Ветроустановка «Светлячок»

Простейший ветроэлектрический агрегат «Светлячок»

Р. ОГАРКОВ, инженер

ВЕТРОКОЛЕСО От диаметра ветроколеса зависят мощность и обороты, развиваемые ветродвигателем. Все эти компоненты связаны между собой очень тесно и поддаются выражению в строгих и точных математических формулах. Наша задача проще: построить ветроколесо наиболее распространенного типа, диаметром 1,3 м, позволяющее получить от двигателя максимум энергии и в то же время достаточно простое.

Как видно из таблицы 1, колесо Ø1,3 м более всего подходит для ветродвигателя мощностью 100 — 150 вт. Для пересчета его мощности в квт необходимо величину в лошадиных силах, взятую по таблице, умножить на переводной коэффициент 0,736.

N квт =N л. с. х 0,736=0,2X0,736= 0,147 квт,

где N квт — мощность в киловаттах. N л. с. — мощность в лошадиных силах.

Принимая к.п.д. генератора равным 0,7, получаем полезную мощность равной:

N квт = 0,147 х 0,7 ~ 0,1 квт.

Так как обороты ветроколеса при скорости ветра 8 м/сек будут близки необходимым для выхода генератора на полную мощность, то в данном случае ветроколесо можно устанавливать непосредственно на валу генератора без промежуточного редуктора. Это позволяет построить самый простой и удобный в эксплуатации ветроэлектрический агрегат.

Для достижения указанных в таблице 1 оборотов и мощностей необходимо при изготовлении лопастей ветроколеса руководствоваться размерами, указанными в таблице 2.

Таблица 1

Показатель

Скорость ветра в м/сек
4 5 6 7 8 и выше

Мощность в л.с.

0,025 0,048 0,084 0,140 0,203

Количествo оборотов в минуту

412 515 620 620 825

Таблица 2. Размеры лопасти и ее профилей(Ø1,3 м)

  Размеры лопасти   Координаты профиля в мм
№ сечения лопасти углы закли
нения лопасти
расстояние сечений лопасти от центра ветроколеса в мм и r/R ширина лопасти в данном сечении в мм толщина лопасти в данном сечении в мм Обознач. координат профиля X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9
1 14º 162     X 0 2,71 5.42 10,73 21,43 32,02 53,10 74,80 96,0 107
0,25 107,00 19, 50 Y 7,93 11.70 13,50 15,60 18,44 19,50 17,75 12,78 5,9в 0,65
      Y1  — 4,45 3,25 2,16 1,08 0,43  —  —  —  —

2.

10º 260     X 0 2,38 4.55 9,22 18,33 27,60 45,50 64.00 82,40 91.7
0,4 91,70 15,82 Y 6,37 9,75 10,92 12,53 14,96 15,80 15,14 10,30 4,76 0.53
      Y1  — 3.58 2,71 1,62 0,65 0,27  —  —  —  —

3

6,5º 390     X 0 1,73 3,58 7,15 14,30 21,45 35,75 43,40 61,10 71,50
0,6 71.50 11,45 Y 4,50 7,05 7,80 9,10 10,83 11.43 10,61 7,15 3,25 0,43
      Y1   2,38 1,73 1,08 0,53  —  —  —  —  —

4.

4.8º 520     X 0 1,30 2,60 5,20 10,40 15,60 26,00 36,40 46,50 52.50
0,8 52,00 7,05 Y 2,06 4,11 4,76 5,75 6,64 7,05 6,07 4,29 2,16 0,32
      Y1  — 1.30 0,87 0,54  —  —  —  —  —  —

5.

3,5º 620     X 0 0,87 1,75 3,51 7,02 10,53 17,55 24,60 31,60 35,01
0,95 35.00 3,88 Y 1,30 2,25 2,71 3,20 3,50 3,88 3,07 2,18 0,87 0,22
      Y1   0,70 0.52 0,17  —  —  —  —  —  —

КОНСТРУКЦИЯ

Общий вид агрегата показан на 1-й странице вкладки. Двухлопастное ветроколесо 1 (рис. 1) вращает .вал генератора 3, закрепленного на поворотной опоре 4. Поворотная опора насажена на неподвижную стойку 8, установленную в растяжках 9 и являющуюся мачтой ветроэлектрического агрегата. Установка ветроколеса на ветер автоматическая — с помощью флюгера-хвоста 5. Для остановки применен небольшой колодочный тормоз 6, действующий на тормозной барабан 2.

ГЕНЕРАТОР — один из важнейших узлов ветроэлектрического агрегата. В этой роли можно использовать генераторы марок Г-12, Г-15В и Г-21, устанавливаемые на автомобилях «Волга», ЗИЛ-150 и ГАЗ-51. Старые генераторы такого типа можно найти в любом гараже или автомастерской. Их номинальная мощность 220 вт. Они отличаются простотой и надежностью в эксплуатации, не требуют частых регулировок и доступны ремонту в домашних условиях.

ПОВОРОТНАЯ ОПОРА служит для закрепления генератора и его беспрепятственного вращения вокруг своей вертикальной оси. Она изготавливается из отрезка двухдюймовой трубы длиной 250 мм. В верхней части опоры привариваются уголки размерами 40 х 40 мм, образующие седло генератора, и вкладывают стальную шайбу 2, служащую «пяткой» опорной втулки мачты. Конструкция седла и хомутов 1 крепления генератора ясна из рисунка 2.

НЕПОДВИЖНАЯ СТОЙКА, являющаяся мачтой установки, делается из полуторадюймовой трубы длиной 1000-1500 мм. В ее верхней части крепится опорная втулка мачты, а на расстоянии 250 мм от верхнего конца закрепляется кольцо, предотвращающее чрезмерную качку поворотной опоры.

С помощью хомутов неподвижная стойка крепится к продолжению мачты, изготовленному из более толстой трубы или деревянного столба.

Точка крепления растяжек должна быть расположена на 2/3. общей высоты мачты с агрегатом.

ХВОСТ агрегата, устанавливающий ветроколесо на ветер, делается из полосовой стали сечением 4 X 20 мм и листового железа толщиной 1-2 мм. Штанга хвоста закрепляется к седлу генератора болтами или приваривается.

ТОРМОЗ, служащий для остановки ветроколеса, состоит из тормозного барабана 2, рычага 6 и тяги привода 7.

Тормозной барабан вытачивается из стали. Можно сделать его, использовав какую-нибудь готовую деталь подходящей формы и размера. Рычаг — из полосовой стали сечением 4 X 20 мм. Тяга привода из стальной проволоки Ø4-5 мм.

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ. Нормальная работа генератора обеспечивается установкой регулятора напряжения и аккумуляторной батареи. Для указанных типов генераторов могут быть использованы реле-регуляторы марок РР-12А, РР-12В и РР-128 совместно с аккумуляторными батареями типа 6-СТ-54, 6-СТ-68 и другими 12-вольтовыми аккумуляторами.

Для улучшения характеристики генератора можно рекомендовать домотать обмотки статора тем же проводом, что и в основной обмотке. В обмотку добавляют 30-40 витков. Это позволяет при меньших оборотах генератора получить более высокое напряжение.

Соединение генератора и реле-регулятора показано на принципиальной схеме (см. 1-ю стр. вкладки).

Светлячок
ВЕТРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ «СВЕТЛЯЧОК»: 1 — ветроколесо, 2 — тормозной барабан, 3 — генератор, 4 — поворотная опора, 5 — «хвост», 6 — рычаг, 7 — тяга привода, 8 — неподвижная стойка, 9 — распорка. Справа вверху — самодельный анемометр, внизу — принципиальная схема электрооборудования.

Работа ветроагрегата сопровождается постоянным изменением числа оборотов генератора. Изменение оборотов якоря генератора будет сопровождаться изменением напряжения на его клеммах, если не приняты меры к поддержанию на постоянном уровне. Повышение напряжения генератора может чрезмерно повысить ток в цепях потребителей, что приведет их к повреждению (перегорание ламп). Вызванное той же причиной повышение зарядного тока выведет из строя аккумуляторную батарею.

Во избежание этого напряжение генератора поддерживают постоянным при помощи специального аппарата, называемого регулятором напряжения. При постоянном напряжении, поддерживаемом регулятором, сила тока, отдаваемая генератором (ток нагрузки), с увеличением числа включенных потребителей будет увеличиваться. Чрезмерное увеличение тока нагрузки может вызвать перегрев и выход генератора из строя. Величина тока, отдаваемого генератором, ограничивается обычно при помощи отдельного аппарата, называемого ограничителем тока. Указанный выше регулятор напряжения действует в рабочем диапазоне оборотов якоря генератора. При переходе к очень малым оборотам действие регулятора прекращается и напряжение на клеммах генератора падает. В таких условиях ток начал бы поступать из аккумулятора в обмотки генератора. При этом разрядный ток батареи достиг бы значительной величины, что вызвало бы быструю ее разрядку и сильный нагрев обмоток генератора. Для предотвращения этого в цепь генератор — батарея включают специальный аппарат — реле обратного тока, который замыкает цепь генератор — батарея, когда напряжение генератора становится выше напряжения батареи, и размыкает ее, когда напряжение генератора ниже напряжения батареи.

Все указанные аппараты, действующие автоматически, обычно смонтированы на общем основании и называются реле-регулятором.

Для долговечной и надежной работы агрегата необходимо проводить его регулярное техническое обслуживание. Через каждые 400-500 часов работы смазывать подшипники генератора, а через 1500 часов полностью заменять смазку. Через 100-150 часов работы осматривают коллектор генератора и при необходимости шлифуют его поверхность мелкой наждачной бумагой. Уход за аккумуляторными батареями надо вести в соответствии со стандартными инструкциями по эксплуатации.

 

Двухлопастное ветроколесо.
Рис. 1. Двухлопастное ветроколесо
Рис. 2. Поворотная опора и другие детали ветроустановки
Рис. 2. Поворотная опора и другие детали ветроустановки: 1 — хомут: 2 — шайба; 3 — опорная втулка; 4 — уплотнительное кольцо; 5 — тормозной барабан: С — рычаг тормоза; 7 — план-шайба крепления; 8 — гайка крепления ветроколеса.

 

Обязательно ли делать ветроколесо двухлопастным? Не будет ли ветроагрегат мощнее, удобнее в пуске и надежнее в эксплуатации, если у него станет не две лопасти, а, скажем, четыре… или восемь. Или винт заменится ротором!

Казалось бы, чем больше лопастей, тем лучше. Но вот что говорит об этом опыт конструкторов ветроэлектростанций.

МНОГОЛОПАСТНЫЕ ВЕТРОКОЛЕСА (рис. 1). Они обладают большим пусковым моментом, что существенно для районов, где скорость ветра большее количество дней не превышает 3-5 м/сек. При резких колебаниях ветра они значительно более стабильно, чем двухлопастные, держат постоянные обороты, что, естественно, не может не сказаться на качестве работы всего агрегата. Обладают довольно высоким к.п.д. — до 30%. Всегда применяются с редуктором, что, конечно, усложняет конструкцию. Важное преимущество: при очень простой геометрии рабочих профилей винта можно получить хорошие результаты.

РОТОРНЫЕ ВЕТРОКОЛЕСА СИСТЕМЫ САВОНИУСА (рис. 2). Это тихоходные агрегаты с коэффициентом полезного действия до 18%. Чаще всего применяются как механические двигатели — для вращения насосов, небольших жерновов.

Есть и некоторые преимущества. Вы уже, наверное, заметили, что у роторного колеса нет «хвоста», то есть он работает практически при любом направлении ветра. Кроме того, в некоторых конструкциях бывает удобно иметь вертикальную ось вращения, что дает ротор Савониуса.

КОЛЕСА БАРАБАННОГО ТИПА (рис. 3). Обладают большим пусковым моментом (см. описание многополастных колес), тихоходные, что весьма ограничивает их применение. К.п.д. — низкий, до 10%.

Причина тихоходности? Она — в конструктивных особенностях. Если все остальные ветроколеса способны развивать в крайних точках лопастей скорость выше скорости ветра, то у барабанных максимум — это скорость набегающего потока.

КАРУСЕЛЬНЫЕ ветроколеса (рис. 4). Это самый примитивный тип конструкции. Обладают всеми «недугами» перечисленных выше ветроколес: малые обороты, низкая удельная мощность. Но они и самые простые по устройству, имеют вертикальную ось вращения. К.п.д. не превышает 10%.

ЛИТЕРАТУРА

Андрианов В. Н., Быстрицкий Д. Н., Вашкевич К. П., Ветроэлектрические станции. М., Госэнергоиздат, 1960.

Фатеев Е. М., Ветродвигатели и ветроустановки. М., Сельхозгиз, 1956.

Шефтер Я. И., Рождественский И. В., Печковский Г. А., Монтаж, эксплуатация и ремонт ветроустановок. М., Сельхозгиз, 1960.

Зотов Б. С., Ильин Н. М., Электрооборудование автомобилей и тракторов. М., Автотрансиздат, 1956.

Источник: «Моделист-Конструктор» 1969, №1

Эта статья прочитана 882 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 50
    Ветроустановки SWG серии EW от 0,1 до 1 кВт С 2013 года SWG приступили к выпуску новой линейки ветроустановок серии EW мощностью от 300 Вт до 5 кВт. В настоящий момент выпускаются модели на 300, 600, 1000Вт. Данные ветроустановки были…
Реклама

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *