройство
• контроллер заряда. Обеспечивает своевременное переключение аккумуляторных батарей с режима зарядки на режим питания потребителей, чтобы избежать выхода АКБ из строя
• аккумулятор (АКБ). Накапливает заряд, необходимый для поддержания напряжения в сети при ослаблении ветра
• инвертор. Преобразует постоянный ток аккумулятора в обычные 220В 50 Гц переменного тока, необходимых для питания стандартных потребителей.

Все перечисленные электронные устройства являются типичным комплектом оборудования, используемым с любым типом ветряка. Изменение конструкции крыльчатки не влияет на состав комплекта, если только не происходит значительного увеличения скорости вращения, требующего изменения параметров генератора.

Виды ветрогенераторов

Используются два основных вида ветряков, имеющих принципиальные различия:

В обоих случаях речь идет об оси вращения ротора. Конструкция различных моделей горизонтальных устройств мало отличается друг от друга, представляя собой подобие бытового вентилятора или пропеллера. Вертикальные устройства обладают намного большим разнообразием типов конструкции, внешне значительно отличаясь друг от друга. Рассмотрим их подробнее:

Горизонтальные ветряки

Горизонтальные конструкции имеют большую эффективность, так как поток ветра они воспринимают только рабочей стороной лопастей. Наибольшее распространение получили трехлопастные крыльчатки, но для небольших конструкций число лопастей может быть увеличено.

Именно горизонтальные конструкции используются для изготовления больших промышленных образцов, имеющих огромный размах лопастей (больше 100 м), которые в объединенном виде образуют довольно производительные электростанции. Государства западной Европы, такие как Дания, Германия, скандинавские страны активно используют ветряки для обеспечения населения энергией.

Устройства имеют один недостаток — они нуждаются в наведении на ветер. Для небольших ветрогенераторов проблема решается установкой хвоста наподобие самолетного, который автоматически располагает конструкцию по ветру. Большие модели имеют специальное устройство наведения, контролирующее положение крыльчатки относительно потока.

Вертикальные конструкции

Ветрогенераторы вертикального типа имеют меньшую эффективность, вследствие чего используются для обеспечения энергией лишь отдельных потребителей — частный дом, коттедж, группу приборов и т.д. Для самостоятельного изготовления такие устройства подходят больше всего, так как обладают широким выбором вариантов конструкции, не нуждаются в подъеме на очень высокую мачту (хотя это им и не противопоказано).

Вертикальные роторы могут быть собраны из любых подручных материалов, в качестве образца можно использовать любой тип из множества известных:

• роторы Савониуса или Дарье
• более современный ротор Третьякова
• ортогональные конструкции
• геликоидные устройства и т.д.

Описывать все типы подробно незачем, так как их количество постоянно увеличивается. Практически все новые разработки базируются на вертикальной оси вращения и предназначены для использования в частных домах или усадьбах. Большинство разработок предлагает собственный вариант решения основной проблемы вертикальных устройств — низкого КПД. Некоторые варианты имеют довольно высокие показатели, но обладают сложным устройством корпуса (например, конструкция Третьякова).

Расчет и выбор

Расчет мощности ветряка сводится к подсчету суммарной мощности потребления осветительными, вспомогательными и бытовыми приборами. Полученное значение увеличивается на 15-20% (запас мощности необходим при возникновении непредвиденных ситуаций), и на основании этих данных рассчитывается или выбирается готовый генератор.

От его параметров ведется построение всего остального комплекта — механические требования ложатся в основу проектирования ветряка, а эксплуатационные параметры — мощность, напряжение, сила тока — используются при создании системы накопления и обработки полученного тока.

Выбирая приборы, следует также обеспечивать небольшой (15-20%) запас мощности, который обеспечит устойчивость комплекса при возникновении форс-мажорных ситуаций.

Изготовление ветряка своими руками

Основные работы, которые предстоит сделать, это — изготовление и установка вращающегося ротора. Прежде всего следует выбрать тип конструкции и ее размеры. Определиться в этом поможет знание требуемой мощности устройства и производственные возможности.

Большинство узлов (если не все целиком) придется изготовить самостоятельно, поэтому на выбор повлияет, какие познания имеются у создателя конструкции, с какими приборами и устройствами он знаком наилучшим образом. Обычно сначала делается пробный ветряк, с помощью которого проверяется работоспособность и уточняются параметры сооружения, после чего приступают к изготовлению рабочего ветрогенератора.

Источник