ПРОЕКТ ВЕТРЯК

 

Казалось бы все просто, известно спокон веков, однако тема ветряка оказалась значительно сложнее чем на первый взгляд. Как известно есть горизонтальные и вертикальные ветряные роторы. Вначале казалось что вертикальные роторы будет сделать проще простого, поскольку для такого ветряка не имеет значения направление ветра. В интернете куча всякой информации, однако, как оказалось все это просто липа и очень много дезинформации.

 

Вертикальный ротор очень капризный. Начнем с того что они бывают двух типов примитивные как их еще называют "бочки" или улучшенный вариант Савониусы. По сути это паруса с различным сопротивлением ветру когда они вращаются за ветром и против него. И второй вариант роторы Дарье. Так вот "бочки" имеют очень низкий КПД (0,2) или как принято у ветряков говорить КИЭВ. Зато они неплохо страгиваются. Но чтоб получить ощутимую мощность необходимо их делать очень большими, ну и как следствие тяжелыми и с большой парусностью, что чревато на больших порывистых ветрах.

 

Ротор Дарье имеет в свою очередь свои особенности. У него КПД почти сравним с горизонтальными роторами (0,4), но он не любит слабых ветров которые у нас преобладают на Украине. Принцип действия такого ротора отличается от  "парусника".  Вращение возникает благодаря подъемной силе действующей на крыло, которое движется. Таким образом у ротора Дарье возникают проблемы страгивания, которые решаются разными способами.

 

Лично я решил попробовать сделать и вертикальный и горизонтальный ветряк. Благо места достаточно. К тому же сделать несколько небольших ветряков на 300 Вт казалось более оптимальным, чем один большой, поскольку делать огромную мачту и обслуживать механизмы на высоте выглядело слишком сложно. Начал, как мне показалось вначале, с более простого - вертикального ротора Дарье.

 

Сначала сделал генератор на постоянных ниодимовых магнитах из автомобильного генератора. Для этого перемотал статор более тонким проводом а в крабе ротора выфрезеровал пазы под магниты, вклеил их и залил эпоксидкой. Получился более менее низкооборотный генератор. Правда наблюдалось некоторое залипание ротора. Однако рукой все же можно, хоть и с трудом прокручивать. Для проверки крутанул генератор дрелью, лампочка засветилась. Снимать характеристики генератора не стал, опыт покажет какой мультипликатор (редуктор) надо будет к нему приделать. После того как сделал сам генератор понял что можно было его просто купить и примерно за те же деньги. В интернете куча предложений на мотор-колесо для велосипеда. Этот мотор идеально подходит как генератор для ветряка и стоит порядка 110 уе на 300 Вт.

 

                      

 

 

Сам ротор сделал из треноги с подшипником от стиральной машины, двух спортивных обручей, сантехнической трубы и кучи сантехнических врезок, немного сварки. Крылья Дарье сделал из пластиковых водостоков. Получился ротор 1,5 м высоту и 0.9 в диаметре. Чтобы  решить проблему страгивания  Дарье решил поставить на ротор также маленькие Савониусы.

 

                                

 

Вот видео того что получилось. Результатами остался недоволен. На генераторе напряжение минимальное а ставить редуктор смысла нет, у ротора силы не хватает. http://video.yandex.ua/users/panxatka/view/11/

 

Так просто решил не сдаваться. Покопавшись в Интернете понял что надо несколько переделывать ротор. Во первых Савониусы, которые я приделал для облегчения страгивания должны быть на 1/3-ей радиуса крыльев Дарье, тогда они не тормозят ротор когда он набирает обороты. А обороты у Дарье в три раза выше  по отношению к Савониусу. Во-вторых, сам ротор Дарье очень капризная штука. Вот что мне удалось накопать… Оптимальным для крыла является симметричный профиль  NACA 0021, у которого толщина составляет 21% от хорды.

 

 

Чтобы ротор сам страгивался, необходима довольно большая хорда крыла. Так хорда в 30 см способна запускать Дарье на 5 м/с. Хорда в 20 см запустит только при превышении 7 м/с и так далее. Объяснение следующее – при таком ветре на крыле возникает турбулентный приповерхностный слой. Сами эти размеры рассчитывались по числам Рейнольдса. В общем, для меня это не так критично, поскольку я помогаю маленькими Савониусами. Но хорду желательно делать как можно больше, тут правда возникает проблема со значительным увеличением диаметра ротора.

 

Существуют некие коэффициенты заполнения, установленные экспериментальным путем, позволяющие связать хорду с диаметром ротора при различной быстроходности ротора. Чтобы получить диаметр суму длин всех хорд делят на этот коэффициент. Так коэффициент заполнения, равный 0,2 и 0,25. для быстроходности чуть больше трёх и  для примерно трёх. Быстроходность это отношение линейной скорости крыла к скорости ветра. Приведенные коэффициенты наиболее оптимальные.

 

Высоту крыла можно выбирать любой, но чем выше относительное удлинение крыла, тем оно лучше работает. Угол атаки крыла оптимально выбирать 2 градуса. Самих крыльев оптимально делать 3 для равномерности роботы и уменьшения тряски. А тряска будет, я даже на своей малоэффективной и медленной модели почувствовал. У нормально работающего ротора скорость крыла Дарье довольно большая да и частота немалая,  порядка 500 об/мин.

 

Ну что еще. Можно оценить мощность ветряка по формуле P=0.605*D*H*(V^3)*n; где Р - мощность на валу в ваттах, D - диаметр ротора в метрах, H - высота крыла в метрах, V - скорость ветра в м/с, n - КИЭВ. (Ориентировочно 0,35 - 0,4) Сильно зависит от качества траверс и скоростного режима. В домашних условиях получить КИЭВ выше 0,35 вряд ли получится.

 

Переделал ротор с учетом вышесказанного. А у меня хорда крыла была почти в два раза завышена по отношению к диаметру и Савониусы находились на том же радиусе что и крылья Дарье, таким образом работая больше как тормоза. К тому же профиль крыла был далеко не NACA 0021, а в лучшем случае в полтора раза толще. Сделал новые крылья из фанеры и пенопласта, увеличил размеры самого ротора до 2*2,6м. После переделок все равно остался недоволен. Теперь как главный отрицательный фактор выплыли  низкие ветра 2-3м/с, преобладающие в наших краях.. Когда, а это было довольно редко, ветер поднимался до 6-8 м/с ротор вращался  шикарно, и мощность чувствовалось передавал значительную. Однако в таком виде ротор все еще не имеет практического значения с нашими ветрами.

                                                     

 

Вот видео на ветре 3-4 м/с http://video.yandex.ua/users/panxatka/view/12/

Попробую увеличить площадь Савониусов, для лучшего страгивания и работы на малых ветрах. Может что и получится.

 

С весны займусь традиционным горизонтальным ветряком, он должен быть менее капризен на малых ветрах. В Интернете есть куча информации по раскрою лопастей и вариантов множество. Небольшие лопасти можно делать хоть из канализационных пластиковых труб. Есть варианты изготовления лопастей и из дерева.

 

 

 

Hosted by uCoz