История проекта Парусный ветрогенератор часть 1

Все строительство ветрогенератора с начала построения макета и до готовой конструкции растянулась с декабря 2005г. по сентябрь 2009г. Сперва была сделана модель парусного ветряка чтобы понять как работает ветрогенератор и на что он вообще способен, как ведут себя парусные лопасти. В начале декабря 2005-го года сделал простенькую модель из подручного материала. Основа парусника - оси фиксатора 5-дюймового дисковода и оказалось, что модель прекрасно крутится и вполне работоспособна. Так как до этого с ветряками не сталкивался, то нужно было понять с самого начала как это все работает.

модель парусного ветряка

>

Дальше буду размещать фотографии почти в хронологическом порядке, по порядку пойдут по мере изготовления узлы и детали ветряка. Так сейчас выглядит ступица, а вначале была без ”оттяжек”, пока в октябре 2006-го ветер 20-22 м/с аккуратно не согнул 7мм диск в ”крышку кастрюли” с 8 мм глубиной прогиба. На 2-oм фото - в сборе со спицами, потом - первая сборка февраль 2006г.

ступица парусного ветряка

>

>

Одна из первых фотографий, ступица со спицами и примерка паруса

ступица парусного ветряка

>

Сначала паруса решили сделать из имеющейся в наличие ткани, кроме старых простыней подобрать в нужном количестве ничего не удалось, решили шить из простыней. Как два первых паруса были готовы решил сразу их опробовать, раздобыл подходящий столбик и установил колесо прямо во дворе, ось на высоте 2,5 м. Вращение снимал на видео, на раскадровке анализировалась работа паруса и каждая следующая пара изготавливалась с учетом недостатков предыдущей.

парусный ветрогенератор своими руками

>

После установки и натяжки всех парусов ветряк стал страгиваться от любого малейшего ветерка. Проверял когда начинает страгиваться по по крыльчатому анемометру, оказалось что при ветре 0,3-0.4 м/с, если конечно это можно назвать ветром, вот оно преимущество паруса над лопастью, больше площадь больше стартовый момент. Дальше пошли испытания на тягу и мощность. На хвост оси установил шкив диаметром 7,5см, на него - шнур, к шнуру - груз, отметил метр на столбe и теперь с секундомером можно замерять мощность. Во-первых по отрыву груза от земли определил ”стартовый” крутящий момент: примерно 5 н/м при ветре в 0,8-1,0 м/с.

парусный ветряк

>

Двухмесячные испытания ветряка с лопастями из простыней показали что ткань никуда не годится, слишком слабый материал. Зато выработалась некоторая концепция формы парусов, и способ их установки и растяжки. Эту схему изготовления и монтажа парусов использую до сих пор (сегодня август 2009). Новые паруса сделали из баннерной ткани, такую ткань применяют для наружной рекламы, материал очень прочный с очень гладкой поверхностью. Бывает разной толщины, 600-900 г/кв.м. Это не-тканный материал, запеченный между слоями ПВХ. За первые 7 месяцев испытаний (май-ноябрь 2006) они неоднократно рвались и я усиливал слабые места. На первом фото - шкотовый угол. Теперь, то-есть до сих пор держат нормально. На следующем фото статические испытания. По Бернулли ветер 25 м/сек давит на 1 кв.м. с силой в 40 кг.

парусный ветряк

>

Весной, в мае появилась первая листва на деревьях, которая перекрыла доступ ветра к моему ветроколесу, по-этому пришлось искать ветер и перенести всю конструкцию на берег озера. Ветряк удален от дома около 100 метров, поставил так чтобы из окна дома его можно было видеть. Так как ветряк теперь от дома далеко, а все технические изменение получается делать только дома, то пришлось звать на помощь соседей чтобы приносить и уносить ветроколесо, которое весит 48 килограмм. Звать соседей приходилось с частотой 2-3 раза в месяц, ох и интересно им было наверно таскаться с моим чудом техники. Ниже на фото тормозная система ветряка.

тормоз ветряка

>

Ветроколесо как оказалось имеет огромный крутящий момент на валу. Уже при ветре в 4-5 м/с руками колесо не остановишь. При этом обороты колеса вхолостую 40-50 об/мин. Вначале для торможения использовал лассо, набрасывая его на спицы, а потом пришлось делать тормоз. Колодки, и диск - из коробки сцепления Гольфа. Рычаг тянется вниз, тяги прижимают колодку. Там-же видна и резина между обоймами подшипников оси и площадкой головки - вибрации снимать. Последующие испытания показали неэффективность этого тормоза и я его снял. На ветрах выше 6-7м/с он уже не тормозит. Оказалось что у меня эффективно работает электро тормоз генератором. С передачей 15:1 закорачивание обмоток генератора настолько замедляет колесо, что его можно остановить рукой.

Теперь нужно было определить мощность и КИЭВ ветрколеса моего парусного ветрогенератора. В теории все очень просто, шкив на оси наматывает на себя шнур с грузом, который проходит определенное расстояние по вертикали за определяемое время, и одновременно определяется скорость ветра и скорость вращения колеса. Но практически это оказалось очень трудно. Как груз использовал ведра с кирпичами, на шкив наматывал шнур и давал пару метров слабины чтобы колесо разогналось и смотрел с какой скоростью поднимается груз по отметкам на столбе и секундомеру, при этом одновременно надо было зафиксировать скорость ветра и обороты ветроколеса.

Испытания показали что при ветре до 2 – 2.5 м/с ветроколесо хоть как-то реагировало на вес снижением оборотов, и хоть как-то замеры можно было сделать, а вот после 3.5- 4 м/сек груза оно вообще не замечало, два ведра с кирпичами = 68 кг и + кусок рельса – в сумме = 115 кг и больше мне подвесить было нечего.

измерение крутящего момента ветрколеса >

Испытания проводил когда тормоз еще не сделал, бывало что ведра утягивало вверх так что рвался шнур или накручивало душки ведер на шкив, так что кирпичи летели во все стороны. Пришлось срочно делать тормоз.

тормоз генератора >

Это просто шкив на оси с охватывающей его металлической лентой, один конец которой закреплен, а второй, через динамометр, рычаг тянет вниз, прижимая к шкиву. Сила тяги и параметры шкива и ленты позволяют рассчитать тормозное усилие. Лента – обычная обвязочная, железная, мягкая. К тому времени обзавелся и показателем оборотов, велосипедным. Результаты – как и с грузом, до 2-2.5 м/сек все работает, а выше – лента за секунды раскаляется докрасна и рвется. Бросил я тогда эти замеры и только много позже додумался – привязал колесо за конец спицы через динамометр. Ветер 5-6 м/сек дует, колесо привязано, не крутится, но тянет (страгивающий момент) и динамометр показывает 18 кг на плече в 210 см, а это на шкиве 3.5 см радиуса дает тягу более тонны. Понятно стало, почему с грузом замеры не получились.

С генератором решил не мучится и купить готовый. Генератор - купил на 48V, 1KW. Трехфазный, обмотки соединены треугольником. Вес генератора около 7 кг. Прокрутил на токарном станке при нагрузке по 5 ом на фазу - на 630 об/мин выдал 11А и 54В (около 1,7 KW). Момент страгивания без нагрузки 4-4,5 Нм. Приделал к нему шкив под ремень.

Сам генератор.

генератор ветряка >

>

>

>

>

Генератор закреплен на пластине, которая притягивается на болтах к кронштейну и двигается чтобы натянуть ремень. Мультипликатор делался на глазок так как быстроходность ветроколеса так и осталась неизвестной. Первый мультипликатор был 8:1 под зубчатый ремень. Вырезал болгаркой из фанеры толщиной 25 мм. 3убчики рисовал и выпиливал тоже болгаркой. Получилось правда не точно как не старался, зубья набегали друг на друга и дергали генератор. Потом сделал еще один мультипликатор 5:1 и тоже с зубчиками не получилось. Тогда заказал из алюминия, работало нормально. Но оказалось что выше 3-4 м/сек колесо генератором (даже короткозамкнутым) не нагружается. Поставил колесо от мопеда под поликлиновый ремень, вышло 10:1. Но за пару дней при умеренном ветре колесо стало яйцом. Перетянул и через два дня опять яйцо. Тогда вырезал такой-же диск из фанеры и он до сих пор нормально держит. Замеры при 6-8 м/сек показали снижение холостых оборотов на 20-30% при нагрузке, а по теории надо было - до 50%, так что колесо остается недогруженным. Если когда сподвигнусь - сделаю 16:1 и двухступенчатый.

генератор ветряка >

>

>

>

Далее на следующей странице продолжение строительства парусного ветрогенератора, щеточный узел, установка мачты, оборудование мачты, электрическая часть и другое. Фото и данные взяты с источник

Вторая часть, продолжение строительства парусного ветрогенератора