Ветряк своими руками. Расчет мощности, схемы и конструкция - «Электричество»
В настоящее время на фоне высокого внимания к проблематике энергосбережения и ограниченности ресурсной базы инновационное ветрогенераторное оборудование получило широкую популярность и распространение.
Виды ветрогенераторов
Такое оборудование обладает широкими вариантами конструкции. В основном он подразделяется на разнообразные типы в зависимости:
От числа лопастей (модели от одной до пятидесяти и более),
Стройматериалов изготовления (жесткие лопасти и парусные варианты),
Размещения вращательной оси (горизонтальные и вертикальные модели),
Шага винта (с меняющимся и фиксированным шагом).
Расчет мощности ветряка
Мощность устройства имеет относительное значение. Она будет непостоянной, и находиться под воздействием скорости ветра. При ветреной погоде – производительность ветрогенератора будет выше, а при штиле маленькой. Для множества конструкций универсальной мощностью считается скорость от 8 м/с, что соответствует значительным порывам ветра. Это значит, что оборудование с нагрузкой 1 кВт будет производить такой же объем электроэнергии при скорости ветра в 8 м/с. Также мощность находится в прямой зависимости от размера ветряного колеса и высоты мачты.
Конструкция ветряка
Конструктивные особенности ветрогенератора включают несколько элементов, основные из которых само оборудование и мачта. Механизм включает в себя несколько составных компонентов:
колесо с лопастями, вращаемые ветром и передающие крутящий момент на вал генерирующего устройства через специальный преобразователь,
инвертирующий элемент – осуществляет функцию трансформации полученного постоянного тока в переменный,
аккумулирующий механизм, который необходим для подачи в электросеть напряжения при отсутствии ветряной погоды,
поворотный вал и токоприемник, установленный на раме.
Схемы
Схемы ветрогенератора необходимы для того, чтобы разработчики и простые люди могли понять главный принцип работы устройства и конструктивные особенности разнообразных моделей.
Делаем ветряк своими руками
1. Лопасти для ветряка
Ветряное колесо представляет собой самый значимый элемент конструкции устройства. Он осуществляет преобразование силы ветра в механическую энергию. Таким образом, от его строения зависит подбор всех остальных элементов.
Наиболее распространенных и эффективные типы лопастей - парусное и крыльчатое. Для изготовления первого варианта необходимо зафиксировать на оси лист материала, разместив под углом к ветряному потоку. Однако при вращательных движениях такая лопасть будет обладать значительным аэродинамическим противодействием. К тому же оно будет увеличиваться с возрастанием атакующего угла, что снижает эффективность их функционирования.
С более высокой продуктивностью работает второй тип лопастей – крыльчатые. По своим очертаниям они походят на крыло самолета, а издержки силы трения сведены к минимальным значениям. Такой тип ветряного движка обладает высоким коэффициентом использования энергии ветра при низких затратах материалов.
Лопасти можно изготовить из пластмассы или пластиковой трубы, поскольку она будет более продуктивна по сравнению с древесиной. Наиболее эффективной является структура ветряного колеса с диаметром в два метра и шестью лопастями.
2. Генератор для ветряка
Наиболее приемлемым вариантом для ветрогенерирующего оборудования является преобразующий асинхронный генерирующий механизм с переменным током. Его основными преимуществами являются невысокая стоимость, легкость приобретения и широта распространения моделей, возможность переоборудования и замечательное функционирование на низких оборотах.
Он может быть трансформирован в генератор с постоянными магнитами. Исследования показали, что такое устройство может эксплуатироваться на маленьких скоростях, но при этом быстро теряет эффективность на ее высоких значениях.
3. Крепление для ветряка
Для фиксации лопастей к обшивке генератора необходимо применить головку ветродвигателя, представляющую собой стальной диск с толщиной до 10 мм. К нему привариваются шесть металлических полосок с отверстиями для закрепления к ним лопастей. Сам диск прикрепляется к генерирующему механизму с использованием болтиков с контргайками.
Так как генерирующее устройство способно выдерживать максимальные нагрузки, в том числе и от гироскопических сил, его нужно крепко закрепить. На устройстве генератор устанавливается с одной стороны, для этого вал нужно соединить с корпусом, который выглядит как стальной элемент с резьбовыми отверстиями для накручивания на ось генератора такого же диаметра.
Для производства опорной рамы ветрогенерирующего оборудования, на которой будут размещаться все остальные элементы, необходимо применить металлическую пластину с толщиной до 10 мм или кусок балки таких же размеров.
4. Поворотный узел ветрогенератора
Поворотный механизм обеспечивает вращательные движения ветряка вокруг вертикальной оси. Таким образом, он дает возможность поворачиваться устройству по направлению ветра. Для его изготовления лучше воспользоваться роликоподшипниками, которые более эффективно воспринимают осевые нагрузки.
5. Приемник тока
Токоприемник функционирует для обеспечения снижения вероятности перекручивания и обрыва проводов, идущих от генератора на ветряке. Он содержит в своей конструкции втулку, произведенную из изоляционной материи, контактов и щеточек. Для создания защищенности от погодных явлений контактные узлы приемника тока должны быть закрытыми.
Установка генератора
Производить монтаж оборудования необходимо на некотором удалении от построек и жилых домов, а также на свободном пространстве. Важно принять во внимание плотность земляного грунта, поскольку она крайне значима для подбора стройматериала и размера клинков для растяжек мачты. Если почва мягкая, то клин должен быть длиннее и крепче, с повышением твердости грунта – твердость материала его изготовления так же должна повышаться.
Крепления растяжек необходимо фиксировать бетонным раствором, поскольку плотность почвы может с течением времени или после дождя поменяться. В настоящее время для типовых устройств используется четырех точечная система крепления на растяжках. Мачту нужно зафиксировать на центральной основе из бетона, с использованием плиты стали и кронштейна.
Для защиты механизма от сильных погодных явлений используется крайне обычная, но результативная конструкция – боковая лопата. Она совместно с ветряным колесом берет на себя весь напор ветра, и компенсируется пружинной спиралью.
Уход за оборудованием
Для полноценного функционирования оборудования необходимо осуществлять правильное и эффективное обслуживание:
Спустя полмесяца после монтажа опустить устройство при небольшом ветре и осуществить проверку креплений,
Ежегодно проводить смазку подшипников поворотного узла и генераторного оборудования,
При возникновении симптомов разбалансирования ветряного колеса его необходимо спустить и устранить все дефекты,
Ежегодно осуществлять проверку щетки теплоприемника,
Проводить окраску всех металлических элементов ветрогенератора каждые два года.
Срок окупаемости
Ветряные установки окупаются в среднесрочной перспективе. Наибольшую выгоду от них можно получить в сахалинском и камчатском регионе, где они окупится уже через 8 лет. В других же регионах Дальнего Востока этот срок будет равен 10-12 годам. Такой тип получения электроэнергии будет рентабелен при соблюдении следующих условий: наличия постоянных ветров, соответствие производительности требованиям собственника и рациональной эксплуатации.
