Все, что связано с ремонтом и настройкой работы ваших вещей
Меню
Ротора савониуса своими руками
Вертикальный ветрогенератор своими руками
С чего все начиналось
Поэтому было решено построить ветрогенератор чтобы использовать еще и энергию ветра. Сначала было желание построить парусный ветрогенератор. Такой тип ветрогенераторов очень понравился, и после некоторого времени проведенного в интернете в голове и на компьютере накопилось много материалов по этим ветрогенераторам.Но строить парусный ветрогенератор довольно затратное дело, так-как такие ветрогенераторы маленькие не строят и диаметр винта для ветрогенератора такого типа должен быть как минимум метров пять.
Большой ветрогенератор не было возможности потянуть, но все-таки очень хотелось попробовать сделать ветрогенератор, хотя бы небольшой мощности, для зарядки аккумулятора. Горизонтальный пропеллерный ветрогенератор сразу отпал так-как они шумные, есть сложности с изготовлением токосьемных колец и защитой ветрогенератора от сильного ветра, а так-же трудно изготовить правильные лопасти.
Хотелось чего-то простого и тихоходного, посмотрев некоторые видеоролики в интернете очень понравились вертикальные ветрогенераторы типа Савониус. По сути это аналоги разрезанной бочки, половинки которой раздвинуты в противоположные стороны. В поисках информации нашел более продвинутый вид этих ветрогенераторов — ротор Угринского. Обычные Савониусы имеют очень маленький КИЭВ ( коэффициент использования энергии ветра), он обычно всего 10-20%, а ротор Угринского имеет более высокий КИЭВ за счет использования отражённой от лопастей энергии ветра.
Ниже наглядные картинки для понимания принципа роботы данного ротора
Схема разметки координат лопастей
КИЭВ ротора Угринского заявлен аш до 46% , а значит он не уступает горизонтальным ветрогенераторам. Ну а практика покажет что и как.
Изготовление лопастей.
Материалы для ротора выбраны самые простые и дешовые. Лопасти сделаны из алюминиевого листа толщиной 0,5мм. Из фанеры толщиной 10мм вырезаны три круга. Круги были расчерчены по рисунку выше и были сделаны бороздки глубиной 3 мм для вставки лопастей. Крепление лопастей сделано на маленьких уголочках и стянуто на болтики. Дополнительно для прочности всей сборки фанерные диски стянуты шпильками по краям и в центре, получилось очень жёстко и прочно.
Размер получившегося ротора 75*160см, на материалы ротора потрачено примерно 3600 рублей.
Изготовление генератора.
В поисках информации на форумах оказалось многие люди делают генераторы сами и в этом нет ничего сложного. Решение было принято в пользу самодельного генератора на постоянных магнитах. За основу была взята классическая конструкция аксиального генератора на постоянных магнитах, сделанная на автомобильной ступице.
Первым делом были заказаны неодимовые магниты шайбы для этого генератора в количестве 32 шт размером 10*30мм. Пока шли магниты изготавливались другие детали генератора. Вычислив все размеры статора под ротор, который собран из двух тормозных дисков от автомобиля ВАЗ на ступице заднего колеса, были намотаны катушки.
Для намотки катушек сделан простенький ручной станочек. Количество катушек 12 по три на фазу, так-как генератор трехфазный. На дисках ротора будет по 16 магнитов, это соотношение 4/3 вместо 2/3, так генератор получится тихоходнее и мощнее.
Для намотки катушек сделан простой станочек.
На бумаге размечены места расположения катушек статора.
Для заливки статора смолой изготовлена форма из фанеры. Перед заливкой все катушки были спаяны в звезду, а провода выведены наружу по прорезанным канальцам.
Катушки статора перед заливкой.
Свеже залитый статор, перед заливкой на дно был постелен кружок из стеклосетки, и после укладки катушек и заливкой эпоксидной смолой поверх них был уложен второй кружок, это для дополнительной прочности. В смолу добавлен тальк для крепкости, от этого она белая.
Так-же смолой залиты и магниты на дисках.
А вот уже собранный генератор, основа тоже из фанеры.
После изготовления генератор сразу был покручен руками на предмет вольт-амперной характеристики. К нему был подключен мотоциклетный аккумулятор 12 вольт. К генератору была приделана ручка и смотря на секундную стрелку и вращая генератор были получены некоторые данные. На аккумулятор при 120 об/м получилось 15 вольт 3,5А, быстрее раскрутить рукой не позволяет сильное сопротивление генератора. Максимум в холостую на 240 об/м 43 вольта.
Электроника
Для генератора был собран диодный мост, который был упакован в корпус, а на корпусе были смонтированы два прибора это вольтметр и амперметр. Так-же знакомый электронщик спаял простенький контроллер для него. Принцип контроллера прост, при полном заряде аккумуляторов контроллер подключает дополнительную нагрузку, которая съедает все излишки энергии чтобы аккумуляторы не перезарядились.
Первый контроллер спаянный знакомым не совсем устраивал, по этому был спаян более надежный программный контроллер.
Установка ветрогенератора.
Для ветрогенератора был сделан мощный каркас из деревянных брусков 10*5 см. Для надежности опорные бруски были вкопаны в землю на 50 см, а так-же вся конструкция была дополнительно усилена растяжками, которые привязывались к уголкам вбитым в землю. Такая конструкция очень практична и быстро устанавливается, а так-же в изготовлении проще чем сварная. Поэтому было принято решение строить из дерева, а металл дорого и сварку некуда включать пока.
Вот уже готовый ветрогенератор.На этом фото привод генератора прямой, но в последствии был сделан мультипликатор для поднятия оборотов генератора.
Привод генератора ременной, передаточное соотношение можно менять заменой шкивов.
В последствии генератор был соединен с ротором через мультипликатор. В общем итоге ветрогенератор выдает 50 ватт на ветру 7-8 м/с, зарядка начинается на ветру 5 м/с, хотя начинает вращаться на ветре 2-3 м/с, но обороты слишком маленькие для зарядки аккумулятора.
В будущем планируется поднять ветрогенератор по выше и переработать некоторые узлы установки, а тск-же возможно изготовление нового более большого ротора.
Источник
Ветровой микрогенератор с ротором Савониуса. Часть 1
Эта ветровая турбина практически ничего не стоит и проста в изготовлении. Она может производить достаточно энергии для маломощных устройств.
Есть множество случаев, когда вам может понадобиться небольшое количество электроэнергии, например, механизм открывания ворот, предупредительные огни, указатели уровня воды и другие маломощные устройства.
Хотя применение солнечной панели, казалось бы, идеальное решение, часто использовать ее невозможно из-за проблем расположения и затенения.
Именно такая ситуация возникла, когда я решил сделать новую автоматику для ворот. На участке находилось слишком много деревьев, и это препятствовало бы поступлению солнечной энергии, а проводить питание от дома, который находится метрах в 30, означало бы необходимость рыть траншею для кабелей, что почти невозможно в нашем каменистом грунте.
Почему именно автоматические ворота? Ну, наша дорога общая с соседями, и рядом находятся их ворота, поэтому, открывая ворота, мы будем блокировать их въезд. Кроме того, подъездный путь очень крутой, и трогаться с места после остановки не очень просто из-за пробуксовки автомобиля.
Кроме того, когда возникает возможность установить новое устройство с возобновляемым источником энергии, как я могу сказать «нет»?
Как бы то ни было, я решил использовать для питания механизма открывания ворот малую ветряную турбину. Хотя ветреных дней у нас не так много, есть два – четыре дня в месяц, когда сильный ветер не утихает, по крайней мере, на протяжении 24 часов. Одним словом, я понял, что именно таким способом имею возможность обеспечить энергией устройство с таким скромным энергопотреблением, как открывающиеся ворота.
Механизм открывания ворот также самодельный, для изготовления использовались двигатели от стеклоочистителей автомобиля, которые вращают длинные латунные резьбовые валы. Они приводят в движение гайки, прикрепленные к воротам с помощью стальных труб, болтов и двух металлических кронштейнов.
Электродвигатели установлены на шарнирах, и когда они работают, либо толкают гайку от себя, либо тянут ее. Именно так открываются и закрываются ворота.
Контроллеры управления для ворот покупные. В выполняемые ими функции входит включение света у ворот, дистанционное управление двигателями, а также контроль тока двигателей.
Слишком много турбулентности
[Примечание переводчика Турбулентность – беспорядочное изменение направления и силы потоков жидкой или газообразной среды]
Я немного поразмышлял о том, какой тип турбины я могу установить, и как она должна выглядеть.
Безопасность была еще одним фактором. У меня любопытные дети, которые могут влезть во что угодно. По этим причинам я отказался от покупки небольшой турбины с горизонтальной осью, она слишком опасна, когда находится низко над землей, и решил установить ротор Савониуса.
Этот тип ротора с вертикальной осью очень прочен и долговечен, если построен правильно, имеет относительно небольшую скорость вращения, и легко может быть изготовлен в домашних условиях, без возни с аэродинамическим профилем крыла и другими проблемами, связанными с изготовлением горизонтальной «пропеллерной» турбины.
Более того, в отличие от турбины с горизонтальной осью, ротор Савониуса всегда ориентирован по ветру, и, что важно отметить, не сильно зависит от турбулентности, которая является достаточно сильной в месте, где должна быть установлена турбина.
Как видно на фото, турбина установлена достаточно низко из-за того, что находится вблизи жилья. Хотя это не очень хорошо, турбина все же должна обеспечивать достаточно энергии для устройства открывания ворот, тем более что оно используется с аккумулятором достаточно высокой емкости.
Изготовление турбины
Турбина была сделана из трех дисков диаметром 330 мм, вырезанных из алюминиевого листа толщиной 1.2 мм и водосточной трубы диаметром 150 мм и длинной около 600 мм.
Труба была разрезана пополам в обоих направлениях, поперек и вдоль, в результате чего получились четыре одинаковые лопатки для турбины. Затем лопатки были установлены между трех дисков, как показано на фото. Для соединения всех деталей использовались маленькие алюминиевые уголки и нержавеющие вытяжные заклепки.
Здесь вы можете видеть весь двигатель и ротор до установки на мачте и покраски. Обратите внимание, как лопасти в верхней части развернуты на 90° относительно лопаток в нижней части и мотор еще не имеет пластмассовых крепежных уголков.
Здесь вы можете видеть двигатель и ротор до установки на мачте и покраски. Обратите внимание, что лопасти в верхней части развернуты на 90° относительно лопаток в нижней части, и мотор еще не имеет пластмассовых крепежных уголков.
Две лопасти в верхней части ротора развернуты на 90 градусов относительно нижних. Это гарантирует, что всегда есть, по крайней мере, одна лопасть, которая в состоянии поймать ветер, так что турбина является самозапускающейся.
Ось для ротора – водопроводная труба диаметром 40 мм. Она проходит через центр всех трех дисков, и внутренние края каждой из лопаток прикреплены к ней.
В нижнюю часть оси я запрессовал (забил молотком) алюминиевую переходную втулку, с помощью которой турбина была установлена непосредственно на ось генератора.
Окончательно собранная турбина оказалась очень крепкой и жесткой, и была удивительно хорошо сбалансирована. Хотя центральной вал не считается оптимальной конструкцией для ротора Савониуса, у него есть преимущества, такие как увеличение прочности турбины и возможность хорошей центровки в многоступенчатых роторах.
Конструкции роторов Савониуса
Есть несколько вариантов ротора Савониуса, которые я видел, все работают хорошо. Эффективность роторов Савониуса всего лишь около 15 процентов, но по многим соображениям они идеальны. Некоторые варианты приведены ниже, на рисунках турбина показана при взгляде сверху вниз.
Эту конструкцию использую я. Она очень прочна из-за центрального вала, но чуть менее эффективна, чем две другие. Тем не менее, повышенная прочность позволяет закреплять ротор только с одного торца.
Это тоже очень простая конструкция, и также может быть легко изготовлена из металлических дисков и секций труб. Эффективность этого ротора немного выше, чем предыдущего, так как некоторое количество воздуха воздействует на вторую лопасть при выходе из первой.
Наиболее эффективная конструкция ротора Савониуса. Она не только имеет аэродинамическое преимущество, так как воздушные потоки отклоняются лопастями два раза, как в предыдущей конструкции, но лопасти еще имеют некоторый аэродинамический профиль. Когда на лопасти находит поток воздуха, создается небольшая подъемная сила и, следовательно, эффективность ротора повышается. Эта конструкция более трудоемка в изготовлении. Требуются лопасти из проката листового металла, а не вырезанные из барабанов или труб.
Окончание читайте здесь
Перевод: Андрей Гаврилюк по заказу РадиоЛоцман
Источник
Ротор Савониуса: описание, принцип работы. Ветрогенератор с вертикальной осью вращения
Преобразование энергии ветра — один из способов получения дешевого электричества. Существует множество конструкций ветрогенераторов. Одни из них рассчитаны на максимальную эффективность, другие — неприхотливы в использовании. Ко второй группе относится ротор Савониуса, созданный около 100 лет назад, он до сих пор с успехом применяется для решения разных технических задач.
История создания
Сигурд Йоханнес Савониус (1884 — 1931) — изобретатель из Финляндии, получил известность благодаря работам по физике, связанным с изучением энергии ветра. За свою жизнь получил несколько патентов, которые применяются не только для создания ветрогенераторов, но и в судостроении, а также в системах вентиляции современных железнодорожных вагонов и автобусов.
Другой изобретатель из Германии — Антон Флеттнер (1888 — 1861) в начале прошлого века придумал альтернативу классическому парусу, создав, так называемый, ротор Флеттнера. Суть изобретения сводилась к следующему: вращающийся цилиндр, обдуваемый ветром, получал направленную в горизонтальном направлении силу, превышающую в 50 раз силу воздушного потока. Благодаря этому открытию было построено несколько морских судов, использующих для движения силу ветра. В отличие от обычных парусников, эти суда не были полностью энергонезависимыми. Для вращения ротора нужны были двигатели.
Размышляя над парусом Флеттнера, Савониус пришел к выводу, что для его вращения можно также применить энергию ветра. В 1926 году он разработал и запатентовал конструкцию открытого цилиндра с противоположно направленными лопастями внутри.
Немного физики
Для начала немного теории. Каждый замечал, что при езде на велосипеде воздух создает значительное сопротивление движению. И чем больше скорость, тем выше эта величина. Вторым фактором, влияющим на сопротивление, является площадь сечения тела, на которое воздействует воздушный поток. Но есть еще третья величина, которая связана с геометрией тела. Именно ее стараются снизить проектировщики автомобильных кузовов, когда речь заходит об аэродинамике.
Для примера можно сказать, что три пластины с одинаковой площадью сечения, но имеющие разные формы: вогнутую, прямую и выпуклую, будут иметь сильно отличающийся коэффициент сопротивления. У выпуклой формы он будет 0,34, у прямой — 1,1, у вогнутой — 1,33. Именно вогнутая форма была взята для лопастей ротора Савониуса. Она признана наиболее эффективно принимающей энергию ветра.
Принцип работы ротора Савониуса
В отличие от паруса Флеттнера, Савониус предложил разделить цилиндр на две половины и сместить их друг относительно друга, чтобы получились лопасти и пространство между ними. Сутью идеи Савониуса было то, что поток воздуха, бьющий в одну лопасть, не просто уходил после этого в сторону, но, проходя через осевой промежуток, перенаправлялся на вторую лопасть, что значительно усиливало эффект ветра.
Такой принцип действия позволяет ротору Савониуса работать даже при слабом ветре.
Существует несколько вариантов профиля:
Лопасти закреплены на оси таким образом, что между ними не остается воздушного промежутка. Это самый простой вариант из многочисленных описаний ротора Савониуса.
Основание одной лопасти заведено внутрь основания другой. По линии оси остается значительный промежуток. Этот вариант позволяет ветру от одной половины ротора переходить на другую. Более эффективный профиль.
То же, что и во втором варианте, только площадь сечения лопастей увеличена за счет добавления прямой пластины на внутренней части.
Сфера применения
В 60 годах прошлого столетия роторы Савониуса применялись в вентиляционных системах железнодорожного транспорта. Они устанавливались на крышах вагонов. Во время движения ротор начинал раскручиваться и перекачивать воздух с улицы внутрь помещения. Подобные системы устанавливались и на автобусах.
Сегодня основное применение ротор находит в ветрогенераторах с вертикальной осью. Существует целый ряд подобных конструкций, которые объединяет два фактора:
вертикальная ось вращения;
неприхотливость к направлению ветрового потока.
Помимо вертикальных ветрогенераторов есть устройства с горизонтальной осью. Их отличает большая отдача при одинаковой силе ветра. Конструктивно они напоминают лопасти самолетных винтов, расположенных на горизонтальной оси и имеющих направляющий хвост для выравнивания по ветру.
Достоинства ветрогенератора Савониуса
Несмотря на то, что вертикально осевые роторы ветрогенераторов проигрывают в КПД горизонтально осевым, они все же имеют ряд неоспоримых преимуществ:
Работа в любом климатическом поясе. Благодаря малой поперечной площади они не боятся ураганных ветров.
Не требуют для своего запуска дополнительных приспособлений. Благодаря вогнутой форме лопастей запуск происходит при минимальных значениях ветра — 0,3 м/сек. Оптимальных значений генератор достигает при скорости воздушного потока от 5 м/сек.
Благодаря низкому уровню шума до 20 дБ, ветряк может быть установлен в непосредственной близости к жилью, что важно при маломощной выработке электричества и потере силы тока в проводах.
Не требуют определенного направления ветра. Начинают работать от воздушного потока, идущего под любым углом.
Простая конструкция снижает расходы на дальнейшее обслуживание.
Не опасны для птиц, которые воспринимают конструкцию, как единое целое и не пытаются пролететь через лопасти.
К недостаткам вертикальных ветрогенераторов можно отнести относительно низкую эффективность, более высокие расходы на материалы постройки, большие размеры, которые требуются для достижения требуемой мощности.
Как изготовить ветрогенератор своими руками
Сделать устройство, которое бы обеспечивало загородный дом полностью электроэнергией, представляется маловероятным. Однако смастерить небольшой ветряк для выработки бесплатного электричества, обеспечивающего работу маломощных устройств (насос для полива, освещение на улице перед домом, открывание автоматических ворот), по силам любому мастеру. Для этого потребуется:
3 алюминиевых листа с длиной стороны 33 см, толщиной около 1 мм;
водосточная труба диаметром 15 см и длиной 60 см;
водопроводная труба диаметром 4 см;
электрический генератор (можно использовать автомобильный);
Из листов алюминия вырезать 3 диска диаметром 33 см.
Водопроводную трубу диаметром 15 см разрезать вдоль оси, чтобы получилось 2 заготовки для лопастей. Затем каждую часть разрезать поперек посередине. Таким образом, получится 4 одинаковых лопасти по 30 см длиной.
По центру дисков просверлить отверстие, через которое можно вставить водопроводную трубу диаметром 4 см.
Соединить все три диска трубой, а между ними вставить лопасти. По две между двумя дисками. Лопасти нужно сориентировать таким образом, чтобы между их осями угол составлял 90 градусов. Это позволит даже незначительному ветру раскручивать генератор.
При помощи уголков и саморезов закрепить лопасти на алюминиевых дисках.
Запрессовать вал генератора в нижнюю часть трубы, которая является осью.
Ветрогенератор готов. Остается только выбрать место установки, которое было бы достаточно открытым для воздушных потоков. Если ветра не хватает, то можно сделать высокую мачту, на вершине которой разместить генератор.
Вертикальные ветрогенераторы заводского производства
С развитием альтернативной энергетики все больше появляется спрос на продукцию автономного электроснабжения. В настоящее время на рынке существуют ветрогенераторы российского производства, цена на которые начинается от 60 тыс. рублей.
Такие установки могут использоваться в частном секторе, удовлетворяя потребности в электричестве от 250 Вт до 250 кВт.
