Посилення тяги в димарі своїми руками. Дефлектор вентиляційний на трубу Робимо дефлектор своїми руками

Росія щодо вітроенергетичних ресурсів займає подвійне становище. З одного боку, завдяки величезній загальній площі та розмаїттю рівнинних місцевостей вітру загалом багато, і він переважно рівний. З іншого боку – наші вітри переважно низькопотенційні, повільні, див. рис. З третьої, мало обжитих місцевостях вітри буйні. Виходячи з цього, завдання завести на господарстві вітрогенератор є цілком актуальним. Але, щоб вирішити - купувати досить дорогий пристрій, або зробити його своїми руками, потрібно добре подумати, який тип (а їх дуже багато) для якої мети вибрати.

Основні поняття

1. КИЕВ – коефіцієнт використання енергії вітру. У разі застосування для розрахунку механістичної моделі плоского вітру (див. далі) він дорівнює ККД ротора ветросилової установки (ЗСУ).
2. ККД – наскрізний ККД ЗСУ, від вітру, що набігає, до клем електрогенератора, або до кількості накачаної в бак води.
3. Мінімальна робоча швидкість вітру (МРС) – швидкість його, коли він вітряк починає давати струм у навантаження.
4. Максимально допустима швидкість вітру (МДС) – його швидкість, при якій вироблення енергії припиняється: автоматика або відключає генератор, або ставить ротор у флюгер, або складає його і ховає, або сам ротор зупиняється, або ЗСУ просто руйнується.
5. Стартова швидкість вітру (ССВ) – при такій швидкості ротор здатний провернутися без навантаження, розкрутитися і увійти в робочий режим, після чого можна включати генератор.
6. Негативна стартова швидкість (ОСС) – це означає, що ЗСУ (або ВЕУ – вітроенергетична установка, або ВЕА, вітроенергетичний агрегат) для запуску за будь-якої швидкості вітру вимагає обов'язкового розкручування від стороннього джерела енергії.
7. Стартовий (початковий) момент – здатність ротора, примусово загальмованого в потоці повітря, створювати крутний момент на валу.
8. Вітродвигун (ВД) – частина ЗСУ від ротора до валу генератора чи насоса, чи іншого споживача енергії.
9. Роторний вітрогенератор - ЗСУ, в якій енергія вітру перетворюється на момент обертання на валу відбору потужності за допомогою обертання ротора в потоці повітря.
10. Діапазон робочих швидкостей ротора – різниця між МДС та МРС під час роботи на номінальне навантаження.
11. Тихохідний вітряк - у ньому лінійна швидкість частин ротора в потоці значно не перевищує швидкість вітру або нижче її. Динамічний напір потоку безпосередньо перетворюється на тягу лопаті.
12. Швидкохідний вітряк – лінійна швидкість лопат істотно (до 20 і більше разів) вище швидкості вітру, і ротор утворює свою власну циркуляцію повітря. Цикл перетворення енергії потоку в складний тягу.

Примітки:

1. Тихохідні ЗСУ, як правило, мають КИЕВ нижче, ніж швидкохідні, але мають стартовий момент, достатній для розкручування генератора без відключення навантаження та нульову ССВ, тобто. абсолютно самозапускаються і застосовні при слабких вітрах.
2. Тихохідність та швидкохідність – поняття відносні. Побутовий вітряк на 300 об/хв може бути тихохідним, а потужні ЗСУ типу EuroWind, з яких набирають поля вітроелектростанцій, ВЕС (рис.) і ротори яких роблять близько 10 об/хв – швидкохідні, т.к. при такому їх діаметрі лінійна швидкість лопатей та їх аеродинаміка на більшій частині розмаху – цілком «літакові», див. далі.

Який потрібний генератор?

Електричний генератор для вітряка побутового призначення повинен виробляти електроенергію в широкому діапазоні швидкостей обертання і мати здатність самозапуску без автоматики та зовнішніх джерел живлення. У разі використання ЗСУ з ОСС (вітряки з розкруткою), які мають, як правило, високі КИЕВ та ККД, він повинен бути і оборотним, тобто. вміти працювати і як двигун. При потужностях до 5 кВт цій умові задовольняють електричні машини з постійними магнітами на основі ніобію (супермагнітами); на сталевих чи феритових магнітах можна розраховувати лише на 0,5-0,7 кВт.

Примітка: асинхронні генератори змінного струму або колекторні з ненамагніченим статором не годяться зовсім. При зменшенні сили вітру вони згаснуть задовго до того, як його швидкість впаде до МРС, і потім самі не запустяться.

Відмінне «серце» ЗСУ потужністю від 0,3 до 1-2 кВт виходить із автогенератора змінного струму з вбудованим випрямлячем; таких зараз більшість. По-перше, вони тримають вихідну напругу 11,6-14,7 В досить широкому діапазоні швидкостей без зовнішніх електронних стабілізаторів. По-друге, кремнієві вентилі відкриваються, коли напруга на обмотці досягне приблизно 1,4, а до цього генератор «не бачить» навантаження. Для цього генератор потрібно вже досить пристойно розкрутити.

У більшості випадків автогенератор можна безпосередньо, без зубчастої або ремінної передачі, з'єднати з валом швидкохідного ВД, підібравши оберти вибором кількості лопат, див. нижче. "Швидкоходки" мають малий або нульовий стартовий момент, але ротор і без відключення навантаження встигне достатньо розкрутитися, перш ніж вентилі відкриються і генератор дасть струм.

Вибір за вітром

Перш ніж вирішувати, як зробити вітрогенератор, визначимося з місцевою аерологією. У сіро-зелених(безвітряних) областях вітрової карти хоч якийсь толк буде лише від вітрильного вітродвигуна(І їх далі поговоримо). Якщо необхідно постійне енергопостачання, то доведеться додати бустер (випрямляч зі стабілізатором напруги), зарядний пристрій, потужну акумуляторну батарею, інвертор 12/24/36/48 постійки в 220/380 В 50 Гц змінного струму. Обійдеться таке господарство не менше $20.000, і зняти довготривалу потужність понад 3-4 кВт навряд чи вийде. Загалом, при непохитному прагненні до альтернативної енергетикикраще пошукати інше її джерело.

У жовто-зелених, слабовітряних місцях, при потребі в електриці до 2-3 кВт, самому можна взятися за тихохідний вертикальний вітрогенератор.. Їх розроблено немає числа, і є конструкції, за КИЕВ та ККД майже не поступаються «лопатеві» промислового виготовлення.

Якщо ж ВЕУ для дому передбачається купити, то краще орієнтуватися на вітряк із вітрильним ротором. Спорів і їх багато, і теоретично поки що все ясно, але працюють. У РФ «вітрили» випускають у Таганрозі на потужність 1-100 кВт.

У червоних, вітряних регіонах вибір залежить від потрібної потужності.У діапазоні 0,5-1,5 кВт виправдані саморобні вертикалки; 1,5-5 кВт – покупні вітрильники. «Вертикалка» теж може бути покупною, але обійдеться дорожче за ЗСУ горизонтальної схеми. І, нарешті, якщо потрібно вітряк потужністю 5 кВт і більше, то вибирати потрібно між горизонтальними покупними "лопатями" або "вітрильниками".

Примітка: багато виробників, особливо другого ешелону, пропонують комплекти деталей, з яких можна зібрати вітрогенератор потужністю до 10 кВт самостійно. Обійдеться такий набір на 20-50% дешевше від готового з установкою. Але перш за покупку потрібно уважно вивчити аерологію передбачуваного місця встановлення, а потім за специфікаціями підібрати відповідний типта модель.

Про безпеку

Деталі вітродвигуна побутового призначення в роботі можуть мати лінійну швидкість, що перевищує 120 і навіть 150 м/с, а шматочок будь-якого твердого матеріалу вагою 20 г, що летить зі швидкістю 100 м/с, при «вдалому» попаданні вбиває здорового мужика наповал. Сталева, або з жорсткого пластику, пластина товщиною 2 мм, що рухається зі швидкістю 20 м/с, розтинає його навпіл.

Крім того, більшість вітряків потужністю понад 100 Вт досить сильно шумлять. Багато хто породжує коливання тиску повітря наднизькою (менше 16 Гц) частоти – інфразвуки. Інфразвуки нечутні, але згубні здоров'ю, а поширюються дуже далеко.

Примітка: наприкінці 80-х у США був скандал – довелося закрити найбільшу на той момент у країні ВЕС. Індіанці з резервації за 200 км від поля її ЗСУ довели в суді, що різко почастішали в них після введення ЗЕЗ в експлуатацію розлади здоров'я обумовлені її інфразвуками.

Через зазначені вище причини встановлення ЗСУ допускається на відстані не менше 5 їх висот від найближчих житлових будівель. У дворах приватних домоволодінь можна встановлювати вітряки промислового виготовлення, сертифіковані відповідним чином. На дахах ставити ЗСУ взагалі не можна – при їх роботі навіть у малопотужних виникають знакозмінні механічні навантаження, здатні викликати резонанс. будівельної конструкціїта її руйнування.

Примітка: висотою ЗСУ вважається найвища точкаометаємого диска (для лопатевих роторів) або геомеричної фігури (для вертикальних ЗСУ з ротором на держаку). Якщо щогла ЗСУ або вісь ротора виступають вгору ще вище, висота вважається за їхньою топою - верхівкою.

Вітер, аеродинаміка, КИЕВ

Саморобний вітрогенератор підпорядковується тим самим законам природи, як і заводський, розрахований на комп'ютері. І саморобнику основи його роботи потрібно розуміти дуже добре – у його розпорядженні найчастіше немає дорогих суперсучасних матеріалів та технологічного обладнання. Аеродинаміка ж ЗСУ ох як непроста…

Вітер та КИЕВ

Для розрахунку серійних заводських ЗСУ використовується т. зв. плоскі механістичні моделі вітру. У її основі такі припущення:

• Швидкість та напрямок вітру постійні в межах ефективної поверхні ротора.
• Повітря – суцільне середовище.
• Ефективна поверхня ротора дорівнює площі, що омітається.
• Енергія повітряного потоку – суто кінетична.

За таких умов максимальну енергію одиниці об'єму повітря обчислюють за шкільною формулою, вважаючи густину повітря за нормальних умов 1,29 кг*куб. м. При швидкості вітру 10 м/с один куб повітря несе 65 Дж, і з одного квадрата ефективної поверхні ротора можна, при 100% ККД всієї ЗСУ, зняти 650 Вт. Це дуже спрощений підхід - всі знають, що вітер ідеально рівним не буває. Але це доводиться йти, щоб забезпечити повторюваність виробів – звичайне у техніці справа.

Плоскую модель не слід ігнорувати, вона дає чіткий мінімум доступної енергії вітру. Але повітря, по-перше, стискаємо, по-друге, дуже плинний (динамічна в'язкість всього 17,2 мкПа * с). Це означає, що потік може обтікати площу, що ометається, зменшуючи ефективну поверхню і КИЕВ, що найчастіше і спостерігається. Але в принципі можлива і зворотна ситуація: вітер стікається до ротора і площа ефективної поверхні тоді виявиться більше омітається, а КИЕВ - більше 1 щодо його для плоского вітру.

Наведемо два приклади. Перший - прогулянкова, досить важка, яхта може йти не тільки проти вітру, а й швидше за нього. Вітер мається на увазі зовнішній; вимпельний вітер все одно має бути швидшим, інакше як він судно потягне?

Другий – класика авіаційної історії. На випробуваннях МІГ-19 виявилося, що перехоплювач, який був на тонну важчий за фронтовий винищувач, за швидкістю розганяється швидше. З тими ж двигунами в тому ж планері.

Теоретики не знали, що і думати, і всерйоз засумнівалися у законі збереження енергії. Зрештою виявилося - справа в конусі обтічника РЛС, що виступає з повітрозабірника. Від його носка до обічайки виникало ущільнення повітря, яке ніби згрібало його зі сторін до компресорів двигунів. Відтоді ударні хвиліміцно увійшли в теорію як корисні, і фантастичні льотні дані сучасних літаків значною мірою зумовлені їх умілим використанням.

Аеродинаміка

Розвиток аеродинаміки прийнято ділити на дві епохи – до Н. Г. Жуковського та після. Його доповідь «Про приєднані вихори» від 15 листопада 1905 р. стала початком нової ерив авіації.

До Жуковського літали на поставлених плашмя вітрилах: вважалося, що частинки потоку, що набігає, віддають весь свій імпульс передній кромці крила. Це дозволяло відразу позбавитися векторної величини – моменту кількості руху – породжувала зубодробну і найчастіше неаналітичну математику, перейти до куди зручнішим скалярним суто енергетичним співвідношенням, і отримати в результаті розрахункове поле тиску на несучу площину, більш-менш схоже на сьогодення.

Такий механістичний підхід дозволив створити апарати, здатні сяк-так піднятися в повітря і здійснити переліт з одного місця в інше, не обов'язково впавши на землю десь по дорозі. Але прагнення збільшити швидкість, вантажопідйомність та інші льотні якості дедалі більше виявляло недосконалість початкової аеродинамічної теорії.

Ідея Жуковського була така: вздовж верхньої та нижньої поверхонь крила повітря проходить різний шлях. З умови безперервності середовища (бульбашки вакууму самі по собі в повітрі не утворюються) випливає, що швидкості верхнього та нижнього потоків, що сходять із задньої кромки, повинні відрізнятися. Внаслідок нехай малої, але кінцевої в'язкості повітря там через різницю швидкостей має утворитися вихор.

Вихор обертається, а закон збереження кількості руху, настільки ж незаперечний, як закон збереження енергії, справедливий й у векторних величин, тобто. повинен враховувати напрям руху. Тому тут же, на задній кромці, повинен сформуватися вихор, що протилежно обертається, з таким же обертальним моментом. За рахунок чого? За рахунок енергії, що виробляється двигуном.

Для практики авіації це означало революцію: обравши відповідний профіль крила, можна було приєднаний вихор пустити навколо крила як циркуляції Р, що збільшує його підйомну силу. Тобто, витративши частину, а для великих швидкостей та навантажень на крило – велику частину, потужності мотора, можна створити навколо апарату повітряний потік, що дозволяє досягти кращих льотних якостей.

Це робило авіацію авіацією, а не частиною повітроплавання: тепер літальний апарат міг сам створювати собі необхідне для польоту середовище і не бути іграшкою повітряних потоків. Потрібен тільки двигун потужніший, і ще й ще потужніший.

Знову КИЇВ

Але у вітряка двигуна немає. Він, навпаки, повинен відбирати енергію у вітру та давати її споживачам. І тут виходить – ноги витяг, хвіст ув'яз. Пустили надто мало енергії вітру на власну циркуляцію ротора – вона буде слабкою, тяга лопатей – малою, а КИЕВ та потужність – низькими. Віддамо на циркуляцію багато - ротор при слабкому вітрі буде на холостому ходу крутитися як шалений, але споживачам знову дістається мало: трохи дали навантаження, ротор загальмувався, вітер здув циркуляцію, і ротор став.

Закон збереження енергії " золоту серединудає саме посередині: 50% енергії даємо в навантаження, а на інші 50% підкручуємо потік до оптимуму. Практика підтверджує припущення: якщо ККД хорошого пропелера, що тягне, становить 75-80%, то КИЕВ так само ретельно розрахованого і продутого в аеродинамічній трубі лопатевого ротора доходить до 38-40%, тобто. до половини від того, чого можна досягти при надлишку енергії.

Сучасність

Нині аеродинаміка, озброєна сучасною математикою та комп'ютерами, дедалі більше уникає неминуче щось та спрощують моделей до точного описи поведінки реального тіла на реальному потоці. І тут, крім генеральної лінії – потужність, потужність, та ще раз потужність! - Виявляються шляхи побічні, але багатообіцяючі якраз при обмеженій кількості енергії, що надходить в систему.

Відомий авіатор-альтернативник Пол Маккріді ще у 80-х створив літак, з двома моторчиками від бензопили потужністю 16 к.с. що показав 360 км/год. Причому шасі його було триопорним, а колеса - без обтічників. Жоден з апаратів Маккріді не вийшов на лінію і не став на бойове чергування, але два – один із поршневими моторами та пропелерами, а інший реактивний – вперше в історії облетіли навколо земної кулібез посадки на одній заправці.

Вітрильників, що породили початкове крило, розвиток теорії теж торкнувся дуже суттєво. "Жива" аеродинаміка дозволила яхтам при вітрі в 8 вузл. стати на підводні крила (див. рис.); щоб розігнати таку громадину до потрібної швидкостігребним гвинтом, потрібен двигун не менше 100 л. Гоночні катамарани при такому вітрі ходять зі швидкістю близько 30 вузл. (55 км/год).

Є й знахідки зовсім нетривіальні. Любителі рідкісного та екстемального спорту – бейсджампінгу – одягнувши апеціальний костюм-крило, вінгсьют, літають без мотора, маневруючи, на швидкості понад 200 км/год (рис. праворуч), а потім плавно приземляються у заздалегідь обраному місці. У якій казці люди літають самі собою?

Дозволено й багато загадок природи; зокрема – політ жука. За класичною аеродинамікою він літати не здатний. Так само, як і родоначальник «стелсов» F-117 з його крилом ромбоподібного профілю теж не здатний піднятися в повітря. А МІГ-29 та Су-27, які деякий час можуть летіти хвостом уперед, і зовсім ні в які уявлення не вкладаються.

І чому тоді, займаючись вітродвигунами, не забавою та не знаряддям знищення собі подібних, а джерелом життєво важливого ресурсуЧи потрібно танцювати неодмінно від теорії слабких потоків з її моделлю плоского вітру? Невже не знайдеться можливості рушити далі?

Чого чекати від класики?

Однак від класики відмовлятися в жодному разі не слід. Вона дає основу, не спираючись на яку не можна піднятися вище. Точно так, як теорія множин не скасовує таблицю множення, а від квантової хромодинаміки яблука з дерев нагору не відлетять.

Отже, на що можна розраховувати за класичного підходу? Подивимося на малюнок. Зліва – типи роторів; вони зображені умовно. 1 – вертикальний карусельний, 2 – вертикальний ортогональний ( вітряна турбіна); 2-5 - лопатеві ротори з різною кількістюлопат з оптимізованими профілями.

Праворуч по горизонтальній осі відкладена відносна швидкість ротора, тобто відношення лінійної швидкості лопаті до швидкості вітру. По вертикальній догори – КИЕВ. А вниз - знову ж таки відносний крутний момент. Одиничним (100%) крутним моментом вважається такий, що створює насильно загальмований у потоці ротор зі 100% КИЕВ, тобто. коли вся енергія потоку перетворюється на зусилля, що обертає.

Такий підхід дозволяє робити далекосяжні висновки. Скажімо, кількість лопатей потрібно вибирати не тільки і не стільки за бажаною швидкістю обертання: 3- і 4-лопастники відразу багато втрачають по КИЕВ і обертальний момент порівняно з 2- і 6-лопатниками, що добре працюють приблизно в тому ж діапазоні скоростей. А зовні схожі карусель і ортогонал мають принципово різні властивості.

В цілому ж перевагу слід віддавати лопатевим роторам, крім випадків, коли потрібна гранична дешевизна, простота, самозапуск без автоматики, що не обслуговується, і неможливий підйом на щоглу.

Примітка: про вітрильні ротори поговоримо особливо - вони, схоже, в класику не вкладаються.

Вертикалки

ЗСУ з вертикальною віссю обертання мають незаперечну для побуту перевагу: їх вузли, що потребують обслуговування, зосереджені внизу і не потрібне підйом нагору. Там залишається, і то не завжди, упорно-опорний самовстановлюваний підшипник, але він міцний і довговічний. Тому, проектуючи простий вітрогенератор, вибір варіантів потрібно починати з вертикалок. Основні їх типи представлені на рис.

НД

На першій позиції – найпростіший, найчастіше званий ротором Савоніуса. Насправді його винайшли в 1924 р. в СРСР Я. А. і А. А. Вороніни, а фінський промисловець Сігурд Савоніус безсовісно привласнив собі винахід, проігнорувавши радянське авторське свідоцтво, і розпочав серійний випуск. Але впровадження у долі винаходу означає дуже багато, тому ми, щоб не ворушити минуле і не турбувати порох померлих, назвемо цей вітряк ротором Вороніних-Савоніуса, або для стислості, ВС.

ВС для самороба всім хороший, крім «паровозного» КИЕВ у 10-18%. Однак у СРСР над ним працювало багато, і напрацювання є. Нижче ми розглянемо вдосконалену конструкцію, не набагато складнішу, але по КИЕВ, що дає фору лопаткам.

Примітка: дволопатевий НД не крутиться, а смикається ривками; 4-лопатевий лише трохи плавніший, але багато втрачає в КИЕВ. Для покращення 4-«коритні» найчастіше розносять на два поверхи – пару лопатей унизу, а інша пара, повернена на 90 градусів по горизонталі, над ними. КИЕВ зберігається, і бічні навантаження на механіку слабшають, але згинальні дещо зростають, і за вітру понад 25 м/с у такої ЗСУ на держаку, тобто. без розтягнутого вантами підшипника над ротором, зриває вежу.

Дар'ї

Наступний – ротор Дар'ї; КИЇВ – до 20%. Він ще простіше: лопаті – з простої пружної стрічки без жодного профілю. Теорія ротора Дар'ї ще недостатньо розроблена. Зрозуміло тільки, що починає він розкручуватися за рахунок різниці аеродинамічного опору горба та кишені стрічки, а потім стає начебто швидкохідним, утворюючи власну циркуляцію.

Обертальний момент малий, а в стартових положеннях ротора паралельно і перпендикулярно вітру взагалі відсутня, тому саморозкручування можливе тільки при непарній кількості лопатей (крил?) У будь-якому випадку на час розкручування навантаження від генератора потрібно відключати.

Є у ротора Дар'ї ще дві погані якості. По-перше, при обертанні вектор тяги лопаті описує повний оборотщодо її аеродинамічного фокусу, і не плавно, а ривками. Тому ротор Дар'ї швидко розбиває свою механіку навіть за рівного вітру.

По-друге, Дар'ї не те що галасує, а кричить і верещить, аж до того, що стрічка рветься. Відбувається це внаслідок її вібрації. І чим більше лопатей, тим сильніше ревіння. Так що Дар'ї якщо й роблять, то дволопатевими, з дорогих високоміцних звукопоглинаючих матеріалів (карбону, майлару), а для розкручування посередині щогли-древка пристосовують невеликий НД.

Ортогонал

На поз. 3 – ортогональний вертикальний ротор із профільованими лопатями. Ортогональний тому, що крила стирчать вертикально. Перехід від ВС до ортогоналу ілюструє рис. ліворуч.

Кут установки лопатей щодо дотичної до кола, що стосується аеродинамічних фокусів крил, може бути як позитивним (на рис.), так і негативним, за силою вітру. Іноді лопаті роблять поворотними і ставлять на них флюгерки, які автоматично тримають «альфу», але такі конструкції часто ламаються.

Центральне тіло (блакитне на рис.) дозволяє довести КИЕВ майже до 50%. У трилопатевому ортогоналі воно повинно в розрізі мати форму трикутника зі злегка опуклими сторонами і округленими кутами, а при більшій кількості лопатей досить простого циліндра. Але теорія для ортогоналу оптимальна кількість лопатей дає однозначно: їх має бути 3.

Ортогонал належить до швидкохідних вітряків з ОСС, тобто. обов'язково вимагає розкручування при введенні в експлуатацію та після штилю. За ортогональною схемою випускаються серійні ВСУ, що не обслуговуються, потужністю до 20 кВт.

Гелікоїд

Гелікоїдний ротор, або ротор Горлова (поз. 4) - різновид ортогоналу, що забезпечує рівномірне обертання; ортогонал з прямими крилами «рве» лише трохи слабше за дволопатевий ВС. Вигин лопатей по гелікоїді дозволяє уникнути втрат КИЕВ через їхню кривизну. Хоча частина потоку крива лопать і відкидає, не використовуючи, зате й загрібає частину в зону найбільшої лінійної швидкості, компенсуючи втрати. Гелікоїди використовують рідше за інші вітряки, т.к. вони внаслідок складності виготовлення виявляються дорожчими за рівних за якістю побратимів.

Бочка-загребушка

на 5 поз. - Ротор типу ВС, оточений направляючим апаратом; його схема представлена ​​на рис. праворуч. У промисловому виконанні трапляється рідко, т.к. дороге відведення землі не компенсує приросту потужності, а матеріаломісткість і складність виробництва великі. Але саморобник, який боїться роботи – вже не майстер, а споживач, і, якщо потрібно не більше 0,5-1,5 кВт, то для нього «бочка-загребушка» ласий шматок:

• Ротор такого типу абсолютно безпечний, безшумний, не створює вібрацій і може бути встановлений будь-де, хоч на дитячому майданчику.
• Зігнути «корита» з оцинковки та зварити каркас із труб – робота нісенітна.
• Обертання – абсолютно рівномірне, деталі механіки можна взяти найдешевші або з непотребу.
• Не боїться ураганів - надто сильний вітер не може проштовхнутися в бочку; навколо неї виникає обтічний вихровий кокон (ми з цим ефектом ще зіткнемося).
• А найголовніше - оскільки поверхня «загребушки» в кілька разів більша за такий ротора всередині, КИЕВ може бути і надпоодиноким, а обертальним моментом вже при 3 м/с у «бочки» триметрового діаметру такий, що генератору на 1 кВт з граничним навантаженням, як кажуть, краще і не смикатися.

Відео: вітрогенератор Ленца

У 60-х у СРСР Є. С. Бірюков запатентував карусельну ЗСУ з КИЕВ 46%. Трохи пізніше В. Блінов досяг від конструкції на тому ж принципі КИЕВ 58%, але даних про її випробування немає. А натурні випробування ЗСУ Бірюкова було проведено співробітниками журналу «Винахідник і раціоналізатор». Двоповерховий ротор діаметром 0,75 м та висотою 2 м при свіжому вітрі розкручував на повну потужність асинхронний генератор 1,2 кВт та витримував без поломки 30 м/с. Креслення ВСУ Бірюкова наведено на рис.

1. ротор з покрівельної оцинковки;
2. самовстановлюваний дворядний кульковий підшипник;
3. ванти - 5 мм сталевий трос;
4. вісь-древко – сталева трубаіз товщиною стінок 1,5-2,5 мм;
5. важелі аеродинамічного регулятора обертів;
6. лопаті регулятора оборотів - 3-4 мм фанера або листовий пластик;
7. тяги регулятора оборотів;
8. вантаж регулятора оборотів, його вага визначає частоту обертання;
9. ведучий шків - велосипедне колесо без шини з камерою;
10. підп'ятник - упорно-опорний підшипник;
11. ведений шків - штатний шків генератора;
12. генератор.

Бірюков на свою ЗСУ отримав одразу кілька авторських свідоцтв. По-перше, зверніть увагу на розріз ротора. При розгоні він працює подібно до НД, створюючи великий стартовий момент. У міру розкручування у зовнішніх кишенях лопатей створюється вихрова подушка. З погляду вітру, лопаті стають профільованими, і ротор перетворюється на швидкохідний ортогонал, причому віртуальний профіль змінюється відповідно до сили вітру.

По-друге, профільований канал між лопатями у робочому діапазоні швидкостей працює як центральне тіло. Якщо ж вітер посилюється, то в ньому створюється вихрова подушка, що виходить за межі ротора. Виникає такий самий вихровий кокон, як навколо ЗСУ з направляючим апаратом. Енергія на його створення береться від вітру, тому на поломку вітряка її вже не вистачає.

По-третє, регулятор обертів призначений насамперед для турбіни. Він тримає її оберти оптимальними з погляду КИЕВ. Оптимум частоти обертання генератора забезпечується вибором передавального відношення механіки.

Примітка: після публікацій в ІР за 1965 р. ЗСУ Бірюкова канула в небуття. Відповіді від інстанцій автор так і не дочекався. Доля багатьох радянських винаходів. Кажуть, якийсь японець став мільярдером, регулярно читаючи радянські популярно-технічні журнали і патентуючи у себе все, що заслуговує на увагу.

Лопатники

Як у сказано, за класикою горизонтальний вітрогенератор із лопатевим ротором – найкращий. Але, по-перше, йому потрібен стабільний хоча б середньої силивітер. По-друге, конструкція для саморобника таїть у собі чимало підводних каменів, через що нерідко плід довгих завзятих праць у кращому разі висвітлює туалет, передпокій або ганок, а то й виявляється здатний лише розкрутити самого себе.

За схемами на рис. розглянемо докладніше; позиції:

• Фіг. А:

1. лопаті ротора;
2. генератор;
3. станина генератора;
4. захисний флюгер (ураганна лопата);
5. струмознімач;
6. шасі;
7. поворотний вузол;
8. робочий флюгер;
9. щогла;
10. хомут під ванти.

• Фіг. Б, вид зверху:

1. захисний флюгер;
2. робочий флюгер;
3. регулятор натягу пружини захисного флюгера.

• Фіг. Г, струмознімач:

1. колектор із мідними нерозрізними кільцевими шинами;
2. пружні міднографітові щітки.

Примітка: ураганний захист для горизонтального лопатника діаметром понад 1 м абсолютно необхідний, т.к. створити навколо себе вихровий кокон він не здатний. При менших розмірах можна досягти витривалості ротора до 30 м/с з лопатями з пропілену.

Отже, де на нас чекають «спотики»?

Лопаті

Розраховувати досягти потужності на валу генератора понад 150-200 Вт на лопатях будь-якого розмаху, вирізаних з товстостінної пластикової труби, як часто радять – надії безпросвітного дилетанта. Лопата з труби (якщо вона не настільки товста, що використовується просто як заготівля) матиме сегментний профіль, тобто. його верхня або обидві поверхні будуть дугами кола.

Сегментні профілі придатні для середовища, що не стискається, скажімо, для підводних крил або лопатей гребного гвинта. Для газів же потрібна лопать змінного профілю та кроку, наприклад див. рис.; розмах – 2 м. Це буде складний і трудомісткий виріб, що вимагає кропіткого розрахунку у всеозброєнні теорії, продувок у трубі та натурних випробувань.

Генератор

При насадці ротора прямо на його вал штатний підшипник швидко розіб'ється - однакового навантаження на всі лопаті у вітряках не буває. Потрібен проміжний вал зі спеціальним опорним підшипником та механічна передачавід нього на генератор. Для великих вітряків опорний підшипник беруть дворядний самовстановлюваний; у найкращих моделях – триярусний, Фіг. Д на рис. вище. Такий дозволяє валу ротора не тільки злегка згинатися, а й трохи зміщуватися з боку в бік або вгору-вниз.

Примітка: на розробку опорного підшипникадля ЗСУ типу EuroWind пішло близько 30 років.

Аварійний флюгер

Принцип його показує Фіг. В. Вітер, посилюючись, тисне на лопату, пружина розтягується, ротор перекошується, обороти його падають і врешті-решт він стає паралельним потоку. Начебто все добре, але – гладко було на папері…

Спробуйте у вітряний день утримати за ручку паралельно вітру кришку від виварювання чи великої каструлі. Тільки обережно - вертлява залізяка може саданути по фізіономії так, що розквасить ніс, розсіче губу, а то й виб'є око.

Плоский вітер буває лише в теоретичних викладках і з достатньою для практики точністю в аеродинамічних трубах. Реально ж ураган вітряки з ураганною лопатою корежить більше, ніж беззахисні. Краще все-таки міняти зіпсовані лопаті, ніж робити знову все. У промислових установках- інша справа. Там крок лопатей, по кожній окремо, відстежує та регулює автоматика під керуванням бортового комп'ютера. І робляться вони із надміцних композитів, а не з водопровідних труб.

Струмознімач

Це – вузол, що регулярно обслуговується. Будь-який енергетик знає, що колектор із щітками потрібно чистити, змащувати, регулювати. А щогла – з водопровідної труби. Не залізеш, раз на місяць-два доведеться весь вітряк валити на землю і потім знову піднімати. Скільки він протягне від такої "профілактики"?

Відео: лопатевий вітрогенератор + сонячна панель для електропостачання дачі

Міні та мікро

Але із зменшенням розмірів лопатника проблеми падають по квадрату діаметра колеса. Виготовлення горизонтальної лопатевої ЗСУ своїми силами на потужність до 100 Вт вже можливе. Оптимальним буде 6-лопатевий. При більшій кількості лопат діаметр ротора, розрахованого на ту ж потужність, буде менше, але їх виявиться важко міцно закріпити на маточині. Ротори про менш ніж 6 лопатях можна не мати на увазі: 2-лопатникові на 100 Вт потрібен ротор діаметром 6,34 м, а 4-лопатникові тієї ж потужності - 4,5 м. Для 6-лопаткового залежність потужність - діаметр виражається наступним чином :

• 10 Вт - 1,16 м.
• 20 Вт - 1,64 м.
• 30 Вт - 2 м.
• 40 Вт - 2,32 м.
• 50 Вт - 2,6 м.
• 60 Вт - 2,84 м.
• 70 Вт - 3,08 м.
• 80 Вт - 3,28 м.
• 90 Вт – 3,48 м-коду.
• 100 Вт – 3,68 м-коду.
• 300 Вт - 6,34 м.

Оптимальним буде розраховувати на потужність 10-20 Вт. По-перше, лопать із пластику розмахом понад 0,8 м без додаткових заходів захисту не витримає вітер понад 20 м/с. По-друге, при розмаху лопаті до тих же 0,8 м лінійна швидкість її кінців не перевищить швидкість вітру більш ніж утричі, і вимоги до профілювання з круткою знижуються на порядки; тут вже цілком задовільно працюватиме «корытце» із сегментним профілем із труби, поз. Б на рис. А 10-20 Вт забезпечать живлення планшетки, підзарядку смартфона або засвітять лампочку-економку.

Далі вибираємо генератор. Відмінно підійде китайський моторчик - маточина колеса для електровелосипедів, поз. 1 на рис. Його потужність як двигуна – 200-300 Вт, але в режимі генератора він дасть приблизно до 100 Вт. Але чи підійде він нам за оборотами?

Показник швидкохідності z для 6 лопатей дорівнює 3. Формула розрахунку швидкості обертання під навантаженням – N = v/l*z*60, де N – частота обертання, 1/хв, v – швидкість вітру, а l – довжина кола ротора. При розмаху лопаті 0,8 м та вітрі 5 м/с отримуємо 72 об/хв; при 20 м/с – 288 об/хв. Приблизно з такою ж швидкістю обертається велосипедне колесо, так що свої 10-20 Вт від генератора, здатного дати 100, ми вже знімемо. Можна садити ротор прямо на його вал.

Але тут виникає така проблема: ми, витративши чимало праці та грошей, хоч би на моторчик, отримали… іграшку! Що таке 10-20, ну, 50 Вт? А лопатевий вітряк, здатний запитати хоча б телевізор, удома не зробиш. Чи не можна купити готовий міні-вітрогенератор, і чи не обійдеться він дешевше? Ще як можна, і ще як дешевше, див. 4 та 5. Крім того, він буде ще й мобільним. Поставив на пеньок – і користуйся.

Другий варіант – якщо десь валяється кроковий двигун від старого 5- чи 8-дюймового дисководу, або від приводу паперу чи каретки непридатного струминного чи матричного принтера. Він може працювати як генератор, і приробити до нього карусельний ротор з консервних банок(поз. 6) простіше, ніж збирати конструкцію на зразок показаної на поз. 3.

Загалом щодо «лопатників» висновок однозначний: саморобні – скоріше для того, щоб помайструвати досхочу, але не для реальної довготривалої енерговіддачі.

Відео: найпростіший вітрогенератор для освітлення дачі

Вітрильники

Вітрильний вітрогенератор відомий давно, але м'які полотнища його лопатей почали робити з появою високоміцних зносостійких синтетичних тканин і плівок. Багатолопатеві вітряки з жорсткими вітрилами широко розійшлися по світу як привід малопотужних автоматичних водокачок, але їх техдані нижче навіть у каруселів.

Однак м'яке вітрило як крило вітряка, схоже, виявилося не так простим. Справа не у вітростійкості (виробники не обмежують максимально допустиму швидкість вітру): яхсменам-парусникам і так відомо, що вітру розірвати полотнище бермудського вітрила практично неможливо. Швидше шкот вирве, або щоглу зламає, або весь посуд зробить поворот оберкіль. Справа в енергетиці.

На жаль, точних даних випробувань не вдається знайти. За відгуками користувачів вдалося скласти «синтетичні» залежності для встановлення ВЕУ-4.380/220.50 таганрозького виробництва з діаметром вітроколеса 5 м, масою вітроголовки 160 кг та частотою обертання до 40 1/хв; вони представлені на рис.

Зрозуміло, гарантій за 100% достовірність бути не може, але і так видно, що плоско-механістичної моделлю тут і не пахне. Не може 5-метрове колесо на плоскому вітрі в 3 м/с дати близько 1 кВт, при 7 м/с вийти на плато за потужністю і далі тримати її до жорстокого шторму. Виробники, до речі, заявляють, що номінальні 4 кВт можна отримати і за 3 м/с, але при встановленні їх силами за результатами досліджень місцевої аерології.

Кількісної теорії також не виявляється; пояснення розробників малозрозумілі. Однак, оскільки таганрозькі ВЕУ народ купує, і вони працюють, залишається припустити, що заявлена ​​конічна циркуляція та пропульсивний ефект – не фікція. Принаймні можливі.

Тоді, виходить, ПЕРЕД ротором, за законом збереження імпульсу, повинен виникнути також конічний вихор, але повільний, що розширюється. І така вирва зганятиме вітер до ротора, його ефективна поверхня вийде більше омітається, а КИЕВ – надпоодиноким.

Пролити світло це питання могли б натурні вимірювання поля тиску перед ротором, хоча б побутовим анероїдом. Якщо воно виявиться вищим, ніж із боків осторонь, то, дійсно, вітрильні ЗСУ працюють, як жук літає.

Саморобний генератор

Зі сказаного вище ясно, що саморобам краще братися або за вертикалки, або за вітрильники. Але ті та інші дуже повільні, а передача на швидкохідний генератор – зайва робота, зайві витрати та втрати. Чи можна зробити найефективніший тихохідний електрогенератор самому?

Так, можна, на магнітах з ніобієвого металу, т. зв. супермагніти. Процес виготовлення основних деталей показано на рис. Котушки – кожна з 55 витків мідного 1 мм дроту у термостійкій високоміцній емалевій ізоляції, ПЕММ, ПЕТВ тощо. Висота обмоток – 9 мм.

Зверніть увагу на пази під шпонки половини ротора. Вони повинні бути розташовані так, щоб магніти (вони приклеюються до магнітопроводу епоксидкою або акрилом) після збирання зійшлися різними полюсами. «Млинці» (магнітопроводи) повинні бути виготовлені з магнітом'якого феромагнетика; підійде звичайна конструкційна сталь. Товщина «млинців» – не менше 6 мм.

Взагалі краще купити магніти з осьовим отвором і притягнути їх гвинтами; супермагніти притягуються зі страшною силою. З цієї ж причини на вал між «млинцями» одягається циліндрична проставка заввишки 12 мм.

Обмотки, що становлять секції статора, з'єднуються за схемами, також наведеними на рис. Спаяні кінці не повинні бути натягнуті, але повинні утворювати петлі, інакше епоксидка, якою залитиме статор, застигаючи, може порвати дроти.

Заливають статор у виливниці до товщини 10 мм. Центрувати та балансувати не потрібно, статор не обертається. Зазор між ротором та статором – по 1 мм з кожного боку. Статор у корпусі генератора потрібно надійно зафіксувати не тільки від зміщення по осі, а й від провертання; сильне магнітне поле при струмі в навантаженні тягне його за собою.

Відео: генератор для вітряка своїми руками

Висновок

І що ж ми маємо насамкінець? Інтерес до «лопатників» пояснюється скоріше їх ефектним зовнішнім виглядом, ніж дійсними експлуатаційними якостями у саморобному виконанні та на малих потужностях. Саморобна карусельна ЗСУ дасть "чергову" потужність для зарядки автоакумулятора або енергопостачання невеликого будинку.

А ось із вітрильними ЗСУ варто поекспериментувати майстрам із творчою жилкою, особливо у міні-виконанні, з колесом 1-2 м діаметром. Якщо припущення розробників вірні, то з такого можна буде зняти, за допомогою описаного вище китайського двигуна-генератора, його 200-300 Вт.

Андрій сказав(ла):

Дякую за вашу безкоштовну консультацію ... А ціни "від фірм" не реально дорогі, і я думаю, що майстрові люди з глибинки зможуть зробити генератори подібні до вашого. синусом). А вітрила, лопаті або ротори - це черговий привід для польоту думки наших рукастих Російських мужиків.

Іван сказав(ла):

питання:
Для вітряків з вертикальною віссю (позиція 1) і варіанта "Ленця" можна додати додаткову деталь- крильчатку, що виставляється за вітром, і закриває від нього ж марну сторону (що йде у бік вітру). Тобто вітер не лопатиме гальмувати, а цей “екран”. Постановка за вітром "хвістом", що знаходиться за самим вітряком нижче і вище лопатей (гребенів). Читав статтю та народилася ідея.

Натискаючи кнопку «Додати коментар», я погоджуюсь із сайту.

Дефлектор вентиляційний – це спеціальна насадка, яка монтується на верхній торець витяжної труби для захисту каналу та полегшення процесу вентиляції. Адже дефлектор перекриває зріз труби, перешкоджаючи проникненню опадів або дрібного сміття, і одночасно з цим створює в каналі додаткове витяжне зусилля, що генерується за рахунок вітру, що обдуває цю насадку. При цьому витяжна труба може належати як вентиляції, так і системі відведення продуктів горіння з печі або котла (димоходу).

Така насадка працює на основі ефекту Бернуллі – швейцарського механіка, який виявив взаємозв'язок між швидкістю течії потоку та статичним тиском у каналі. Бернуллі встановив, що при зростанні швидкості потоку, що провокується звуженням каналу, тиск у повітроводі або трубопроводі падає, створюючи розрядження в певній області трубопроводу.

Тобто дефлектор «ловить» вітер, що прямує у вузький канал – дифузор, і провокує падіння тиск у верхній частині вентиляційного каналу. У результаті розріджену порожнечу під дифузором заповнює порція повітря, що затягується вентиляційним каналом.

При цьому правильний дефлектор може регулювати потоки повітря в дифузорі та напрямок скидання середовища, що транспортується витяжним трубопроводом. І за належних старань конструкторів цієї насадки тяга в повітроводі збільшується на 15-20 відсотків.

Власне, через ці відсотки і застосовується дефлектор, за допомогою якого можна нівелювати недостатню висоту повітроводу або надмірно скромні габарити вентиляційного каналу.

Типові різновиди дефлекторів

Для чого потрібний дефлектор ми вже розібралися, тому далі по тексту розглянемо різновиди конструкції подібних насадок. за конструкційним особливостямсортамент подібних виробів ділять на чотири групи, до яких входять такі насадки:

• Дефлектори з плоскою кришкою (навершием). Такі насадки можна зробити навіть своїми руками. Адже плоску кришку можна просто вирізати з листової сталі або міді, просто з формування конуса.
• Насадки зі знімною кришкою, які особливо потрібні у разі облаштування димохідного каналу, що потребує періодичного чищення.
• Дефлектори з двосхилим (щипцевою) кришкою. Такі насадки забезпечують максимальний захист димохідного або вентиляційного каналу від снігу та дощу.
• Насадки з кулястим навершям, що використовуються на «лицьовому» боці екстер'єру. Такі дефлектори мають максимально естетичні зовнішні форми і можуть вписатися в будь-яку стилістику дизайну покрівлі та фасаду.

До найбільш затребуваних моделей насадок належать такі вироби:

• Дефлектор вентиляційний серія 5.904.51 – ця модель випускається у формі округлих або прямокутних насадок, що монтуються на трубу діаметром від 200 до 1250 міліметрів або на профільний повітропровід габаритами від 400х400 до 1000х1000 міліметрів. Тобто до цієї серії входять і побутові та промислові насадки. При цьому дефлектори серії 5.904.51 поширюються і у формі готових виробів і у вигляді схем та креслень, розрахованих на самостійне розкрій та складання виробу.
  
• Дефлектор вентиляційний ротаційний – це типова насадка з кулястою кришкою. Однак під цим навершям прихований не тільки дифузор, а й крильчатка – вітрова турбіна, що генерує додаткове витяжне зусилля. У результаті продуктивність витяжки збільшується майже на 50 відсотків, а ймовірність "перекидання" потоку повітря зменшується практично до нуля. Тому ротаційні моделі монтують не тільки на димарях, а й на витяжних каналах промислової та побутової вентиляції. фанових стоякахканалізації, відведення покрівельних продухів і так далі. Діаметр витяжної туби, на яку монтується такий дефлектор, змінюється від 200 до 900 міліметрів. Вартість такого виробу 3000-4000 рублів.
  
  
• Дефлектор вентиляційний ЦАГІ - це особлива насадка, доповнена циліндричним екраном, в який "загорнутий" класичний виріб з конічним дахом. Діаметр повітроводу, готового прийняти дефлектор ЦАГІ, коливається в межах від 100 до 1250 мм. Причому циліндричний екран гарантує відсутність зворотної тяги навіть у повітроводах найбільшого діаметра. Вартість побутового дефлектора ЦАГІ коливається не більше від 400 до 5000 рублів, залежно від габаритів виробу.
  
  
• Дефлектор Григоровича – класичний варіант виробу, який монтується не на трубу, а на насадку, виконану у формі зрізаного конуса. Причому насадка, і класична конічна кришка з розпірками утворюють єдину конструкцію. Це найпоширеніший варіант пічного та вентиляційного дефлектора, який можна купити у будь-якому магазині або виготовити своїми руками.
  
  
• Подвійний дефлектор Н-подібної форми – класична модель з незвичайним вхідним патрубком. Ця частина насадки виконана у вигляді літери «Н», у середню планку якої врізано трубу, що з'єднує виробів та витяжку. Тобто замість одного дефлектора ми монтуємо на витяжний канал дві насадки, збільшуючи ефективність та продуктивність витяжки щонайменше вдвічі.
  
  

Як бачите: сортамент дефлекторів рясніє різними моделямита конструкційними схемами.При цьому ви можете вибрати з цієї різноманітності і високопродуктивні, активні вентиляційні дефлектори, і саморобний варіантдля виготовлення якого потрібно докласти мінімум зусиль.

Виготовлення насадки починається із розрахунків її габаритів. При цьому ми повинні розуміти, що класичний дефлектор складається з таких деталей:

• Вхідний патрубок, пропускні розміри якого повинні збігатися із зовнішнім діаметром труби.
• Розташований зверху зовнішній циліндр – дифузор, габарити якого повинні бути не 30 відсотків більше, ніж пропускний діаметр повітроводу.
• Конічного, кулястого або плоского ковпака, що утримується кронштейнами над дифузором. Габарити ковпака повинні бути більшими за пропускний діаметр витяжки на 70-90 відсотків.

Ну а по висоті дефлектори вентиляційних систем повинні бути не більше півтора внутрішніх діаметрів повітроводів.

Визначившись із габаритами можна приступати до розкрою листової заготовки з оцинковки або нержавіючої сталі – чорний прокат для дефлектора не годиться. Причому спочатку ми викреслюємо розгортки всіх елементів конструкції від вхідного патрубка до кронштейнів, а потім переносимо ці шаблони на метал. Відокремлення заготовок від листа виконується за допомогою ножиць по металу. Ну а якщо ви не можете зробити розгортку за кресленням заготовки – скористайтеся готовими кресленнями та лекалами.

Складання готових елементів здійснюють на заклепки, саморізи, болти або зварювання. Остання технологія, зрозуміло, гарантує максимальну надійність, але «варити» тонкий листовий прокат вміє не всякий зварювальник. Тому оптимальною складальною технологією є монтаж заклепки.

При цьому спочатку збираємо дифузор, далі кріпимо до нього кронштейни, що утримують ковпак, до яких монтуємо цю деталь дефлектора. Далі ми кріпимо нижні кронштейни до вхідного патрубка та монтуємо верхню частину цих розпірок до конусоподібного дифузора.

Нами було розроблено конструкцію вітрогенератора з вертикальною віссю обертання. Нижче представлено докладний посібник з його виготовлення, уважно прочитавши яке, ви зможете зробити вертикальний вітрогенератор самі.

Вітрогенератор вийшов цілком надійний, з низькою вартістю обслуговування, недорогий та простий у виготовленні. Поданий нижче список деталей дотримуватись не обов'язково, ви можете внести якісь свої корективи, щось поліпшити, використовувати своє, т.к. не скрізь можна знайти саме те, що у списку. Ми постаралися використати недорогі та якісні деталі.

Використовувані матеріали та обладнання:

Вітрогенератори з вертикальною віссю обертання не настільки ефективні, як їх горизонтальні побратими, проте вертикальні вітрогенератори менш вимогливі до місця встановлення.

Виготовлення турбіни

1. З'єднує елемент - призначений для з'єднання ротора до лопаті вітрогенератора.
2. Схема розташування лопатей - два зустрічні рівносторонні трикутники. За цим кресленням потім легше буде розташувати куточки кріплення лопатей.

Якщо не впевнені в чомусь, шаблони з картону допоможуть уникнути помилок та подальших переробок.

Послідовність дій виготовлення турбіни:

1. Виготовлення нижньої та верхньої опор (підстав) лопатей. Розмітьте і за допомогою лобзика виріжте з ABS пластика коло. Потім обведіть її та виріжте другу опору. Повинні вийти два абсолютно однакові кола.
2. У центрі однієї опори виріжте отвір діаметром 30 см. Це буде верхня опора лопатей.
3. Візьміть хаб (малочка від авто) і розмітте і просвердліть чотири отвори на нижній опорі для кріплення хаба.
4. Зробіть шаблон розташування лопатей (мал. вище) і розмітте на нижній опорі місця кріплення куточків, які з'єднують опору та лопаті.
5. Складіть лопаті в стопку, міцно зв'яжіть їх і обріжте до необхідної довжини. У цій конструкції лопаті довжиною 116 см. Чим довше лопаті, тим більше енергії вітру вони отримують, але зворотним боком є ​​нестабільність у сильний вітер.
6. Розмітте лопаті для кріплення куточків. Натисніть і просвердліть отвори в них.
7. Використовуючи шаблон розташування лопат, представлений на малюнку вище, прикріпіть лопаті до опори за допомогою куточків.

Виготовлення ротора

Послідовність дій з виготовлення ротора:

1. Покладіть дві основи ротора один на одного, поєднайте отвори і напилком або маркером зробіть невелику мітку з боків. Надалі це допоможе правильно зорієнтувати їх відносно один одного.
2. Зробіть два паперові шаблони розташування магнітів і приклейте їх на основи.
3. Промаркуйте полярність усіх магнітів за допомогою маркера. Як "тестер полярності" можна використовувати невеликий магніт, обмотаний ганчіркою або ізолентою. Проводячи його над великим магнітом, добре видно, відштовхується він чи притягується.
4. Приготуйте епоксидну смолу (додавши до неї затверджувач). І поступово нанесіть її знизу магніту.
5. Дуже акуратно піднесіть магніт до краю основи ротора та перемістіть його до своєї позиції. Якщо магніт встановлювати зверху ротора, то велика потужність магніту може його різко примагнітити і може поламатися. І ніколи не пхайте свої пальці та інші частини тіла між двома магнітами або магнітом та залізом. Неодимові магніти дуже сильні!
6. Продовжуйте приклеювати магніти до ротора (не забудьте змащувати епоксидкою), чергуючи їх полюси. Якщо магніти з'їжджають під впливом магнітної сили, то скористайтеся шматком дерева, маючи його між ними для страховки.
7. Після того, як один ротор закінчили, переходьте до другого. Використовуючи раніше поставлену мітку, розташуйте магніти навпроти першого ротора, але в іншій полярності.
8. Покладіть ротори подалі один від одного (щоб вони не примагнітилися, інакше потім не віддереться).

Виготовлення статора дуже трудомісткий процес. Можна, звичайно, купити готовий статор (спробуй ще знайти їх у нас) або генератор, але не факт, що вони підійдуть для конкретного вітряка зі своїми індивідуальними характеристиками

Статор вітрогенератора - електричний компонент, що складається з 9-ти котушок. Котушка статора зображена на фото вище. Котушки поділені на 3 групи, по 3 котушки в кожній групі. Кожна котушка намотана дротом 24AWG (0.51мм) і містить у собі 320 витків. Більша кількість витків, але більш тонким дротом дасть більше висока напругаале менший струм. Тому параметри котушок можуть бути змінені, залежно від того, яка напруга вам потрібна на виході вітрогенератора. Нижченаведена таблиця допоможе вам визначитися:
320 витків, 0.51 мм (24AWG) = 100В @ 120 об/хв.
160 витків, 0.0508 мм (16AWG) = 48В @ 140 об/хв.
60 витків, 0.0571 мм (15AWG) = 24В @ 120 об/хв.

Вручну намотувати котушки - це нудне та важке заняття. Тому, щоб полегшити процес намотування, я б вам порадив зробити просте пристосування - намотувальний верстат. Тим більше, що його конструкція досить проста і зробити його можна з підручних матеріалів.

Витки всіх котушок повинні бути намотані однаково, в тому самому напрямку і звертайте увагу або відзначайте, де початок, а де кінець котушки. Для запобігання розмотування котушок вони обмотані ізолентою і промазані епоксидкою.

Пристосування виготовлено з двох шматків фанери, вигнутої шпильки, шматка ПВХ-труби та цвяхів. Перед тим, як вигнути шпильку, нагрійте її пальником.

Невеликий шматок труби між дощечками забезпечує задану товщину, а чотири цвяхи забезпечують необхідні розміри котушок.

Ви можете придумати свою конструкцію намотувального верстата, а може у вас вже є готовий.
Після того, як всі котушки намотані, їх необхідно перевірити на ідентичність один до одного. Це можна зробити за допомогою ваги, а також потрібно поміряти опору котушок мультиметром.

Не підключайте домашніх споживачів безпосередньо від вітрогенератора! Також дотримуйтесь заходів безпеки при поводженні з електрикою!

Процес з'єднання котушок:

1. Зачистіть кінці висновків кожної котушки шкіркою.
2. З'єднайте котушки, як показано на малюнку вище. Повинно вийти 3 групи, по 3 котушки у кожній групі. За такої схеми з'єднань вийде трифазний змінний струм. Кінці котушок припаяйте або скористайтеся затискачами.
3. Виберіть одну з таких конфігурацій:
   А. Конфігурація " зіркаДля того, щоб отримати велику напругу на виході, з'єднайте висновки X,Yта Z між собою.
   B. Конфігурація трикутник. Щоб отримати великий струм, з'єднайте X з B, Y з C, Z з A.
   C. Для того, щоб у майбутньому зробити можливість змінювати конфігурацію, наростіть усі шість провідників і виведіть їх назовні.
4. На великому аркуші паперу намалюйте схему розташування та підключення котушок. Усі котушки повинні бути рівномірно розподілені та відповідати розташуванню магнітів ротора.
5. Прикріпіть котушки за допомогою скотчу до паперу. Приготуйте епоксидну смолу із затверджувачем для заливання статора.
6. Для нанесення епоксидки на склотканину використовуйте малярський пензель. Якщо необхідно, додайте невеликі шматочки склотканини. Не заповнюйте центр котушок, щоб забезпечити їх достатнє охолодження під час роботи. Намагайтеся уникати утворення бульбашок. Метою даної операції є закріплення котушок на своїх місцях та надання плоскої форми статору, який розташовуватиметься між двома роторами. Статор не буде навантаженим вузлом і не обертатиметься.

Для того, щоб стало зрозуміліше, розглянемо весь процес у картинках:

Готові котушки поміщаються на вощений папір із накресленою схемою розташування. Три невеликі кола по кутах на фото вище – місця отворів для кріплення кронштейна статора. Кільце в центрі запобігає попаданню епоксидки в центральне коло.

Котушки закріплені на своїх місцях. Склотканина, невеликими шматочками поміщається навколо котушок. Висновки котушок можна вивести усередину або назовні статора. Не забудьте залишити достатній запас довжини висновків. Обов'язково перевірте всі з'єднання і продзвоніть мультиметром.

Статор практично готовий. Отвори для кріплення кронштейна свердляться в статорі. При свердлінні отворів дивіться не потрапите у виводи котушок. Після завершення операції обріжте зайву склотканину і, якщо необхідно, шкуркою зачистіть поверхню статора.

Кронштейн статора

Труба для кріплення осі хаба обрізала під потрібний розмір. У ній були просвердлені отвори та нарізане різьблення. Надалі в них будуть вкручені болти, які утримуватимуть вісь.

На малюнку вище показаний кронштейн, до якого буде кріпитися статор між двома роторами.

На фото вище показана шпилька з гайками та втулкою. Чотири такі шпильки забезпечують необхідний зазор між роторами. Замість втулки можна використовувати гайки більшого розміруабо самому вирізати шайби з алюмінію.

Генератор. Остаточне складання

Невелике уточнення: малий повітряний зазор між зв'язкою ротор-статор-ротор (який задається шпилькою з втулкою), забезпечує більш високу потужність, що віддається, але зростає ризик пошкодження статора або ротора при перекосі осі, який може виникнути при сильному вітрі.

На лівому малюнку нижче показаний ротор з чотирма шпильками для забезпечення зазору і двома алюмінієвими пластинами (які надалі будуть прибрані).
На правому малюнку показаний зібраний та пофарбований у зелений колірстатор, встановлений місце.

Процес складання:
1. У плиті верхнього ротора просвердліть 4 отвори і наріжте в них різьблення для шпильки. Це потрібно для плавного опускання ротора на місце. Упріть 4 шпильки в алюмінієві пластини приклеєні раніше і встановіть на шпильки верхній ротор.
Ротори будуть притягуватися один до одного з дуже великою силоютому потрібне таке пристосування. Відразу вирівняйте ротори щодо один одного по поставлених раніше мітках на торцях.
2-4. По черзі обертаючи ключем шпильки, рівномірно опускайте ротор.
5. Після того, як ротор уперся у втулку (забезпечує зазор), викрутіть шпильки і приберіть алюмінієві пластини.
6. Встановіть хаб (ступицю) та прикрутіть його.

Генератор готовий!

Після встановлення шпильок (1) та фланця (2) ваш генератор повинен виглядати приблизно так (див. рис. вище)

Болти з нержавіючої сталі служать для забезпечення електричного контакту. На дроти зручно використовувати кільцеві наконечники.

Ковпачкові гайки та шайби служать для кріплення з'єднань. плати та опори лопатей до генератора. Отже, вітрогенератор повністю зібраний та готовий до тестів.

Для початку, найкраще рукою розкручувати вітряк та вимірювати параметри. Якщо всі три вихідні клеми закоротити між собою, вітряк повинен обертатися дуже туго. Це може бути використане для зупинки вітрогенератора для сервісного обслуговуванняабо з метою безпеки.

Вітрогенератор можна використовувати не лише для забезпечення будинку електрикою. Наприклад даний екземпляр, зроблений так, щоб статор виробляв велику напругу, яка потім використовується для нагрівання.
Розглянутий вище генератор видає 3-х фазне напруга з різною частотою (залежить від сили вітру), а наприклад у Росії використовується однофазна мережа 220-230В, з фіксованою частотою мережі 50 Гц. Це зовсім не означає, що цей генератор не підійде для живлення побутових приладів. Змінний струм з даного генератора може бути перетворений на постійний струм, з фіксованою напругою. А постійний струм може використовуватися для живлення світильників, нагрівання води, заряду акумуляторів, а може бути поставлений перетворювач для перетворення постійного струму в змінний. Але це вже виходить за межі цієї статті.

На малюнку вище проста схема мостового випрямляча, що складається з 6 діодів. Він перетворює змінний струм на постійний.

Місце встановлення вітрогенератора

Вітрогенератор, що описується тут, встановлений на 4-метровій опорі на краю гори. Трубний фланець, який встановлений знизу генератора забезпечує легку та швидку установку вітрогенератора – достатньо прикрутити 4 болти. Хоча для надійності краще приварити.

Зазвичай, горизонтальні вітрогенератори "люблять" коли вітер дме з одного напрямку, на відміну від вертикальних вітряків, де за рахунок флюгера, вони можуть повертатися і їм не важливо напрям вітру. Т.к. Цей вітряк встановлений на березі скелі, то вітер там створює турбулентні потоки з різних напрямків, що не дуже ефективно для даної конструкції.

Іншим фактором, який необхідно враховувати під час підбору місця розміщення, є сила вітру. Архів даних за силою вітру для вашої місцевості можна знайти в інтернеті, правда це буде приблизно, т.к. все залежить від місця.
Також, у виборі розташування установки вітрогенератора допоможе анемометр (прилад для вимірювання сили вітру).

Трохи про механіку вітрогенератора

Як відомо, вітер виникає через різницю температур поверхні землі. Коли вітер обертає турбіни вітрогенератора, він створює три сили: підйомну, гальмування та імпульсну. Підйомна сила зазвичай виникає над опуклою поверхнею і є наслідком різниці тиску. Сила гальмування вітру виникає за лопатями вітрогенератора, вона є небажаною і гальмує вітряк. Імпульсна сила виникає через вигнуту форму лопатей. Коли молекули повітря штовхають лопаті ззаду, їм нікуди потім подітися і вони збираються позаду них. У результаті вони штовхають лопаті у напрямку вітру. Чим більша підйомна та імпульсна сили і менша сила гальмування, тим швидше лопаті буде обертатися. Відповідно, обертається ротор, який створює магнітне поле на статорі. Внаслідок чого виробляється електрична енергія.

Завантажити схему розташування магнітів.

Перефразовуючи крилату думку з відомого фільму, можна сказати, що вентиляція — справа тонка, надто багато чинників впливають на стійку роботу витяжної труби. Рідко кому вдається побудувати в будинку вентиляцію з невеликою трубою, щоб займала мінімум місця на даху і одночасно мала високу продуктивність. З часом, у міру запилення та заростання вентиляційних каналів, продуктивність та ефективність системи вентиляції відчутно знижується, тому доводиться встановлювати дефлектор на вентиляційну трубу. Найкращі моделіздатні збільшити продуктивність до 20% вихідного значення тяги.

Що являє собою дефлектор

Сьогодні циліндричний, конусоподібний чи округлий корпус дефлектора можна побачити на дахах приватних будинків. По суті, дефлектор є аеродинамічною насадкою, призначеною для створення додаткового розрядження на зрізі вентиляційної труби. В результаті збільшується перепад тиску над трубою та всередині приміщення, збільшується тяга та продуктивність вентиляційної системи.

Конструктивно будь-який дефлектор складається із трьох вузлів:

• Корпуси з кріпленням, що забезпечують надійну та міцну установку на зрізі вентиляційної труби;
• Системи захоплення повітряного потоку, що складається з декількох нерухомих аеродинамічних профілів або елемента, що обертається, як у випадку турбінних дефлекторів;
• Ковпака або захисної кришки, що закриває зріз труби від проникнення дощу, снігу, цікавих птахів, комах, мишей та іншої живності.

До відома! Чудовою властивістю дефлектора є абсолютна автономність. Пристрій, що забезпечує додатковий приріст тяги на майже 10-20%, працює без зовнішніх джерел електричної або теплової енергії.

Для роботи вентиляційного дефлектора потрібна одна умова — постійний, стабільний горизонтальний потік вітру, бажано одного напрямку. В умовах постійного потоку повітря дефлекторна насадка дозволяє зменшити висоту вентиляційної труби на даху майже вдвічі. У безвітря дефлектор практично не працює.

Посилення тяги завдяки стиску додаткового потоку повітря також використовується в димоходах і продуваннях, коли з приміщення або камери згоряння необхідно швидко видалити продукти згоряння, дим, гар, кіптяву. Дефлектор допомагає різко інтенсифікувати горіння. Наприклад, в епоху паровозів використовувався імпровізований бустер: щоб різко збільшити потужність парової машини, пара з котла викидалася через димову трубуназовні, що збільшувало інтенсивність горіння і потужність двигуна майже на 70%.

Конструкція та принцип роботи дефлектора вентиляційної труби

Пристрій та принцип роботи дефлекторного підсилювача засновані на добре відомому фізичному явищіпадіння статичного тиску в потоці повітря чи води. Спрощений пристрій та схема роботи дефлектора наведені на кресленні та малюнку.

Основу конструкції складає спрощений аеродинамічний профіль, як правило, це два вертикально розташовані конуси або гребеня, спрямованих вершинами один до одного. Потік повітря, обтікаючи конусоподібний або кулястий профіль, стискається і прискорюється під дією динамічного напору, щонайменше вдвічі.

В результаті тиск повітря на зрізі вентиляційної труби падає, що забезпечує збільшення продуктивності вентиляції. Конструкцію не можна назвати абсолютно безшумною. При проектуванні розмірів та характеристик дефлектора розробники використовують середні значення горизонтальних потоків повітря. Насправді швидкість вітру може перевищувати 15 — 20 м/с, що зумовлює виникнення повітряних коливань як шуму і високочастотного свисту. Щоб уникнути зашумлення дефлектора, найбільш сучасні моделі виготовляються у вигляді численних секторів і решіток, що спрямовують.

Дефлектор не варто плутати з витяжним електровентилятором, що встановлюється на зрізі вентиляційної труби, незважаючи на те, що призначення обох приладів однакове, конструкція, надійність, ефективність і принцип роботи у них різні. За бажанням можна зробити найпростіший вентиляційний дефлектор своїми руками за кресленнями, наведеними нижче.

Найбільш поширені моделі вентиляційних дефлекторів

Дефлекторні підсилювачі тяги широко використовуються у приватному домобудуванні та багатоповерхових будинках, як засіб для підвищення ефективності системи вентиляції. Сьогодні найбільш відомі кілька конструкцій вентиляційних дефлекторів:

1. Модель дефлектора, розроблена ЦАГІ- центральним аеродинамічний інститут, вона так і називається. Тяжка, громіздка, розрахована на велику висоту та величезні витрати повітря;
2. Система Григоровича, зображений на фото нижче. Одна з найвдаліших схем дефлектора. Проста та ефективна конструкція, яку цілком під силу виготовити та встановити на даху своїми руками;
3. Турбо дефлектори вентиляційні, відрізняються наявністю куполоподібної решітки, що спрямовує, здатної обертатися під дією повітряного потоку і одночасно створювати розрідження всередині купола;
4. Вітрильні або флюгерні дефлектори.

До відома! Незважаючи на зовнішні відмінності в конструкції, всі дефлекторні системи працюють за одним і тим же принципом інжекції потоку.

Схема Григоровича відрізняється разючою простотою та високою ефективністю. По суті вентиляційний дефлектор побудований у вигляді двох усічених конусів, закритих ковпаком. Невелика вага та міцність дефлектора дозволяють встановлювати на відносно слабкі вентиляційні та пластикові вентиляційні труби. Пристрій нечутливий до напряму повітряного потоку, пульсацій та перетікання вітру.

Дефлектори за схемою Григоровича сьогодні займають 80% ринку вентиляційних підсилювачів тяги для систем вентиляції приватних будинків.

Моделі ДС показують максимальну ефективність посилення тяги вентиляційної трубитільки на плоскому даху. Крім того, наявність сітки нерідко призводить до обмерзання екрану, але обійтися без захисту неможливо, тому що вентиляційні труби нерідко використовуються птахами та комахами для проникнення в середину будівлі.

Система дефлекторів розробки ЦАГІ

Моделі ЦАГІ є основними більшість промислових об'єктів. Конструктивно є дворівневий ковпак-дефлектор з нижнім і верхнім обтіканням корпусу потоком повітря. Щоб позбутися резонуючого шуму і свисту при сильному вітрі, корпус вентиляційного дефлектора закривають кільцевим екраном.

За заявами розробників, екран дозволяє захистити корпус від утворення льоду та снігової пробки.

ЦАГИ дуже хотіли зробити свій дефлектор на вентиляційну трубу високоефективним і надійним, але на практиці вийшов дуже дорогий і громіздкий виріб, що страждає на зледеніння в зиму і швидко іржавіє навіть при невеликій кількості хімічно активних оксидів сірки, азоту і фосфору.

ЦАГИ дефлектор не прижився ніде, окрім цехів промислових виробництв. У приватному секторі модель не прижилася, її навіть не намагалися копіювати, крім того, ефективної роботивентиляційну трубу з дефлектором необхідно піднімати на 12-15 м над ковзаном даху.

Турбіна як спосіб посилення тяги у вентиляційній трубі

Як приклад одного з найбільш цікавих способівпосилення тяги можна навести турбінні схеми. Найбільш поширена купольна турбіна зображена на фото.

Конструкція складається з понад двох десятків лопаток із тонколистового металу, зібраних у бутон. Зовнішня оболонка з лопаток кріпиться на закріплену консольно вісь обертання.

Дефлектор встановлюється лише на вентиляційні труби круглого перерізу. Куполоподібне розміщення лопаток дозволяє ефективно вловлювати горизонтальні повітряні потоки 0,1-0,5 м/с горизонтального та вертикального напрямку, що робить турбіну надзвичайно ефективною. Для роботи купола досить слабкого "терміка" від нагрітого на сонці даху.

Ще однією перевагою турбіни є її невибагливість до вибору місця встановлення. Як правило, куполи встановлюють на вентиляційну трубу, на висоті 30-35 см над покрівельним покриттям, що практично не впливає на крокви та решетування.

Дефлектори турбінної схеми нечутливі до пилових бур та інтенсивного випадання конденсату. По-перше, навіть при невеликій швидкості обертання плівка вологи, що випала, зривається і скопує з гострих країв лопаток. Навіть якщо зовнішня оболонка буде з якихось причин заблокована, вентиляційна система все одно працюватиме, але з меншою на 10-15% ефективністю.

Вітрильні та капюшонні моделі

Дуже незвичайними на вигляд є флюгерні або капюшонні моделі дефлекторів.

По суті це єдина схема, в якій повноцінно використовується ефект Бернуллі або ежекції. Принцип роботи пристрою ґрунтується на здатності флюгера розвертатися у підвітряну сторону. Потік повітря, що набігає, створює у вентиляційній трубі розрідження на 15-20% вище, ніж у системах Григоровича або в турбіні.

Конструкцію оснащують свого роду каптуром, що виконує роль крила флюгера і одночасно закриває вихлопний отвір вентиляційної труби від дощу та снігу.

Для ефективної роботи вентиляційну трубу з капюшонним дефлектором необхідно піднімати на верхівку ковзана, де немає відбитих потоків повітря. Основним недоліком флюгерного варіанта є висока інерція, при різких поривах вітру часто флюгер не встигає розвернутися за вітром, і частина газів, що відходять, заганяється динамічним тиском назад у вентиляційну систему будинку.

Як і у турбіни, флюгерний ефект посилення тяги та працездатність капюшонного дефлектора практично не залежить від конденсату, пилу та температури повітря.

Одним із різновидів флюгерної схеми є трубчасті дефлектори. По суті, це двосторонній повітряний дифузор - конфузор, який також провертається потоком повітря за вітром. Коефіцієнт посилення тяги у вентиляційній трубі в такому пристрої вищий, ніж у схеми Гриневича, але нижчий, ніж у класичної капюшонної конструкції.

Висновок

Крім перерахованих систем посилення розрядження у вентиляційній трубі, існує досить багато комбінацій та модифікацій з подвійними насадками, з перфорованими стінками, з пиловловлювачами, напірними трубами та клапанами зворотної тяги. Але всі вони, так чи інакше, мають меншу ефективність і більше складним пристроємщо неминуче позначається на стійкості роботи конструкції.

Надмірна вологість та запахи створюють нездорову атмосферу і навіть стають причинами захворювань. Якість вентиляції в будинку, офісі чи виробництві безпосередньо впливає рівень комфорту, ви з цим згодні?

Саме тому грамотно влаштована вентиляція є. найважливішою умовоюпід час запуску в експлуатацію будівельних об'єктів. Налагодити якісний повітрообмін допомагає турбодефлектору для вентиляції. Але який вибрати та правильно встановити, щоб не викликати фахівців?

Постараємося докладно відповісти на всі питання – у цьому матеріалі розглянуто принцип роботи, існуючі різновидитурбодефлекторів, особливості монтажу. А також приділено увагу питанням обслуговування та ремонту.

Для кращого розуміння викладеної інформації підібрано наочні фото та схеми пристрою ротаційних дефлекторів, наведено відеорекомендації щодо усунення поломок. Інформація структурована і навіть недосвідченому домашньому умільцю нескладно розібратися з тонкощами вибору, монтажу та ремонту ротаційного дефлектора.

Робота турбодефлектора ґрунтується на наступних принципах: використовуючи енергію вітру, пристрій створює розрідження повітря у шахті вентиляції, збільшує тягу та витягує забруднене повітря із приміщення, вентиляційного каналу, підпокрівельного простору.

Як би не змінювалися напрям і сила вітру, головка (крильчатка), що обертається, завжди крутиться в один бік і створює в шахті вентиляції частковий вакуум.

Галерея зображень

Правила монтажу турбіни

Вентиляційні турбіни можуть встановлюватися безпосередньо на скатну або пряму покрівлю, виліт димаря або вентиляційної шахти. Місце розташування залежить від сфери застосування турбіни.