Ветрогенератор в трубе: Опыт применения ветрогенератора автономка | Сруб Всем! — Строительство деревянных домов из бревна, бруса и бревен

Содержание

Лопасти для ветрогенератора из ПВХ трубы

Ветрогенератор (ВЭУ) – приспособление, с помощью которого можно преобразовать кинетическую энергию ветра в электричество. Подобное устройство используют в качестве альтернативного источника электроэнергии. В статье мы разберемся с конструктивными особенностями ВЭУ, а также технологией сборки лопастей ветряка из ПВХ трубы.

Что представляет собой ветрогенератор?

Ветрогенератор представляет собой турбину с закрепленным на ней ветряным колесом и флюгером. Конструкция крепится на крышах домов при помощи специальной мачты или металлического штатива. Достаточно простое устройство позволяет трансформировать естественную энергию ветра в электричество.
Чтобы сделать свою мини электростанцию с неплохим показателем КПД, нужно правильно рассчитать мощность ВЭУ. Данный параметр во многом определяется размером лопастей, от которых зависит сопротивляемость конструкции воздушным массам и, как следствие, количество вырабатываемой электроэнергии.

Как определить мощность ВЭУ?

Мощность ветряка напрямую зависит от количества лопастей в устройстве, их размеров и диаметра ветряного колеса. Данная зависимость продемонстрирована в таблице ниже, благодаря которой можно определить линейные параметры составляющих ветряка и производимой ими потребной мощности.

Оптимальным вариантом конструкции для самостоятельной сборки лопастей из ПВХ трубы станет ветряк парусного типа. Однако следует учесть, что при вращении лопастей и самого ветряного колеса не будут задействованы законы аэродинамики. Иными словами, импульсом для вращения мобильных частей устройства станет только давление воздушных масс. КПД парусного ВЭУ составит только 10-12% от ветровой энергии, которая воздействовала на конструкцию.
Более удачным вариантом ветряка с большим коэффициентом полезного действия станет ВЭУ крыльчатого типа. Лопасти устройства имеют неодинаковую площадь, за счет этого создается разница давления воздушных масс, действующих на крылья с обеих сторон. Таким образом, при вращении мобильных частей ветряка удается задействовать аэродинамическую силу. Благодаря этому КПД ветрогенератора возрастает на 30-40%.

Технологические особенности сборки ВЭУ

Из чего сделать лопасти для ветряка? Для изготовления лопастей проще всего использовать пластиковые трубы. Они достаточно просты в обработке и способны выдерживать немалые динамические нагрузки. Но для того, чтобы ветряк в процессе эксплуатации не разлетелся на куски, желательно учесть несколько важных нюансов:

Толщину трубы. В процессе вращения несущие детали устройства испытывают большую нагрузку из-за влияния центробежной силы. Чтобы ее уменьшить желательно взять в качестве материала канализационную или газопроводную трубу с большей толщиной стенки – не менее 4 мм;
Длину лопастей. Чем длиннее лопасть, тем большую нагрузку она испытывает. Чтобы продлить срок службы конструкции, не делайте крылья слишком длинными. Наиболее приемлемым вариантом станет крыло с длиной от 30 до 50 см;
Количество лопастей. От количества крыльев напрямую зависит сопротивляемость ветряка воздушным массам. Чтобы увеличить его КПД, число крыльев стоит увеличить. Оптимальным вариантом станет ВЭУ с 5 или 6 крыльями.

Разметка ПВХ трубы

В качестве примера рассмотрим процесс маркировки крыльев для ВЭУ из трубы с диаметром в 10 см и толщиной стенки – 5 мм.

Генератор вертикального типа

Как разметить заготовку?

1. Чтобы правильно разметить цилиндрическую поверхность, оберните трубу листом бумаги;
2. Кромка листа станет ориентиром для формирования оси на трубе;
3. Ширина листа укажет на длину окружности;
4. Теперь сложите листок пополам, чтобы отметить половину от окружности заготовки;
5. Сложите листок четыре раза, чтобы отметить на цилиндре 4 линии для предполагаемых разрезов.

Порезка ПВХ трубы

Как разрезать ПВХ трубу? Для того, чтобы порезать заготовку лучше всего использовать электролобзик с пилкой по металлу. Порезка трубы на составные части делается следующим образом:
1. Сначала размеченную заготовку разрезают на две равные части;
2. Теперь половинки трубы также нужно разрезать пополам;
3. У основания каждой из лопастей делают прямоугольные надрезы длиной не более 5-6 см;
4. Чтобы не разрушить структурную целостность материала, в углах крыльев нужно просверлить небольшие отверстия;
5. После этого заготовленные части следует разрезать по диагонали;
6. Таким образом, у вас получатся лопасти конусного типа.

Особенности сборки деталей

На завершающем этапе конструирования ветрогенератора нужно соединить крылья с ветряным колесом и турбиной.

Как это сделать?

Необходимо изготовить соединительный узел. Деталь представляет собой стальной диск с шестью металлическими лентами;
Форма узла определяется конфигурацией самого генератора, выполняющий роль преобразователя кинетической энергии ветра в электрическую;
Чтобы лопасти ветрогенератора не сломались и не деформировались под давлением воздушных масс, толщина стальных лент и диска должна варьироваться в пределах от 2 до 6 мм.

Балансировка колеса

После сборки ветряка необходимо осуществить балансировку ветряного колеса. Чтобы результаты были максимально достоверными, юстировать устройство стоит в закрытом помещении.

Как совершают балансировку?

1. Ветряное колесо подвешивается таким образом, чтобы его вращению ничего не препятствовало;
2. В процессе балансировки нужно следить за тем, чтобы плоскость соединительного диска была вертикальна по отношению к подвесу;
3. Теперь следует повернуть колесо на угол, который равен 360/N, где N – количество лопастей в конструкции;
4. Процедуру повторяем до полного поворота диска вокруг собственной оси;
5. Если после остановки диск приходит в движение, значит, лопасти, стремящиеся вниз, тяжелее остальных.

Выводы

Конструирование лопастей для бытового ветрогенератора – непростое, однако посильное для народных умельцев занятие. С соблюдением технологических нюансов, которые были приведены в статье, вам непременно удастся собрать ветряк с хорошим КПД.

Винт из трубы пвх для ветрогенератора. Тихоходный ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора

Стоимость промышленных ветрогенераторов высока. Желающих иметь у себя на даче или в частном доме ветрогенератор много. Находится не мало умельцев, которые своими руками из подручных средств собирают добротные ветряки, самостоятельно изготавливают лопасти для ветрогенератора.

Человек уже давно использует энергию ветра для того, чтобы сделать свою жизнь легче. Никто точно не скажет, когда это впервые произошло, но с тех пор мало что изменилось. Возможность использовать силу стихии по-прежнему вызывает у человечества глубокую заинтересованность.

Самый первый механизм, который помог человеку обуздать и подчинить ветер своим целям, был самый обычный парус. Он в принципе и стал прародителем многих механизмов, которые использовались руками людей на протяжении их существования.

Если сконструировать эффективный генератор самому может быть сложно, то изготовление для ветрогенератора лопастей своими руками не составит особого труда.

Материалы и инструменты

Материалы:

дерево или фанеру,
алюминий,
листы стекловолокна,
трубы и материалы из ПВХ,
в общем, все, что обычно есть в хозяйских гаражах и сараях.

Инструменты:

чертёжный карандаш или маркер,
линейка, а лучше правило,
ножницы по металлу,
лобзик или ножовка,
наждачная бумага.

Для вертикального ветрогенератора

Ветрогенератор, который мы будем собирать своими руками, точнее его винт имеет три лопасти, поэтому первую деталь, которую будем вырезать из фанеры надо сделать в количестве шести штук — это основание крыла. Оно будет каплевидной формы. Вот как оно должно выглядеть на 10 мм фанере:

Посередине прямоугольного листа (90х190 мм) прочертите центральную линию,
На этой линии отступите 45 мм и поставьте отметку и проведите через неё перпендикуляр от одного края к другому,
Циркулем отметьте радиус в 45 мм и прочертите его, соединяя три крайние точки: две боковые и верхнюю,
Соедините нижнюю точку с краями полукруга. От нижней точки до основания полукруга, должно быть, 145 мм и наоборот до верхней точки 45 мм,
Теперь вырезаем.

Следующее, что нам понадобится сделать — планки длинною 500 мм, хотя подобный размер и не принципиален. Вы можете выбрать любую другую высоту лопасти ветрогенератора исходя из высоты главной вертикальной оси винта. На каждое крыло по три штуки.

У нас уже есть и основания лопастей и их рёбра, все это нужно собрать так, как изображено на картинке. Когда все деревянные детали собраны со своими сёстрами, а в основаниях просверлены отверстия для креплений, крепим на конструкцию металлические листы. Листы крепим от первой планки ко второй, а от второй к третьей. Планки №1 и 3 не соединяем. Металл может быть оцинковка или алюминий. Теперь можно собирать винт вертикального ветрогенератора и крепить его на центральный осевой стержень.

Подготовим диск с осевым стержнем. Нам понадобятся два диска диаметром 20 см. Материал в принципе роли не играет. Это может быть и фанера, из которой изготавливались основания лопастей ветряка. Или металл, которым обшивали крылья. Но металл следует использовать, если распорки винта тоже были изготовлены из металла.

В центре диска надо сделать отверстие под центральную ось. Когда оба диска собраны на стержне, к ним прикручиваются распорки, по одной на все лопасти ветрогенератора. Прежде чем окончательно закрепить крылья ветряка сверху и снизу, отрегулируйте их так, чтобы их острый конец был повернут внутрь конструкции на угол в девять градусов. Наш винт готов к установке на ротор.

Для горизонтального ветрогенератора

Прежде чем мы начнём своими руками что-то делать, нужно немного поработать мозгами и определиться с мощностью станции, на которую будет работать ветряк. Это основополагающий показатель, от которого будет зависеть количество лопастей и их длина. В таблице, которая находится ниже показано, как диаметр винта зависит от количества крыльев и требуемой мощности.

Лопасти для ветрогенератора из подручных материалов
В наше время тема альтернативных источников перестала быть популярной, так как стала насущной. И тот, кто разобрался, как сделать лопасти для ветрогенератора обязательно останется в плюсе

Ветрогенератор своими руками

Существенно уменьшить счета за электричество и обеспечить себя резервным источником энергии на даче можно, сделав ветрогенератор своими руками.

Покупка готового ветряного генератора экономически оправдана, только, если нет никакой возможности подключения к электросетям. Стоимость оборудования и его техническое обслуживание зачастую оказывается выше, чем цена киловатт, которые вы купите у энергосбытовой компании в течение ближайших лет. Хотя, если сравнивать с использованием бензиновых или дизельных генераторов небольшой мощности, тут экологичный источник энергии выигрывает по стоимости обслуживания, уровню шума, отсутствию вредных выхлопов. Временное отсутствие ветра можно компенсировать, используя аккумуляторы с преобразователем напряжения.

Ветрогенератор, собранный с использованием некоторых деталей, сделанных своими руками, может оказаться в несколько раз дешевле, готового комплекта. Если вы серьезно решили сделать свой загородный дом энергонезависимым, при этом не хотите никому переплачивать – самодельный ветрогенератор – правильное решение.

Мощность ветрогенератора

Прежде чем приступать к работе, надо определиться, есть ли реальная необходимость в мощном ветрогенераторе, например, для приготовления пищи, использования электроинструмента, нагрева воды или отопления. Может быть вам достаточно подключить освещение, небольшой холодильник, телевизор, подзарядить телефон? В первом случае вам нужен ветряк мощностью от 2 до 6 кВт, а во втором, можно ограничиться в 1-1,5 кВт.

Также существуют горизонтальные и вертикальные ветрогенераторы. При вертикальном расположении оси можно использовать лопасти самой разнообразной формы, это могут быть плоские или выгнутые листы металла, вращающиеся на удлинителях. Существует вариант с одной скрученной лопастью. Сам генератор располагается у земли. Поскольку обороты лопастей невысокие, двигатель имеет большую массу и, соответственно, стоимость. Преимуществом вертикальной конструкции является простота и возможность работы при слабом ветре.

В этом обзоре будет рассмотрен вопрос, как сделать горизонтальный ветрогенератор своими руками. Для него можно использовать различные типы доступных генераторов и переделанные электродвигатели.

Конструкция ветрогенератора на 220В:

Электрогенератор промышленного производства.

Лопасти для ветрогенератора и поворотный механизм на мачте.
Схема управления зарядкой аккумулятора.
Соединительные провода.
Установочная мачта.
Растяжки.

Мы будем использовать двигатель постоянного тока от «беговой дорожки», он имеет параметры: 260V, 5A. Эффект генератора мы получим за счет обратимости магнитных полей данного типа электродвигателей.

Необходимые материалы и комплектующие

Все детали вы легко найдете в хозяйственных или строительных магазинах. Нам потребуется:

нарезная втулка нужного размера,
мост диодный, рассчитанный на ток 30-50A,
ПВХ трубка.

Хвостовик и корпус ветряка можно сделать из следующих материалов:

Стальная профильная труба 25 мм,
Маскирующий фланец,
Патрубки,
Болты,
Шайбы,
Саморезы,
Скотч.

Сборка ветряного генератора согласно чертежам

Лопасти ветряка можно изготовить из дюраля по приведенным чертежам. Деталь надо качественно зашкурить, при этом переднюю кромку сделать закругленной, а заднюю заточить. Для хвостовика подойдет кусок жести достаточной жесткости.

К электродвигателю закрепляем втулку, а на ее корпусе высверливаем три отверстия на равном расстоянии друг от друга. В них надо нарезать резьбу под болты.

Трубку ПВХ разрежем вдоль, и будем использовать в качестве уплотнителя между квадратной трубой и корпусом генератора.

Диодный мост также закрепим возле мотора с помощью саморезов.

Черный провод от двигателя подключим к плюсу диодного моста, а красный к минусу.

Хвостовик прикручиваем саморезами на противоположный конец трубы.

Лопасти соединяем с втулкой при помощи болтов, обязательно используем по две шайбы и гровер на каждый болт.

Втулку закручиваем на вал двигателя против часовой стрелки, удерживая ось пассатижами.

Патрубок приворачиваем к маскирующему фланцу при помощи газового ключа.

Надо обязательно найти точку равновесия на трубе с закрепленным двигателем и хвостовиком. По этой точке закрепляем конструкцию на мачту.

Все металлические детали, которые могут подвергнуться коррозии желательно покрыть качественной эмалью.

Ветрогенератор для частного дома стоит установить на некотором расстоянии от основных строений, мачту обязательно закрепить растяжками из стального троса. Высота зависит от возможной силы ветра, рельефа и искусственных препятствий, окружающих электростанцию.

Электрический ток после диодного моста должен через контрольный амперметр поступать на электронную схему зарядки аккумулятора. Напрямую к такому генератору можно подключить маломощные лампы накаливания. Заряженные батареи выдают стабильное постоянное напряжение. Его рекомендуется использовать для освещения (галогенные лампы и светодиодные ленты), либо вывести на инвертор, чтобы получить 220В переменного тока и подключить любые бытовые приборы, мощность которых не превышает параметры инвертора.

Ветрогенератор своими руками
Как сделать ветрогенератор своими руками? Смотрите фото и видео изготовления ветряного генератора для частного дома. Чертежи и схемы самодельного ветряка на 220 В.

Принцип работы ветрогенераторов

Принцип работы во всех модификациях ветряков одинаков. В процессе вращения лопастей образуется три вида физического воздействия: подъемная, импульсная и тормозящая силы. В результате воздействия этих сил статор приходит в движение, а ротор на неподвижной части генератора начинает создавать магнитное поле и электрический ток движется по проводам.

Вариантов исполнения ветрогенераторов большое количество, отличаются они не только мощностью, но и своим внешним видом. Структура большинства ветряков включает в себя: генератор, лопасти, инвертор, мультипликатор. Инвертор используется для преобразования полученного заряда в постоянный ток. Мультипликатор — это редуктор, который предназначен для увеличения числа оборотов вала. Устанавливают редукторы не на все ветряки, в основном только на большие и мощные ветровые установки.

Трехфазный переменный ток образуется благодаря вращению ротора. Полученная энергия направляется через контроллер к аккумуляторной батарее. Далее инвертор преобразовывает ток и делает его стабильным, именно в таком виде его можно подавать для питания бытовых приборов или освещения.

Как самостоятельно изготовить ветрогенератор вертикального типа

Изготовить ветряк можно самостоятельно в домашних условиях. Для начала нужно определиться с видом ветрогенератора. В зависимости от своей конструкции ветроустановки бывают:

с вертикальной осью вращения: ротор Дарье, ветрогенератор Савониуса,
с горизонтальной осью вращения: параллельной или перпендикулярной потоку ветра.

Некоторые модели ветряков совмещают в себе несколько типов установок. Рассмотрим пример создания гибридного ветряка, который совмещает в себе конструкцию ветровых генераторов типа Савониуса и Дарье.

Собираем ротор

Чтобы собрать ротор, необходимо приобрести:

6 неодимовых магнитов D30хh30 мм,
6 ферритовых кольцевых магнитов D72xd32xh35 мм,
2 металлических диска D230хp мм,
эпоксидная смола или клей.

Вместо металлических дисков можно использовать пильные диски подходящего размера. На одном диске размещают 6 неодимовых магнитов, чередуя их полярность, угол между ними должен быть 60 градусов на диаметре 165 мм.

На втором диске по такому же принципу располагают ферритовые кольцевые магниты.

Чтобы магниты не сдвинулись во время работы ветряка, их нужно хотя бы до половины залить эпоксидным клеем.

Изготавливаем статор

Сначала необходимо намотать 9 катушек по 60 витков, для этого используют эмалированный медный провод диаметром 1 мм.

Далее катушки спаивают между собой: начало первой катушки с концом четвертой, четвертая с седьмой. Вторая фаза точно так же соединяется через две катушки, только спаивать начинают со второй катушки. Соединение третьей фазы начинается с третьей катушки.

Из фанеры изготавливается форма, в нее укладывают пергаментную бумагу, сверху которой кладут кусок стекловолокна и катушки.

Все это заливается эпоксидной смолой. Через 24 часа из формы извлекается готовый статор.

Сборка генератора

Все части генератора готовы, осталось их только собрать.

Сам генератор будет крепиться к кронштейну с хабом с помощью шпилек. Детальнее рассмотрим процесс сборки.

Этапы сборки генератора:

в верхнем роторе проделывается 4 отверстия с резьбой под шпильки. Они необходимы для того, чтобы ротор плавно «садился» на свое посадочное место,
в статоре проделывается 4 отверстия под крепление кронштейна,
на кронштейн укладывается нижний ротор магнитами вверх, в нем также просверливается 4 отверстия под резьбу для шпильки,
на нижний ротор кладут статор,
сверху укладывают второй ротор магнитами вниз. Все это фиксируется между собой и кронштейном с хабом шпильками и гайками.

Хаб (фланец с подшипниками) нужно приобрести отдельно: нижняя часть хаба должна быть диаметром под 1,5 дюймовую трубу.

Очередность крепления всех деталей более детально представлены на схеме ниже:

1 — соединительный элемент, 2 — опора лопастей, 3 — верхняя часть ротора, 4 — магнит, 5 — втулка, 6 — статор, 7 — нижняя часть ротора, 8 — гайка, 9 — шпилька, 10 — хаб, 11 — ось, 12 — кронштейн для крепления статора

Изготавливаем лопасти

Лопасти можно изготовить из дерева, стеклоткани и других материалов. Быстрее и легче эту часть ветрогенератора смастерить из канализационной ПВХ трубы. Лучше использовать трубы оранжевого цвета, так как они обладают хорошей плотностью и не боятся попадания прямых солнечных лучей.

Для вертикального ветрогенератора понадобится 4 лопасти из ПВХ трубы и 2 ортогональные (изогнутые) лопасти из оцинкованной жести. Такая конструкция позволит вращаться ветряку даже в условиях слабого ветра со скоростью 2–3 м в секунду. Берем метровые отрезки ПВХ трубы и разрезаем их вдоль на 2 равные части. Из жести вырезаем полукруги по размерам будущей лопасти и крепим их с помощью болтов по краям трубы.

Чтобы изготовить ортогональные лопасти, вам понадобится стандартный оцинкованный лист стали толщиной 0,75 мм. Сначала ножницами по металлу вырезается два отрезка размером 1х0,4 м и четыре отрезка в виде капельки. Потом отрезки стали нужно согнуть и по краям прикрепить отрезки «капельки».

Крепят лопасти по кругу на каркас, его можно сварить из профильной квадратной трубы 20х20 и уголков 25х25. Размеры каркаса и расстояние между лопастями можно увидеть на схеме ниже:

Сборка конструкции ветрогенератора

Из водопроводных труб различного диаметра сваривается мачта, высота ее зависит от местности, где будет располагаться ветрогенератор, и условий его эксплуатации, но в любом случае он должен быть выше крыши дома.

Заранее под секционную мачту нужно подготовить трехточечный армированный фундамент. К готовой мачте на земле прикручивается генератор. Далее к генератору прикрепляется болтами каркас с лопастями. Мачта с ветряком крепится к фундаменту с помощью двух шарнирных опор и посредством лебедки поднимается в вертикальное положение. После подъема мачты третья опора с помощью болта прикручивается к основанию ветряка. Дополнительно мачту нужно зафиксировать с помощью растяжки.

Электрическая часть

Ветряк будет выдавать 3-х фазный переменный ток. С помощью мостового выпрямителя, состоящего из 6 диодов, преобразовываем его в постоянный ток.

Это дает возможность заряжать аккумулятор на 12 В. Для контроля зарядки аккумулятора и предотвращения его перезарядки используют стандартное реле зарядки автомобиля РР-380.

К аккумулятору подключают инвертор, который позволяет преобразовать полученные 12 В постоянного тока в 220 В переменного частотой 50 Гц.

Результат работы ветряка: расчет эффективности

Тестовые испытания ветрогенератора при разной скорости ветра показали следующие результаты:

при скорости ветра 5 м/с получаем 60 об/мин — 7 В и 2,3 А = 16 Вт,
при скорости ветра 10,6 м/с получаем около 120 об/мин — 13 В и 3,4 А = 44 Вт,
при скорости 15,3 м/с примерно 180 об/мин — 15 В и 5,1 А = 76,5 Вт,
при скорости ветра 18 м/с получаем 240 об/мин — 18 В и 9 А = 162 Вт.

Ветряк своими руками или как получить свет с помощью ветра
Вариантов исполнения ветрогенераторов большое количество, отличаются они не только мощностью, но и своим внешним видом

Что представляет собой ветрогенератор?

Как определить мощность ВЭУ?

Технологические особенности сборки ВЭУ

Толщину трубы . В процессе вращения несущие детали устройства испытывают большую нагрузку из-за влияния центробежной силы. Чтобы ее уменьшить желательно взять в качестве материала канализационную или газопроводную трубу с большей толщиной стенки – не менее 4 мм,
Длину лопастей . Чем длиннее лопасть, тем большую нагрузку она испытывает. Чтобы продлить срок службы конструкции, не делайте крылья слишком длинными. Наиболее приемлемым вариантом станет крыло с длиной от 30 до 50 см,
Количество лопастей . От количества крыльев напрямую зависит сопротивляемость ветряка воздушным массам. Чтобы увеличить его КПД, число крыльев стоит увеличить. Оптимальным вариантом станет ВЭУ с 5 или 6 крыльями.

Разметка ПВХ трубы

Как разметить заготовку?

1. Чтобы правильно разметить цилиндрическую поверхность, оберните трубу листом бумаги,
2. Кромка листа станет ориентиром для формирования оси на трубе,
3. Ширина листа укажет на длину окружности,
4. Теперь сложите листок пополам, чтобы отметить половину от окружности заготовки,
5. Сложите листок четыре раза, чтобы отметить на цилиндре 4 линии для предполагаемых разрезов.

Порезка ПВХ трубы

Как разрезать ПВХ трубу? Для того, чтобы порезать заготовку лучше всего использовать электролобзик с пилкой по металлу. Порезка трубы на составные части делается следующим образом:
1. Сначала размеченную заготовку разрезают на две равные части,
2. Теперь половинки трубы также нужно разрезать пополам,
3. У основания каждой из лопастей делают прямоугольные надрезы длиной не более 5-6 см,
4. Чтобы не разрушить структурную целостность материала, в углах крыльев нужно просверлить небольшие отверстия,
5. После этого заготовленные части следует разрезать по диагонали,
6. Таким образом, у вас получатся лопасти конусного типа.

Особенности сборки деталей

На завершающем этапе конструирования ветрогенератора нужно соединить крылья с ветряным колесом и турбиной.

Как это сделать?

Необходимо изготовить соединительный узел. Деталь представляет собой стальной диск с шестью металлическими лентами,
Форма узла определяется конфигурацией самого генератора, выполняющий роль преобразователя кинетической энергии ветра в электрическую,
Чтобы лопасти ветрогенератора не сломались и не деформировались под давлением воздушных масс, толщина стальных лент и диска должна варьироваться в пределах от 2 до 6 мм.

Балансировка колеса

Как совершают балансировку?

1. Ветряное колесо подвешивается таким образом, чтобы его вращению ничего не препятствовало,
2. В процессе балансировки нужно следить за тем, чтобы плоскость соединительного диска была вертикальна по отношению к подвесу,
3. Теперь следует повернуть колесо на угол, который равен 360/N, где N – количество лопастей в конструкции,
4. Процедуру повторяем до полного поворота диска вокруг собственной оси,
5. Если после остановки диск приходит в движение, значит, лопасти, стремящиеся вниз, тяжелее остальных.

Как сделать косоуры из профильной трубы своими руками

Лопасти для ветрогенератора из ПВХ трубы
Лопасти для ветрогенератора из ПВХ трубы Ветрогенератор (ВЭУ) – приспособление, с помощью которого можно преобразовать кинетическую энергию ветра в электричество. Подобное устройство используют в

Использование альтернативных источников энергии – один из основных трендов нашего времени. Чистая и доступная энергия ветра может преобразовываться в электричество даже у вас дома, если построить ветряк и соединить его с генератором.

Соорудить лопасти для ветрогенератора своими руками можно из обычных материалов, не используя специального оборудования. Мы расскажем, какая форма лопастей эффективнее, и поможем подобрать подходящий чертеж для ветровой электростанции.

Ветрогенератор – прибор, позволяющий преобразовывать энергию ветра в электричество.

Принцип работы его заключается в том, что ветер вращает лопасти, приводит в движение вал, по которому вращение поступает на генератор через редуктор, увеличивающий скорость.

Работа ветряной электростанции оценивается по КИЭВ – коэффициенту использования энергии ветра. Когда ветроколесо вращается быстро, оно взаимодействует с большим количеством ветра, а значит забирает у него большее количество энергии

Подразделяют две основные разновидности ветряных генераторов:

горизонтальные.

Вертикально ориентированные модели построены так, чтобы ось пропеллера была расположена перпендикулярно земле. Таким образом, любое перемещение воздушных масс, независимо от направления, приводит конструкцию в движение.

Такая универсальность является плюсом данного типа ветряков, но они проигрывают горизонтальным моделям по производительности и эффективности работы

Горизонтальный ветрогенератор напоминает флюгер. Чтобы лопасти вращались, конструкция должна быть повернута в нужную сторону, в зависимости от направления движения воздуха.

Для контроля и улавливания изменений направления ветра устанавливают специальные приборы. КПД при таком расположении винта значительно выше, чем при вертикальной ориентации. В бытовом применении рациональней использовать ветрогенераторы этого типа.

Какая форма лопасти является оптимальной?

Один из главных элементов ветрогенератора – комплект лопастей.

Существует ряд факторов, связанных с этими деталями, которые сказываются на эффективности ветряка:

размер;
форма;
материал;
количество.

Если вы решили сконструировать лопасти для самодельного ветряка, обязательно нужно учитывать все эти параметры. Некоторые полагают, что чем больше крыльев на винте генератора, тем больше энергии ветра можно получить. Другими словами, чем больше, тем лучше.

Однако это далеко не так. Каждая отдельная часть движется, преодолевая сопротивление воздуха. Таким образом, большое количество лопастей на винте требует большей силы ветра для совершения одного оборота.

Кроме того, слишком много широких крыльев могут стать причиной образования так называемой «воздушной шапки» перед винтом, когда воздушный поток не проходит сквозь ветряк, а огибает его.

Форма имеет большое значение. От нее зависит скорость движения винта. Плохое обтекание становится причиной возникновения вихрей, которые тормозят ветроколесо

Самым эффективным является однолопастной ветрогенератор. Но построить и сбалансировать его своими руками очень сложно. Конструкция получается ненадежная, хоть и с высоким коэффициентом полезного действия. По опыту многих пользователей и производителей ветряков, самой оптимальной моделью является трехлопастная.

Вес лопасти зависит от ее размера и материала, из которого она будет изготовлена. Размер нужно подбирать тщательно, руководствуясь формулами для расчетов. Кромки лучше обрабатывать так, чтобы с одной стороны имелось закругление, а противоположная сторона была острой

Правильно подобранная форма лопасти для ветрогенератора является фундаментом его хорошей работы.

Для домашнего изготовления подходят такие варианты:

парусного типа;
крыльчатого типа.

Лопасти парусного типа представляют собой простые широкие полосы, как на ветряной мельнице. Эта модель наиболее очевидна и проста в изготовлении. Однако ее КПД настолько мал, что эта форма практически не применяется в современных ветрогенераторах. Коэффициент полезного действия в данном случае составляет около 10-12%.

Гораздо более эффективная форма – лопасти крыльчатого профиля. Здесь задействованы принципы аэродинамики, которые поднимают в воздух огромные самолеты. Винт такой формы легче приводится в движение и вращается быстрее. Обтекание воздухом значительно сокращает сопротивление, которое встречает на своем пути ветряк.

Правильный профиль должен напоминать крыло самолета. С одной стороны лопасть имеет утолщение, а с другой – пологий спуск. Воздушные массы обтекают деталь такой формы очень плавно

КПД этой модели достигает значения 30-35%. Хорошая новость заключается в том, что построить крыльчатую лопасть можно и своими руками с применением минимума инструментов. Все основные расчеты и чертежи можно легко адаптировать под свой ветряк и пользоваться бесплатной и чистой энергией ветра без ограничений.

Из чего делают лопасти в домашних условиях?

Материалы, которые подойдут для строительства ветрогенератора – это, прежде всего, пластик, легкие металлы, древесина и современное решение – стеклоткань. Главный вопрос заключается в том, сколько труда и времени вы готовы потратить на изготовление ветряка.

Канализационные трубы из поливинилхлорида

Самый популярный и широко распространенный материал для изготовления пластиковых лопастей для ветрогенератора является обыкновенная канализационная ПВХ-труба. Для большинства домашних генераторов с диаметром винта до 2 м хватит трубы 160 мм.

К преимуществам такого метода относят:

невысокую цену;
доступность в любом регионе;
простоту работы;
большое количество схем и чертежей в интернете, большой опыт использования.

Трубы бывают разными. Это известно не только тем, кто изготавливает самодельные ветряные электростанции, но всем, кто сталкивался с монтажом канализации или водопровода. Они отличаются по толщине, составу, производителю. Труба стоит недорого, поэтому не нужно пытаться еще больше удешевить свой ветряк, экономя на ПВХ-трубах.

Некачественный материал пластиковых труб может привести к тому, что лопасти треснут при первом же испытании и вся работа будет проделана впустую

Сначала нужно определиться с лекалом. Вариантов существует много, каждая форма имеет свои недостатки и преимущества. Возможно, имеет смысл сначала поэкспериментировать, прежде чем вырезать итоговый вариант.

Поскольку цена на трубы невысокая, а найти их можно в любом строительном магазине, этот материал отлично подойдет для первых шагов в моделировании лопастей. Если что-то пойдет не так, всегда можно купить еще одну трубу и попробовать сначала, кошелек от таких экспериментов не сильно пострадает.

Опытные пользователи энергии ветра заметили, что для изготовления лопастей для ветрогенератора лучше использовать оранжевые, а не серые трубы. Они лучше держат форму, не изгибаются после формирования крыла и дольше служат

Конструкторы-любители предпочитают ПВХ, так как во время испытаний сломанную лопасть можно заменить на новую, изготовленную за 15 минут прямо на месте при наличии подходящего лекала. Просто и быстро, а главное – доступно.

Алюминий – тонкий, легкий и дорогой

Алюминий – легкий и прочный металл. Его традиционно используют для изготовления лопастей для ветрогенераторов. Благодаря небольшому весу, если придать пластине нужную форму, аэродинамические свойства винта будут на высоте.

Основные нагрузки, которые испытывает ветряк во время вращения, направлены на изгиб и разрыв лопасти. Если пластик при такой работе быстро даст трещину и выйдет из строя, рассчитывать на алюминиевый винт можно гораздо дольше.

Однако если сравнивать алюминий и ПВХ-трубы, металлические пластины все равно будут тяжелее. При высокой скорости вращения велик риск повредить не саму лопасть, а винт в месте крепления

Еще один минус деталей из алюминия – сложность изготовления. Если ПВХ-труба имеет изгиб, который будет использован для придания аэродинамических свойств лопасти, то алюминий, как правило, берется в виде листа.

После вырезания детали по лекалу, что само по себе гораздо сложнее, чем работа с пластиком, полученную заготовку еще нужно будет прокатать и придать ей правильный изгиб. В домашних условиях и без инструмента сделать это будет не так просто.

Стекловолокно или стеклоткань – для профессионалов

Если вы решили подойти к вопросу создания лопасти осознанно и готовы потратить на это много сил и нервов, подойдет стекловолокно. Если ранее вы не имели дела с ветрогенераторами, начинать знакомство с моделирования ветряка из стеклоткани – не лучшая идея. Все-таки этот процесс требует опыта и практических навыков.

Лопасть из нескольких слоев стеклоткани, скрепленных эпоксидным клеем, будет прочной, легкой и надежной. При большой площади поверхности деталь получается полая и практически невесомая

Для изготовления берется стеклоткань – тонкий и прочный материал, который выпускается в рулонах. Помимо стекловолокна пригодится эпоксидный клей для закрепления слоев.

Начинают работу с создания матрицы. Это такая заготовка, которая представляет собой форму для будущей детали.

Матрица может быть изготовлена из дерева: бруса, доски или бревна. Прямо из массива вырубают объемный силуэт половины лопасти. Еще вариант – форма из пластика

Сделать заготовку самостоятельно очень сложно, нужно иметь перед глазами готовую модель лопасти из дерева или другого материала, а только потом по этой модели вырезают матрицу для детали. Таких матриц нужно как минимум 2. Зато, сделав удачную форму однажды, ее можно применять многократно и соорудить таким образом не один ветряк.

Дно формы тщательно смазывают воском. Это делается для того, чтобы готовую лопасть можно было легко извлечь впоследствии. Укладывают слой стекловолокна, промазывают его эпоксидным клеем. Процесс повторяют несколько раз, пока заготовка не достигнет нужной толщины.

Когда эпоксидный клей высохнет, половину детали аккуратно вынимают из матрицы. То же делают со второй половиной. Части склеивают между собой, чтобы получилась полая объемная деталь. Легкая, прочная, правильной аэродинамической формы лопасть из стекловолокна – вершина мастерства домашнего любителя ветряных электростанций.

Ее главный минус – сложность реализации задумки и большое количество брака на первых порах, пока не будет получена идеальная матрица, а алгоритм создания не будет отточен.

Дешево и сердито: деревянная деталь для ветроколеса

Деревянная лопасть – дедовский метод, который легко осуществим, но малоэффективен при сегодняшнем уровне потребления электричества. Сделать деталь можно из цельной доски легких пород древесины, например, сосны. Важно подобрать хорошо высушенную деревянную заготовку.

Нужно выбрать подходящую форму, но учитывать тот факт, что деревянная лопасть будет не тонкой пластиной, как алюминиевая или пластиковая, а объемной конструкцией. Поэтому придать заготовке форму мало, нужно понимать принципы аэродинамики и представлять себе очертания лопасти во всех трех измерениях.

Придавать окончательный вид дереву придется рубанком, лучше электро. Для долговечности древесину обрабатывают антисептическим защитным лаком или краской

Главный недостаток такой конструкции – большой вес винта. Чтобы сдвинуть с места эту махину, ветер должен быть достаточно сильным, что трудноосуществимо в принципе. Однако дерево – доступный материал. Доски, подходящие для создания винта ветрогенератора, можно найти прямо у себя во дворе, не потратив ни копейки. И это главное преимущество древесины в данном случае.

КПД деревянной лопасти стремится к нулю. Как правило, время и силы, которые уходят на создание такого ветряка не стоят полученного результата, выраженного в ваттах. Однако, как учебная модель или пробный экземпляр деревянная деталь вполне имеет место быть. А еще флюгер с деревянными лопастями эффектно смотрится на участке.

Чертежи и примеры лопастей

Сделать правильный расчет винта ветрогенератора, не зная основных параметров, которые отображаются в формуле, а так же не имея понятия, как эти параметры влияют на работу ветряка, очень сложно.

Лучше не тратить свое время, если желания вникать в основы аэродинамики нет. Готовые чертежи-схемы с заданными показателями помогут подобрать подходящую лопасть для ветряной электростанции.

Чертеж лопасти для двухлопастного винта. Изготавливается из канализационной трубы 110 диаметра. Диаметр винта ветряка в данных расчетах – 1 м

Подобный небольшой ветрогенератор не сможет обеспечить вас высокой мощностью. Скорей всего, вы вряд ли сможете выжать из этой конструкции больше 50 Вт. Однако двухлопастной винт из легкой и тонкой ПВХ-трубы даст высокую скорость вращения и обеспечит работу ветряка даже при небольшом ветре.

Чертеж лопасти для трехлопастного винта ветрогенератора из трубы 160 мм диаметра. Расчетная быстроходность в этом варианте – 5 при ветре 5 м/с

Трехлопастной винт такой формы может быть использован для более мощных агрегатов, примерно 150 Вт при 12 В. Диаметр всего винта в этой модели достигает 1,5 м. Ветроколесо будет вращаться быстро и легко запускаться в движение. Ветряк с тремя крыльями встречается в домашних электростанциях чаще всего.

Чертеж самодельной лопасти для 5-ти лопастного винта ветрогенератора. Изготавливается из трубы ПВХ диаметром 160 мм. Расчетная быстроходность – 4

Такой пятилопастной винт сможет выдавать до 225 оборотов в минуту при расчетной скорости ветра 5 м/с. Чтобы построить лопасть по предложенным чертежам, нужно перенести координаты каждой точки из колонок «Координаты лекала фронт/тыл» на поверхность пластиковой канализационной трубы.

По таблице видно, что чем больше крыльев у ветрогенератора, тем меньше должна быть их длина для получения тока одинаковой мощности

Как показывает практика, обслуживать ветрогенератор больше 2 метров в диаметре достаточно сложно. Если в соответствии с таблицей вам необходим ветряк большего размера, подумайте над увеличением числа лопастей.

С правилами и принципами ознакомит статья, в которой пошагово изложен процесс производства вычислений.

Выполнение балансировки ветряка

Балансировка лопастей ветрогенератора поможет сделать его работу максимально эффективной. Для осуществления балансировки нужно найти помещение, где нет ветра или сквозняка. Разумеется, для ветроколеса больше 2 м в диаметре найти такое помещение будет сложно.

Лопасти собираются в готовую конструкцию и устанавливаются в рабочее положение. Ось должна располагаться строго горизонтально, по уровню. Плоскость, в которой будет вращаться винт, должна быть выставлена строго вертикально, перпендикулярно оси и уровню земли.

Винт, который не движется, нужно повернуть на 360/х градусов, где х = количество лопастей. В идеале сбалансированный ветряк не будет отклоняться ни на 1 градус, а останется неподвижным. Если лопасть повернулась под собственным весом, ее нужно немного подправить, уменьшить вес с одной стороны, устранить отклонение от оси.

Процесс повторяется до тех пор, пока винт не будет абсолютно неподвижным в любом положении. Важно, чтобы во время балансировки не было ветра. Это может исказить результаты испытаний

Также важно проконтролировать, чтобы все части вертелись строго в одной плоскости. Для проверки на расстоянии 2 мм с обеих сторон одной из лопастей устанавливают контрольные пластины. Во время движения ни одна часть винта не должна коснуться пластины.

Для эксплуатации ветрогенератора с изготовленными лопастями потребуется собрать систему, аккумулирующую полученную энергию, сохраняющую ее и передающую потребителю. Одним из компонентов системы является контроллер. О том, как сделать , узнаете, ознакомившись с рекомендованной нами статьей.

Если вы хотите использовать чистую и безопасную энергию ветра для бытовых нужд и не планируете тратить огромные деньги на покупку дорогостоящего оборудования, самодельные лопасти из обычных материалов будут подходящей идеей. Не бойтесь экспериментов, и вам удастся еще больше усовершенствовать существующие модели винтов ветряка.

Домашние ветряные электростанции – независимый альтернативный способ получения электроэнергии.

Установка такого оборудования позволяет существенно снизить траты на электричество при условии, что в местности присутствуют ветра хотя бы от 4 м/с.

А чем выше скорость ветра, тем большее количество энергии вырабатывается устройством.

В этой статье будет рассмотрен пошаговый план изготовления лопастей ветрогенератора своими руками.

Ветряные электростанции

Существует множество вариантов конструкции , для классификации которых есть базовые признаки:

расположение вращательной оси: вертикальное и горизонтальное;
количество лопастей: чаще от 1 до 6, но бывают варианты и с большим количеством;
тип вращательной лопасти: в виде крыла или паруса;
материал для изготовления лопасти: дерево, алюминий, ПВХ;
конструкция винтового колеса: с фиксированным или переменным шагом.

Продуктивность работы ветрогенератора в большей степени зависит от лопастей: от того, насколько правильно рассчитаны их размеры и количество, и удачно ли подобран материал для изготовления.

Сделать лопасти своими руками не составит труда, но перед тем, как начать работу, нужно изучить некоторые факты:

Чем длиннее лопасти, тем легче они поддаются движению ветра, даже самого слабого. Однако большая длина будет замедлять скорость вращения ветряного колеса.
На чуткость ветряного колеса влияет и количество лопастей: чем их больше, тем проще будет запускаться вращение. При этом показатели мощности и скорости будут снижаться, а значит, такое устройство непригодно для выработки электроэнергии, но отлично подойдет для подъемных работ.
От диаметра и скорости вращения ветряного колеса зависит уровень шума, исходящего от устройства. Это нужно учитывать при установке ветрогенератора вблизи жилых домов.
Большее количество энергии от ветра можно получить, установив ветряк как можно выше над уровнем земли (оптимально от 6 до 15 м). Поэтому зачастую установка происходит на крыше здания или на высокой мачте.

Создание лопастей поэтапно

При самостоятельном проектировании лопастей необходимо учитывать следующее:

Для начала нужно определиться с формой лопасти. Для домашнего горизонтального ветрогенератора более удачной считается форма крыла. Благодаря своему строению она имеет меньшее аэродинамическое сопротивление. Такой эффект создается за счет отличия площадей внешней и внутренней поверхностей элемента, и поэтому появляется разница давления воздуха на стороны. Форма паруса имеет большее сопротивление и поэтому менее эффективна.

Дальше нужно определиться с количеством лопастей. Для местности, в которой присутствуют постоянные ветра, можно использовать быстроходные ветрогенераторы. Таким устройствам достаточно 2-3 лопастей для максимальной раскрутки двигателя.При использовании такого устройства в безветренной местности оно будет неэффективным, и будет просто простаивать в спокойную погоду. Еще одним недостатком трехлопастных ветрогенераторов является высокий уровень шума, по звуку напоминающий вертолет. Такая установка не рекомендуется вблизи густо заселенных домов.

Это интересно: при правильных расчетах успешно вырабатывать электроэнергию может ветрогенератор как с одной, так и с двумя-тремя лопастями. А при наличии всего одной лопасти устройство будет работать при любой, даже самой незначительной скорости ветра!

Расчет мощности ветряного устройства. Невозможно рассчитать точный показатель, поскольку мощность напрямую будет зависеть от погоды и движения ветра. Но существует прямая зависимость между диаметром ветряного колеса с количеством лопастей и мощностью оборудования.

Разобравшись с данными в таблице и поняв взаимосвязь, можно с помощью создания правильного винтового колеса влиять на мощность будущей конструкции

Выбор материала для создания лопастей. Выбор материалов для создания лопастей достаточно широк: ПВХ, стекловолокно, алюминий и др. Однако каждый из них имеет свои плюсы и минусы. Остановимся на выборе материала более подробно.

Лопасти из ПВХ-трубы

При подборе правильного размера и толщины труб, полученное колесо будет обладать высокой прочностью и эффективностью. Следует учитывать, что при сильных порывах ветра, пластик недостаточной толщины может не выдержать нагрузку, и разлететься на мелкие кусочки.

Для того чтобы обезопасить конструкцию, лучше уменьшить длину лопастей и увеличить их количество до 6. Для получения такого количества деталей как раз хватит одной трубы.

Для создания лопасти нужно взять трубу с минимальной толщиной стенки 4 мм и диаметром 160 мм, и нанести с помощью готового шаблона и маркера разметку будущих элементов.

Для того чтобы не допустить ошибки при самостоятельных расчетах, лучше воспользоваться готовым шаблоном, который легко можно найти в интернете. Поскольку без специальных знаний в этом деле не обойтись.

После порезки трубы полученные элементы нужно зашлифовать и скруглить по краям. Чтобы соединить лопасти, изготавливается самодельный стальной узел, с достаточной толщиной и прочностью.

Алюминиевые лопасти

Такая лопасть прочнее и тяжелей, а значит, и вся конструкция, удерживающая винт, должна быть массивней и устойчивей. К последующей балансировке колеса тоже нужно отнестись с повышенным вниманием.

По представленному шаблону из листа алюминия вырезается 6 одинаковых элементов, к внутренней стороне которых нужно приварить втулки с резьбой для дальнейшего крепления.

К соединительному узлу нужно приварить шпильки, которые будут соединяться с подготовленными на лопастях втулками.

Для того чтобы улучшить аэродинамические свойства такой лопасти, ей нужно придать правильную форму. Для этого ее нужно прокатать в неглубокий желоб так, чтобы между осью прокрутки и продольной осью заготовки образовался угол 10 градусов.

Преимуществом этого материала является оптимальное соотношение массы и прочности, в сумме с аэродинамическими свойствами. Но работа со стеклотканью требует особого мастерства и большого профессионализма, поэтому в домашних условиях такое изделие создать сложно.

Это важно: для бесперебойной работы ветрогенератора и долгих лет службы, ему требуется грамотный уход. Благодаря нескольким регулярным действиям самодельное устройство может проработать от 10 до 15 лет. К таким действиям относится смазывание подвижных элементов, проверка лопастей и подшипников на предмет повреждений, профилактика коррозии всех механизмов, регулировка болтов и покраска металлических деталей.

Можно сделать вывод, что наиболее подходящий материал для самостоятельной сборки ветряного колеса – ПВХ-труба. Она сочетает в себе прочность, легкость и хорошие аэродинамические характеристики. Причем, это очень доступный материал, а с работой справится даже новичок.

Из этого видео Вы узнаете, как сделать лопасти для ветрогенератора своими руками:

Зачастую у владельцев частных домов возникает идея о реализации системы резервного электропитания . Наиболее простой и доступный способ — это, естественно, или генератор, однако многие люди обращают свой взгляд на более сложные способы преобразования так называемой даровой энергии ( излучения, энергии текущей воды или ветра) в .

Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки. Если с использованием течения воды (мини-ГЭС) все понятно — это доступно только в непосредственной близости от достаточно быстротекущей реки, то солнечный свет или ветер можно использовать практически везде. Оба этих метода будут иметь и общий минус — если водяная турбина может работать круглосуточно, то солнечная батарея или ветрогенератор эффективны только некоторое время, что делает необходимым включение аккумуляторов в структуру домашней электросети.

Поскольку условия в России (малая длительность светового дня большую часть года, частые осадки) делают применение солнечных батарей неэффективным при их современных стоимости и КПД, наиболее выгодным становится конструирование ветрового генератора . Рассмотрим его принцип действия и возможные варианты конструкции.

Так как ни одно самодельное устройство не похоже на другое, эта статья — не пошаговая инструкция , а описание базовых основ конструирования ветрогенератора.

Общий принцип работы

Основным рабочим органом ветрогенератора являются лопасти, которые и вращает ветер. В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные:

Горизонтальные ветрогенераторы наиболее широко распространены. Их лопасти имеют конструкцию, аналогичную пропеллеру самолета: в первом приближении это — наклонные относительно плоскости вращения пластины, которые преобразуют часть нагрузки от давления ветра во вращение. Важной особенностью горизонтального ветрогенератора является необходимость обеспечения поворота лопастного узла сообразно направлению ветра, так как максимальная эффективность обеспечивается при перпендикулярности направления ветра к плоскости вращения.
Лопасти вертикального ветрогенератора имеют выпукло-вогнутую форму. Так как обтекаемость выпуклой стороны больше, чем вогнутой, такой ветрогенератор вращается всегда в одном направлении независимо от направления ветра, что делает ненужным поворотный механизм в отличие от горизонтальных ветряков. Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального : если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.

Поскольку средняя скорость ветров в России невелика, даже большой ветряк большую часть времени будет вращаться достаточно медленно. Для обеспечения достаточной мощности электропитания от должен соединяться с генератором через повышающий редуктор, ременной или шестеренчатый. В горизонтальном ветряке блок лопасти-редуктор-генератор устанавливается на поворотной головке, которая дает им возможность следовать за направлением ветра. Важно учесть, что поворотная головка должна иметь ограничитель, не дающий ей сделать полный оборот, так как иначе проводка от генератора будет оборвана (вариант с использованием контактных шайб, позволяющих головке свободно вращаться, более сложен). Для обеспечения поворота ветрогенератор дополняется направленным вдоль оси вращения рабочим флюгером.

Наиболее распространенный материал для лопастей — это ПВХ-трубы большого диаметра, разрезаемые вдоль. По краю к ним приклепываются металлические пластины, приваренные к ступице лопастного узла. Чертежи такого рода лопастей наиболее широко распространены в Интернете.

На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками

Расчет лопастного ветрогенератора

Так как мы уже выяснили, что горизонтальный ветрогенератор значительно эффективнее, рассмотрим расчет именно его конструкции.

Энергия ветра может быть определена по формуле
P=0.6*S*V ³, где S — это площадь круга, описываемого концами лопастей винта (площадь ометания), выраженная в квадратных метрах, а V — расчетная скорость ветра в метрах в секунду. Также нужно учитывать КПД самого ветряка, который для трехлопастной горизонтальной схемы составит в среднем 40%, а также КПД генераторной установки, составляющий на пике токоскоростной характеристики 80% для генератора с возбуждением от постоянных магнитов и 60% — для генератора с обмоткой возбуждения. Еще в среднем 20% мощности израсходует повышающий редуктор (мультипликатор). Таким образом, окончательный расчет радиуса ветряка (то есть длины его лопасти) для заданной мощности генератора на постоянных магнитах выглядит так:
R=√(P/(0.483*V³ ))

Пример: Примем требуемую мощность ветроэлектростанции в 500 Вт, а среднюю скорость ветра — в 2 м/с. Тогда по нашей формуле нам придется использовать лопасти длиной не менее 11 метров. Как видите, даже такая небольшая мощность потребует создания ветрогенератора колоссальных габаритов. Для более-менее рациональных в условиях изготовления своими руками конструкций с длиной лопасти не более полутора метров ветрогенератор сможет выдавать всего лишь 80-90 ватт мощности даже на сильном ветру.

Недостаточно мощности? На самом деле все несколько иначе, так как на самом деле нагрузку ветрогенератора питают аккумуляторы, ветряк же только заряжает их в меру своих возможностей. Следовательно, мощность ветроустановки определяет периодичность, с которой она сможет осуществлять подачу энергии.

Лопасти ветрогенератора являются наиболее важной частью ветроэлектрического агрегата. От формы лопастей зависят мощность и обороты ветродвигателя. Мы не будем останавливаться в этой брошюре на расчете новых лопастей ввиду сложности этой задачи, а воспользуемся готовыми крыльями, имеющими определенную форму и отличающимися высоким коэффициентом использования энергии ветра и большой быстроходностью. Нам необходимо лишь решить вопрос, как определить размеры новых лопастей на желаемую мощность, исходя из размеров известных крыльев при сохранении первоначальной их характеристики.
Примем для маломощных ветроэлектрических агрегатов быстроходный двухлопастный ветряк со следующей известной из практики характеристикой:

Число лопастей…………..2
Коэффициент использования энергии ветра. 0,35
Быстроходность ветроколеса……..7,0

Под быстроходностью ветрогенератора надо понимать отношение окружной скорости конца лопасти к скорости ветра

Принимая одну и ту же быстроходность, равную 7, для ветроколес разных диаметров, мы будем получать разные обороты ветроколес при одной и той же скорости ветра. Наибольшие обороты будет развивать ветроколесо с наименьшим диаметром. Вообще обороты ветроколес с равными бы-строходностями будут относиться друр к другу обратно пропорционально их диаметрам, т. е.

Это значит ветроколесо с диаметром D1 будет делать оборотов в минуту во столько раз больше, во сколько диаметр этого ветроколеса D1 меньше диаметра D2 другого ветроколеса. Например, если ветроколесо с диаметром 1,5 м делает 714 об/мин, то ветроколесо с диаметром 3 м будет делать 357 об/мин, т. е. в два раза меньше, хотя быстроходности их одинаковы.
Для удобства подсчета размеров лопастей ветрогенератора разных диаметров, но с одинаковой быстроходностью в табл. 4 даны размеры двухлопастного ветряка с диаметром, равным 1 м. Вверху таблицы дан рисунок лопасти с буквенными обозначениями ее размеров, а под рисунком в таблице даются цифровые значения этих размеров.

Слева в 4 графах приведены размеры лопасти к левому рисунку; справа в 10 графах даны размеры пяти профилей этой лопасти. Как проставлять размеры профиля, показано на рисунке таблицы справа.
Чтобы соблюсти принятую характеристику ветрогенератора с изменением его диаметра, необходимо все размеры данных лопастей изменить в том же отношении, в каком мы изменяем диаметр лопастей ветрогенератора. При этом у нас будет соблюдено геометрическое подобие, без чего нельзя было бы воспользоваться этим способом пересчета.
Так как ветроколесо с размерами, приведенными в табл. 4, имеет в диаметре 1 м, то отношение диаметра другого ветроколеса к единице будет равно D т. е.

Следовательно, чтобы получить размеры лопасти ветроколеса с другим диаметром, необходимо каждый размер, приведенный в табл. 4, умножить на величину этого диаметра. Неизменными должны оставаться лишь углы заклинення каждого сечения лопасти и число их. Наїпример, для ветроколеса диаметром 1,2 м необходимо каждый размер табл. 4 умножить на 1,2, при этом получим:

Расстояние первого сечения лопасти от центра ветроко-леса

Расстояние второго сечения лопасти от центра ветроко-леса

Ширина лопасти в первом сечении

Ширина лопасти во втором сечении

Расстояние первой ординаты Y1 от носка профиля:

Расстояние второй ординаты Y2 от носка профиля

Высота носка профиля первого сечения лопасти

Первая ордината верхней дужки профиля

Вторая ордината верхней дужки профиля

Первая ордината нижней дужки профиля

Дальнейший результат подсчета приведен в табл. 5.

Чтобы получить законченную форму лопасти, необходимо по размерам, подсчитанным в табл. 5, построить на листе бумаги точки для пяти профилей лопасти и обвести по точкам контуры с помощью лекала, как показано на фиг. 13. Профили каждою сечения вычерчивают в натуральную величину с тем, чтобы по ним можно было при изготовлении лопасти вырезать шаблоны.

Фиг. 13. Профили сечений винтовой лопасти ветроколеса диаметром 1,2 м.

Для генератора мощностью в 1 кет необходимо ветроколесо диаметром 3,5 м. Чтобы получить размеры лопасти этого ветроколеса, необходимо приведенные в табл. 4 размеры ветроколеса диаметром 1 м умножить на 3,5 и составить таблицу, а затем вычертить профили лопасти, которые потребуются при изготовлении.
Мощности и обороты двухлопастных ветроколес с данной выше характеристикой приведены в табл. 6.

Этой таблицей необходимо пользоваться при выборе диаметра ветроколеса данной мощности и определения передаточного отношения редуктора, если обороты генератора окажутся больше оборотов ветроколеса, развиваемых им при скорости ветра 8 м/сек.
Например, при использовании для ветроэлектрического агрегата генератора автомобильного типа ГБФ мощностью в 60 вт при 900 об/мин подходит ветроколесо, имеющее D=1,2м, мощностью 0,169 л. с. при 895 об/мин (см. первые две строчки табл. 6).

Пересчитываем 0,169 л. с. на киловатты, умножив эту величину на 0,736:

0,169х0,736 = 0,124 квт.

Принимая к. п. д. генератора равным 0,5, получим полезную мощность равной:

N= 0,124 0,5 = 0,062 квт = 62 вт.

Так как обороты ветроколеса при скорости ветра 8 м/сек почти равны оборотам, необходимым для генератора, то в данном случае ветроколесо можно закреплять на валу генератора. Получается самый простой и удобный в эксплоата-ции ветроэлектрический агрегат.
Если бы мы задумали построить ветроэлектрический агрегат мощностью 400 вт, то необходимо было бы принять диаметр ветроколеса 3 м, которое при скорости ветра 8 м/сек развивает 1,060 л. с. или 1,060 X 0,736 = 0,78 квт. Принимая к. п. д. генератора равным 0,5, получим:

Р = 0,78 0,5 = 0,39 квт = 390 вт.

Ветроколесо при скорости ветра 8 м/сек развивает 357 об/мин, а генератор при мощности в 390 вт требует 1 000 об/мин. Следовательно, в данном случае требуется редуктор, повышающий обороты в передаче от ветроколеса к генератору. Редуктор должен повысить обороты в отношении.

1 000: 357 = 2,8.

Величину 2,8 называют передаточным отношением. С помощью этого отношения определяют число зубьев шестерен редуктора. Например, если мы примем у шестерни, насаженной на вал генератора, 16 зубьев, то у ведущей шестерни, сидящей на валу ветроколеса, должно быть

16х2,8 = 45 зубьев.

Двухлопастные ветроколеса, мощности и обороты которых приведены в табл. 6, мы рекомендуем строить для ветроэлектрических агрегатов потому, что они отличаются высокой быстроходностью и более удобны в изготовлении, чем многолопастные.
Быстроходные ветроколеса страдают очень существенным недостатком, заключающимся в том, что они плохо трогаются с места, следовательно, они могут начинать работать только при высоких скоростях ветра.
Многим начинающим ветротехникам кажется, что, чем больше число лопастей у ветроколеса, тем большую мощность оно будет развивать. Это представление ошибочно. Два ветроколеса малолопастное и многолопастное с одинаково хорошо построенными лопастями и с одинаковыми диаметрами ометаемой поверхности будут развивать одинаковую мощность. Объясняется это тем, что раз они одинаково хорошо выполнены, то и коэффициенты использования энергии ветра их будут равны, т. е. они будут одинаковое количество энергии передавать рабочей машине. Количества же поступающей энергии ветра на то и другое ветроколесо равны, так как равны их ометаемые поверхности. Что же касается оборотов, то они будут тем больше, чем меньше лопастей, если они у того и другого ветроколеса имеют одинаковую ширину; иначе говоря, число оборотов тем больше, чем меньше общая поверхность лопастей, образующих ометаемую поверхность.

Как сделать небольшой ветрогенератор своими руками

Итак, мы собираемся сделать небольшой ветрогенератор. Его можно изготовить в домашних условиях. 90% деталей выполнены из пластиковых труб и фитинга, поэтому его с легкостью можно разбирать для транспортировки и снова собирать. Давайте начнем.

Изготовление лопастей

Для этого вам понадобится пластиковая труба диаметром 8 см и длиной 25 см.
Разрежьте ее вдоль на три равные части. Каждую часть разрезаем вдоль под углом и из полученных деталей вырезаем лопасть, как на рисунке.
Для основы винта берем любую круглую пластину, диаметр которой 6 см.
Делаем в ней три равноудаленных отверстия и с помощью небольших болтов и гаек крепим лопасти к пластине.

Изготовление основы

На основе и мачте ветрогенератора устанавливается винт, генератор, хвост и поворотный механизм. Основу сделать очень просто. Для этого понадобится несколько коротких отрезков пластиковой трубы и некоторые элементы фитинга.
4 отвода и 3 тройника соединяем, как на рисунке.

Делаем хвост

Для нормальной работы ветрогенератора нужен хвост. Каково его назначение? Хвост нужен для автоматического поворота оси винта при изменении направления ветра.
Для его изготовления нужно вырезать пластину из оцинкованной стали, сделать прорезь в пластиковой трубе, вставить в нее пластину и закрепить все болтом.

Корпус с генератором

Для изготовления корпуса с генератором понадобятся:

электропровод,
корпус пластиковой ручки ,
пластиковый тройник,
два подшипника,
мотор (генератор) постоянного тока на 3 В.

Вставьте генератор в тройник.
Закрепите подшипники на общей оси.
В качестве оси можно использовать отрезок корпуса ручки.
Один подшипник должен крепиться к тройнику.

Мини ветрогенератор готов

Поставьте ветрогенератор напротив вентилятора.
Подсоедините щупы к проводам на выходе. Да, прибор покажет, что вырабатывается электрический ток. С эффективным генератором можно зарядить 3-вольтовую батарею. Кроме этого, подобным образом можно сделать ветрогенератор побольше, которым можно будет заряжать мобильный телефон.

Смотрите видео работы ветрогенератора

Ветрогенератор на 220В полностью своими руками

Проживая на открытой доступной ветрам местности, просто грех не воспользоваться этим и не сделать небольшой ветряк. Он станет источником бесплатной электроэнергии, которую можно получать круглосуточно. Предлагаемая конструкция ветряка выдает напряжение 220В, что позволяет его использоваться в сочетании с некоторыми нетребовательными потребителями напрямую без дополнительного оборудования.

Материалы:

Туристический газовый баллон;
листовая сталь 1-2 мм;
болты, гайки М6.;
магниты от двигателя электровелосипеда – 16 шт.;
эмалированная медная проволока;
эпоксидная смола;
алюминиевая профильная труба 10х10 мм;
пластиковая канализационная труба 110 мм.

Процесс изготовления ветряка

Для изготовления ветряка нужно вырезать из туристического газового баллона или трубы 200 мм 2 кольца шириной 10 и 25 мм.

Затем под них вырезается по заглушке из листовой стали. Эти диски ввариваются в кольца.

Деталь из широкого кольца нужно просверлить в центре под вал ветряка. Она послужит корпусом для статора.

Вторая заготовка будет использована для ротора. Ее необходимо разделить на 3 равные сектора, и на полученных линиях приваривать по 2 болта, чтобы крепить лопасти.

В центр детали ротора изнутри приваривается под прямым углом вал, на котором будет выполняться вращения. Его можно отрезать от якоря любого сгоревшего мотора.

Под вал ветряка подбирается 2 подшипника, или же их можно снять с мотора донора. Подшипники нужно запрессовать в отрезок трубки. Если нет трубы подходящего диаметра, то можно разрезать вдоль имеющуюся большую, сузить ее и заварить.

Эта трубка приваривается внутрь статора в центр. Затем в нее впрессовываются подшипники. После этого ротор и статор стыкуются между собой.

На наружную сторону статора приваривается отрезок трубки, которая послужит кронштейном для крепления к оси вращения вехи. Также к ней в дальнейшем будет закреплен хвост с хвостовой лопастью.

Статор и ротор разбираются обратно. Внутри последнего размещаются постоянные магниты. Их нужно расположить на 4 стороны по 4 шт. Каждая группа помещается с чередованием полярности.

Чтобы закончить статор, необходимо сделать 4 намотки медного провода по 300 витков. Полученные катушки укладываются в него, и спаиваются между собой последовательно. Их концы выводятся к проводу.

Ротор и статор заливаются эпоксидной смолой. После ее высыхания генератор уже способен выдавать электричество, даже при вращении от руки.

К трубе на краю статора нужно приварить крепление для направляющего хвоста ветряка и вехи. Далее генератор окрашивается.

Лопасти ветряка делаются из пластиковых полос, вырезанных из канализационной трубы. Они прикручиваются на профильные трубы, которые в свою очередь просверливаются с краю для соединения с ротором.

Генератор устанавливается на веху таким образом, чтобы свободно вращается по оси. Затем на него прикручиваются лопасти. Хвост для улавливания направления ветра делается из отрезка профильной трубы, а его лопатка из листового металла.

В ветреную погоду такой ветряк выдает достаточно много энергии. Он способен безопасно питать нетребовательные потребители напрямую. К примеру, к нему можно подключить ТЭН, даже если обороты ветряка небольшие. При сильном ветре от него будут работать даже слабенькие электродвигатели на 220В.

Смотрите видео

Как сделать ветрогенератор из редуктора болгарки и другого хлама —

Бороться с обледенением ветрогенераторов в Арктике поможет разработка новосибирских ученых

Покрыть ледяной глазурью в аэродинамической трубе учёный может любую поверхность. Климатические параметры задаёт самостоятельно: температуру, влажность, скорость ветра. Так исследователи моделируют арктические условия.

Север ─ территория будущего для России. Его освоение требует колоссального использования энергии. Одно из самых перспективных решений энерговопроса ─ установка ветрогенераторов. Однако основное препятствие для их эффективной работы на арктическом побережье ─ обледенение.

«В гололёд мы замедляем походку. То же самое происходит и с ветрогенератором. Когда на нём появляется обледенение, он замедляет вращение, уменьшается выработка электроэнергии», ─ поясняет руководитель проекта «Разработка стратегии борьбы с обледенением ветрогенераторов в условиях Арктики» Валерий Окулов.

Замедлить или вывести из строя лопастную установку может наледь или иней. В лаборатории учёные искусственно создают ледяную корку, чтобы затем её разрушить. Методы разные ─ ультразвук, удары и вибрация, воздействие температурой, водоотталкивающие покрытия, нанесение гидрофобных покрытий, препятствующих задержанию капель на поверхности обледенения, пояснил ведущий инженер Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе Дмитрий Мухин.

Учёные намерены исследовать эффективность разных способов борьбы с обледенением, чтобы найти оптимальный вариант для разных условий и поверхностей. Такую задачу ещё никто в мире не решал.

А вот проверять действие антифриза в качестве противообледенителя учёные не будут, поскольку это средство ─ химическое, и несёт вред окружающей среде.

По словам заместителя директора Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе Павла Куйбина, Россия включается в тренды, в первую очередь европейские, по переходу на зелёную энергетику, в том числе ветроэнергетику. Для России в настоящее время это очень актуальная задача.

Массово ветрогенераторы в российской Арктике пока не строят, но это ─ дело не столь отдалённого будущего, уверены учёные. Результаты исследований, воспользоваться которыми смогут и покорители Севера, новосибирцы представят через три года.

Ветряк из шагового двигателя

В качестве генератора на ветряк подойдет шаговый двигатель (ШД) для принтера. Даже при небольшой скорости вращения он вырабатывает мощность около 3 Вт. Напряжение может подниматься выше 12 В, что дает возможность заряжать небольшой аккумулятор.

к содержанию ↑

Принципы использования

Характерная для российского климата турбулентность ветра в приземных слоях приводит к постоянным изменениям его направления и интенсивности. Ветрогенераторы больших размеров, мощность которых превышает 1 Квт будут инерционными. В результате они не успеют полностью раскрутиться при смене направления ветра. Этому также мешает момент инерции в плоскости вращения. Когда боковой ветер действует на работающий ветряк, он испытывает огромные нагрузки, которые могут привести к его быстрому выходу из строя.

Целесообразно применять ветрогенератор малой мощности, изготовленный своими руками, имеющий незначительную инерционность. С их помощью можно заряжать маломощные аккумуляторы мобильных телефонов или использовать для освещения дачи светодиодами.

В дальнейшем лучше ориентироваться на потребителей, нетребующих преобразования вырабатываемой энергии, например, для подогрева воды. Нескольких десятков ватт энергии вполне может хватить для поддерживания температуры горячей воды или для дополнительного подогрева системы отопления, чтобы она не перемерзала зимой.

к содержанию ↑

Электрическая часть

Генератором в ветряк можно устанавливать шаговый двигатель (ШД) для принтера.

Даже при небольшой скорости вращения он вырабатывает мощность около 3 Вт. Напряжение может подниматься выше 12 В, что дает возможность заряжать небольшой аккумулятор. Остальные генераторы эффективно работают при скорости вращения более 1000 об./мин, но они не подойдут, поскольку ветряк вращается со скоростью 200-300 об./мин. Здесь необходим редуктор, но он создает дополнительное сопротивление и к тому же имеет высокую стоимость.

В генераторном режиме у шагового двигателя вырабатывается переменный ток, который легко преобразовать в постоянный, используя пару диодных мостов и конденсаторы. Схему легко собрать своими руками.

Установив за мостами стабилизатор, получим постоянное выходное напряжение. Для визуального контроля можно еще подключить светодиод. Чтобы уменьшить потери напряжения для его выпрямления применяются диоды Шоттки.

В дальнейшем можно будет создать ветряк с более мощным ШД. Такой ветрогенератор будет обладать большим моментом трогания. Проблему можно устранить, отключая нагрузку во время пуска и при малых оборотах.

к содержанию ↑

Как сделать ветрогенератор

Лопасти можно изготовить своими руками из трубы ПВХ. Нужная кривизна подбирается, если взять ее с определенным диаметром. Заготовку лопасти рисуют на трубе, а затем вырезают отрезным диском. Размах винта составляет около 50 см, а ширина лопастей — 10 см. После следует выточить втулку с фланцем под размер вала ШД.

Она насаживается на вал двигателя и крепится дополнительно винтами, а к фланцам крепятся пластиковые лопасти. На фото изображено две лопасти, но можно сделать четыре, прикрутив еще две аналогичные под углом 90º. Для большей жесткости под головки винтов следует установить общую пластину. Она плотней прижмет лопасти к фланцу.

Изделия из пластика долго не служат. Продолжительный ветер со скоростью более 20 м/с такие лопасти не выдержат.

Далее нужно произвести балансировку. Это делается своими руками: от концов лопастей отрезаются кусочки пластика. Угол их наклона можно изменить посредством нагрева и изгиба.

Генератор вставляется в кусок трубы, к которому он крепится болтами.

К трубе с торца крепится флюгер, представляющий собой ажурную и легкую конструкцию из дюралюминия. Ветрогенератор держится на приваренной вертикальной оси, которая вставляется в трубу мачты с возможностью вращения. Под фланец можно установить упорный подшипник или полимерные шайбы, снижающие трение.

У большей части конструкций ветряк содержит выпрямитель, который крепится к подвижной части. Это делать нецелесообразно из-за увеличения инерционности. Электрическую плату вполне можно разместить внизу, а к ней вывести вниз провода от генератора. Обычно с шагового двигателя выходит до 6 проводов, соответствующих двум катушкам. Для них нужны токосъемные кольца для передачи электроэнергии от подвижной части. На них довольно сложно установить щетки. Механизм токосъема может оказаться сложней, чем сам ветрогенератор. Еще было бы лучше разместить ветряк так, чтобы вал генератора располагался вертикально. Тогда провода не будут заплетаться вокруг мачты. Такие ветрогенераторы сложней, но зато уменьшается инерционность. Коническая передача здесь будет в самый раз. При этом можно увеличить обороты вала генератора, подобрав необходимые шестерни своими руками.

Закрепив ветряк на высоте 5-8 м, можно начинать проводить испытания и собирать данные о его возможностях, чтобы в дальнейшем установить более совершенную конструкцию.

В настоящее время становятся популярными вертикально-осевые ветрогенераторы.

Некоторые конструкции хорошо выдерживают даже ураганы. Хорошо себя зарекомендовали комбинированные конструкции, работающие при любом ветре.

к содержанию ↑

Заключение

Маломощный ветрогенератор надежно работает из-за малой инерционности. Его легко изготавливают в домашних условиях и используют преимущественно для подзарядки небольших аккумуляторов. Он может пригодиться в загородном доме, на даче, в походе, когда возникают проблемы с электричеством.

Оцените статью:

Загрузка…

Поделитесь с друзьями:

Усиление тяги в дымоходе своими руками. Вертикальный ветряк своими руками (5 кВт) Турбо дефлекторы вентиляционные своими руками

Важным условием полноценного функционирования печи является нормальная тяга, которая поможет вывести продукты горения. На этот показатель усиленно влияет диаметр дымохода. Если он малого сечения, то продукты сгорания не смогут выходить наружу и начнут скапливаться внутри жилья. В случае использования широкой дымоходной трубы потоки холодного воздуха не дадут подняться перегоревшим веществам. Все эти и другие нюансы можно компенсировать усилителем тяги, который реально сделать самостоятельно

Варианты усиления тяги

Имеется несколько разновидностей устройств, которые способны увеличить выходящий поток воздуха. Среди них самыми популярными являются:

Дефлектор . Конструктивно он увеличивает диаметр дымохода на выходе.
. Прибор, который устанавливается на верхушку дымохода (проворачивается против ветра), ограждая его устье от пыли и защищая от различных осадков.
Дымовые вентиляторы . Чаще всего устанавливаются на каминный дымоход с небольшим поперечным сечением. Их можно включать, когда не хватает естественного потока ветра.
Ротационные турбины . Такие устройства устанавливаются на оголовок трубы, чтобы обеспечить свободный доступ к ветру. Они лучше всего применимы для газовых котлов.

Но самым простым и не менее эффективным является удлинение трубы дымохода. При этом увеличивается разница давлений воздуха и усиливается тяга. Обычно дымоотводящая труба идет высоту 5 метров (в это расстояние входит вертикальный отрезок дымохода без учета колен, уклонов и сужений).

Если крыша имеет острый скат или возле нее расположены крупногабаритные объекты, то эти обстоятельства ухудшают тягу, что поможет преодолеть увеличение длины дымохода. Но при сильно длинной трубе могут быть потери тепла, которое пойдут не на обогрев жилья, а на отопление холодного уличного воздуха. Чтобы этого не происходило, в печи предусматривают специальные заслонки, регулирующие количество отводимого газа.

Установка дефлектора своими руками

Прибор оптимизирует отвод воздуха, являясь отражающим устройством. Выполнить его самому будет несложно –достаточно вооружиться необходимым инструментом и закупить листы оцинкованного металла. Их толщина должна быть не более 1 мм.

Чем проще будет конструкция дефлектора, тем точнее будут чертежи и эффективней устройство. Не нужно придумывать замысловатую форму. Для примера взята самая элементарная схема. Размер D – диаметр трубы с небольшим зазором, чтобы дефлектор смог надежно зафиксироваться на ней. Di – в два раза больше сечения дымохода.

Нужные инструменты:

рулетка;
электродрель;
хомуты;
молоток;
угольник;
ножницы по металлу, ножовка или болгарка;
заклепочник;
термостойкая мастика;
саморезы;
детали для креплений.

После подготовки инструмента можно приступать к работе:

Нанести на лист металла размеры заготовок. Вырезать их.
Свернуть в кольцо будущий корпус насадки и скрепить ее края заклепками или саморезами.
Собрать таким же образом конус для соединения с дымоходом.
Объединить оба изделия. Для лучшей герметизации обработать их стыки мастикой.
Соорудить металлический зонтик и закрепить его сверху дефлектора шпильками или заклепками, если он будет выполнен на лапках.
Усилить устойчивость конструкции, применив хомуты.

В итоге должен получиться прочный усилитель тяги, который сможет противостоять ветру и осадкам.

Флюгер для увеличения тяги

Этот усилитель в отличие от предыдущего может вращаться вокруг дымохода. Принцип работы устройства заключается в его реагировании на воздушные потоки, в результате чего от любого дуновения ветра усилитель тяги принимает соответствующее направление. В специальные решетки задувается воздух, что создает постоянное разряжение в трубе.

Демонстрируемое изделие может работать при любых погодных условиях. Оно реагирует даже на небольшое дуновение ветерка. Изобретенное приспособление улучшает КПД котла горения, примерно на 20%. Если установить его на трубу, то не нужно будет делать дымоход очень длинным, можно сократить его видимую над крышей часть.

Флюгер является вытяжным изделием для системы вентиляции, поэтому может применяться для многоквартирных и частных домов. Особую популярность он приобрел при установке газовых котлов. Прибор не только усиливает тягу, но еще препятствует затуханию котла.

Электрические вентиляторы

Мощные вентиляторы, которые применяются для каминов и печей, работающих на дровах. Они рассчитаны на работу в горячей среде, где много золы и других продуктов горения.

Корпус таких устройств выполнен из оцинкованной стали со специально нанесенным полимерным покрытием, обеспечивающим ей защиту от агрессивной среды. В нем имеется защитная решетка, которая препятствует попаданию в воздуховод различных крупных и средних предметов.

Работает вентиляционное устройство от однофазного двигателя, который может обеспечить бесперебойную деятельность системы при любой погоде. Он хоть и имеет защиту от потока горячего воздуха, но для подстраховки вынесен вне зоны его движения. В нем имеются вентиляционные отверстия и специальное колесо, которое препятствует налипанию сажи и пыли.

Такая вентилируемая система полностью автоматизирована. В нее встроены температурные датчики, а также их аналоги, регулирующие силу потока воздуха. Они срабатывают на отклонения в работе электродвигателя и создают оптимальную тягу устройства.

Их принцип действия схож с дефлектором – они также располагаются вверху трубы и используют энергию ветра. Насадка, на которой расположены решетки с крыльями, вращается в одну сторону, независимо от направления ветра. За счет своего движения она создает необходимое разрежение воздуха. Конструкция устройства напоминает купол и способна защитить дымоход от мусора и осадков. Она предназначена для газовых котлов и вентиляционных каналов. Не рекомендуется для твердотопливных котлов и каминов.

При безветренной погоде этот усилитель не работает, но вот летом, когда котел не функционирует, может создать очень сильную тягу, которая бывает зачастую лишней.

Описание и схема работы усилителя тяги (видео)

В следующем видео эксперты расскажут об усилителе, а также о схеме его работы. При этом они укажут преимущества такого способа выведения продуктов горения.
Какое из предложенных устройств выбрать поможет решить сама конструкция дымоотводящего канала и разновидность котла, отапливающего жилье. К ним можно прибегнуть, если нельзя увеличить длину трубы.

Нами была разработана конструкция ветрогенератора с вертикальной осью вращения. Ниже, представлено подробное руководство по его изготовлению, внимательно прочтя которое, вы сможете сделать вертикальный ветрогенератор сами.

Ветрогенератор получился вполне надежный, с низкой стоимостью обслуживания, недорогой и простой в изготовлении. Представленный ниже список деталей соблюдать не обязательно, вы можете внести какие-то свои коррективы, что-то улучшить, что-то использовать свое, т.к. не везде можно найти именно то, что в списке. Мы постарались использовать недорогие и качественные детали.

Используемые материалы и оборудование:

Наименование	Кол-во	Примечание
Список используемых деталей и материалов для ротора:
Предварительно вырезанный лист металла	1	Вырезан из стали толщиной 1/4″ при помощи гидроабразивной, лазерной и др. резке
Ступица от авто (Хаб)	1	Должна содержать 4 отверстия, диаметр около 4 дюймов
2″ x 1″ x 1/2″ неодимовый магнит	26	Очень хрупкие, лучше заказать дополнительно
1/2″-13tpi x 3″ шпилька	1	TPI — кол-во витков резьбы на дюйм
1/2″ гайка	16
1/2″ шайба	16
1/2″ гровер	16
1/2″.-13tpi колпачковая гайка	16
1″ шайба	4	Для того, чтобы выдержать зазор между роторами

Список используемых деталей и материалов для турбины:
3″ x 60″ Оцинкованная труба	6
ABS пластик 3/8″ (1.2×1.2м)	1
Магниты для балансировки	Если нужны	Если лопасти не сбалансированы, то магниты прикрепляются для балансировки
1/4″ винт	48
1/4″ шайба	48
1/4″ гровер	48
1/4″ гайка	48
2″ x 5/8″ уголки	24
1″ уголки	12 (опционально)	В случае, если лопасти не держат форму, то можно добавить доп. уголки
винты, гайки, шайбы и гроверы для 1″ уголка	12 (опционально)

Список используемых деталей и материалов для статора:
Эпоксидка с затвердителем	2 л
1/4″ винт нерж.	3
1/4″ шайба нерж.	3
1/4″ гайка нерж.	3
1/4″ кольцевой наконечник	3	Для эл. соединения
1/2″-13tpi x 3″ шпилька нерж.	1	Нерж. сталь не является ферромагнетиком, поэтому не будет «тормозить» ротор
1/2″ гайка	6
Стеклоткань	Если нужна
0.51мм эмал. провод		24AWG

Список используемых деталей и материалов для монтажа:
1/4″ x 3/4″ болт	6
1-1/4″ фланец трубы	1
1-1/4″ оцинк. труба L-18″	1

Инструменты и оборудование:
1/2″-13tpi x 36″ шпилька	2	Используется для поддомкрачивания
1/2″ болт	8
Анемометр	Если нужен
1″ лист алюминия	1	Для изготовления проставок, если понадобятся
Зеленая краска	1	Для покраски держателей пластика. Цвет не принципиален
Голубая краска бал.	1	Для покраски ротора и др. частей. Цвет не принципиален
Мультиметр	1
Паяльник и припой	1
Дрель	1
Ножовка	1
Керн	1
Маска	1
Защитные очки	1
Перчатки	1

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения не настолько эффективны, как их горизонтальные собратья, однако вертикальные ветрогенераторы менее требовательны к месту их установки.

Изготовление турбины

1. Соединяющий элемент — предназначен для соединения ротора к лопастям ветрогенератора.
2. Схема расположения лопастей — два встречных равносторонних треугольника. По данному чертежу потом легче будет расположить уголки крепления лопастей.

Если не уверены в чем то, шаблоны из картона помогут избежать ошибок и дальнейших переделываний.

Последовательность действий изготовления турбины:

Изготовление нижней и верхней опор (оснований) лопастей. Разметьте и при помощи лобзика вырежьте из ABS пластика окружность. Затем обведите ее и вырежьте вторую опору. Должны получиться две абсолютно одинаковые окружности.
В центре одной опоры вырежьте отверстие диаметром 30 см. Это будет верхняя опора лопастей.
Возьмите хаб (ступица от авто) и разметьте и просверлите четыре отверстия на нижней опоре для крепления хаба.
Сделайте шаблон расположения лопастей (рис. выше) и разметьте на нижней опоре места крепления уголков, которые будут соединять опору и лопасти.
Сложите лопасти в стопку, прочно свяжите их и обрежьте до требуемой длины. В данной конструкции лопасти длиной 116 см. Чем длинее лопасти, тем больше энергии ветра они получают, но обратной стороной является нестабильность в сильный ветер.
Разметьте лопасти для крепления уголков. Накерните, а затем просверлите отверстия в них.
Используя шаблон расположения лопастей, который представлен на рисунке выше, прикрепите лопасти к опоре при помощи уголков.

Изготовление ротора

Последовательность действий по изготовлению ротора:

Положите два основания ротора друг на друга, совместите отверстия и напильником или маркером сделайте небольшую метку по бокам. В дальнейшем, это поможет правильно сориентировать их относительно друг-друга.
Сделайте два бумажных шаблона расположения магнитов и приклейте их на основания.
Промаркируйте полярность всех магнитов при помощи маркера. В качестве «тестера полярности» можно использовать небольшой магнит, обмотанный тряпкой или изолентой. Проводя его над большим магнитом, будет хорошо видно, отталкивается он или притягивается.
Приготовьте эпоксидную смолу (добавив в нее отвердитель). И равномерно нанесите ее снизу магнита.
Очень аккуратно поднесите магнит к краю основания ротора и переместите его к своей позиции. Если магнит устанавливать сверху ротора, то большая мощность магнита может его резко примагнитить и он может поломаться. И никогда не суйте свои пальцы и другие части тела между двумя магнитами или магнитом и железом. Неодимовые магниты очень мощные!
Продолжайте приклеивать магниты к ротору (не забудьте смазывать эпоксидкой), чередую их полюса. Если магниты сьезжают под действием магнитной силы, то воспользуйтесь куском дерева, располагая его между ними для страховки.
После того, как один ротор закончили, переходите к второму. Используя ранее поставленную метку, расположите магниты точно напротив первого ротора, но в другой полярности.
Положите роторы подальше друг от друга (чтобы они не примагнитились, иначе потом не отдерете).

Изготовление статора очень трудоемкий процесс. Можно конечно купить готовый статор (попробуй еще найти их у нас) или генератор, но не факт, что они подойдут для конкретного ветряка со своими индивидуальными характеристиками

Статор ветрогенератора — электрический компонент, состоящий из 9-ти катушек. Катушка статора изображена на фото выше. Катушки разделены на 3 группы, по 3 катушки в каждой группе. Каждая катушка намотана проводом 24AWG (0.51мм) и содержит в себе 320 витков. Большее количество витков, но более тонким проводом даст более высокое напряжение, но меньший ток. Поэтому, параметры катушек могут быть изменены, в зависимости от того, какое напряжение вам требуется на выходе ветрогенератора. Нижеследующая таблица поможет вам определиться:
320 витков, 0.51 мм (24AWG) = 100В @ 120 об/мин.
160 витков, 0.0508 мм (16AWG) = 48В @ 140 об/мин.
60 витков, 0.0571 мм (15AWG) = 24В @ 120 об/мин.

Вручную наматывать катушки — это скучное и трудное занятие. Поэтому, чтобы облегчить процесс намотки я бы вам посоветовал сделать простое приспособление — намоточный станок. Тем более, что конструкция его достаточно проста и сделать его можно из подручных материалов.

Витки всех катушек должны быть намотаны одинаково, в одном и том же направлении и обращайте внимание или отмечайте, где начало, а где конец катушки. Для предотвращения разматывания катушек, они обмотаны изолентой и промазаны эпоксидкой.

Приспособа сделана из двух кусков фанеры, изогнутой шпильки, куска ПВХ-трубы и гвоздей. Перед тем, как изогнуть шпильку, нагрейте ее горелкой.

Небольшой кусок трубы между дощечками обеспечивает заданную толщину, а четыря гвоздя обеспечивают необходимые размеры катушек.

Вы можете придумать свою конструкцию намоточного станка, а может у вас уже имеется готовый.
После того, как все катушки намотаны их необходимо проверить на идентичность друг к другу. Это можно сделать при помощи весов, а также нужно померить сопротивления катушек мультиметром.

Не подключайте домашних потребителей напрямую от ветрогенератора! Также соблюдайте меры безопасности при обращении с электричеством!

Процесс соединения катушек:

Зачистите шкуркой концы выводов каждой катушки.
Соедините катушки, как показано на рисунке выше. Должно получиться 3 группы, по 3 катушки в каждой группе. При такой схеме соединений получится трехфазный переменный ток. Концы катушек припаяйте, либо воспользуйтесь зажимами.
Выберите одну из следующих конфигураций:
А. Конфигурация «звезда «. Для того, чтобы получить большое напряжение на выходе, соедините выводы X,Y и Z между собой.
B. Конфигурация «треугольник». Для того, чтобы получить большой ток, соедините X с B, Y с C, Z с A.
C. Для того, чтобы в будущем сделать возможность изменять конфигурацию, нарастите все шесть проводников и выведите их наружу.
На большом листе бумаге нарисуйте схему расположения и подключения катушек. Все катушки должны быть равномерно распределены и соответствовать расположению магнитов ротора.
Прикрепите катушки при помощи скотча к бумаге. Приготовьте эпоксидную смолу с отвердителем для заливки статора.
Для нанесения эпоксидки на стеклоткань используйте малярную кисть. Если необходимо, то добавьте небольшие кусочки стеклоткани. Центр катушек не заполняйте, чтобы обеспечить их достаточное охлаждение при работе. Постарайтесь избегать образования пузырьков. Целью данной операции является закрепление катушек на своих местах и придание плоской формы статору, который будет располагаться между двумя роторами. Статор не будет нагруженным узлом и не будет вращаться.

Для того, чтобы стало более понятно, рассмотрим весь процесс в картинках:

Готовые катушки помещаются на вощеную бумагу с начерченной схемой расположения. Три небольших круга по углам на фото выше — места отверстий для крепления кронштейна статора. Кольцо в центре предотвращает попадание эпоксидки в центральную окружность.

Катушки закреплены на своих местах. Стеклоткань, небольшими кусочками помещается вокруг катушек. Выводы катушек можно вывести внутрь или наружу статора. Не забудьте оставить достаточный запас длины выводов. Обязательно еще раз проверьте все соединения и прозвоните мультиметром.

Статор практически готов. Отверстия для крепления кронштейна, сверлятся в статоре. При сверлении отверстий смотрите не попадите в выводы катушек. После завершения операции, обрежьте лишнюю стеклоткань и если необходимо, шкуркой зачистите поверхность статора.

Кронштейн статора

Труба для крепления оси хаба была обрезана под нужный размер. В ней были просверлены отверстия и нарезана резьба. В дальнейшем в них будут вкручены болты, которые будут удерживать ось.

На рисунке выше показан кронштейн, к которому будет крепиться статор, находящийся между двумя роторами.

На фото выше показана шпилька с гайками и втулкой. Четыре таких шпильки обеспечивают необходимый зазор между роторами. Вместо втулки можно использовать гайки большего размера, либо самому вырезать шайбы из алюминия.

Генератор. Окончательная сборка

Небольшое уточнение: малый воздушный зазор между связкой ротор-статор-ротор (который задается шпилькой с втулкой), обеспечивает более высокую отдаваемую мощность, но возрастает риск повреждения статора или ротора при перекосе оси, который может возникнуть при сильном ветре.

На левом рисунке ниже, показан ротор с 4-мя шпильками для обеспечения зазора и двумя алюминиевыми пластинами (которые в дальнейшем будут убраны).
На правом рисунке показан собранный и покрашенный в зеленый цвет статор, установленный на место.

Процесс сборки:
1. В плите верхнего ротора просверлите 4 отверстия и нарежьте в них резьбу для шпильки. Это необходимо для плавного опускания ротора на свое место. Уприте 4 шпильки в алюминиевые пластины приклеенные ранее и установите на шпильки верхний ротор.
Роторы будут притягиваться друг к другу с очень большой силой, поэтому и нужно такое приспособление. Сразу выровняйте роторы относительно друг-друга по поставленным ранее метках на торцах.
2-4. Поочередно вращая ключом шпильки, равномерно опускайте ротор.
5. После того, как ротор уперся в втулку (обеспечивающая зазор), выкрутите шпильки и уберите алюминиевые пластины.
6. Установите хаб (ступицу) и прикрутите его.

Генератор готов!

После установки шпилек (1) и фланца (2) ваш генератор должен выглядеть приблизительно так (см. рис. выше)

Болты из нержавейки служат для обеспечения электрического контакта. На провода удобно использовать кольцевые наконечники.

Колпачковые гайки и шайбы служат для крепления соедин. платы и опоры лопастей к генератору. Итак, ветрогенератор полностью собран и готов к тестам.

Для начала, лучше всего рукой раскручивать ветряк и измерять параметры. Если все три выходные клеммы закоротить между собой, то ветряк должен вращаться очень туго. Это может быть использовано для остановки ветрогенератора для сервисного обслуживания или в целях безопасности.

Ветрогенератор можно использовать не только для обеспечения дома электричеством. К примеру данный экземпляр, сделан так, чтобы статор вырабатывал большое напряжение, которое затем используется для нагрева.
Рассматриваемый выше генератор выдает 3-х фазное напряжение с различной частотой (зависит от силы ветра), а к примеру в России используется однофазная сеть 220-230В, с фиксированной частотой сети 50 Гц. Это отнюдь не означает, что данный генератор не подойдет для питания бытовых приборов. Переменный ток с данного генератора может быть преобразован в постоянный ток, с фиксированным напряжением. А постоянный ток уже может использоваться для питания светильников, нагрева воды, заряда аккумуляторов, а может быть поставлен преобразователь для преобразования постоянного тока в переменный. Но это уже выходит за рамки данной статьи.

На рисунке выше простая схема мостового выпрямителя, состоящего из 6-ти диодов. Он преобразовывает переменный ток в постоянный.

Место установки ветрогенератора

Ветрогенератор, описываемый здесь, установлен на 4-х метровой опоре на краю горы. Трубный фланец, который установлен снизу генератора обеспечивает легкую и быструю установку ветрогенератора — достаточно прикрутить 4 болта. Хотя для надежности, лучше приварить.

Обычно, горизонтальные ветрогенераторы «любят» когда ветер дует с одного направления, в отличии от вертикальных ветряков, где за счет флюгера, они могут поворачиваться и им не важно направление ветра. Т.к. данный ветряк установлен на берегу скалы, то ветер там создает турбулентные потоки с разных направлений, что не очень эффективно для данной конструкции.

Другим фактором, который необходимо учитывать при подборе места размещения, является сила ветра. Архив данных по силе ветра для вашей местности можно найти в интернете, правда это будет очень приблизительно, т.к. все зависит от конкретного места.
Также, в выборе месторасположения установки ветрогенератора поможет анемометр (прибор для измерения силы ветра).

Немного о механике ветрогенератора

Как известно, ветер возникает из-за разности температур поверхности земли. Когда ветер вращает турбины ветрогенератора, он создает три силы: подьемную, торможения и импульсную. Подьемная сила обычно возникает над выпуклой поверхностью и является следствием разности давлений. Сила торможения ветра возникает за лопастями ветрогенератора, она является нежелательной и тормозит ветряк. Импульсная сила возникает из-за изогнутой формы лопастей. Когда молекулы воздуха толкают лопасти сзади, то им некуда потом деваться и они собираются позади них. В результате, они толкают лопасти в направлении ветра. Чем больше подьемная и импульсная силы и меньше сила торможения, тем быстрее лопасти будет вращаться. Соответственно вращается ротор, который создает магнитное поле на статоре. В результате чего вырабатывается электрическая энергия.

Скачать схему расположения магнитов.

Сложно не заметить, насколько стабильность поставок электроэнергии загородным объектам отличается от обеспечения городских зданий и предприятий электроэнергией. Признайтесь, что вы как владелец частного дома или дачи не раз сталкивались с перебоями, связанными с ними неудобствами и порчей техники.

Перечисленные негативные ситуации вместе с последствиями перестанут осложнять жизнь любителей природных просторов. Причем с минимальными трудовыми и финансовыми затратами. Для этого нужно всего лишь сделать ветряной генератор электроэнергии, о чем мы детально рассказываем в статье.

Мы подробно описали варианты изготовления полезной в хозяйстве системы, избавляющей от энергетической зависимости. Согласно нашим советам соорудить ветрогенератор своими руками сможет неопытный домашний мастер. Практичное устройство поможет существенно сократить ежедневные расходы.

Альтернативные источники энергии – мечта любого дачника или домовладельца, участок которого находится вдали от центральных сетей. Впрочем, получая счета за электроэнергию, израсходованную в городской квартире, и глядя на возросшие тарифы, мы осознаём, что ветрогенератор, созданный для бытовых нужд, нам бы не помешал.

Прочитав эту статью, возможно, вы воплотите свою мечту в реальность.

Ветрогенератор – отличное решение для обеспечения загородного объекта электроэнергией. Причем в ряде случаев его установка является единственным возможным выходом

Чтобы не потратить зря деньги, силы и время, давайте определимся: есть ли какие-либо внешние обстоятельства, которые создадут нам препятствия в процессе эксплуатации ветрогенератора?

Для обеспечения электроэнергией дачи или небольшого коттеджа достаточно , мощность которой не превысит 1 кВт. Такие устройства в России приравнены к бытовым изделиям. Их установка не требует сертификатов, разрешений или каких-либо дополнительных согласований.

Невероятно! Но скоро это произойдет. Альтернативные источники энергии третьего поколения перевернут мир в целом. Начало уже заложено. Ветряные турбины — вот электроэнергетическое будущее человечества.

Введение

Несмотря на то что альтернативным видам энергетики, таким как ветряные турбины, например, все еще незаслуженно мало уделяется внимания, они продолжают усиленно развиваться. Возможно, в скором времени сильные мира сего поймут, что невменяемая добыча полезных ископаемых больше приносит вреда, чем пользы, и природные виды энергетики прочно войдут в нашу повседневную жизнь. Такая надежда тесно связана с тем, что некоторое время назад было объявлено о появлении ветрогенератора третьего поколения.

Что такое ветряной генератор третьего поколения

Традиционно принято считать, что устройствами первого поколения, которые преобразовывали энергию ветра, были обычные корабельные паруса и мельничные крылья. Чуть более века назад, с развитием авиации, появился ветрогенератор второго поколения — механизм, в основе работы которого лежали принципы аэродинамики крыла.

Это был прорыв того времени! Хотя, если взять в целом, то ветряки второго поколения маломощны, так как из-за конструктивных особенностей не могут работать при сильных ветрах. Поэтому для того чтобы получать больше электроэнергии приходилось увеличивать в размерах, что тянуло за собой дополнительные финансовые расходы на разработку, производство, установку и его эксплуатацию. Естественно, что долго так оставаться не могло.

В начале 2000-х готов специалисты-разработчики объявили о появлении ветрогенератора третьего поколения — ветротурбины. Конструкция, принцип работы, установка, а самое главное мощность нового устройства коренным образом отличается от его предшественников.

Устройство

Простота. Это именно то слово, которым можно охарактеризовать конструкцию ветротурбинного генератора. По сравнению с лопастными ветрогенераторами, ветряная турбина имеет гораздо меньшее количество рабочих узлов и гораздо больше неподвижных элементов, благодаря чему более стойко переносит различные статические и динамические нагрузки.

Устройство ветротурбины:

обтекатель, бывает внутренний и наружный;
обтекатель узла турбогенератора;
гондола;
турбина;
генератор;
динамичный крепежный узел.

Из дополнительных систем ветрогенератор оснащен блоками инвертирования, аккумуляции и управления. Отсутствуют традиционные для лопастного ветрогенератора системы регулировки лопастей и ориентации на ветер. Последнюю заменяет обтекатель, который также выступает в роли сопла, улавливает ветер и увеличивает его мощность. Если учитывать, что энергия ветряного потока равняется его скорости в кубе V3, то благодаря наличию сопла эта формула выглядит следующим образом: V3х4 = Eх64. При этом благодаря своей цилиндрической конструкции обтекатель имеет свойство самонастраиваться на направление ветра.

Преимущества

Любой новый продукт или изобретение всегда должны существенным образом выделяться на фоне своих предшественников, и обязательно в лучшую сторону. Все это можно сказать и про новый ветрогенератор с турбоконструкцией. Одно из главных преимуществ ветротурбины — это ее устойчивость к сильным ветрам. Ее конструкция устроена таким образом, что она будет эффективно и безопасно работать за пределами, которые для обычных лопастных ветряков, являются критическими: от 25 м/сек до 60 м/сек. Но это не единственное преимущество, которыми обладает ветряная турбина, их несколько:

Отсутствие инфразвуковых волн. Наконец-то ученым удалось решить одну из важных проблем, которыми обладают ветрогенераторные установки. Именно из-за существования такого побочного эффекта ВСУ (ветросиловая установка) подвергалось критике со стороны противников альтернативной энергетики, инфразвук отрицательно сказывается на окружающей живой среде. Но теперь ветрогенератор турбинного типа благодаря отсутствию инфразвуковых волн, могут устанавливать даже в городской черте.

Отсутствие лопастей снимает сразу несколько задач, которые стояли перед конструкторами и изготовителями ветрогенератора. Первое, снимаются значительные затраты сил и средств на эксплуатационный контроль лопастных ветряков. Второе, лопасть ветряного колеса — это самый сложный элемент ветрогенератора в изготовлении. Львиную долю стоимости обычной ВЭУ составляют затраты именно на изготовление лопастей. К тому же известны случаи, когда при сильных порывах ветра, лопасть ломалась, разбрасывая осколки на сотни метров.
Простота сборки и установки. Все сложные конструкции или узлы изготавливает и собирает завод-производитель, на месте происходит лишь последний этап сборки и установка на мачту. Плюс легкость конструкционных элементов, позволяет использовать при монтаже ветрогенераторасамую обычную грузоподъемную технику.
Схема подключения. В отличие от лопастной ВСУ турбина подключается по стандартной схеме. На этот факт никак не влияют те технические условия, который выдвигает будущий владелец ВЭУ.
Большой срок эксплуатации обусловлен материалами, из которых изготавливается ветрогенератор и его отдельные части. Учитывая профилактические работы, которые обязательны при эксплуатации ветротурбины, срок службы устройства может составлять до 50 лет.

География эксплуатации турбинной ВСУ

Самым реальным и оптимальным местом установки турбинного ветрогенератора будет берег озера или моря. Рядом с водоемами такой ветрогенератор будет работать практически круглый год, потому что благодаря своему сопельному устройству, он является очень чувствительным к легким бризам и другим малейшим проявлениям ветра скоростью от 2 м/сек.

С таким же успехом ВСТ будут работать и в черте города, там, где обычный ветрогенератор работать, неспособен по ряду известных причин:

Небезопасность лопастных ВЭУ.
Инфразвук, который они издают.
Минимальная скорость ветра для работы лопастного ветрогенератора 4 м/сек.

Интересный факт, который доказывает преимущество ВТУ

Одним из краеугольных камней, на которых базируется позиция противников альтернативной энергетики, заключается в том, что ветряные электростанции препятствуют работе локационного оборудования. Во время работы ветрогенератор создает помехи, для прохождения радиоволн. Учитывая размеры отдельных ветроэлектростанций, а они могут составлять от нескольких десятков до сотен квадратных километров, понятно, почему правительства многих стран начали блокировать проекты альтернативной энергетики на государственном уровне — это прямая угроза национальной безопасности.

По этой причине французская компания, производящая комплектующие на ветрогенератор, взялась за непростую задачу с точки зрения исполнения — сделать невидимыми для радаров непосредственно ветросиловые установки, а не пространство вокруг ветрогенератора. Для этого будет использоваться опыт, полученный при изготовлении самолетов Стелс. Новые комплектующие планируют выпустить на рынок уже в 2015 году.

Но где, же факт, который доказывает преимущество ВСТ перед лопастной ВЭУ? А факт заключается в том, что ветротурбины не создают помех, для работы локационного оборудования и без дорогостоящей технологии Стелс.

Перспективы развития альтернативной ветроэнергетики

Первые попытки начать использовать ветрогенератор в промышленных масштабах предпринимались еще в середине прошлого века, но оказались неудачными. Это было обусловлено тем, что нефтяные ресурсы были сравнительно дешевыми, а строительство ветроэнергетических станций было нерентабельно затратным. Но буквально через 25 лет ситуация в корне изменилась.

Альтернативные источники энергии усилено начали развиваться в 70-х годах прошлого века, после того, как в мире резко выросли темпы машиностроения и страны столкнулись с дефицитом нефти, что привело к нефтяному кризису 1973 года. Тогда впервые сектор нетрадиционной энергетики в некоторых странах получил государственную поддержку и ветрогенератор стал использоваться в промышленных масштабах. В 80-х годах мировая ветроэнергетика начала выходить на самоокупаемость, и сегодня такие страны, как Дания, Германия и Австралия почти на 30% обеспечивают себя за счет альтернативных источников энергии, в числе которых и ветроэлектростанции.

К сожалению, а возможно, и к счастью, прошлогодняя тенденция нефтяного рынка с нестабильной ценой на нефть, заставляют всерьез задуматься о том, что времена, когда дешевая нефть — это было хорошо остались в прошлом. Сегодня для многих стран, чем дешевле нефть, тем выгоднее развивать нетрадиционную энергетику в первую очередь это касается стран СНГ. Поэтому предпосылки для того, что ветроэнергетика будет развиваться — есть. Как это будет — посмотрим.

Ветряная турбина крепит дымоход, вытягивает дым.

Обычно довольно интересно посмотреть, что происходит, когда дизайнер принимает зеленые технологии. Результатом может быть либо (а) сочетание стильной формы и практичной функции, что придает утилитарному виду устройств некоторый подтяжку лица, либо (б) кусок стильного мусора. Недавно мы стали свидетелями более позитивных идей в виде таких дизайнерских идей, как зарядное устройство на солнечной батарее Vox, электрический скутер Fido и рюкзак Allpac.Вот еще одна такая конструкция, но на этот раз в виде ветряной турбины.

Впервые мы попали в ChimChum через Ecofriend. ЧимЧам, детище студента второго курса дизайна Тома Постлтуэйта, является частично ветроэнергетическим генератором и частично топпером дымохода. Дизайнер говорит, что он решил убить двух зайцев одним выстрелом для этого проекта, сконструировав ChimChum для выработки электроэнергии для дома, эффективно вытягивая оставшиеся пары вверх и из дымохода.

Устройство состоит всего из трех основных модулей и, похоже, предназначено для простой самостоятельной установки.Верхняя часть турбины представляет собой алюминиевый купол, который служит двойному назначению. Колпачок с крошечными отверстиями позволяет дыму выходить, а его полированная изогнутая поверхность должна удерживать любопытных птиц и других животных от проникновения в дымоход. Говорят, что большие зеленые ветровые лопасти созданы на основе семян платана и должны быть сделаны из прочной и легкой смолы на основе углеродного волокна, которая должна хорошо выдерживать любое тепло, исходящее из дымохода. Постлтуэйт говорит, что глубокие каналы, расположенные по обеим сторонам лопаток, позволят турбине вращаться даже при самом слабом ветре.

Под лопастями находится генераторная часть ChimChum, которая должна быть сделана из нержавеющей стали и с подшипниками с очень низким коэффициентом трения, чтобы турбина могла вращаться в условиях слабого ветра. Это секция, которая, по словам дизайнера, крепится к «дымоходу», поэтому долговечность была важной задачей. Постлтуэйт также указывает, что большая часть его исследований была сосредоточена вокруг конструкции генератора, поскольку он искал правильное сочетание надежности и производительности. Он считает, что такая конструкция может питать до 1/3 бытовой техники в среднем доме.

Перепечатано с разрешения EarthTechling

Рекуперация кинетической энергии из дымовых газов в дымоходе с помощью турбинной системы с воздуховодом | Китайский журнал машиностроения

Более 90% мирового производства электроэнергии приходится на уголь и природный газ (Chilugodu, et al [1]). Применение этих ископаемых видов топлива неизменно вызывает загрязнение окружающей среды, и поэтому необходимо сократить зависимость от этих источников энергии. Острая потребность в альтернативных источниках энергии из-за увеличения спроса на энергию привела к постоянным усилиям по созданию более инновационных систем производства энергии, которые были бы лучше с точки зрения производительности и экономии.Ресурсы солнечной и ветровой энергии являются наиболее быстрорастущими энергоресурсами. Существует потребность в инновационных методах решения проблем, возникающих при использовании природных и неестественных ветровых ресурсов. Для выработки электроэнергии достаточно средней скорости ветра 5 м / с [1]. Во всем мире существует множество неестественных источников энергии ветра. Сообщается, что недавние исследования включают выхлопные газы из солнечных дымоходов (Chikere, et al [2]), сбор энергии ветра от быстро движущихся поездов [1], вентилируемые выхлопные газы из системы кондиционирования воздуха (Goh & Duan [3]) и т. Д.

Принцип 3 R «Сокращение, повторное использование, переработка», безусловно, важен для сохранения окружающей среды. Здесь к строке добавляется четвертый R, а именно «Восстановление», которое на самом деле более или менее связано с комбинацией «Повторное использование» и «Повторное использование» (рис. 1). Наблюдалось, что дымовая труба типичной тепловой электростанции (660 МВт) выбрасывает дымовые газы с плотностью ρ = 0,816 кг / м ³ со средней скоростью \ (V \) = 22 м / с, имеющей расход, \ (\ dot {m} \) = 3500000 м ³ / ч.Выхлоп из дымохода обычно имеет сильную и постоянную скорость, в отличие от естественного ветра. Кроме того, вытяжка из дымохода обычно доступна почти в любой части мира, в отличие от наличия природных ветровых ресурсов. Кинетическая энергия дымовых газов дымохода может использоваться для производства электроэнергии.

Рис. 1

Представление концепции 4 R

Концепция получения энергии из кинетической энергии дымовых газов кажется новой.Исследовательская литература, имеющая непосредственное отношение к данной теме, практически отсутствует. Рассматривая предложенную концепцию извлечения энергии из дымовых газов, аналогичную системе преобразования энергии ветра, дается обзор соответствующей литературы, связанной с системой преобразования энергии ветра.

Энергия ветра прямо пропорциональна кубу скорости ветра, приближающегося к ветряной турбине (Манвелл и др. [4]). Таким образом, даже небольшой скачок скорости ветра приведет к значительному увеличению выходной мощности. Следовательно, были предприняты многочисленные попытки эффективно улучшить скорость приближающегося ветра.Одной из многообещающих концепций, используемых для этой цели, является ветряная турбина с расширенным диффузором (DAWT).

Экспериментальное исследование, проведенное Форманом и др. [5], показывает, что мощность извлечения энергии ветра для DAWT почти вдвое выше, чем у обычных турбин. Лоун [6], Бет и др. [7], Грант и др. [8, 9], Абэ и др. [10], Мацусима и др. [11], Охья и др. [12] и Исенси и др. В [13] были проведены аналогичные экспериментальные и имитационные исследования ветряных турбин с кожухом и показано, что выходная мощность увеличивается по сравнению с мощностью, полученной при использовании ветряных турбин без оболочки.Ван Бассел [14] рассмотрел эксперименты и теорию DAWT и заметил, что увеличение мощности пропорционально увеличению массового расхода. Хансен [15] показал, что относительное увеличение коэффициента мощности для турбины с кожухом пропорционально отношению массового расхода через турбину с кожухом к массовому расходу через турбину без кожуха. Ху и др. [16] предложили ветряную турбину в форме лопатки с воздуховодом для повышения эффективности извлечения энергии.

Чен и др. [17] исследовали влияние фланцевых диффузоров на характеристики ротора небольших (диаметр ротора 30 см) ветряных турбин с разной прочностью ротора (20% -60%) и скоростью ветра (10-20 м / с). ).Результаты экспериментов показывают, что частота вращения, мощность и крутящий момент ротора значительно увеличиваются при использовании фланцевых диффузоров в зависимости от прочности ротора и скорости ветра. Длина и угол наклона диффузора также в значительной степени влияют на скорость ветра. Таким образом, геометрия воздуховода, по-видимому, существенно влияет на производительность турбины.

Чаудхари и др. [18] изучали поведение воздушного потока через трубку Вентури с помощью ANSYS FLUENT 14.0, чтобы имитировать улучшение кинетической энергии в результате усиления ветра. скорость.Ван и др. [19] и Аранаке и др. [20] выполнили вычислительный анализ турбин с диффузором, чтобы убедиться в преимуществах увеличения массового расхода через турбину. Результат показывает существенное (до 90%) улучшение извлечения мощности, которое превышает предел Бетца.

Монтейро и др. [21] заметили, что отношение конечных скоростей обратно пропорционально скорости ветра. Ахмед и др. [22] представили подробный обзор, основанный на исследованиях существующих и появляющихся технологий ветроэнергетики, а также проблем, с которыми сталкивается этот энергетический сектор.

Промышленные дымовые трубы и градирни, по-видимому, являются хорошими кандидатами для неестественных (созданных руками человека) систем ветроэнергетики. Горячие дымовые газы вытесняются через выход из дымохода с помощью механических вентиляторов со скоростью 20-25 м / с. Кинетическая энергия, доступная с дымовыми газами, может быть извлечена для выработки электроэнергии с использованием турбины с канальным контуром.

Венкатеш [23] проанализировал отбор мощности из выхлопных газов автомобильного двигателя. Пир и др. [24] представили концепцию кинетической рекуперации отработанного воздуха (напр.г., промышленная вентиляция) путем установки вентиляторов / турбин. Хасан и др. [25] и Патнаик и др. [26] представили теоретическую концепцию выработки электроэнергии из ветровой энергии промышленных вытяжных вентиляторов. Чонг и др. [27–29] предположили, что отработанный воздух из градирни можно эффективно использовать для производства чистой энергии. Ожидается, что турбинная система восстановит 13% потребляемой мощности.

Обзор литературы показывает, что кинетическая энергия дымовых газов может быть полезна для разработки предлагаемой системы рекуперации энергии.Основное внимание в исследованиях уделялось увеличению скорости и массового расхода жидкости для взаимодействия с ротором турбины. Следовательно, технология канальных турбин может использоваться для увеличения скорости и массового расхода дымовых газов для увеличения извлечения энергии. Кроме того, обзор литературы также показывает, что компьютерное моделирование и симуляция могут быть ценным инструментом для предлагаемого исследования.

Отбор энергии из дымовых газов с помощью канальной турбины представляется очень интересной и многообещающей темой для исследований.Метод исследования включает анализ поля течения дымовых газов с использованием вычислительной гидродинамики (CFD). В этой статье представлена система рекуперации энергии, позволяющая использовать кинетическую энергию дымовых газов для производства электричества с использованием канальной турбины без какого-либо отрицательного воздействия на производительность исходной выхлопной системы.

Содержание статьи составлено следующим образом. В следующем разделе представлено краткое описание предлагаемой системы рекуперации энергии. Обсуждение различных аспектов компьютерного моделирования и анализа на основе CFD приведено в разделе 3.2/2 + gravity / height_out + Work_shaft + Work_loss

pressure_in = давление на входе в дымоход
pressure_out = давление на выходе из дымохода
velocity_in = скорость воздуха на входе в дымоход
velcoity_out = скорость воздуха на выходе из дымохода
gravity = вы должны быть знакомы с
height_in = высота у основания дымохода
height_out = высота наверху дымохода
Work_shaft = это то, что будет крутить турбину
Work_loss = потери из-за трения в дымоходе.

Я не буду показывать все этапы расчета…

Если пренебречь потерями на гравитацию и трение, можно упростить уравнение.

Если вы затем вставите некоторые приблизительные значения, скажем, разницу давления в 10 паскалей (что может быть типично для дымохода горячего камина) и разницу скоростей в 1 метр / сек (что действительно движется, скажем, хороший ревущий горячий огонь), вы получите ценность.

Затем вам нужно умножить это значение на то, сколько массы воздуха в единицу времени проходит через дымоход для выполнения работы. (Воздух почти ничего не весит и сделает работу очень небольшой)

Таким образом, в этом примере вы получите:
0.01 Вт

Имейте в виду, что я никогда не видел турбину такой мощности, и , вы можете потерять 50% теоретической мощности в турбине при выработке электроэнергии.

****

Вы действительно начинаете получать некоторую мощность только в том случае, если дымоход действительно очень горячий и вы пропускаете через дымоход много воздуха.

Сочетание энергии ветра с солнечными трубами

Спрос на электроэнергию во всем мире растет по мере развития экономики и начала ее процветания.На нерегулируемых рынках цена на электроэнергию растет вместе с ростом спроса. Эта более высокая стоимость побуждает предпринимателей разрабатывать методы производства электроэнергии с помощью технологий, которые в противном случае считались бы неконкурентоспособными. Со временем в эти технологии вносятся усовершенствования, снижающие стоимость производства электроэнергии.

В самом широком смысле преобразование солнечной энергии претерпело и продолжает развиваться, начав с водяных колес, ветряных мельниц и водяных турбин.Энергия ветра и гидроэлектроэнергия являются косвенными формами солнечной тепловой энергии. Солнечные дымоходы, солнечные башни и вихревой двигатель являются одними из самых последних предложений, с помощью которых можно вырабатывать электроэнергию из солнечной тепловой энергии. Масштабная модель солнечного дымохода мощностью 50 кВт уже несколько лет эксплуатируется в Испании, а масштабная модель вихревого двигателя проходит испытания в Юте.

Солнечная энергия используется для обогрева башни или дымохода, а также юбки вокруг основания башни.Нагретый воздух поднимается внутри дымохода и втягивает воздух через турбины, расположенные у его основания. Несмотря на то, что эффективность солнечных башен низка, они могут быть построены по конкурентоспособным ценам с точки зрения выходной мощности и конкурировать с мощностью солнечных тепловых паровых электростанций, а также фотоэлектрических технологий. Это крупномасштабная технология, в которой в качестве рабочего тела используется воздух и которая может значительно превосходить расчетную выходную мощность при меньших затратах, чем другие конкурирующие солнечные технологии, которые могут занимать ту же территорию.Солнечные дымоходы можно комбинировать с некоторыми типами фотоэлектрических преобразователей энергии.

В мире есть несколько регионов, где преобладающие ветры практически не меняют своего направления со сменой сезона. В этих регионах солнечные башни можно комбинировать с ветровой энергией для увеличения выходной мощности. Юбка в основании солнечных башен собирает солнечное тепло и предварительно нагревает воздух, прежде чем он пройдет через турбины и поднимется в дымоход. Эта юбка могла иметь полукруглую форму, чтобы захватывать ветер и направлять ветер к основанию башни.

Юбка спиральной формы могла захватывать большое поперечное сечение энергии ветра и направлять ее к наклонным впускным отверстиям в основании башни, создавая быстро вращающуюся воздушную массу или водоворот непосредственно внутри башни. Воздухозаборник очень большого поперечного сечения может улавливать большое количество энергии ветра, которая разгоняется до более высокой скорости в уменьшающейся площади поперечного сечения спирального участка. Он будет проходить через малую площадь поперечного сечения турбин с высокой скоростью, с высоким КПД и обеспечивать более высокую выходную мощность, которая будет основана на кубе скорости ветра, проходящего через турбины.

Диаметр основания полноразмерной солнечной башни может варьироваться от 200 футов (60 метров) до 600 футов (200 метров). Солнечная труба создаст зону низкого давления сразу после турбин в основании этих двигателей. Торнадо или циклон, выбрасываемый из верхней части вихревого двигателя, дает аналогичный результат, поскольку он будет тянуть турбины для выработки энергии. Направление энергии ветра в воздухозаборник с уменьшающимся поперечным сечением увеличит скорость воздуха, проходящего через разработанные турбины, повысит эффективность и увеличит выходную мощность.

Турбины с вертикальной осью

Для выработки электроэнергии может использоваться большая турбина с вертикальной осью, если солнечная юбка имеет спиральную конструкцию. В миниатюрном масштабе спиральная юбка будет напоминать компоновку турбокомпрессора двигателя грузовика, в котором корпус служит статором. Он вызывает вихревую скорость выхлопного газа перед его прохождением через турбину с радиальным потоком. Русский инженер предложил дизайн гигантского ветряка с вертикальной осью, который может ездить по рельсам.Эта концепция может быть использована внутри основания солнечной башни, оснащенной спиральным воздухозаборником. Каждая тележка могла нести лопатку турбины или аэродинамический профиль высотой с мачту яхты или высокого парусного корабля, достигающего 200 футов (60 метров) в высоту. Спиральная юбка гарантирует, что все вертикальные лопатки турбины будут передавать мощность во всех местах на 360 градусов.

Спиральный воздухозаборник, ведущий к наклонным вентиляционным отверстиям в основании солнечной башни, может создавать вихревую воздушную массу внутри башни.Эта концепция позволит достичь такого же результата, как и корпус турбонагнетателя в двигателе железнодорожного локомотива, который создает вихрь, который течет в турбину с осевым потоком. В мегамасштабе вихрь внутри солнечной башни будет течь в турбину с осевым потоком, установленную на высоте около 330 футов (100 метров) над землей. Его вес будет поддерживаться рельсами, построенными внутри стены главной башни, а также на стене центральной внутренней башни меньшего диаметра. Наружные рельсы будут нести как вертикальную нагрузку, так и растягивающую нагрузку или кольцевое напряжение, возникающее в результате скорости вращения каждой лопасти, создающей центробежную силу против рельса.Рельсовые колеса, на которых установлена турбина, также могут приводить в действие оборудование для выработки электроэнергии.

КПД и мощность

Пиковая изоэнтропическая эффективность больших турбин с вертикальной осью (с радиальным потоком) и больших турбин с осевым потоком может превышать 60% при умеренном ветре и повышаться до более 80% при сильном ветре. Поперечное сечение входа в спиральный воздухозаборник могло бы вдвое превышать поперечное сечение лопаток турбины. Это уменьшение площади поперечного сечения приведет к плавному увеличению скорости воздуха перед прохождением через турбины.Эффект удвоения скорости воздуха в спиральном воздухозаборнике повысит КПД турбины, а также повысит выходную мощность в восемь раз по сравнению с турбиной с вертикальной осью набегающего потока.

Башня с солнечным обогревом может служить вытяжной трубой, по которой воздух от турбин будет вытесняться в атмосферу. В некоторых местах обогреваемая башня может использоваться для создания вихря или торнадо, чтобы втягивать воздух через турбину мощностью до 200 МВт. Этот результат был рассчитан исследовательскими группами, такими как группа Solar Mission из Австралии, группа Vortex Engine из Канады и группа Floating Solar Chimney из Греции.Группа Vortex Engine даже предположила, что их конструкция может генерировать до 500 МВт мощности из башни диаметром 200 метров (656 футов). В настоящее время ведутся исследования, чтобы определить, будет ли вихрь вихревого двигателя продолжать работать в периоды сильного ветра.

Башня диаметром 600 футов могла иметь угловые воздухозаборники шириной 1000 футов у основания башни и возможной вертикальной высотой 200 футов. Он может пропускать воздух через турбины с плотностью 0,065 фунта на кубический фут и превышать мощность 140 МВт при изоэнтропическом КПД 60%.Эта мощность может возрасти до более 330 МВт при скорости воздуха 40 футов в секунду за счет турбин, имеющих изоэнтропический КПД 60%. Мощность 1 ГВт может быть возможна после того, как скорость воздуха превысит 50 футов в секунду за счет турбин, работающих с изоэнтропическим КПД 70%. Этот выход будет комбинированным выходом местного солнечного нагрева воздуха и удаленной солнечной тепловой энергии, которая порождает ветры. Дополнительная мощность станет возможной после установки на вышке гибких солнечных панелей от такой компании, как Daystar.Эти панели будут преобразовывать в основном ультрафиолетовый свет, в то время как тепло инфракрасного спектра может нагревать стены башни.

Выхлоп системы

Есть географические места, где солнечная башня высотой 200 метров (656 футов) могла бы продвигать закрученный вихрь высоко в атмосферу и создавать мощный вакуумный эффект сразу после турбины. Этот эффект вакуума повысит эффективность и мощность турбины. Статор выхлопных газов может потребоваться непосредственно после турбины с осевым потоком для поддержания вихря выхлопных газов.

Есть и другие места, где можно было бы использовать высокую башню вместо водоворота. Подходящим выхлопом может быть конструкция плавающей дымовой трубы высотой 1500 метров, разработанная в Греции. Его можно было прикрепить к башне высотой до 200 метров и сделать из железобетона. Такая башня могла бы разместить осевую турбину на высоте 100 метров. Солнечные башни, построенные очень большого диаметра и использующие осевую турбину и меньшую внутреннюю башню, могут использовать круговой массив из нескольких плавающих дымоходов для создания тяги турбины.

Высота бетонной башни могла бы быть уменьшена до менее чем 100 метров, если бы для выработки электроэнергии использовалась большая вертикально-осевая турбина с радиальным потоком. Плавающий солнечный дымоход мог быть прикреплен к такой башне и достигал высоты 1500 метров. Он будет сделан из легкого материала и удерживаться в воздухе рядом воздушных ячеек, содержащих легкий газ, такой как гелий. Возможно, удастся прикрепить гибкую фотоэлектрическую технологию от Daystar к конструкции плавающего дымохода для получения дополнительной мощности.

Подходящие места

В мире есть множество мест, где направление ветра очень мало меняется в зависимости от времени года. Сильные ветры дуют со средней части Атлантического океана через группу островов, известных как Малые Антильские острова, а также вдоль прибрежных районов таких стран, как Суринам, Гайана и Венесуэла. Некоторые из этих ветров дуют в странах Центральной Америки, таких как Гондурас, Никарагуа и Панама. Такие же сильные ветры дуют с южной части Атлантического океана в сторону побережья Бразилии между 5 градусами южной широты и тропиком Козерога.

Есть однонаправленные ветры, которые дуют в сторону Чили к югу от Вальпараисо, а также ветры, которые дуют на север вдоль прибрежных районов северной части Чили и южной части Перу. Подобные северные ветры дуют вдоль западного побережья Африки между тропиком Козерога и экватором, а также вдоль западного побережья Австралии около Перта. В основном однонаправленные ветры также дуют вдоль северо-восточного и южного побережья Австралии, над Тасманией, через южную часть Новой Зеландии, а также через самую южную оконечность Южной Африки.

Однонаправленные ветры также дуют из северной части Атлантического океана в Ирландию, Шотландию, над частью южной части Великобритании, а также в западной части Франции и северной Испании. Ветры, дующие на юг над Северной Африкой и Аравийским полуостровом, практически не меняются в зависимости от времени года. В местах, где выпадают частые и обильные дожди, дренажные системы должны быть включены в солнечные башни с ветровым наддувом. В других местах местная топография может повысить производительность таких двигателей.

Влияние гор

В мире есть множество мест, где однонаправленные ветры дуют в сужающиеся долины в течение всего года. В некоторых местах можно воспользоваться преимуществами таких особенностей, поскольку стены таких впадин могут служить внешними стенками для части воздухозаборника. К стенам долин можно было прикрепить кабели, чтобы стабилизировать солнечную башню от деформации и даже нести часть веса башни. Плавающий дымоход мог быть размещен на вершине стабилизированной башни и достигал расстояния до 2000 метров между турбиной и выходом.Башня, стабилизированная тросом, может разделиться на несколько частей, к которым могут быть прикреплены плавучие дымоходы для увеличения тяги на турбинах.

Некоторые долины ведут к тупикам, из которых набегающие ветры будут ускоряться вверх с большой скоростью. Такие восходящие потоки могли создавать тягу наверху башни и турбинам у ее основания. Восходящий поток также может поддерживать водоворот на выходе из башни. В других местах башня могла выпускать воздух вниз по течению в расширяющуюся долину, над которой можно было построить укрытие, чтобы тянуть турбины в башне.Могут быть возможности для использования других топографических характеристик для повышения производительности систем солнечных башен с наддувом ветра. Подходящие горы и ветры могут быть найдены в нескольких местах по всему миру, включая:

Анды вдоль побережья Чили и Перу.
Прибрежные горы Калифорнии и Центральные горы Нижней Калифорнии.
Центральные горы Панамы, Коста-Рики, Гондураса и Гватемалы.
Прибрежные горы на севере Испании.
Южные Альпы Новой Зеландии.

Выводы

Выходная мощность и эффективность таких двигателей, как солнечный дымоход, солнечная башня и вихревые двигатели, могут быть улучшены с использованием энергии ветра в регионах, где ветры являются однонаправленными круглый год. Производительность может быть дополнительно улучшена за счет использования тепловой энергии, вырабатываемой отходящим теплом тепловых электростанций, геотермальной энергией или концентрированным солнечным теплом. Солнечные отражатели могут быть размещены на разных высотах на горных склонах для увеличения нагрева стен более коротких солнечных башен и дымоходов.Хотя общая эффективность солнечных башен с ветровым наддувом может оставаться сравнительно низкой, они все же могут быть конкурентоспособными по сравнению со многими другими возобновляемыми технологиями с точки зрения производительности на единицу стоимости.

Солнечные дымоходы — обзор

6.1 Введение

Система солнечных дымоходов (SC) была впервые предложена в конце 1970-х профессором Дж. Шлайхом и протестирована на прототипе модели в Мансанаресе, Испания, в начале 1980-х [1 , 2]. По сравнению с традиционными системами выработки электроэнергии, система имеет следующие преимущества: более простая конструкция, более удобная вытяжка материалов, более высокая эксплуатационная надежность, меньшее количество работающих компонентов, более удобное обслуживание и ремонт, более низкие затраты на техническое обслуживание, отсутствие загрязнения окружающей среды, непрерывная стабильная работа. , и более длительный срок службы.Он имеет потенциал для удовлетворения потребностей в электроэнергии развивающихся стран и территорий, особенно в пустынях, где наблюдается нехватка электроэнергии, с широкими перспективами применения.

Поскольку системы SC могут внести значительный вклад в энергоснабжение тех стран, где много пустынных земель, которые не используются, в последние годы многие исследователи сделали отчеты об исследованиях по этой технологии и провели отслеживающие исследования. по системам SC.Пасумарти и Шериф [3,4] разработали математическую модель для изучения влияния различных условий окружающей среды и геометрии на характеристики потока и теплопередачи и выходную мощность солнечного дымохода, а также разработали три разные модели во Флориде и сообщили об экспериментальных данных. данные для оценки жизнеспособности концепции солнечного дымохода. Lodhi [5] представил всесторонний анализ эффекта дымохода, выработки энергии, эффективности и оценил стоимость установки SC в развивающихся странах.Бернардес и др. [6] представили теоретический анализ солнечного дымохода, работающего на естественной ламинарной конвекции в установившемся режиме. Gannon и Backström [7] представили анализ стандартного воздушного цикла SC для расчета предельных характеристик, эффективности и взаимосвязи между основными переменными, включая трение в дымоходе, систему, турбину и потери кинетической энергии на выходе. Ганнон и Бакстрём [8] представили экспериментальное исследование производительности солнечной дымовой турбины. Результаты измерений показали, что представленная турбина с дымоходом имеет общий КПД 85–90% и КПД от общего статического 77–80% в расчетном диапазоне.Позже те же авторы [9] представили аналитические уравнения с точки зрения расхода турбины, коэффициента нагрузки и степени реакции, чтобы выразить влияние каждого коэффициента на КПД турбины. Бернардес и др. В [10] была создана комплексная математическая модель системы КА на основе принципа баланса энергии. Pastohr et al. [11] выполнили двухмерное стационарное численное моделирование всей системы СК, которая состоит из слоя накопителя энергии, коллектора, турбины и дымохода, и получили распределения скорости, давления и температуры внутри коллектор.Schlaich et al. [12] провели анализ принципа действия КА-системы и предсказали перспективы коммерческого применения крупномасштабных КА-систем. Ming et al. [13] разработали комплексную модель для оценки производительности системы SC, в которой дополнительно исследовалось влияние различных параметров на относительное статическое давление, движущую силу, выходную мощность и эффективность. Преториус и Крегер [14] оценили влияние разработанного уравнения конвективного теплопереноса, более точного коэффициента потерь на входе турбины, качества кровельного стекла коллектора и различных типов грунта на производительность крупномасштабной системы SC.Билген и Рео [15] разработали систему SC для производства энергии в высоких широтах и оценили ее характеристики. Кунсрисук и Читсомбун [16] предложили безразмерные переменные для руководства экспериментальным исследованием потока в мелкомасштабном солнечном дымоходе и использовали методологию вычислительной гидродинамики для изучения результатов, которые использовались для доказательства подобия предложенных безразмерных переменных. Maia et al. [17–19] дали подробные теоретические оценки влияния геометрических параметров и материалов на поведение воздушного потока в прототипе солнечного дымохода и проанализировали характеристики воздушного потока систем, которые могут быть использованы в качестве осушителя в сельском хозяйстве.Ming et al. [20] провели численное моделирование систем SC, соединенных с 3-лопастной турбиной, на испанском прототипе в качестве практического примера и представили дизайн и моделирование системы SC с 5-лопастной турбиной с классом MW, результаты которого показывают что соединение турбины увеличивает максимальную выходную мощность системы, и КПД турбины также относительно высок. Ming et al. [21] установили различные математические модели для коллектора, дымохода и слоя накопления энергии и проанализировали влияние солнечного излучения на характеристики накопления тепла в слое накопления энергии.Чжоу и др. В [22,23] представлены некоторые экспериментальные и численные результаты экспериментального оборудования КА. Ming et al. [24] представили простой анализ тепловых характеристик солнечных дымоходных систем выработки энергии.

Накопитель энергии, без которого вся система не могла бы работать непрерывно в ночное время, несомненно, играет важную роль в выходной мощности солнечной дымоходной системы. Часть солнечного излучения поглощается слоем накопителя энергии в дневное время и выделяется ночью или в дни с пасмурной погодой.Pastohr et al. [11] представили результат численного моделирования, в котором слой накопителя энергии считался твердым. Слой накопления энергии, однако, можно рассматривать как апористую среду, поскольку внутри твердой матрицы течет воздух, особенно когда системы солнечных дымоходов построены в Гоби или пустынной местности на северо-западе Китая со слоем накопителя энергии из гравия. или песок. В этой главе проводится нестационарное сопряженное численное моделирование солнечной дымоходной системы со слоем накопителя энергии, коллектором и дымоходом.Однако нет необходимости принимать во внимание турбину для двухмерного осесимметричного потока, поскольку двухмерная турбина может описывать только характеристики потока и теплопередачи системы с идеальным падением давления в определенном месте. Кроме того, учитывается влияние характеристик аккумулирования тепла в слое аккумулирования энергии на воздушный поток и характеристики теплопередачи системы.

Комплексное исследование солнечной дымовой электростанции с ветровым наддувом в сочетании с опреснением морской воды

https: // doi.org / 10.1016 / j.solener.2018.03.041Получить права и контент

Основные моменты

•: На основе SCPPCSD предлагается нагнетательное устройство, называемое вентилятором давления ветра.
•: Проведено нестационарное численное моделирование ветрового вентилятора.
•: Проанализированы характеристики поля течения и рабочие параметры данного устройства.
•: Сравнение SCPP, SCPPCSD и WSSCPPCSD проводится с постоянным расчетом.
•: Использование солнечной энергии в SCPP увеличивается на 70% благодаря предлагаемому устройству.

Abstract

В данном исследовании была предложена модель солнечной дымовой электростанции с ветровым наддувом в сочетании с опреснением морской воды (WSSCPPCSD). Интегрированная система была разделена на ветровой вентилятор и систему выработки солнечной энергии через дымоход для численного моделирования. Было проведено трехмерное нестационарное численное исследование на ветровом вентиляторе, а также численное исследование установившегося режима на солнечной дымовой системе выработки энергии.Были проанализированы характеристики поля течения и рабочие параметры двух подсистем. Впоследствии было проведено сравнение между солнечной дымоходной электростанцией (SCPP), солнечной дымовой электростанцией в сочетании с опреснением морской воды (SCPPCSD) и WSSCPPCSD. Результаты показывают, что, хотя SCPPCSD может значительно улучшить комплексное использование солнечной энергии, выработка электроэнергии снижается. Вентилятор давления ветра, предложенный в этой статье, может не только значительно увеличить выработку электроэнергии, но и увеличить производство пресной воды за счет создания отрицательного давления 64.5 Па на выходе из дымохода. Было обнаружено, что при 800 Вт / м ² было получено увеличение выходной мощности примерно на 14,7 кВт и увеличение почасовой выработки пресной воды на 30 г / ч.

Ключевые слова

Солнечный дымоход

Вентилятор давления ветра

Лопасть ветрового колеса с вертикальной осью Н-типа

Опреснение морской воды

Численное моделирование

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

Цитирование статей

«Великобритания вводит новый закон о замене дымовых труб ветряными турбинами».

Новости из мира природы: Правительство Великобритании приняло новый закон о замене всех дымоходов ветряными турбинами.

Новости из мира природы: Правительство Великобритании приняло новый закон о замене всех дымоходов ветряными турбинами. Спорный законопроект в просторечии известен как «Закон о Санта-стопоре» .Законопроект был принят Палатой общин большинством в 451 человек из 198. В Палате лордов ожидалось сопротивление, однако он был принят подавляющим большинством в 511 человек и 139 против. Законопроект стал известен как «Закон о Санта-стопоре» из-за весьма спорного решения запретить все дымоходы в новых домах в Великобритании и заменить их ветряными турбинами, устанавливаемыми отдельно. Ветряные турбины будут предлагать дополнительную электроэнергию наряду с солнечными батареями.Образ дымящихся труб и сонных деревень наверняка останется в прошлом.

Новый закон заменит дымовые трубы ветряными турбинами

Типичный дом в Великобритании ежегодно потребляет примерно 10932 (кВтч) электроэнергии (911 кВтч в месяц). В зависимости от средней скорости ветра в данной местности, ветряная турбина мощностью от 5 до 15 кВт внесет значительный вклад в удовлетворение этого спроса. Фактический размер ветряных турбин Первоначально законопроект был неоднозначным, но с тех пор получил одобрение общественности.Это связано с тем, что интерес домовладельцев к альтернативной энергии быстро растет. Правительство Великобритании предложило, чтобы способность домовладельцев вырабатывать собственные возобновляемые источники энергии имела решающее значение.