Вертикальные генераторы: их виды, изготовление и обслуживание

0
349

Применение альтернативных видов энергии гарантирует диверсификацию используемых источников ресурсов. Поэтому многие государства уже сегодня реализуют проекты, направленные на снабжение энергией сразу несколькими способами. Так в Дании порядка 25 процентов электроэнергии получают, используя силу ветра. У владельцев частных участков существует шанс вооружиться технологичными решениями и установить вертикальный ветрогенератор. С помощью ветряка дом будет обеспечен электричеством в необходимом объеме, а платить коммунальным службам придется значительно меньше. Окупаемость оборудования занимает несколько лет в зависимости от мощности и места установки. В этой статье речь пойдет о вертикальном ветрогенераторе, собрать и подключить который своими руками сможет каждый.

Виды ветрогенераторов с вертикальной осью вращения

Проектов подобных ветряков немало, каждый из которых обладает сильными и слабыми сторонами. Установка этого вида занимается конверсией кинетической энергии в механическую, создаваемую приводным валом. Вертикальная ось ветрогенератора подключается к ротору, который работает в той же плоскости. Расположение энергогенератора и ротора подразумевает установку в нижней части конструкции.

Лопасти устройства соединяются с осью, подключенной к ротору. В итоге вращение активирует ветрогенератор, чтобы начать выработку энергии. Бытовым ветрякам также требуется дополнительное оборудование, с помощью которого корректируется расположение устройства в зависимости от направления потоков ветра. В моделях с горизонтальной осью подобным элементом является хвостовик. Вертикальный ветряк демонстрирует отличную стойкость перед турбулентностью, если сравнивать их с горизонтальными аналогами. Поэтому такой ветрогенератор хорошо подходит для домашнего использования.

Ветряк Савониуса

Подобное устройство состоит из нескольких лопастей полукруглой формы. Потоки ветра оказывают воздействие на поверхность лопастей, которые благодаря своей форме начинают вращение даже при незначительных порывах. Процесс изготовления подобного устройства прост, поэтому встречаются ветрогенераторы  Савониуса довольно часто. Среди самодельных ветряков они занимают лидирующую позицию.

Как и другое оборудование, модели ветряков Савониуса имеют и свои недостатки. Так устройства демонстрируют сильную парусность. Порывы ветра способны накренить конструкцию, что приводит к деформации подшипников оси, делая невозможным движение ротора.

Ротор Дарье

Ротор ортогонального типа используется для размещения статических экранов, что позволяет увеличить производительность выработки энергии, что является основной особенностью ветряка данного типа. Разработано немало видов ветряков Дарье, но вне зависимости от выбранной схемы принцип действия не изменяется. Вращать ось будет лопасть, имеющая крылообразную форму. Воздействие ветра позволяет получить подъемную силу, достаточную для вращения оси и трансформации энергии.

Минусом подобного устройства является:

  • невысокая производительность;
  • определенные требования к скорости ветра для начала движения ветрогенератора;
  • значительный уровень шума при работе.

Ротор геликоидный

Такой ветряк используется не часто, так как обладает сложной конструкцией, воспроизвести которую в домашних условиях сложно. Ротор отличается замысловатой формой, но специалисты отмечают его сходство с ортогональным аналогом. Но для лопастей используется особая конструкция, закрученная вдоль оси. Такое решение позволило существенно продлить термин эксплуатации устройства. Закрученные лопасти равномерно распределяют нагрузки, которые ложатся на подшипники, что делает геликоидный ветрогенератор наиболее долговечным среди существующих. Минусы конструкции заключаются в:

  • Сложности исполнения;
  • Высокой цене ветряка.
Читайте также:  Инструкция по созданию ветрогенератора своими руками

Многолопастной ветрогенератор

Такое оборудование используется в различных целях, начиная от коммерческой выработки энергии и заканчивая частными покупателями. По этой причине производительность различных моделей сильно отличается. Если рассматривать коммерческое оборудование, то оно позволяет получить большой объем энергии при среднем износе несущих элементов. Такой ветряк вертикального типа имеет несколько статичных элементов, направляющих воздушные потоки так, чтобы максимизировать производительность ротора. Но использование подобное конструкции требует значительных расходов, так как она включает в себя много деталей и составных частей.

Вертикально-осевые роторы

Использование вертикально осевых моделей ветряков пользуется популярностью. Такие ветрогенераторы имеют особое расположение лопастей, которые можно сравнить с авиационным крылом, поэтому ось лопастей параллельна валу. В конструкционном плане устройство сравнимо с моделью Дарнье, но для изготовления потребуется меньше расходов и времени.

Ветрогенератор данного типа отличается высокой скоростью, обходя аналоги этого класса приборов. Набор производственной скорости занимает мало времени, после чего оборудование генерирует энергоресурс. Звуковой эффект в процессе работы оборудования не затрудняет эксплуатацию. В то же время ветряки данной категории демонстрируют свою надежность и долговечность. Они справляются с большими нагрузками в ходе эксплуатации, а их стоимость невысока. По этой причине вертикально-осевые роторы применяют для бытовых и промышленных целей.

Изготовление вертикального ветрогенератора самостоятельно

Устройства отличаются хорошей производительностью, хотя и уступают горизонтальным моделям. В то же время ветряки вертикального типа не требуют много внимания в процессе эксплуатации и занимают немного места. Практичные ветрогенераторы, которые имеют вертикальную ось вращения можно собрать собственноручно, для чего потребуется привычный комплект инструментов. Процесс состоит из нескольких этапов, после выполнения которых следует сборка оборудования на мачту.

Создание турбины

Данный элемент включает выполняет несколько функций. Он объединяет в единую систему ротор и лопасти ветряка. Последние имеют форму треугольников равностороннего типа. В процессе изготовления конструкции турбины не стоит забывать о возможности использовать картон для вырезания шаблона, что позволит исключить ошибки в процессе сборки устройства.

Изготовление ротора

Для начала нужно изготовить основания, которые укладываются один поверх другого и совмещаются. После этого маркером нужно оставить пометки по краям. Это значительно облегчит процесс ориентации элементов в дальнейшем. Далее из картона делаем шаблоны расположения магнитов и клеим их на основания. Маркер поможет промаркировать полярность магнитов. Тестером для этого можно использовать маленький магнит, дополнительно защищенный изолентой. Достаточно провести ним по поверхности закрепленного элемента, чтобы понять, притягивается или отталкивается изделие.

Далее потребуется эпоксидная смола, которую следует заблаговременно смешать с отвердителем. После наносим смолу на магнит. Подносим магнит к основанию и перемещаем к его позиции. Если устанавливать изделие в верхней части ротора, то сила притяжения может неожиданно примагнитить устройство, от чего оно не редко ломается. В процессе крепления необходимо исключить нахождение пальцев между сталью и магнитом, так как неодимовые изделия отличаются невероятной силой.

Читайте также:  Стабилизатор напряжения своими руками

Используя эпоксидный клей в качестве закрепителя, необходимо наклеить несколько магнитов на основание. После каждого положительного магнита должен следовать отрицательный и наоборот. Завершив работы на одном основании, нужно переходить ко второму. Разметка использовалась именно с этой целью, поэтому используйте следы маркера для того, чтобы магниты располагались точно друг напротив друга. Основания должны находиться на большом расстоянии друг от друга, чтобы в процессе работы они не примагнитились.

Изготовление статора

Процесс создания статора является трудоемким, поэтому большинство отдает предпочтение их покупке. Но нужно понимать, что готовые устройства не всегда подходят для использования с определенной моделью ветрогенератора, обладая индивидуальными рабочими показателями.

Для изготовления собственного статора потребуется намотать 9 катушек, входящих в состав устройства. Катушки не одинаковые, а разделены на три подгруппы, в каждую из которых входит три элемента. Для наматывания стоит использовать проволоку 0.51мм. Количество витков для каждой катушки составляет 320 штук. Наматывание большего числа витков при использовании провода меньшего сечения повысит напряжение, но снизит показатели тока. По этой причине характеристики можно подстраивать, исходя из желаемой производительности ветряка.

Намотка в ручном режиме является сложным и длительным процессом. Поэтому для облегчения задачи лучше воспользоваться намоточным станком, собрать который можно собственноручно. Для изготовления станка могут использоваться подручные элементы. Витки должны распределяться равномерно, а также иметь общее направление. Чтобы витки не меняли положения и не разматывались, следует обмотать их изолентой. Решив изготовить приспособление для намотки, вам потребуется:

  • фанера;
  • шпилька;
  • гвозди;
  • труба из поливинилхлорида.

Когда намотка будет завершена, остается проверить, являются ли катушки идентичными. Для этого можно использовать весы для измерения и соотношения массы, либо мультиметр, который покажет сопротивление изделий.

Ветроколесо

Лопасти ветроколеса имеют вид оболочки, которая сгибается по профилю, а также сваренные по задней кромке, необходимо заполнить определенным количеством вспенивающегося порошка. После этого происходит подогрев этой оболочки до температуры вспенивания наполнителя. Процесс сварки может выполняться с помощью приспособы, позволяющей зафиксировать внешний профиль, что значительно облегчит выполнение сборки. В итоге можно получить ветроколесо, обладающее высокими аэродинамическими показателями и небольшой массой. Среди прочих преимуществ конструкции стоит отметить:

  • Стойкость формы перед деформацией;
  • Долговечность;
  • Прочность и упругость.

Сборка всех деталей генератора

Изготовив все необходимые элементы, можно собирать ветрогенератор. Модель с вертикальной осью вращения предполагает проделывание четырех отверстий в верхнем роторе, который дополняется шпильками. Для закрепления используют кронштейны, на которых ротор должен располагаться так, чтобы магниты смотрели вверх. Следующим на очереди является статор, который также должен иметь отверстие для крепления на кронштейн. В пластину из алюминия необходимо упереть шпильки для надежной фиксации. Затем можно брать второй ротор и накрывать статор. Второе основание располагается магнитами вниз. Важно проделать все работы осторожно, чтобы точно соотнести все элементы относительно друг друга. Это позволит исключить образование люфтов в процессе эксплуатации.

Читайте также:  Как правильно выбрать генератор

Верхний ротор должен располагаться равномерно и без рывков, для чего используют шпильки, вращать которые можно ключом. После завершения монтажа шпильки можно удалять, как и пластины. Фиксация готовой конструкции выполняется при помощи гаек, которые должны быть затянуты крепко, но без срыва резьбы.

Окончательная установка ветряка

Для монтажа потребуется труба из металла, длина которой находится в пределах 4-5 метров. К ней прикрепляют ветрогенератор, собранный собственноручно. После этого крепится каркас с лопастями ветряка. Мачту нужно установить на подготовленное место, которое имеет армированное основание. Дополнительная надежность обеспечивается при помощи растяжек.

Мачта должна иметь максимально возможную длину. Ротор должен быть вынесен выше, чем самое высокое строение, расположенное поблизости. Только в этом случае можно достичь проектной производительности оборудования. При подключении электрической сети к ветрогенератору нужно использовать строгую последовательность. Контроллер позволяет преобразовать переменное напряжение в постоянное, чтобы аккумулированная энергия могла быть сохранена с помощью батарей. Затем аккумуляторы хранят электричество, которое перед подачей потребителям проходит процедуру обратной конвертации инвертором.

Как обслуживать ветряк?

Обеспечить производительность и долговечность конструкции не сложно, если гарантировать своевременную смазку всех подвижных элементов. Процедура не сложная и может выполняться собственноручно. Проводить смазывание следует дважды в год. Параллельно выполняется проверка фиксации гаек, которые может потребоваться подтянуть. За несколько месяцев непрерывной работы могут износиться и электрические соединения, которые следует укрепить.

Механические узлы необходимо проверить на наличие коррозии, а растяжку из тросов дополнительно просматривают с целью обнаружения повреждений. Если таковые есть, то трос следует заменить. В зимний период ветряк нуждается в особо внимательном обслуживании. Мороз приводит к образованию льда на поверхности лопастей, который необходимо удалять, а в противном случае скорость движения лопастей будет падать.

Защитить детали конструкции можно с помощью окрашивания их поверхности. Обновление защитного слоя выполняется по мере необходимости или раз в 12 месяцев. Регулярный уход позволяет продлить срок службы устройства в разы.

Плюсы и минусы вертикальной оси

Вертикальные ветряки обладают многочисленными преимуществами:

  • Не требуют корректировки направления по ветру;
  • Отличаются единой осью вращения, поэтому демонстрируют более длительную эксплуатацию;
  • Установить устройство можно на небольшой высоте, что определяется типом выбранной модели;
  • Подвижные элементы расположены внизу, поэтому обслуживание оборудования не вызывает сложностей;
  • Изготовить рабочий агрегат можно собственноручно;
  • Устройство способно действовать при сильных порывах ветра;
  • Разрушительное воздействие ветра не деформирует составные элементы.

Минусов меньше, но они существуют. Так устройства проигрывают горизонтальным моделям в плане производительности, что остается главным недостатком. Горизонтальные модели вырабатывают порядка 50 процентов энергии из ветра и больше, а вертикальное оборудование имеет предел в 50 процентов. В итоге горизонтальные устройства сопоставимой мощности позволяют обеспечить большое количество энергии, если сравнивать их с вертикальными моделями. Также подобный ветряк может стать причиной сильных резонансов.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here