Изготовления ветряного колеса для ветроэлектростанций

Основная деталь ветродвигателя это, пожалуй, ветряное колесо. Начинать постройку ветродвигателя нужно с него.

По своей конструкции ветряное колесо сложнее пропеллера и представляет из себя пространственную круглую решетку из лопастей.

Выполнятся лопасти ветряного колеса могут из дюралевого, стального или алюминиевого листа толщиной порядка 1,5 –  2мм. Ветряное колесо представляет из себя тихоходное устройство. Для того что бы связать ветряное колесо с электрогенератором необходимо ставить мультипликатор, имеющий передаточное число порядка 1:15, 1:20. Это связано с тем, что эффективная работа генератора чаще всего достигается при его частоте вращения не ниже 1000 об/мин.

Огромнейшим плюсом ветроколеса будет то, что оно способно вращаться при относительно малой скорости ветра и практически бесшумно.  Ну а недостатком будет сложность конструкции, тихоходность и громоздкость.

Возможен такой вариант изготовления ветроколеса. Для этого необходимо взять пару листов кровельного железа, предпочтительно оцинкованного и нового. Сложив листы вместе, и скрепив их, нужно на них вычертить четыре окружности с диаметрами 300, 800, 1400, 2000 мм.

После чего нужно разделить большую окружность на 16 равных частей и после этого соединить с центром точки на окружности. На практике это можно сделать так: наметить диаметр колеса, перпендикулярно отмеченному диаметру провести еще один и мы получаем круг, поделенный на четыре сектора равных. Теперь необходимо повторить эту операцию, таким образом, чтоб вновь проведенные диаметры делили полученные более ранним делением секторы пополам. Итого 8 секторов. Делим каждый из них снова пополам и получаем шестнадцать. Каждый сектор (лопасть в будущем) должны иметь 22,5

0.

После выполнения данных действий каждый сектор следует поделить еще на двое между первой и второй окружностями. В центре каждой лопасти по третьей окружности необходимо сделать пометку для отверстий.

Закончив таким образом разметку обе его половины вырезают по окружности четыре, после чего разрезают на сектора до окружности один. Данную работу выполняют зубилом или ножницами по металлу. После окончания разрезки у каждой лопасти зубилом вырубают по половине площади между второй и первой окружностями. Отверстия, полученные таким образом, дают возможность ветру, который дует на центр ветряного колеса, проходить в них, тем самым не оказывая сильного давления на центр ветряного колеса, что сильно тормозит работу ветродвигателя.

Сквозные отверстия делают на третьей окружности по сделанным отметкам  в каждой лопасти диаметром в 5-6 мм. Через них будет продеваться толстая стальная проволока для упрочнения конструкции ветроколеса. Разметка ветроколеса показана на рисунке ниже:

Деревянная крестовина используется для крепления ветряного колеса. Для ее изготовления необходимо взять доску толщиной не менее 40 мм и сделать из нее три бруска длиной по 800 мм каждый и с шириной – два по 40 мм и один 80 мм. После чего данные бруски связываются в крестовину, на которую впоследствии и крепят ветроколесо так, что б его полудиски сходились на широком брусе. При этом ветряное колесо крепить к крестовине лучше шурупами, чем гвоздями. Сцепление планок крестовины показано ниже:

Лопасти вывертываются справа налево под углом примерно 25⁰.

Что бы укрепить данную конструкцию используют железную проволоку толщиной примерно 5-6 мм и длиной 4500 мм. Из проволоки свивают кольцо диаметром 1400 мм. После чего его аккуратно продевают через сделанные по третьей окружности отверстия лопастей, после чего скрепляют прочно проволочными скрутками. Теперь ветряное колесо обладает достаточной устойчивостью. После проведения данных операций его насаживают на главный вал. В качестве данного вала могут применять металлическую трубу диаметром 40-45 мм и длиной порядка 1000 мм. Также могут использовать таких же размеров цельнометаллический стержень.

Ветроколесо прочно насаживают на вал таким образом, что бы оно не могло вращаться на нем.

После сборки данного механизма его необходимо сбалансировать. Для балансировки главный вал ветроколеса кладут концами на два горизонтально положенных бруса. Вал должен свободно приходить в движение вместе с ветроколесом на брусьях. Если при вращении ветроколесо сохраняет приданное ему положение, то можно считать, что оно сбалансировано. Если же при вращении ветроколеса одна из лопастей будет стремится занять нижнее положение – значит нагрузке распределяется не симметрично.

Для выравнивания данного дисбаланса к лопасти, занимающей верхнее положение, прикрепляют железную полоску. Потом опять продолжают испытания. Если стала перевешивать сторона с железной полоской, то данная полоска снимается, чуть – чуть подрезается и опять ставится, после чего испытания возобновляют. Эта операция проводится до тех пор, пока механизм не будет сбалансирован.

После окончания балансировки ветроколесо покрывается краской, для защиты от факторов окружающей среды (снег, дождь). Если ветряное колесо изготавливалось из оцинковки, то красить его не нужно.

Как сделать вертикальный ветрогенератор | Сам Себе Строитель

Вертикальный ветрогенератор своими руками, чертежи, фото, видео ветряка с вертикальной осью.

Ветрогенераторы подразделяются по типу размещения вращающейся оси (ротора) на вертикальные и горизонтальные. Конструкцию ветрогенератора с горизонтальным ротором мы рассматривали в прошлой статье, теперь поговорим о ветрогенераторе с вертикальным ротором.

Прежде всего, рассмотрим преимущества и недостатки вертикального ветряка.

Преимущества:

• Низкий уровень шума – ветровое, колесо практически не издаёт шум и не мешает, нет характерного свиста винта.
• Простота конструкции – сделать такой ветрогенератор и установить не составит особой сложности.
• Надёжная конструкция – все узлы компактны, удобны в обслуживании.

Недостатки:

• Основным недостатком конструкции ветрогенератора с вертикальным ротором являются его низкие обороты, такой ветряк нужно устанавливать в местности с преобладающей скоростью ветра более 4 м/с.
• Практически нет защиты от ураганного ветра – если в горизонтальном ветряке при урагане автоматически срабатывает складывающийся хвостовик который поворачивает ветроколесо, то в такой конструкции нужно вручную заклинивать ротор, как вариант замыкать контакты на выходе из катушек.

Изготовление вертикального ветрогенератора.

Прежде всего, ели вы решили изготовить ветряк с вертикальной осью нужно определиться с генератором. Поскольку вертикальный ветрогенератор низкооборотный, то соответственно понадобится генератор способный выдавать зарядку на аккумулятор при достаточно низких оборотах.

Автомобильный генератор для этой конструкции не совсем подходит, так как он выдаёт зарядный ток при оборотах более 1000 об/мин. Для автомобильного генератора нужно использовать шкив с передаточным числом 4 – 5 и доработать сам генератор.

В качестве генератора практичней использовать аксиальный генератор, его можно изготовить самостоятельно, процесс изготовления описан в этой статье.

Схема аксиального генератора для ветрогенератора.

Аксиальный генератор.

Изготовление ветроколеса.

Ветроколесо (турбина) вертикального ветрогенератора состоит из двух опор верхней и нижней, а также из лопастей.

Ветроколесо изготовляется из листов алюминия или нержавейки, также ветроколесо можно вырезать из тонкостенной бочки. Высота ветроколеса должна быть не менее 1 метра.

В этом ветроколесе угол изгиба лопастей задаёт скорость вращения ротора, чем больше изгиб, тем больше скорость вращения.

Ветроколесо крепится болтами сразу к шкиву генератора.

Для установки вертикального ветрогенератора можно использовать любую мачту, изготовление мачты подробно описано в этой статье.

Схема подключения ветогенератора.

Генератор подключается к контроллеру, тот в свою очередь к аккумулятору. В качестве накопителя энергии практичней использовать автомобильный аккумулятор. Поскольку бытовые приборы работают от переменного тока, нам понадобится инвертор для преобразования постоянного тока 12 V в переменный 220V.

Для подключения используется медный провод сечением до 2,5 квадрата. Схема подключения подробно описана тут.

Видео где показан ветрогенератор в работе.

Ветровое колесо — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Ветровое колесо

Cтраница 1

Ветровое колесо может совершать полезную работу в случае, когда на его валу имеется достаточный крутящий момент. Величина крутящего момента зависит от силы сопротивления, которую оказывает крыло воздушному потоку, обтекающему его.  [1]

Ветровое колесо поворачивается при помощи боковой лопаты или за счет эксцентричного расположения ветрового колеса ( фиг. В этом случае ветровое колесо поворачивается под давлением ветра на угол А. При ослаблении ветра пружина 2 возвращает колесо в первоначальное положение.  [2]

Ветровое колесо состоит из 24 лопастей ( фиг. В сечении лопасти представляют дугу.  [3]

Ветровое колесо останавливается ручной лебедкой 15, при помощи которой оно ставится ребром к ветру.  [4]

Крыльчатые ветровые колеса совершают работу только за счет подъемной силы крыла. Крылья закреплены на валу ( фиг.  [5]

Установка ветрового колеса на ветер при его расположении за башней приводит к тому, что оно само выполняет роль флюгера. В этом случае на систему действует аэродинамический момент ( фиг.  [6]

В крыльчатых ветровых колесах подъемная сила используется для создания крутящего момента.  [7]

Аэродинамические качества ветровых колес различных систем определяются опытным путем в аэродинамической трубе, в которой воздушный поток направляется на модель колеса, или в природных условиях на специально оборудованных вышках.  [8]

Вращение, сообщаемое ветровому колесу, передается через пару конических шестерен шатунно-криво-шипному механизму, приводящему в поступательное движение поршень насоса.  [9]

На ветродвигателях с диаметром ветрового колеса более 12м поворотной делают концевую часть лопасти, составляющую примерно 0 25 общей длины крыла ( фиг.  [10]

В современных ветродвигателях установка на ветер ветрового колеса осуществляется автоматически. Это делается при помощи хвостового оперения, помещенного сзади ветрового колеса. Для этих же целей служат виндрозы. Виндро-зы — это небольшие ветрянки, устанавливаемые позади ветрового колеса так, что плоскость их вращения перпендикулярна плоскости вращения ветрового колеса.  [11]

В последнее время за рубежом вместо традиционных ветровых колес с горизонтальным валом предложены новые решения. Рабочие части полуэллипсов изогнуты по форме вращения свободной нити, закрепленной сверху и снизу при помощи крепежных пластин. Ветровая турбина начинает вращаться от ветра при достижении ею окружной скорости лопастей, примерно в 3 раза превышающей скорость ветра. Для разгона ветровой турбины служат две барабанные ( роторные) ветровые турбины, установленные в верхней и нижней части вертикального вала. Вспомогательные барабанные турбины начинают работать при любом направлении ветра. Ветродвигатель после разгона вращается при любом направлении ветра и не требует ветроориентирующего устройства.  [12]

Карусельные, или роторные, ветродвигатели имеют ветровые колеса, установленные на вертикальном валу ( фиг. Колесо приводится в движение от действия ветра на половину лопастей; вторая половина их закрыта кожухом. Ветродвигатели карусельного типа относятся к устаревшим конструкциям и являются тихоходными.  [13]

Из-за малой плотности воздуха возникают трудности при конструировании ветровых колес. В результате проведенных в ряде стран исследований было установлено, что мощность ветродвигателя пропорциональна квадрату диаметра ветрового колеса и кубу скорости ветра. Следствием этих зависимостей является необходимость сооружения ветровых колес диаметрами, измеряемыми десятками метров.  [14]

Такие двигатели могут иметь значительно большую мощность, чем тихоходные ветровые колеса, а значит, и значительно больший диаметр омываемой их лопастями площади круга — до 250 и более квадратных метров.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Ветрогенераторы: как они работают и возможны ли в России

Электрогенератор был изобретен более полутора веков назад. Ветровые колеса приводили в движение мельничные жернова еще с незапамятных времен. Так почему же современные ветрогенераторы — эти машущие гигантскими крыльями флагманы «зеленой энергетики» — требуют для производства высоких технологий? И сможем ли мы у нас, в России, наладить выпуск таких машин, или нам снова придется тратить нефтедоллары и покупать, покупать, покупать?..

Простота базового принципа не всегда означает технологическую простоту, особенно если из конструкции надо «выжать» максимальную эффективность. В теории самолет весьма прост, и братья Райт, создавая свой «Флайер-1», вполне обошлись подручными материалами и индустриальными технологиями гаражного класса. Однако, как известно, первенец мировой авиации улетел не дальше размаха крыльев «Боинга-747», едва подняв в воздух Орвилла Райта в качестве полезной нагрузки. Современные лайнеры пересекают океаны и континенты, поднимают в небо десятки и даже сотни тонн груза. При этом они буквально напичканы хайтеком, который обеспечивает высочайшую функциональность, экономическую эффективность и безопасность эксплуатации. Воплощая в жизнь примитивную схему «ветровое колесо плюс электрогенератор», конструкторы нынешних ветроэнергоустановок мощностью в несколько мегаватт вынуждены также опираться на последние достижения науки и наукоемких производств.

Собственно, у авиации и ветроэнергетики немало общего. И там и там используется подъемная сила, образующаяся при взаимодействии крыла с набегающим потоком воздуха. Однако если для образования подъемной силы под крылом самолета приходится тратить энергию на создание тяги, то ветряк использует естественное движение воздушных потоков, для того чтобы забрать у них энергию и преобразовать ее в электричество. Еще одно принципиальное отличие ВЭУ от авиационных конструкций заключается в том, что их ресурс безостановочной работы составляет годы.

Нужно худеть

Пока размах ветрового колеса невелик, а мощность генератора измеряется в десятках или сотнях кВт, никаких особенных технологий не требуется, однако современная ветроэнергетика ориентируется на поистине гигантские сооружения: на 100−120-метровых башнях устанавливаются имеющие вес в десятки тонн гондолы, а размах лопастей ветрового колеса достигает 130 м. Чем выше башня и чем больше диаметр ротора, тем значительней используемый ветропотенциал. Однако при увеличении линейного размера ветроэнергетической установки (ВЭУ) ее мощность растет в квадратной пропорции, а вес — в кубической. Именно поэтому, как и в авиации, борьба с избыточным весом всей конструкции — один из важнейших приоритетов. Другая серьезная задача — обеспечение устойчивости всей конструкции. ВЭУ представляет собой могучую «голову» на тонкой ножке и подвергается сильнейшему ветровому давлению, раскачивается, вибрирует, и, чтобы ветряк не разрушился и не опрокинулся, требуются сложные расчеты и нестандартные технические решения.

Ветроэнергетический хайтек начинается прямо с роторов — внутри окружности самых больших из них спокойно умещается футбольное поле.

Башня, гигантские лопасти, генератор и даже ступица ветроколеса — все в современных мегаваттных ветрогенераторах производит впечатление нечеловеческих масштабов. Размеры — дань эффективности.

Чем совершенней аэродинамический профиль лопастей ветрового колеса, тем выше его КПД. При этом лопасти должны быть прочными и упругими, иначе высотные ветры сломают их как спички. Лопасти также должны иметь минимальный вес, так как повышение массы увеличивает нагрузки на конструкцию в целом и, соответственно, ее цену. В производстве лопастей для ротора, как и в авиапроме, ставка делается на неметаллические композитные материалы при ключевой роли стеклопластика, который как раз и совмещает в себе все требуемые свойства. Внутри лопасти помещается более жесткий каркас с прямоугольным сечением, а внешняя оболочка обеспечивает необходимый профиль крыла, разработанный специально для работы в воздушных потоках с невысокими скоростями. Но оптимальный вес вкупе с аэродинамическими качествами — это еще не все. Ветровое колесо должно обладать длительным рабочим ресурсом. Служить ВЭУ предстоит два десятилетия, и чем меньше на это время придется регламентных и ремонтных работ, тем дешевле обойдется эксплуатация.

Крылом по ветру

Не зря во время бури на корабле спускают паруса — использовать энергию ветра на благо возможно лишь до какого-то предела. Когда дует слишком сильно, приходится защищаться — начинают расти нагрузки на лопасти, на башню, на корпус гондолы. До эпохи мегаваттных ВЭУ проблема защиты ветряка от сильных порывов ветра решалась за счет более массивных башен и более прочных лопастей. Профиль крыльев конструировался таким образом, что при достижении определенной скорости потока воздуха от конца лопасти вниз шло нарастание срыва потока и возникала потеря подъемной силы. Так удавалось предохранить генератор от вращения на нерасчетных оборотах, что привело бы к его поломке. Однако поистине революционным решением, позволившим современным ветроустановкам достичь мегаваттных мощностей, стало введение в конструкцию ВЭУ системы управления углом атаки лопастей (pitch control). Эта интеллектуальная система отслеживает количество энергии, поступающей на ветроколесо, и поддерживает оптимальные обороты за счет поворота лопастей вокруг продольной оси и изменения подъемной силы. Изменение угла атаки выполняется с помощью специальных приводов в ступице, поворачивающих лопасти.

Внизу — схема ветроустановки с многоступенчатым мультипликатором (наиболее распространенная в наши дни). Вверху — схема, использующая одноступенчатую планетарную передачу и среднеоборотный генератор. Второй вариант имеет более простую и надежную конструкцию и предъявляет меньшие требования к технологиям производства.

Система pitch control позволяет не только поддерживать вращение ротора в заданном диапазоне скоростей, но и помогает решить проблему безопасности всей ВЭУ — остановить ветроколесо при буревом ветре и избежать резонансного раскачивания башни. Дело в том, что ветрогенератор может попасть в резонанс от некоторых нагрузок — как от пульсации самого воздуха, так и от толчков, которые возникают, когда лопасть проходит мимо башни. Если смотреть издали, этот эффект практически незаметен, но если встать близко к башне, он вполне ощутим. Теперь представим себе, что частота этих толчков попала в резонанс с собственной резонансной частотой колебания башни. Итог нетрудно предсказать — ВЭУ разрушится. Конечно, бороться с этим эффектом можно, повышая частоту колебаний башни, то есть утолщая и утяжеляя ее. Это скажется на стоимости монтажа и материалов. А можно оставить ее изящной, но с помощью системы управления углом атаки заставить ветроколесо быстро проходить опасный режим.

15 тонн как часы

Не менее высокотехнологично и содержимое гондолы ветрогенератора. В большинстве действующих сегодня ВЭУ мегаваттного класса используется мультипликатор — 3−4-ступенчатая система зубчатых передач, которая позволяет повысить обороты с 15 об/мин на валу ветроколеса до 1500 об/мин на валу электрогенератора. И хоть зубчатыми передачами мир давно не удивишь, мультипликатор ВЭУ — случай особый. Современный мультипликатор — это махина весом в 12−15 т, которая имеет КПД не ниже 97%. Это, с одной стороны, весьма габаритная, а с другой — в высшей степени прецизионная механика. Для изготовления мультипликатора требуются высококачественные сплавы, сверхточная обработка поверхности. Особенно это касается высокооборотной ступени — той, что ближе к генератору. Требуются специальные масла, которые облегчают ход механизма и отводят в систему воздушного охлаждения те самые 3% потерь, которые преобразуются в тепло. Только так можно обеспечить низкий вес мультипликатора, высокий КПД и высокую износоустойчивость конструкции для длительного ресурса механизма.

Конструирование ветроустановки требует тщательных расчетов и математического моделирования. При огромных габаритах ВЭУ мегаваттного класса «продуть» ее в аэродинамической трубе практически невозможно, так что вся надежда на опыт и практичную теорию.

И мозги пригодятся

Создатели ВЭУ непрерывно борются за повышение энергетической и экономической эффективности установок, повышая КПД компонентов (ветроколеса, мультипликатора, генератора и преобразователя), улучшая надежность конструкций и снижая их массу и цену. Борьба идет за несколько процентов (1−3) и даже за их доли. Сильнейший фактор в борьбе за энергетическую эффективность ВЭУ — система управления (СУ) и программное обеспечение (ПО). Современная СУ, снабженная ПО, максимально учитывающим особенности ветров и характеристики потребителей энергии, может дать повышение энергоотдачи на 10 и более процентов.

Свои высокотехнологические особенности имеют, разумеется, и генератор, и система электрических тормозов, и конструкция обтекателя гондолы. Так может ли подобная наукоемкая продукция производиться в России?

Значительную роль в современных ветроустановках играет система управления углом атаки (pitch control), позволяющая варьировать подъемную силу на лопасти и избегать нерасчетных нагрузок при сильных порывах ветра.

Как купить черенок от лопаты

В статье «Бросим надежды на ветер» нашим собеседником была высказана весьма категоричная точка зрения — в России ветрогенераторы мегаваттного класса делать не умеют, и если решение о создании мощных ветропарков будет у нас принято, оборудование придется покупать у грандов индустрии из Германии, Дании и США. Чтобы выслушать альтернативную точку зрения, мы пригласили в редакцию руководителей проекта «Новый ветер» Вениамина Нырковского и Андрея Кулакова. Главная задача этого проекта — интеграция отечественных научных и промышленных возможностей для производства российских моделей ВЭУ.

«Цель нашего проекта — развитие российской ветроэнергетики как самостоятельной отрасли машиностроения, — говорит Андрей Кулаков, — однако к этому выводу мы пришли не сразу. Предварительные расчеты показывают: чтобы Россия в 2025 году имела 4,5% ‘зеленой электроэнергии’, необходимо будет построить ветропарки общей мощностью 8−10 ГВт. Где взять эти 5000 ВЭУ, если машиностроительные мощности Европы, Индии и Китая загружены ‘внутренним’ заказом? Ответ очевиден. Надо научиться производить здесь, в России.

Мощности для этого есть. Да и компетенции хватает. С металлом, а ВЭУ все-таки металлическая конструкция, наши мастера работают давно и в качестве не уступают иностранцам.

Лицензия? Мы проездили практически всю Европу — от Южной Австрии до Голландии — и поняли, что купить лицензию на выгодных для нас условиях попросту не получится. Во‑первых, предлагаются морально устаревшие конструкции минимум десятилетней давности, а прогресс в этой отрасли такой стремительный, что десять лет — это целая эпоха. Во‑вторых, по условиям лицензии мы получим, образно выражаясь, не лопату, а черенок от лопаты. Нам ограничат рынок сбыта, и свою продукцию мы не сможем продавать нигде, кроме России. Нам навяжут производителей генераторов, мультипликаторов, лопастей, системы управления, подшипников. Именно в этой продукции ‘зашит’ основной хайтек, но в лицензию она не входит, составляя при этом более 50% цены всей ВЭУ. Нам остаются башня, корпус гондолы и ступица. За это с нас попросят не менее? 10 млн. Есть ли в этом смысл?»

Середина золотая и доступная

«Вопреки скептическому мнению о возможностях нашей науки и промышленности мы пришли к выводу, что в России современные мощные ВЭУ производить можно, — продолжает тему Вениамин Нырковский.- Единственное, что мы очевидно ‘не потянем’, — это многоступенчатый мультипликатор с его прецизионной механикой. Таких производств в нашей стране нет, а их создание потребует миллиардов долларов. Но ситуация не безвыходная.

---

Ветер и сети

Ветер — величина непостоянная. Преобразование непостоянной ветряной энергии в условно-постоянную электрическую и подача ее в сеть — одна из важнейших проблем ветроэнергетики. В ветряках, применявшихся до 2000 года, в основном использовались асинхронные генераторы (в них скорость вращения вала и скорость вращения магнитного поля, создаваемого током в обмотке ротора, неодинаковы). Асинхронный генератор автоматически синхронизируется потоком энергии, приходящей из сети, и непосредственно своими обмотками связан с сетью. При этом старались держать скорость ветроколеса постоянной. Недостатки такой системы заключаются в том, что, во‑первых, если в системе генерации есть асинхронные генераторы и их количество приближается к 25%, сеть начинает вести себя нестабильно — впервые с этой проблемой столкнулась Германия с ее высокой долей ветрогенерации в энергетике. Во‑вторых, удержание ветроколеса на постоянной скорости снижает его КПД. В современных ВЭУ скорость в процессе работы может меняться в 2−3 раза. Пришлось перейти на синхронные генераторы, но вот беда — они с сетью никак не синхронизируются и подают туда «плавающие» частоту и напряжение, отражая, таким образом, колебания скорости вала ротора. Вопрос удалось решить с развитием силовой электроники — появились мощные транзисторы и тиристоры, способные прокачивать через себя мегаватты энергии. Теперь ток с обмотки генератора поступает в преобразователь, собранный на основе подобных электронных компонентов, а уже оттуда уходит в сеть, имея постоянные частоту и напряжение.

Сейчас порядка 17% представленных на рынке ветряков работают по системе direct drive, то есть обходятся вообще без мультипликатора. У этой схемы есть один большой плюс — наличие минимума движущихся частей, что добавляет конструкции надежности и уменьшает потери энергии. Но есть и большой минус: генератор, вал которого вращается со скоростью ветроколеса, должен быть очень большим. Для двухмегаваттной ВЭУ, работающей с многоступенчатой коробкой передач (мультипликатором), генератор будет иметь диаметр около 1,5 м и вес около 10 т. В установке системы direct drive той же мощности его диаметр составит более 7 м, а вес- около 60 т. Кстати, Россия — одна из немногих стран, где такие гигантские генераторы делать умеют. Правда, они предназначены для ГЭС и условия их эксплуатации сильно отличаются из-за различия динамики колебания энергии. Кроме того, 60-тонный генератор весьма непросто транспортировать, особенно в труднодоступные районы, и очень сложно монтировать на башне — нужна специальная крановая техника, которую перевозить также очень сложно.

Ветроустановка находится под сильнейшей ветровой нагрузкой, поэтому малейшие недостатки в проектировании, строительстве или обслуживании могут привести к ее обрушению. За последние десять лет в мире произошло около 80 подобных аварий. Известны также случаи отрыва лопастей. Внутри лопасти помещается более жесткий каркас с прямоугольным сечением, а внешняя оболочка обеспечивает необходимый профиль крыла, разработанный специально для действия в воздушных потоках с невысокими скоростями.

Но есть и «золотая середина» — среднеоборотные генераторы, работающие по системе multibrid. В этом варианте между валом ветроколеса и валом генератора ставится одноступенчатый планетарный мультипликатор, который передает на вал генератора вращение со скоростью не 1500, а 150 об/мин, при этом получается единый конструктивный моноблок «мультипликатор-генератор» (ММГ). Причем среднеоборотный генератор имеет уже вполне приемлемые габариты. При той же мощности 2 МВт он будет иметь диаметр 2,5−3 м и вес порядка 30 т. Сделать такой генератор и одноступенчатую передачу к нему в России могут, и даже не на одном предприятии. Конечно, что-то придется покупать — например, оборудование и технологии, связанные с производством лопастей, но эти расходы окажутся явно меньше, чем плата за лицензию на ‘черенок от лопаты’. Остальное — гондола, ступица, башня — не представляет для нашей промышленности никаких проблем».

Ностальгия по Королеву

В подготовке проекта двухмегаваттного генератора, разработанного специалистами «Нового ветра», участвовали всего около двух десятков человек. Это доказывает, что даже такие масштабные инициативы по плечу правильно подобранной команде специалистов. «В процессе работы над проектом, — говорит Нырковский, — нам не раз говорили: ‘Вы сами не справитесь, тут нужны целые институты!’ А мы отвечаем: ‘Нет, нам нужны не институты, нам нужны отдельные специалисты, которые занимаются, скажем, в ЦАГИ аэродинамикой низких скоростей. Или проблемами механики, динамики, прочности материалов в других институтах и КБ’. Для производства ВЭУ у нас есть теоретическая основа, есть конструкция, есть потенциальная производственная база. Чего у нас нет — так это специалистов по строительству и эксплуатации ветропарков. Но мы решим этот вопрос так же просто — пригласим к себе на работу опытных инженеров из западных компаний. Наймем отдельных людей, вместо того чтобы подряжать целые корпорации. И трансфер мозгов вместо трансфера технологий обойдется, поверьте, намного дешевле. Мне вообще кажется, — завершает свой монолог Вениамин Иванович, — что технический прогресс в России не идет не из-за отсутствия денег. Деньги вроде бы где-то ходят, но либо идут не туда, либо тратятся не на то что надо. А все от того, что организацию производственных проектов берут на себя исключительно экономисты, мыслящие на уровне корпоративного управления и биржевых котировок. При этом большие конструкторские проекты с высокой степенью интеграции мы разучились доверять тем, кто понимает суть процессов создания техники и организации ее производства. И где нам взять новых Туполевых и Королевых вместо ‘менеджеров широкого профиля’?»

Статья «Умные крылья энергии» опубликована в журнале «Популярная механика» (№5, Май 2010).

Варианты изготовления ветряного колеса

Альтернативные источники энергии и энергосбережение

Ветряное колесо — основная деталь ветродвигателя, отмечается на http://tehnojuk. ru/.

Постройку ветродвигателя следует начать именно с него — основ­ной детали ветродвигателя.

Ветряное колесо по конструкции намного сложнее пропеллера и представляет собой круглую пространственную решетку из лопастей, смотри рис. 1.15.

Лопасти ветряного колеса могут выполняться из листовой стали, алюми­ниевого или дюралевого листа толщиной 1,5—2 мм.

Рис. 1.15. Конструкция ветояного колеса

Ветряное колесо — тихоходное уст­ройство. Так как все без исключения электрогенераторы работают эффек­тивно при частоте вращения 1000 об/ мин и выше, поэтому между ветряным колесом и генератором необходимо уста­новить мультипликатор с передаточным отношением (1:15,1:20).

Большим преимуществом ветроколеса является то, что оно рабо­тает практически бесшумно и способно вращаться при сравнительно малой скорости ветра. К недостаткам относится сложная конструк­ция, громоздкость и тихоходность.

Рассмотрим еще один вариант изготовления ветряного колеса. Для этого варианта нам необходимо два листа толстого кровельного железа, желательно нового, лучше оцинкованного. Сложив листы вместе и временно скрепив их бортами между собой, на них следует вычертить четыре окружности диаметрами 300, 800,1400 и 2000 мм.

Затем большую окружность нужно разделить на 16 равных частей и соединить точки на окружности с центром ее. Практически это делается так: через центр круга у нас уже проведен один диаметр — это линия соединения двух листов железа. Перпендикулярно к нему проводится еще один диаметр. Таким образом, мы получили круг, разделенный на четыре равных сектора. Если мы проведем еще два перпендикулярно пересекающиеся диаметра так, чтобы их линии делили секторы пополам, то получим еще восемь одинаковых секто­ров. Разделив их еще пополам, получим желаемые 16 секторов. Иными словами, каждый сектор, то есть будущая лопасть нашего ветряного колеса, должен иметь 22,5°.

Когда сделана такая разметка, каждый сектор надо разделить еще надвое между первой и второй окружностями, а по третьей окружно­сти в центре каждой лопасти сделать пометку для отверстий.

Разметив таким образом ветряное колесо, обе его половины выре­зают по четвертой окружности и затем разрезают на секторы до пер­вой окружности. Работу эту производят ножницами по металлу или зубилом. Когда разрезка будет окончена, у каждой лопасти вырубается
зубилом по половине площади между первой и второй окружностями. Полученные таким образом отверстия дадут возможность ветру, дую­щему на центр колеса, свободно проходить в них и тем самым не ока­зывать сильного давления на центр ветряного колеса, что является большим тормозом при работе ветродвигателя.

По сделанным отметкам на третьей окружности делаются сквоз­ные отверстия — в каждой лопасти диаметром в 5—6 мм. В них будет продеваться кольцо из толстой железной проволоки, служащее для упрочения конструкции ветроколеса. Разметка ветроколеса показана нарис. 1.16.

Для крепления ветроколеса связывается деревянная крестовина. Для крестовины необходимо взять доску (не тоньше 40 мм) и выре­зать из нее три бруска длиной по 800 мм каждый и шириной один — 80 мм и два — по 40 мм. Затем эти бруски связываются в крестовину, на которую крепится ветроколесо так, чтобы полудиски его сходились на широком брусе.

■■■ Совет.

ffijjjl Ветроколесо лучше прикрепить к крестовине не гвоздями, а шуру­пами.

2000 а 6 Рис. 1.16. Детали многолопастного ветряного двигателя: а — разметка ветроколеса многолопастного ветродвигателя; 6 — крестовина ветроколеса и сцепление ее планок

Лопасти ветроколеса повертываются слева направо приблизи­тельно под углом в 25°.

Для укрепления конструкции берется отрезок железной проволоки толщиной в 5—6 мм, употребляемой для стяжек, и длиной 4500 мм и свивается кольцо диаметром в 1400 мм. Это кольцо осторожно проде­вается через все отверстия в лопастях, сделанных по третьей окружно­сти, и затем кольцо прочно скрепляется проволочными скрутками.

Теперь ветряное колесо будет достаточно прочно и устойчиво. Затем ветряное колесо надо насадить на главный вал. В качестве этого вала может быть применена металлическая трубка диаметром 40—45 мм и длиной 1000 мм или же цельнометаллический стержень таких же размеров.

Ветроколесо прочно насаживается на вал так, чтобы оно не смогло вращаться на нем. Для этого желательно в широком брусе крестовины в борту его против отверстия для вала просверлить сквозное отверстие для болта диаметром 10—15 мм. Такое же отвер­стие следует просверлить и на конце вала, отступя от его торца на 40 мм. При насаживании ветроколеса на вал эти отверстия должны совпасть. Через них пропускается болт и закрепляется гайкой. Такое крепление ветроколеса на валу обеспечит необходимую прочность их соединения.

Когда таким образом будет собрано ветроколесо, нужно произве­сти его балансировку, т. е. уравновешение его на валу. Для этого глав­ный вал ветроколеса следует положить концами на два горизонтально расположенных бруса, например, положенных на концах стола.

Вал должен свободно вращаться вместе с ветроколесом на этих брусьях. Если при повороте ветроколеса оно будет сохранять любое приданное ему положение, можно считать, что оно сбалансировано. Но если при поворотах ветроколеса будет всегда возвращаться в одно и то же положение, т. е. какая-то лопасть его всегда будет стремиться занять нижнее положение, то это значит, что эта половина ветроко­леса перевешивает другую половину.

Для уравновешивания ветроколеса к брусу крестовины, который находится в верхнем положении, прикрепляется полоска железа, и продолжают проверку ветроколеса. Если после этого, наоборот, ста­нет перевешивать часть колеса, к которой прикреплена железная полоса, ее надо подрезать. Таким образом, уменьшая или увеличивая дополнительный груз одной части ветроколеса, производят его балан­сировку и достигают полной равномерности его вращения.

После балансировки ветроколесо покрывают масляной краской на натуральной олифе. Это необходимо для защиты его от ржавчины. Если же ветроколесо будет изготовлено из оцинкованного железа, то красить его не нужно.

Более полугода изучаю вакуумные солнечные трубки длиной 1800 внешним диаметром 58мм внутренним 43-44мм. Внутренний объем трубки — 2,7 литра. Иногда на активном ярком солнце мощность трубки показывало около 130-150Вт, но …

Наилучшим местом установки ветроэлектростанции является уча­сток с наименьшей затеняемостью от ветра большими деревьями и постройками с минимальным расстоянием от их 25—30 м. Высота ее должна превышать высоту ближайших строений на …

WE3000 является ВЭС второй величины с позаимствованными эле­ментами самого лучшего у WE1500. Но, в то же время, WE3000 явля­ется принципиально новой машиной с большим диаметром турбины, иной конструкцией лопастей и …

Ветряное колесо Википедия

Ветряная мельница (ветряк) — аэродинамический механизм, который выполняет механическую работу за счёт энергии ветра, улавливаемой крыльями мельницы^[1][2]. Наиболее известным применением ветряных мельниц является их использование для помола муки.

На протяжении долгого времени ветряные мельницы, наряду с водяными мельницами, были единственными машинами, которые использовало человечество. Поэтому применение этих механизмов было различным: в качестве мукомольной мельницы, для обработки материалов (лесопилка) и в качестве насосной или водоподъемной станции.

«Классическая» ветряная мельница с горизонтальным ротором и удлиненными четырёхугольными крыльями является широко распространенным элементом пейзажа в Европе, в ветреных равнинных северных регионах, а также на побережье Средиземного моря. Для Азии характерны другие конструкции с вертикальным размещением ротора.

С развитием в XIX веке паровых машин мельницы постепенно вышли из употребления.

Китайская мельница

История

Горизонтальные и вертикальные мельницы

Первые практические ветряные мельницы имели паруса, которые вращались в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси^[3]. Согласно Ахмаду Й. аль-Хасану, эти ветряные мельницы-панемоны были изобретены в восточной Персии, или Хорасане, как записано персидским географом аль-Истахри в IX веке^[4][5].

Первые мельницы изготавливались из шести-двенадцати парусов, покрытых тростниковым матом или тканевым материалом. Эти ветряные мельницы использовались для измельчения зерна или сбора воды и весьма отличались от более поздних европейских вертикальных ветряных мельниц. Ветряные мельницы широко использовались на Ближнем Востоке и в Центральной Азии, а затем распространились оттуда в Китай и Индию^[6]. Подобный тип горизонтальной ветряной мельницы с прямоугольными лопастями, используемый для орошения, также можно найти в Китае тринадцатого века (во времена династии Чжурчжэнь на севере), который стал строиться после путешествий Елюя Чуцая в Туркестан в 1219 году^[7].

Горизонтальные ветряные мельницы были построены в небольших количествах в Европе в течение XVIII и XIX веков^[3], например, мельница Фаулера в Баттерси в Лондоне и мельница Хупера в Маргейте в Кенте. Эти ранние современные примеры, по-видимому, не находились под непосредственным влиянием горизонтальных ветряных мельниц, создаваемых на Среднем и Дальнем Востоке, а были независимыми изобретениями европейских инженеров^[8].

Из-за отсутствия доказательств среди историков возникают споры о том, инициировали ли горизонтальные ветряные мельницы на Ближнем Востоке первоначальное развитие европейских ветряных мельниц^{[9][10][11][12]}. В северо-западной Европе горизонтальная ось или вертикальная ветряная мельница, как полагают, датируется двенадцатым и тринадцатым веками в треугольнике северной Франции, восточной Англии и Фландрии^[13].

Самое раннее упоминание о ветряной мельнице в Европе (предположительно вертикального типа) датируется 1185 годом в бывшей деревне Уидли в Йоркшире, которая находилась на южной оконечности Уолда с видом на устье реки Хамбер^[14]. Также был найден ряд более ранних, но менее определенно датированных, европейских источников двенадцатого века, упоминающих ветряные мельницы^[15]. Эти самые ранние мельницы были использованы для измельчения зерновых^[16].

Античность

Существует много версий от том как и где появились ветряные мельницы, но чаще всего утверждают что древнейшие мельницы были распространены в Вавилоне, о чём свидетельствует кодекс царя Хаммурапи (около 1750 до н. э.). Описание орга́на, приводившегося в действие ветряной мельницей, — первое документальное свидетельство использования ветра для приведения механизма в действие. Оно принадлежит греческому изобретателю Герону Александрийскому, I век н. э. Персидские мельницы описываются в сообщениях мусульманских географов в IX в., отличаются от западных конструкцией с вертикальной осью вращения и перпендикулярно расположенными крыльями, лопатками или парусами^[17].

Колесо обозрения инженера Герона Александрийского в римском Египте первого века является самым ранним известным примером использования колеса с приводом от ветра для питания машины^[18][19]. Другим ранним примером ветряного колеса был молитвенный барабан, который использовалось в Тибете и Китае с четвертого века^[20].

Персидская мельница имеет лопасти на роторе, расположенные аналогично лопаткам гребного колеса на пароходе и должна быть заключена в оболочку, закрывающую часть лопаток, иначе давление ветра на лопасти будет одинаковым со всех сторон и, так как паруса жестко связаны с осью, мельница не будет вращаться.

Ещё один вид мельниц с вертикальной осью вращения известен как китайская мельница или китайский ветряк. Конструкция китайской мельницы значительно отличается от персидской использованием свободно поворачивающегося, независимого паруса.

Средневековье

Средневековая иконография ясно показывает распространённость ветряных мельниц во многих странах Европы.

Ветряные мельницы с горизонтальной ориентацией ротора известны с 1180 г. во Фландрии, Юго-Восточной Англии и Нормандии.^[21] В XIII веке в Священной Римской империи появились конструкции мельниц, в которых всё здание поворачивалось навстречу ветру. Такое положение дел было в Европе вплоть до появления двигателей внутреннего сгорания и электрических двигателей в XIX веке. Водяные мельницы были распространены в основном в горных районах с быстрыми реками, а ветряные — в равнинных ветреных местностях.

Мельницы принадлежали феодалам, на чьей земле они располагались. Население было вынуждено искать так называемые принудительные мельницы для помола зерна, которое было выращено на этой земле. В совокупности с плохой дорожной сетью это вело к локальным экономическим циклам, в которые были вовлечены мельницы. С отменой запрета, население стало в состоянии выбирать мельницу по своему усмотрению, таким образом стимулируя технический прогресс и конкуренцию.

Ветряная мельница в суздальском Музее деревянного зодчества

Новое время

В конце XVI века в Нидерландах появились мельницы, у которых навстречу ветру поворачивалась только башня.

В странах Южной Европы (Испания, Португалия, Франция, Италия, Балканы, Греция), строились типичные мельницы-башни, с ровной конической крышей и, как правило, фиксированной ориентацией. Когда в XIX веке произошёл общеевропейский экономический скачок, наблюдался и серьёзный рост мельничной промышленности. С появлением множества независимых мастеров произошёл единовременный рост числа мельниц.

До конца XIX века ветряные мельницы были в огромном количестве распространены по всей Европе — там, где ветер был достаточно силён. В основном они строились в ветреных северных областях Европы, в значительной части Франции (где имелось около 8700 ветряных мельниц в 1847 году), Нидерландах (от 6 до 8 тыс. мельниц в 1750 году), Великобритании, Германии (18242 мельницы в 1895 году), Польше, Прибалтике, во многих регионах России, Скандинавии, странах Южной Европы^[22].

Образ в литературе

См. также

Примечания

1. ↑ Mill definition (неопр.). Thefreedictionary.com. Дата обращения 15 августа 2013.
2. ↑ Windmill definition stating that a windmill is a mill or machine operated by the wind (неопр.). Merriam-webster.com (31 августа 2012). Дата обращения 15 августа 2013.
3. ↑ ^{1 2} Wailes, R. Horizontal Windmills. London, Transactions of the Newcomen Society vol. XL 1967-68 pp 125—145
4. ↑ Ahmad Y Hassan, Donald Routledge Hill (1986). Islamic Technology: An illustrated history, p. 54. Cambridge University Press. ISBN 0-521-42239-6.
5. ↑ Klaus Ferdinand, «The Horizontal Windmills of Western Afghanistan, » Folk 5, 1963, pp. 71-90.
6. ↑ Donald Routledge Hill, «Mechanical Engineering in the Medieval Near East», Scientific American, May 1991, p. 64-69. (cf. Donald Routledge Hill, Mechanical Engineering)
7. ↑ Needham, Volume 4, Part 2, 560.
8. ↑ Hills, R L. Power from Wind: A History of Windmill Technology. Cambridge University Press. — 1993.
9. ↑ Farrokh, Kaveh (2007), Shadows in the Desert, Osprey Publishing, с. 280, ISBN 1-84603-108-7 
10. ↑ Lynn White Jr. Medieval technology and social change (Oxford, 1962) p. 86 & p. 161—162
11. ↑ Lucas, Adam (2006), Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology, Brill Publishers, с. 106–7, ISBN 90-04-14649-0 
12. ↑ Bent Sorensen (November 1995), History of, and Recent Progress in, Wind-Energy Utilization, Annual Review of Energy and the Environment Т. 20 (1): 387–424, DOI 10.1146/annurev.eg.20.110195.002131 
13. ↑ Braudel, Fernand. Civilization and Capitalism, 15th–18th Century, Vol. I: The Structure of Everyday Life (англ.). — University of California Press (англ.)русск., 1992. — P. 358. — ISBN 9780520081147.
14. ↑ Laurence Turner, Roy Gregory. Windmills of Yorkshire (неопр.). — Catrine, East Ayrshire: Stenlake Publishing, 2009. — С. 2. — ISBN 9781840334753.
15. ↑ Lynn White Jr., Medieval technology and social change (Oxford, 1962) p. 87.
16. ↑ Sathyajith, Mathew. Wind Energy: Fundamentals, Resource Analysis and Economics (англ.). — Springer Berlin Heidelberg, 2006. — P. 1—9. — ISBN 978-3-540-30905-5.
17. ↑ Ахмад аль-Хасан, Дональд Хилл, Технологии исламского мира. Иллюстрированная история, 1986, Cambridge University Press, P. 54F, ISBN 0-521-42239-6
18. ↑ Dietrich Lohrmann, «Von der östlichen zur westlichen Windmühle», Archiv für Kulturgeschichte, Vol. 77, Issue 1 (1995), pp. 1-30 (10f.)
19. ↑ A.G. Drachmann, «Hero’s Windmill», Centaurus, 7 (1961), pp. 145—151
20. ↑ Lucas, Adam. Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology (англ.). — Brill Publishers (англ.)русск., 2006. — P. 105. — ISBN 90-04-14649-0.
21. ↑ Дитрих Лорман, Ветряная мельница от восточного типа к западному архивы истории культуры, Том 77, № 1 (1995), p. 1-30 (18ff.)
22. ↑ Wind powered factories: history (and future) of industrial windmills
23. ↑ «Ветряная мельница» Ханса Кристиана Андерсена на сайте az.lib.ru

Литература

Ссылки

Ветровое колесо

Изобретшие относится к области ветроэнергетики. В ветровом колесе, содержащем ступицу, спицы, обод, радиально расположенные лопасти, обод снабжен эластичной цельнолитой шиной, причем лопасти выполнены в виде турбинных лопаток и расположены на поверхности шины по винтовым линиям. В полости, образованной подковообразной шиной и ободом, размещена пневмокамера. Ветровое колесо несложно в изготовлении, что повышает возможность его массового производства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области ветроэнергетики.

Известно ветровое колесо, содержащее ступицу, спицы, обод, лопасти [1]. В известном ветровом колесе лопасти расположены между ободом и ступицей и закреплены на спицах. Такое ветровое колесо отличается сложностью конструктивного исполнения, что ограничивает возможности его массового производства.

Задачей изобретения является упрощение конструктивного исполнения ветрового колеса.

Технический результат достигается тем, что в ветровом колесе, содержащем ступицу, спицы, бод, лопасти, обод снабжен эластичной шиной, причем лопасти выполнены на шине. Лопасти и шина выполнены цельнолитыми, причем лопасти расположены на поверхности шины по винтовым линиям. В полости, образованной шиной и ободом, размещена пневмокамера.

На фиг.1 представлено ветровое колесо, на фиг.2 изображен фрагмент цельнолитой шины с лопастями, на фиг.3 показано поперечное сечение обода с шиной подковообразной формы.

Ветровое колесо (фиг.1) содержит ступицу 1, тонкие металлические спицы 2, металлический обод 3, образующие, например, конструкцию переднего колеса дорожного велосипеда, спортивного велосипеда, мотоцикла. Эластичная шина 4, надеваемая на обод, может быть полнотелой (фиг.2) или полой, имеющей в поперечном сечении подковообразную форму (фиг.3). Шина снабжена лопастями 5, расположенными по ее поверхности по винтовым линиям 6. Лопасти и шина цельнолитые, изготовлены из одного материала, например резины. Лопасти, выполненные на шине с образованием воздушного винта, могут быть широкими или узкими, например, в виде турбинных лопаток. В полости 7, образованной шиной, имеющей в поперечном сечении подковообразную форму, и ободом, размещена резиновая пневмокамера 8.

Ветровое колесо используется в конструкциях маломощных ветроэнергетических установок, предназначенных для размещения отдельно или группами: на открытых площадках, на плоских крышах многоэтажных домов и промышленных предприятий; в частном секторе. Для ветроэнергетических установок ветровое колесо может быть изготовлено: с цельнолитой шиной с лопастями; с шиной, имеющей в поперечном сечении подковообразную форму, с лопастями.

1. На переднее колесо от спортивного велосипеда, состоящее из ступицы 1, спиц 2 и обода 3, надевают с натяжением полнотелую шину 4 с расположенными по ее поверхности по винтовым линиям 6 радиальными лопастями 5.

2. На переднее колесо от дорожного велосипеда (мотоцикла) надевают подковообразную шину с лопастями, предварительно поместив в полость 7, образованную ободом и шиной, пневмокамеру 8. В пневмокамеру нагнетают воздух, при этом шина плотно охватывает обод.

Предложенное ветровое колесо несложно в изготовлении, что повышает возможность его массового производства.

Источник информации

1. Политехнический словарь. Гл. ред. И.И.Артоболевский. — М.: Советская Энциклопедия, 1976. — С.74 (Крыльчатый многолопастной ветродвигатель).

1. Ветровое колесо, содержащее ступицу, спицы, обод, радиально расположенные лопасти, отличающееся тем, что обод снабжен эластичной цельнолитой шиной с лопастями, причем лопасти выполнены в виде турбинных лопаток и расположены на поверхности шины по винтовым линиям.

2. Ветровое колесо по п.1, отличающееся тем, что в полости, образованной подковообразной шиной с лопастями и ободом, размещена пневмокамера.