Жизнь без проводов Как изготовить ветроэлектростанцию для электроснабжения дома Александр Горбунов
Предисловие
Для кого будет полезно это руководство?
За подключение к электрическим сетям энергомонополисты, как правило, выставляют космические цены.
Собственная ветроэлектростанция станет в этих случаях отличным решением. Так же, как и там, где вообще нет сетей — в деревнях, отдаленных посёлках, усадьбах, охотничьих и крестьянских хозяйствах.
Более того, описываемая в руководстве конструкция ветроэлектростанции очень простая. Если собрать несколько таких ветрогенераторов, можно закрыть не только свои потребности в электричестве, но и при достаточной смекалке зарабатывать деньги, продавая её односельчанам.
Сколько стоят материалы?
У всех разные возможности — ориентировочно 250–450 долларов для ветроэлектростанции с макcимальной мощностью 1 Квт.
Сложность сборки.
Описана самая простая конструкция из материалов, имеющихся под рукой. Требуется только желание. При наличии материалов ветроэлектростанция собирается за 3–5 дней.
Что нужно, чтобы начать. Механическая часть
Ветроэлектростанция, конструкция и технология изготовления которой будет рассказано ниже, имеет очень легкий старт — это означает, что она начинает вращаться при очень низких скоростях ветра и производит энергию уже при скорости ветра 3 м/с. В качестве материалов для изготовления помимо стальных труб, использованных запасных частей от автомобиля, фанеры и сухих досок для лопастей, проволоки были использованы 24 магнита диаметром 5 сантиметров и толщиной 1,3 сантиметра из NeFeB. Купить их не сложно.
Изготовление ветроэлектростанции проводилось из тех материалов, что имелись под рукой, поэтому руководство не содержит точных размеров. Каждый человек, который заинтересуется изготовлением ветроэлектростанции, может легко масштабировать конструкцию для своих конкретных целей с применением доступных материалов.
Из инструментов используются обычные электроинструменты — дрель, электроножовка, столярные ручные инструменты для строгания, которые могут понадобиться при изготовления лопастей, а также сварочный аппарат, болгарка для резки и изготовления кронштейна крепления статора и флюгера. Тот минимум токарных работ, о котором будет сказано ниже, не являются необходимым и их целесообразность определяется имеющимися возможностями.
На изготовление этой ветроэлектростанции в среднем потребуется около 30 часов при наличии необходимых материалов. Наиболее затратная часть ветроэлектростанции — это магниты из NeFeB. Они стоят 150–250 долларов. Заказать их несложно в интернете, либо подобрать имеющиеся. Остальные затраты зависят от того, какие вы используете материалы — новые или бывшие в употреблении. Тем не менее общая сумма затрат на изготовление ветроэлектростанции — примерно 400–500 долларов.
Ветроэлектростанции подобного типа и мощности фабричного изготовления стоят гораздо дороже, что является хорошим стимулом к началу работы. Ниже приведена фотография того, с чего следует начать изготовление ветроэлектростанции. Это стойка в сборе с тормозным диском от автомобиля Volvo 240. Можно использовать подобный узел от любого автомобиля, внося соответствующие изменения.
Вы можете найти подобный узел на разборе или, если заказать «с нуля».
Нам нужно снять эту стойку, убрать пружину и части тормозной системы. Volvo 240 имеет 10-дюймовый тормозной диск, но можно поставить диск большего размера от более современных Volvo или других автомобилей.
В данном руководстве использованы 2 диска на 11 дюймов, которые послужат арматурой для нашего генератора, на каждом из которых будет закреплено 12 магнитов.
Ниже на фото показана обработка дисков на токарном станке для получения фаски по окружности для более точного размещения магнитов.
Как было сказано выше эта операция может быть заменена или опущена, если для ее проведения нет возможности.
Следующая операция — на токарном станке: высверливание отверстия в центре тормозного диска, для того чтобы ступица колеса, которая будет использована ниже, могла свободно войти внутрь.
Рисунок показывает это наглядно. На эскизе показано, как пять стальных шпилек (диаметром 12 мм) будут удерживать всю конструкцию вместе. Катушки для генерации энергии будут находиться между двумя тормозными дисками, между магнитами. Лопасти на ступице в конструкции будут крепиться с наружной стороны закрепленных тормозных дисков. Также из рисунка видно для чего рассверливался один из дисков — чтобы ступица ветроколеса могла свободно войте вовнутрь.
На приведённом эскизе показан принцип установки дисков с закреплёнными магнитами. Повторюсь, что точные размеры не имеют значения. Конструкция может быть изменена, как в сторону увеличения мощности, так и в сторону уменьшения выходной мощности.
На фотографии показаны снятые и обработанные на токарном станке тормозные диски. Они уже очищены, обезжирены и готовы к наклеиванию магнитов.
Далее, на фото показана нарезка заготовок на ленточнопильном станке. Можно с таким же успехом использовать болгарку. Удобно иметь список размеров необходимых заготовок. Нужно нарезать 1,5 м трубы необходимой длины, 5 шпилек 12 мм 25 см длины, 3 отрезка 12 мм шпилек по 15 см длины, 1 кусок трубы 15 см длины и 1 отрезок дюймовой около 15–17 см длины.
Также понадобятся 3 отрезка полосы шириной 5 см из стали толщиной 3–4 мм, которые необходимо будет сварить под углом 120 градусов. Это будет заготовка для кронштейна, на котором будет крепиться неподвижный статор.
На фото ниже изображены результаты этой работы.
Фотография ниже показывает стойку автомобиля, освобожденную от навесных частей и ниже.
На эскизе, на следующей странице, показано, как её разрезать.
Это понадобится, чтобы изготовить ограничитель для защиты от сильных порывов ветра, для того чтобы лопасти, вращаясь вокруг оси избегали нагрузок, когда порывы превышают их прочность. При сильном ветре хвост, складываясь, снижает ветровую нагрузку на лопасти.
Угол под которым приварен шпиндель, указанный на рисунке выше, не критичен, главное, чтобы центр тяжести шпинделя ветроколеса находился на 10–12 см в стороне от основной трубы, которая крепится на мачте.
На фотографии показана снятая автомобильная стойка, приготовленная для переделки.
Ниже, на следующей картинке, показаны три готовые детали для трёх ветроэлектростанций.
Это сваренные кронштейны с осью для установки роторов с магнитами. На эскизе показаны места резки.
Вверху — ещё один эскиз, который демонстрирует принцип работы складывающегося хвоста ветроэлектростанции. Показано также, как приварить стержень флюгера к бывшей автомобильной стойке.
Очень важно выдержать угол в 20 градусов при сборке флюгера. На рисунке видно, что труба флюгера — диаметром 3/4 или 20 мм должна вращаться вокруг оси.
В нескольких точках сделаны вырезы в трубе, к которой приварена труба флюгера. Это сделано для ограничения хода флюгера при вращении под порывами ветра и возврате в нормальное положение.
Принцип действия защиты от порывов ветра легко понять по рисунку. Резкий порыв ветра поворачивает узел с лопастями вокруг оси генератора, на основании которого, под углом, находится ось хвоста флюгера. Лобовое сопротивление лопастей уменьшается. Хвост тоже поворачивается и поднимается, так ось вращения приварена к основанию под углом. Поэтому центр тяжести флюгера оказывается выше своего обычного рабочего положения.
Когда сила ветра снизится, флюгер своей тяжестью возвращает лопасти в исходное рабочее положение. Это довольно простое механическое решение позволяет обойтись без сложных электронных систем контроля скорости ветра, упрощая и снижая стоимость конструкции.
Изображен кронштейн для упомянутого выше статора и как он приварен в конструкции. Теперь можно приступить к изготовлению генерирующей энергию части ветроэлектростанции или альтернатора.
Изготовление электрической части ветроэлектростанции
По эскизу изготовлены статоры для альтернатора. Они изображены на фото внизу. Показаны кронштейны с приваренными к ним шпинделями — осями вращения роторов.
Справа виден статор, установленный на ось.
Теперь нужно приступить к процедуре изготовления статора генератора. Для этого нужно намотать все катушки статора. Сначала нужно сделать устройство, чтобы упростить работу.
Оно изготавливается из фанеры толщиной 10 мм, шпильки диаметром 6 мм и длиной 23 сантиметра.
На эскизе ниже показана конструкция. Устройство для намотки катушек необходимо для намотки 9 одинаковых обмоток для генератора. Каждая катушка имеет 65 витков эмалированного провода (2–3 мм).
Устройство для намотки катушек изготовлено из 2 дисков диаметром 10 см. В центре просверлено отверстие 6 мм для крепления на шпильке.
Ось и ручка сделаны из шпильки диаметром 6 мм. Первый, ближний к ручке диск сделан из фанеры, толщиной 6 мм, насажен на шпильку плотно и приклеен.
Средняя часть из материала толщиной 10 мм, торцы центральной части сделаны гладкими, чтобы намотанная обмотка легко снималась с приспособления.
Второй диск сделан с щелью, в который пропускается намоточный провод и выводятся концы провода в начале намотки.
Перед тем как использовать устройство его необходимо смазать, чтобы исключить прилипание и приклеивание провода и для лучшего снятия после намотки.
Второй диск устанавливается на шпильку поверх средней части и крепится гайкой, затем провод пропускается в щель.
Нужно оставить свободный конец около 25 см и потом производится намотка с достаточным усилием. После намотки катушка пропитывается подходящим клеем, чтобы витки надежно склеились друг с другом. Рисунок ниже демонстрирует результат работы.
После того, как будут сделаны 9 обмоток, можно приступить к изготовлению статора. Сначала сделаем форму для статора. Основные параметры этой детали приведены на
рисунке ниже.
Это делается просто — вырезать из куска фанеры или листового пластика, затем жирным маркером отмечаются места под установку катушек — сектора по 40 градусов. Также нужно обвести маркером края заготовки, как показано на фотографии. Линии должны быть достаточно четкими, чтобы их можно было видеть через лист плексигласа или оргстекла.
Красные пятна на фото — это шпаклевка для устранения трещин и вмятин в дереве. Следующий этап нанесение разделительного слоя на основу. Это делается при помощи автомобильной полировочной пасты на основе силикона. Можно заменить мыльным раствором.
Эскиз формы.
Ниже фотография готовой формы.
Теперь нужно вырезать два кольца из плексигласа, фибергласа или оргстекла соответствующего размера для усиления статора.
Заливка формы.
Кольцо имеет 35,5 см наружного диаметра и 13,0 см внутреннего диаметра. Используется каждое из этих колец с обеих сторон катушек для усиления конструкции.
Нужно удалить лишний разделительный слой с формы. Затем нужно взять немного полистирольной смолы, либо клея на ее основе, можно использовать любой подходящее связующее. Нужно поместить немного смолы на дно формы, затем кольцо из оргстекла и на него нанести еще смолы. Работать со смолой нужно в резиновых перчатках. Кольцо полностью смазывается смолой. Кольцо, намоченное в смоле, сохраняет некоторую прозрачность, это необходимо, для того чтобы были видны места под установку катушек, отмеченные маркером на дне формы.
Далее — укладка готовых катушек и заливка смолой.
Фотография показывает катушки помещенные на кольце из оргстекла. Нужно расположить их очень плотно друг к другу, причём необходимо разместить катушки как можно ближе к центру статора, для того чтобы магнитный поток вращающихся магнитов проходил через всю площадь занимаемую обмотками.
Проводники от обмоток нужно вывести наружу в определенном порядке. Каждая катушка имеет начало — внутренний проводник и конец — внешний. Теперь нужно добавить еще смолы и талька или другого наполнителя и перемешать их в соотношении 1 к 1. Он добавляет прочность в смеси, которой покрывают катушки сверху и затем закрывают оставшимся кольцом из оргстекла.
Теперь всю конструкцию следует накрыть крышкой и прижать сверху грузом, оставить в таком состоянии на ночь. Статор готов. Теперь нужно закрепить его на кронштейне между двумя дисками с магнитами. На следующем фото показаны 3 ротора с наклеенными магнитами.
Внизу — готовые роторы.
На фотографии — 3 готовых статора, очищенных от смолы после того, как их вытащили из основы. Ниже видны готовые собранные конструкции поворотных узлов, готовых к монтажу. Катушки залиты смолой между двумя кольцами огрстекла.
Далее видно, как статор установлен на шпинделе ветроколеса и отцентрован. Так как статор имеет 35,5 мм в диаметре и каждое из 3 лепестков крепления поворотного устройства — примерно 18 см, края статора оказываются наравне с краями креплений.
В статоре нужно просверлить 3 отверстия диаметром 12 мм для болтов. Сначала статор был закреплен в тисках, а потом, после точного измерения просверлены 3 отверстия, совпадающих с отверстиями в лепестках крепления. Важно при этом не повредить проводники катушек. Если катушка будет повреждена нужно будет статор делать снова.
Теперь статор готов, осталось соединить концы катушек. Еще необходимо разместить и приклеить на тормозные диски магниты.
На фотографии показан процесс наклеивания магнитов. В процессе приклеивания не имеет большого значения точность приклеивания магнитов. Самое главное — не забыть: соседние магниты должны быть установлены в определённом порядке, с учётом расположения их полюсов: южный, северный, южный, северный и т. д.
Нужно заметить, что приклеивать лучше по одному магниту, чтобы их взаимодействие не мешало в процессе установки.
Итак мы установили магниты, чередуя полюса, при этом полезно использовать для точности шаблон для того, чтобы выдержать примерно одинаковые расстояния между магнитами. В конструкции, изображенной на фотографиях промежуток равен примерно 9 мм. После того, как магниты установлены через равные промежутки они заливаются быстросохнущим клеем.
После того, клей высохнет, у нас будет готов диск с 12 мощными приклеенными магнитами. Теперь их нужно очистить от излишков клея, пыли. При работе следует сохранять меры предосторожности, так как, если магниты достаточно мощные, сила притяжения между роторами может повредить пальцы.
Теперь нужно из тонкого пластика или картона сделать полосы, которые нужно обернуть и закрепить снаружи и изнутри диска с приклеенными магнитами. После этого следует аккуратно заполнить полости между магнитами эпоксидной, полиэфирной смолой или другим связующим, перемешанной с тальком или другим наполнителем. Верхняя поверхность магнитов должна оставаться чистой. Предварительно поверхности нужно обезжирить.
Ступица автомобильного колеса имеет шпонку, которая держит обод колеса автомобиля. Ее просто выбить ударом молотка.
Внизу показан этот процесс.
Ниже на столе — подготовленные ступицы ротора со шпильками в сборе. После того, как из ступицы была выбита шпонка, ступицы насаживаются на шпильки, диаметром 12 мм, длиной 25 см. Закрутив гайки, нужно оставить 25 мм резьбы для дисков с магнитами и еще одной гайки для крепления диска с противоположной стороны.
Для увеличения прочности соединения, полезно смазать резьбу суперклеем. На этом фото показана насадка нижнего ротора с магнитами. Так как магниты притягивают ступицу со шпильками, лучше выполнять эту работу вдвоем.
Работу нужно выполнять очень деликатно, чтобы не испортить резьбу. После установки нужно закрутить диска снаружи пятью гайками намертво.
На фото — один из дисков с магнитами, установленный на ступицу.
На фотографии — ротор с магнитами, в сборе установленные на шпинделе кронштейна и сверху надет статор.
На этом этапе ротор можно вращать и тем самым еще раз убедиться в правильной центровке. Теперь нужно закрепить 3 болтами статор на лепестках креплений кронштейна и затянуть гайками. Нужно закрепить так, чтобы вращающийся ротор и статор имели между собой минимальный и постоянный промежуток. Теперь имеется ротор с закрепленным статором на кронштейне и наступает этап соединения выводов катушек и проверки статора. Естественно, выходная мощность с одним ротором будет меньше расчетной, но зато это поможет проверить фазы ротора и его работоспособность. Нужно скрутить выводы катушек и желательно обжечь их с помощью газовой горелки. Нужно нагреть выводы, пока не обгорит эмаль и зачистить шкуркой.
На следующем рисунке показан порядок соединения выводов катушек. Так как имеется 9 катушек и требуется получить 3 фазы, то катушки должны быть соединены в 3 группы. На первом этапе необходимо соединить выводы катушек, по выводу от каждой из 3 штук. Каждый вывод катушки имеет начало и конец. Каждая фаза имеет 3 катушки и производит сдвиг фазы 120 градусов.
Статор закреплён прочно на лепестках, расстояние между статором и нижним диском с магнитами — минимально. Схема соединений обмоток — внизу.
Нужно взять начало-вывод одной катушки и соединить с концом следующей, а начало следующей с концом катушки, которая идет третьей. Соединенные выводы — это выводы статора. Как только все будет соединено, можно проверить фазы с помощью вольтметра. Раскручивая немного ротор, легко увидеть, что даже с одним магнитным диском получается около 10 вольт. На рисунке выводы обозначены как A,B,C и X,Y,Z. Поскольку нужен 12 вольтовый генератор, выводы нужно соединить X и A, Z и B, C и Y. Лучше использовать стандартные разъемы или клипсы для присоединения фаз статора. В данной конструкции используются для крепления латунные болты и медные прижимная шайба с гайкой. Это делает довольно легким присоединение выводов.
Теперь для проверки фаз нужно вращать рукой магнитный диск и измерить напряжения попарно между двумя выводами фаз.
Вольтметр будет показывать около 10 вольт. Указанное выше соединение выводов называется соединение «треугольником», чтобы получить 24 вольта нужно использовать соединение «звездой». В этом случае нужно просто соединить ABC, а X,Y,Z будут выводами фаз. Это дает напряжение фаз в 1,7 раз больше и это более подходит для систем с выходным напряжением на 24 вольта. Трудно сказать какая система лучше — 12 вольт или 24 вольт. Но для 24 вольтовой потребуется провода меньшего диаметра, так как рабочая сила тока генератора будет меньше.
На фото изображен статор, подсоединенный к вольтметру, видны 3 болта, используемых для присоединения фаз.
Следует покрыть эпоксидной смолой выводы фаз вместе с контактными болтами, чтобы исключить вибрацию и разрыв контакта.
Теперь нужно подготовить второй магнитный ротор. На втором диске еще нет магнитов, поэтому его проще держать.
Нужно сначала перевернуть диск обратной стороной, чтобы магнитная сила второго диска не мешала и сравнить совпадают ли отверстия со шпильками для крепления. Обычно при сборке шпильки несколько уходят в сторону, но это не страшно и не мешает последующей установке ротора. Измеряя расстояние от одной точки на статоре нужно как можно лучше совместить ступицу со шпильками. В процессе выравнивания нужно совместить шпильки с отверстиями на втором роторе. Совместив, нужно насадить второй ротор на шпильки, как показано на фото.
Как только ступица со шпильками собрана, нужно определить зазор и зафиксировать его гайками на шпильках, чтобы закрепить внешний ротор с магнитами на некотором расстоянии от статора.
Чем ближе к обмоткам катушек статора будет вращаться ротор с магнитами, тем больший магнитный поток будет проходить сквозь обмотки и тем выше КПД ветрогенератора. Позже ротор будет жёстко закреплён сверху гайками.
Нужно расположить ротор так, чтобы расстояние до поверхности магнитов было одинаковым по всей окружности вращения. Сначала нужно точно измерить расстояние между статором и роторами.
Измерив, установить второй ротор, попробовать его вращать. При установке нужно соблюдать осторожность, чтобы на повредить пальцы, так как первый ротор будет взаимодействовать со вторым своей магнитной силой. Используемые неодимовые магниты очень мощные, можно прижать пальцы к статору и повредить их.
Ротор должен вращаться свободно и плавно. Теперь его нужно снять. На следующем этапе нужно сделать отметки для приклеивания магнитов на роторе. Это важная операция и её нужно выполнить очень аккуратно. Каждый северный полюс на одном роторе должен находиться напротив южного на другом.
Рисунок ниже демонстрирует порядок размещения магнитов на роторах. Размечать лучше для пары магнитов сразу, это позволит выполнить работу точнее. Отметки нужно делать краской или жирным маркером, чтобы они не стерлись впоследствии.
На эскизе на противоположных дисках установлены магниты разными полюсами. Южный полюс одного магнита напротив северного другого.
По отмеченным местам теперь нужно разместить и наклеить магниты так же, как это было проделано ранее. Следующий этап — подготовка для монтажа второго диска.
Как описано выше, второй ротор с магнитами устанавливается с зазором, выставленным с помощью промежуточных гаек.
Они позволяют его отрегулировать и выдерживать зазор постоянным при вращении. Нужно все проверить очень тщательно. Допустимо только небольшое колебание между роторами и статором.
Если зазор велик, то ротор нужно снять и отрегулировать снова зазор гайками. Также, если ранее центровка роторов была проведена неточно, то это также приведет к большим колебаниям относительно оси статора, что может снизить эффективность работы ветрогенератора. Таким образом нужно дважды и, даже, трижды проверить зазор перед установкой второго диска.
На фото внизу показан собранный генератор, в основном, готовый.
Установка второго диска, описанная выше, может быть покажется сложной, но возможны и другие варианты, зависящие от имеющихся навыков, инструментов и времени. Притяжение между магнитами очень велико и, поэтому, следует быть осторожным при монтаже. Сила взаимодействия между магнитами очень велика. Нужно, аккуратно удерживая верхний диск совместить отмеченные отверстия как можно точнее со шпильками на ступице. Затем быстро опустить вниз ротор на ступицу так, чтобы он зафиксировался над ступицой. Это достаточно трудоемкая задача, учитывая силу взаимодействия неодимовых магнитов с металлом. Поэтому, если ротор не будет сразу установлен правильно на ступице, эту операцию придется выполнить снова.
Можно упростить задачу, если выточить ступицу из нержавеющей стали, но это приведёт к значительному удорожанию конструкции.
Если ротор установлен с небольшим перекосом, нужно провернуть его вокруг оси, чтобы он занял более точное положение. Теперь нужно медленно и осторожно опускать ротор вниз, он будет притянут на гайки, ограничивающие его положение, относительно статора. Желательно использовать на этом этапе вспомогательные инструменты и приспособления, например, съемники.
Это очень важно, так как если ротор встанет неправильно, без съемника снять его будет невозможно. После этого можно попробовать вращать ротор.
Если при вращении диска расстояние относительно статора сильно колеблется, то это устраняется регулировкой нижних гаек.
После такой балансировки следует зафиксировать положение ротора верхними гайками. Обычно на этом этапе особых проблем не возникает. Зазор между статором и диском — около 1,5 мм. Следующий шаг — проверка выходной мощности альтернатора. При скорости вращения 60 об/мин, между фазами должно появляться 6 вольт переменного тока.
На эскизе вверху показан самодельный съемник, который использовался при установке диска. Конструкция, конечно, не является совершенной, но позволяет довольно легко, если потребуется удалить верхний диск от нижнего на достаточное расстояние, чтобы можно было снять верхний диск рукой.
Фото установки диска.
На фотографии внизу изображен вырез в трубе для флюгерного устройства, которое ограничивает складывание системы при сильном ветре.
Вырез усилен сварочным швом. Он позволит хвосту флюгера вращаться вокруг оси и складываться при сильном ветре, при этом должен отклоняться только на небольшой угол, в зависимости от положения оси лопастей. Чтобы определить положение и размеры этого выреза, нужно сначала приварить короткую дюймовую трубу к трубе флюгера и отметить максимальное положение, относительно оси вращения лопастей со статором. То есть, труба флюгера в предельной позиции не должна задеть другие узлы генератора. Теперь верните трубу флюгера в нормальное рабочее положение и сделайте отметки пределов складывания на трубе и далее сделать вырезы по отметкам.
На практике не все получается идеально, впоследствии может потребоваться дополнительная регулировка крайних положений складывания. В ряде случаев, легче удлинить хвост флюгера, чем снимать всю конструкцию заново, вырезать и переделывать вырез трубы.
Внизу — вырез — ограничитель в трубе флюгера.
На фото — три готовые собранные ветрогенератора, пока без лопастей.
Собранные ветроэлектростанции, почти полностью готовы, остается сделать перо флюгера, лопасти и покрасить.
Перо флюгера будет установлено на стальные пластины крепления, шириной 25 мм, толщиной 3мм, приваренных к трубе флюгера. Труба флюгера — 20 мм диаметром, 1,5 м длиной. Сама деталь сделана из 10 мм фанеры и имеет площадь около 0,5 кв. м.
Готовое перо флюгера — на фото снизу. Тут, кстати, очень удачно показана вся конструкция ветроэлектростанции.
Так выглядит ветроэлектростанция после зачистки и окраски.
Изготовление лопастей и установка
Ниже приведен эскиз для изготовления лопастей. Все приведенные расчеты на рисунке не являются строго и математически рассчитанными, как должно показаться. На самом деле все обстоит гораздо проще.
Лопасти могут отлично работать при всего при 5 градусах угла атаки (угол между плоской поверхностью лопасти и кривой), относительно основания. Лопасти могут изготовлены и без угла, т. е. иметь прямой профиль. Это могут просто плоские лопасти, установленные под углом 5 градусов. Одна из причин, по которой сделаны лопасти с обработкой профиля — сделать их более привлекательными внешне. Они могут иметь другой угол установки и другой дизайн, но при изготовлении этой ветроэлектростанции и десятка подобных простого решения было вполне достаточно. Нет смысла углубляться в сложные математические расчеты аэродинамических поверхностей, так как изготовленные приведенным выше способом показывают отличные результаты. Эти лопасти изготовлены с целью использования в условиях низких ветров поэтому их диаметр выбран 2,70 м.
Конструкция генератора такова, что он выдает свою номинальную мощность при скорости ветра около 9 м/с. Так как основной диапазон ветров лежит между 4 и 8 м/с, то ветроэлектростанция предназначена для работы именно для этих ветров и нет смысла пытаться учитывать ветры более низкие или более высокие.
Изготовление лопастей начинают с того, что нужно приготовить доски 1,5 м длиной, 19 см шириной и 4 см толщиной. Затем по шаблону вырезать заготовки лопастей.
Толщина лопасти на конце — 1 см, в то время как у основания — полная толщина доски — 4 см, поэтому нужно снять немного материала от начала лопасти, т. е. от места крепления к концу.
На рисунке вверху показан этот процесс обработки на ленточнопильном станке. Следует оставить небольшой запас для подгонки. Далее показан процесс обработки поверхности лопасти, с помощью строгального ножа, наилучшим образом подходящего для этой цели. На эту операцию уходит примерно 15 минут. Строгальный нож позволяет сделать работу быстро и аккуратно. Затем производится шлифовка ручной шлифмашиной.
Отметка кромки для обработки угла атаки.
Сначала с помощью шлифмашины обратная сторона заготовки приводится к одинаковой толщине по всей длине. Затем проводится линия на расстоянии равном 1/3 ширины заготовки от передней, лидирующей кромки. Потом строгальным ножом удаляется древесина до треугольного профиля. Окончательная обработка производится шлифовальной машиной до получения отличной, плавной аэродинамической поверхности.
На фотографии показана окончательно отделанная поверхность лопасти.
На изготовление лопастей затрачивается не так много времени, как кажется на первый взгляд. Возможно, тщательное удаление трещин и вмятин займет больше времени. Обработку проводить лучше пооперационно, т. е. каждая операция обработки производится поочередно с каждой заготовкой лопасти. В работе лучше использовать шаблоны для получения одинаковых результатов. После изготовления лопастей их нужно соединить вместе. Для этого изготавливается ступица лопастей — 2 диска из фанеры толщиной 12 мм дюйма. В нашем случае один — верхний имеет 20 см в диаметре, второй — 25 см. Чем больше диск, тем он крепче.
Сборка лопастей. Для того, чтобы собрать ветроколесо, нужно уложить лопасти на ровную поверхность и измерить тщательно расстояния между вершинами лопастей, края лопастей, которые будут соединяться нужно соединить в центре. Теперь, определив центр, нужно закрепить несколькими винтами диск фанеры. На одну лопасть расходуется 10 штук. Перевернув лопасть, следует закрепить второй диск. Собранное колесо нужно покрасить водостойкой краской. Можно ограничиться пропитыванием горячей олифой.
Теперь осталось отбалансировать лопасти, присоединить провода. Балансировка проводилась просто — вращением ветроколеса и, на той стороне, которая оказывалась тяжелее крепились на винтах расплющенные свинцовые пластинки. Если это окажется недостаточным, можно добавить шайбы под гайки крепления роторов.
Теперь об установке.
Для установки нужно изготовить мачту, высотой около 9 метров. В нашем случае были использованы остатки металлолома, найденные недалеко от дома. Если есть возможность, лучше сделать мачту повыше, в нашем случае были применены доступные материалы.
Место для установки нужно выбрать свободным от препятствий, чтобы они не ослабляли ветер.
Вместо бетонного основания, мачта устанавливалась на природный камень, изображенный на фотографии. Предварительно в нем сделали перфоратором несколько 12 мм отверстий. В них были забиты кувалдой штыри из арматуры, далее к ним приварили кусок швеллера. Поверхность швеллера была проверена по уровню. Уровень поверхности швеллера желательно выбрать одинаковым с уровнем почвы для упрощения подъема и опускания мачты ветроэлектростанции. На практике приходится, учитывая местный рельеф, производить установку, исходя из имеющихся возможностей. Подъем и опускание мачты производится тросами, присоединёнными с четырех сторон мачты. В описываемом варианте ветроэлектростанции в качестве мачты были использованы обрезки старых труб — одна из них диаметром 60 мм, другая 50 мм. Они были сварены вместе, в результате получилась единая секция.
Ниже — подготовка основания.
Ниже — сваренная мачта, с шарниром на швеллере — основание, на которое будет опираться ветроэлектростанция.
На следующей картинке показана уже поднятая мачта. Ее общая высота — 9 метров.
Установленная ветроэлектростанция.
Теперь нужно подключить электрическую часть подключить кабель к трем болтам с выводами фаз. Кабель проходит внутри, трубы, на которой установлен ветрогенератор, внизу имеет разъемные соединения для того, чтобы можно было освобождать закрученный кабель в процессе работы генератора. Чтобы устранить закручивание можно сделать скользящие контакты. Далее кабель нужно завести в помещение, где установлены аккумуляторы. Во избежание потерь не следует размещать аккумуляторы далеко.
Чтобы батареи заряжались нужен постоянный ток, а альтернатор вырабатывает трехфазный переменный.
Рисунок ниже демонстрирует простые схемы выпрямления с диодами или с интегральными стабилизаторами напряжения. Важно помнить, что электронные детали должны выдерживать ток не менее 40 А. Но лучше использовать готовые контроллеры заряда, которые сейчас имеются в большом разнообразии и их несложно найти.
Эскиз внизу — максимально упрощённый вариант. который легко собирается даже в деревне.
Ветроэлектростанция была поднята с помощью троса и автомобиля. Эта ветроэлектростанция начинает работать уже при легком ветре 3–5 м/с и производит около 10 А электроэнергии, если перевести в мощность — около 120 Вт. То есть при легком ветре она зарядит аккумулятор СТ-190 (камазовский, примерная запасаемая энергия — около 2000 Вт) за 16 часов.
При более сильных ветрах количество производимой энергии быстро увеличивается и достигает 1000 Вт при ветре около 15 м/с, при этом флюгер начинает складываться для предотвращения повреждений. На электростанции установлено ветроколесо диаметром 2,7 м, увеличив диаметр до 3–3,5 м можно будет получить от ветроэлектростанции более 1000 Вт мощности. Технологию изготовления лопастей можно применить такую же, как описанная выше.
На этом описание закончено. В руководстве приведено достаточное количество фотографий и эскизов деталей, детально показывающих процесс изготовления ветроэлектростанции, тем не менее, каждый человек, решивший приступить к изготовлению ветроэлектростанции, может применить свои идеи и построить свою собственную оригинальную конструкцию, исходя из имеющихся у него возможностей.
Комментарии к книге «Жизнь без проводов. Как изготовить ветроэлектростанцию для электроснабжения дома», Александр Горбунов
Всего 0 комментариев