Майстер-класи своїми руками

Потужна стаціонарна вітроелектростанція - найцікавіші саморобки

Рекламний блок

Останній рік цілі міста залишаються без світла. Взагалі-то ця проблема соціальна. Але, не маючи можливості впливати на суспільні процеси, багато читачі хочуть вирішити її чисто технічним шляхом. Листи з проханням надіслати креслення вітроелектростанції (ВЕС) надходять до нас кожен місяць.


Не слід думати, що досить насадити пропелер на вал генератора - і вітряна електростанція готова! Швидкість вітру дуже непостійна. Тому швидкість обертання вала генератора буде змінюватися по багато разів на день. Слідом за нею стане змінюватися і напруга, частота струму.

Відповідно до стандартів напруга подається в наші будинки змінного струму 220 в витримується з точністю плюс десять - мінус п'ятнадцять відсотків. А точність частоти 50 Гц і того вище - одна десята відсотка. Отримати від ВЕС струм такої якості дуже важко. Проте чи завжди воно необхідно? Все залежить від підключається електроприладу. Наприклад, для комп'ютера або телевізора суворе дотримання всіх параметрів абсолютно необхідно. Для електронагрівальних приладів частота майже байдужа. При зниженні напруги в 1,5 рази деякі з них, наприклад праска або електрокамін, зберігають працездатність. Лампа розжарювання при зменшенні напруги в 1,5 рази зменшує свій світловий потік в 4,3 рази. Але немає лиха без добра, термін служби зростає в 38 разів!



За повідомленнями наших кореспондентів з «гарячих точок», де відключення електроенергії тривало місяцями, з'явилися найпростіші аматорські ВЕС на основі пропелера діаметром близько двох метрів, сполученого ремінною передачею з велосипедним генератором. Нерідко їх встановлювали на балконах міських будинків. Такі електростанції більше служили підняттю морального духу, ніж яким-небудь практичним цілям. Мета даної статті - викласти загальні принципи, які можна було б покласти в основу при самостійному виготовленні невеликої, досить ефективною ВЕС.



До революції Росія була на першому місці в світі по використанню енергії вітру. Загальна потужність вітроенергетичних установок (в основному це були млини та насосні станції) досягала 1,2 мільйона кВт. У США до 1945 році загальна потужність вітродвигунів досягла 6 мільйонів кВт, причому серед них переважали електростанції, згодом ціни на нафту різко знизилися, і інтерес до вітроенергетики скрізь різко впав. Сьогодні загальна потужність вітросилових установок всього світу нижче, ніж у дореволюційній Росії. Однак зросли ціни на нафту. Катастрофічних розмірів досягло викликане спалюванням палива забруднення середовища і знову виник інтерес до енергії вітру. І нашій країні на території Калмикії створено комплекс вітроелектростанцій потужністю близько 1000 кВт кожна. Це величезні споруди з високими вежами, увінчані стометровими роторами.



ВЕС, здатна дати світло і тепло вдома для 1 сім'ї. Це споруда заввишки 10 - 15 метрів, з ротором діаметром 5 - 7 метрів і потужністю близько 10 кВт. Вона оснащена системами автоматичного підтримання параметрів струму, батареєю акумуляторів і резервної дизельною електростанцією на випадок тривалої бездіяльності. За кордоном такі установки випускаються в масовому масштабі і коштують не дорожче автомобіля. Прекрасні ВЕС потужністю до 250 Вт були розроблені в нашій країні ще в довоєнний час (рис. 3). При масовому виробництві вони були б не дорожче мопеда і цілком доступні для самостійного виготовлення. Креслення однієї з таких установок, ВИСХОМ Д-1,5 з максимальною потужністю 120 Вт, нам вдалося знайти в старій літературі. Вона настільки проста, що її можна зробити в шкільних майстернях.



У всі часи прагнули домогтися сталості швидкості обертання вітряка. На початку XX століття вітроенергетика значно просунулася у своєму розвитку за рахунок ідей, взятих М авіації. Так, наприклад, з'явився гвинт змінного кроку з поворотом лопатей відносно поздовжньої осі. На вітродвигун Д-1,5 для повороту лопатей служили спеціальні важки (рис. 1). При обертанні ротора на них виникав гіроскопічний ефект, який прагне розгорнути лопать уздовж потоку. Але на осі лопаті була та пружина, яка при цьому закручувалася, перешкоджаючи повороту. При визначено ном підборі маси важків за рахунок протиборства сил інерції і пружності пружини вдавалося підтримувати швидкість обертання ротора з точністю до 6% при зміні швидкості вітру від 4 до 12 м/с.



Однак гвинт змінного кроку доріг і складний. Його застосування на малопотужних вітродвигунів економічно не виправдовувалося. Найбільш дешеві вітряки оснащувалися дерев'яним гвинтом постійного кроку. Підтримання сталості швидкості здійснювалося за допомогою «лопати» (рис. 2). Вона прагнула розгорнути площину обертання гвинта за вітром, що зменшувало швидкість обертання. Хвіст ж вітродвигуна, навпроти, ставив площину обертання гвинта перпендикулярно вітру, чим досягалося її збільшення. Регулювання знову-таки досягалося в результаті протиборства цих двох сил. Однак без введення додаткових складних пристроїв якість регулювання виходило невисоким. Сьогодні подібне регулювання здійснюється за допомогою електроніки. Підтримуючи сталість швидкості обертання, можна отримувати стабільну напругу і частоту струму. Потужність, що розвивається генератором, як і раніше, залежить від швидкості вітру. Наприклад, вітродвигун Д-1,5 при швидкості 4 м/с розвивав потужність на клемах генератора 2,5 Вт; при 5 м/с - 13 Вт; при 7 м/с - 60 і починаючи з 8 і більше м/с - 109 Вт. Тому без застосування акумуляторних батарей, згладжуючих цю нерівномірність одержуваної потужності, користуватися вітряними електростанціями важко.



Середньорічна вироблення енергії залежить від середньої швидкості вітру в даній місцевості. Там, де часто дмуть сильні вітри, а значить, можуть прекрасно працювати вітряки, наприклад 1 Калмицьких степах, людей не так вже й багато. У обжитих ж місцевостях або дмуть слабкі вітри, або сильний вітер годину. Але змінює безвітря. Тому вітряна електростанція Д-1,5 в місцевості з середньою швидкістю вітру 4 м/с видає за рік 191 кВт/год. А при середньорічній швидкості вітру 7 м/с - 548 кВт/год в рік. Врахуємо, що ККД електрогенератора малої потужності в ті роки не перевищував 50 %. Таким же низьким був і ККД зарядно-розрядних циклу тодішніх акумуляторів. Таким чином, споживач отримував лише четверту частину енергії від лопатей вітродвигуна. Сьогодні ефективність подібної електростанції була б в два рази вище. Є сенс порівняти її з невеликими бензиновими електростанціями. Зазвичай вони витрачають близько 400 г бензину на кВт/год. Виходить, що крихітна вітроелектричні станції довоєнного зразка економить від 100 до 300 л бензину в рік, а її сучасне виконання в два рази більше. Вітроелектростанція Д-1,5 кріпилася на верхівці звичайного заритого в землю дерев'яного стовпа, що застосовується для прокладки сільських ліній електропередачі. Вона складалася з автомобільного електрогенератора постійного струму з дволопатевою пропелером на валу. Він обертався зі швидкістю 900 - 1200 об/хв. Сам генератор був забезпечений хвостом і міг вільно повертатися на осі під дією вітру. Загальне уявлення про кріплення головки вітродвигуна до осі дає малюнок 4. Конструкція це-го вузла може бути і інший, більш відповідає вашим можливостям. Найважливіша деталь двигуна - повітряний гвинт. Від його виготовлення залежить вся робота електростанції (рис.5, 6). Креслення лопаті гвинта взято зі старого допомоги. Заготівля її складається з 2 - 3 шарів товстої фанери, склеєних казеїновим клеєм. Готова лопать повинна бути ретельно отлакирована і відполірована. На малюнку 7 втулка гвинта з механізмом зміни кроку. Його вам доведеться самостійно конструювати, привівши у відповідність з розмірами сучасних шарикопідшипників і діаметром вала вибраного вами генератора. Поворот лопаті здійснювався під дією інерційних сил, що виникали на поперечній сталевий штанзі (довжина - 150, діаметр - 8 мм). На малюнку 8 - пружина регулювання, довжина заготовки - 1175 мм, кількість витків - 14. Сьогодні досвід створення вітродвигунів загублений. Людей, практично знайомих з ними, майже немає. Досвід вам доведеться напрацьовувати з нуля. На наш погляд, доцільно спочатку виготовити гвинт постійного кроку, регулювання виробляти за допомогою лопати. Її розміри слід підібрати експериментально. Електрогенератор, систему регулювання і акумуляторну батарею можна взяти від легкового автомобіля. У цьому випадку освітлення вдома можна проводити за допомогою автомобільних ламп розжарювання. Але більш доцільно застосовувати люмінесцентні лампи, що живляться від постійного струму за спеціальною схемою. Як бачите, змусити вітер висвітлювати будинок не так вже просто. Бог вам в поміч!

Рекламний блок



Додати коментар
Ім'я:*
Коментар:
Введіть код: *