Делаем ветряк своими руками. Секреты формирования хвойных... ("Сделай сам" №3∙2013)

Ветер нам в помощь

Интересно, что первая ветроэлектрическая установка (ВЭУ) в СССР была построена в 1931 г. около Балаклавы в Крыму. В ней использовался асинхронный генератор на 600 об/мин., мощностью 125 кВт. Генератор соединялся с повышающим трансформатором и затем ток подавался на воздушную линию напряжением 6 кВ. (В 1941 г. при оккупации Крыма фашистами эта механизм был разрушен.)

В ВЭУ промышленного производства обычно используются винтовые пропеллерные двигатели. В сравнении с роторными они имеют более высокий КПД. Производство винтовых двигателей значительно сложнее. Поэтому для самодельного изготовления рекомендуются именно роторные двигатели. Схема роторной ветроэлектроустановки показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема роторной ветроэлектроустановки:

_{1 — лопасти, 2 — крестовина, 3 — вал, 4 — подшипники с корпусами, 5 — соединительная муфта, 6 — силовая стойка (швеллер № 20), 7 — коробка передач, 8 — генератор, 9 — растяжки (4 шт.), 10 — ступени лестницы.}

Очень важно запомнить, что ротор должен быть поднят достаточно высоко, чтобы он оказался в зоне свободного ветра и выше зоны завихрений от обтекаемых ветром строений не менее, чем на 3–4 м над землей. Высоко поднятая над землей ветроустановка попутно выполняет функцию молниеотвода, что немаловажно в сельской местности.

В конструкции В. Самойлова ротор состоит из 4 лопастей, что сделано для более равномерного вращения.

Ротор — наиболее важная часть ветроустановки. От его формы и размера лопастей зависят мощность и скорость вращения вала ветродвигателя. Чем больше общая поверхность лопастей, образующих ометаемую поверхность, тем меньше число оборотов ротора.

Вращение ротора происходит за счет аэродинамической несимметричности. Набегающий поперек оси ротора поток ветра соскальзывает с выпуклой стороны лопасти и попадает на противоположный карман лопасти. За счет разности давлений на выпуклую и вогнутую поверхности создается тяга, которая и раскручивает ротор. У такого ротора большой крутящий момент. Ротор диаметром 1 м по мощности соответствует трехлопастному пропеллеру диаметром 2,5 м.

Роторные ветродвигатели работают значительно стабильнее в условиях резких колебаний ветра, чем винтовые. Роторы тихоходны, действуют при любом направлении ветра, но развивают всего 200–500 об/мин.

Роторные ветроколеса от сильного порыва ветра в разнос не идут. От повышения количества оборотов асинхронного генератора на выходе напряжение не растет. Поэтому в этом материале автоматическое изменение угла лопастей ротора в зависимости от скорости ветра не рассмотрено.

Известны различные виды роторных ветроколес на вертикальном валу. Назовем некоторые из них.

1. Четырехлопастное роторное колесо — тихоходное с КПД до 15 % (рис. 2).

Рис. 2. Крепление лопастей ротора на крестовине:

_{1 — лопасти, 2 — крестовина, 3 — вал, 4 — болты крепления (М12-М14).}

2. Двухъярусное роторное ветрокопесо (рис. 3). Оно проще, обладает более высоким КПД (до 19 %) и развивает большее число оборотов, чем четырехлопастное. При этом необходимо увеличивать диаметр вала для сохранения прочности и жесткости установки.

Рис. 3. Двухъярусное роторное колесо:

_{1 — подшипник, 2 — корпус подшипника, 3 — дополнительное крепление вала четырьмя растяжками, 4 — вал.}

3. Ветроколесо Савониуса (рис. 4,в). Оно развивает меньшее число оборотов, чем двухлопастное колесо. Коэффициент использования ветровой энергии не превышает 12 %. В основном применяется для привода поршневых насосов.

4. Карусельное ветроколесо (рис. 4,а,б) — самая простая конструкция. Это ветроколесо развивает малые обороты, имеет низкую удельную мощность. КПД его — до 0,1.

Рис. 4. Возможные схемы укрепления роторных ветроколес на вертикальном валу:

_{а, б — карусельные ветроколеса: в — ветроколесо Савониуса.}

А теперь перейдем к установке, разработанной, В. Самойловым из Чувашии, который построил свою ВЭУ по первому варианту (см. рис. 2).

Сделать лопасти ротора ВЭУ можно из 100, 200 или 500-литровой железной бочки (рис. 5). Бочку разрезают шлифмашинкой. Резка сваркой недопустима: от температуры металл коробится. Борта вырезанной лопасти усиливают, приваривая к ним прутки арматуры или катанки 6–8 мм.

Рис. 5. Лопасть ветряка, изготовленная из 1/4 бочки и схема раскроя:

_{1 — отверстие крепления к крестовине, 2 — усиление борта, 3 — контур лопастей.}

Лопасти 1 ротора крепятся к двум крестовинам 2 болтами М12…М14 (см. рис. 2). Верхняя крестовина изготавливается из листовой стали толщиной 6…8 мм. Между бортом каждой лопасти и валом ротора необходимо оставлять зазор 150 мм. Нижнюю крестовину изготавливают более прочной, так как весь вес лопастей приходится на нее. Для ее изготовления берется швеллер с высотой стенки 50–60 мм и длиной не менее 1 м, зависящей от применяемой лопасти (бочки).

Строительная часть и главный вал (см. рис. 1)

К стойке 6, сделанной из швеллера, приварена рама из уголков для закрепления генератора 8. Нижний конец стойки приварен к угольнику, забитому в землю.

Вал 3 ротора лучше делать из двух частей — для удобства расточки его концов под подшипники. Подшипники 4 в корпусах (буксах), согласованных по размерам с валом, закрепляются на стенке швеллера на болтах. Части вала ротора соединяют между собой с помощью муфты сваркой или на шпонке. Диаметр вала 35–50 мм.

К стойке, к одной из полок швеллера, приварены куски труб 20 мм и длиной 500 мм в качестве ступеней лестницы.

Стойка забита в землю на глубину не менее 1200 мм и закреплена для устойчивости и предотвращения качки 4-мя растяжками.

Для защиты от ржавчины ВЭУ красят алюминиевой пудрой, замешанной на олифе.

Электросхема

В домашних условиях для изготовления ВЭУ проще использовать электросистему автомобиля (рис. 6 и 7) или трактора.

Рис. 6. Схема электрооборудования ВЭУ, взятое от автомобильного генератора на 12 В:

_{1 — генератор, 2 — реле-регулятор, 3 — аккумулятор, 4 — амперметр, 5 — выключатель генератора от разряда аккумулятора в безветренную погоду, 6 — выключатель освещения, 7 — предохранитель, 8 — лампочки освещения.}

Рис. 7. Схема электрооборудования ВЭУ от автомобильного генератора на 24 В:

_{1 — генератор Г-288, 2 — регулятор напряжения 11.3702, 3 — аккумуляторы 6СТ75, амперметр АП-170, 4 — амперметр, 5 — выключатель генератора от разряда аккумуляторов в безветренную погоду, 6 — выключатель освещения, 7 — предохранитель, 8 — лампочки освещения}

В зависимости от ее мощности определяются эксплуатационные возможности всей ВЭУ. Поэтому следует использовать электроузлы достаточно мощной автомашины, автобуса или трактора. Только нужно учесть, что заимствовать такие узлы следует комплектно: генератор, реле-регулятор, аккумулятор. К примеру для генератора Г 250-Г 1 подойдут реле-регулятор РР 362 и аккумулятор 6 СТ 75.

Если ВЭУ комплектуется автогенератором на 24 В, то лучше его брать марки Г-228 (мощность 1000 Вт). У этих генераторов в комплекте более надежное реле напряжения (по сравнению с интегральными регуляторами напряжения марки Я-120).

Получаемое с автогенератора постоянное напряжение 12 В не совсем удобно для освещения, ибо приходится рассчитывать на специфику цоколей автолампы и соответствующих патронов. Хотя лампочки на 12 В имеются и с обычным цоколем Ц-27, но их трудно раздобыть.

Для перехода от постоянного тока к переменному изготавливают преобразователь напряжения. В случае необходимости переменный ток легко превращать в постоянный через мостовой выпрямитель. Преобразователь мощностью 100 Вт (рис. 8) позволяет включать 2 лампочки накала или дневного света по 40 Вт на 220 В.

Рис. 8. Схема преобразователя напряжения

Схема преобразователя очень проста. Он не нуждается в на стройке, надежен в работе и имеет большой КПД (более 80 %).

Транзисторы Т1 и Т2 — типа П210Б. (Можно заменить их на транзисторы типа КТ 825 Г, Д, Е.) Соединяют транзисторы параллельно по 2 шт. и устанавливают на теплоотводящих радиаторах.

Трансформатор имеет площадь сечения сердечника 6 см2. Обмотка I — 26х2 витков провода ПЭВ-2 1,56; обмотка II — 140х2 витков провода ПЭВ-2 0,44; обмотка III — 640 витков провода ПЭВ-1 0,27 мм.

Частоту преобразователя (800—1000 Гц) регулируют резисторами R2 и R3. При отсутствии возбуждения преобразователя плечи обмотки II (обратной связи) следует поменять местами.

Аккумулятора емкостью 75 Ач без зарядки хватает на 24 часа работы преобразователя.

В техническом отношении более высокий уровень решения достигается применением генератора переменного тока — трехфазного или однофазного, например, ГАБ-4-0/230 или ОМ-3. Может быть также использован асинхронный электродвигатель, требующий соответствующей переделки (см. следующую статью В. Самойлова «Переносная электростанция с бензо-мотодвигателем и генератором»).

Бесперебойное и круглосуточное электроснабжение от ВЭУ невозможно. Это зависит от наличия ветра и его скорости. Для обеспечения бесперебойности электропитания применяют аккумуляторные батареи или резервные бензиновые двигатели для привода генератора.

Передача

Необходимо учитывать, что ротор ВЭУ имеет невысокое число оборотов. С другой стороны, надо принять во внимание, что используемые для ВЭУ генераторы требуют довольно высокого числа оборотов. В связи с этим возникает необходимость ускоряющей передачи. В достаточно типичном случае требуется передаточное число от 1:5 до 1:8. Применительно к конкретным возможностям изготовителя его следует уточнить. Для этого сначала надо изготовить роторную часть и замерить ее число оборотов; требуемое число оборотов генератора обычно помещается на прикрепленной к статору табличке; автомобильные генераторы устойчиво работают при числе оборотов не менее 1500…2000 об/мин.

В качестве ускоряющей передачи (мультипликатора) можно взять какой-либо редуктор. Однако, нужно иметь в виду, что при таком применении редуктора его надежность (и долговечность) может быть значительно ниже, чем при обычном его использовании для понижения числа оборотов. В связи с этим необходимо обратить внимание на то, что для самодельщика удобнее использовать клиноременную передачу по типу автомоторных, которая (поз. 7 на рис. I) должна выполнять две функции: увеличивать (как это объяснено выше) скорость вращения до пригодной для привода генератора и передавать вращение от вертикального вала (поз. 3, рис. 1) ветродвигателя к горизонтальному валу генератора.

В качестве такой передачи вполне подходит клиноременная — от привода автотракторных генераторов. Она позволяет реализовать угловую передачу вращения: в виде так называемой полуперекрестной передачи (рис. 9).

Рис. 9. Клиноременная передача:

_{1 — главный вал, 2 — тихоходная (перекрестная) передача, 3 — быстроходная передача, 4 — генератор}

При реализации такого варианта передачи нужно учесть некоторые особенности клиноременной передачи: ручьи шкивов по своей геометрии должны обеспечить удовлетворительные условия работы ремней. Это касается и угла клина 40°, и прилегания ремней к ручьям по их основным коническим поверхностям (зазора по внутреннему цилиндру ручьев).

Конструкция опор шкивов должна регулировать натяжение ремней (в автотракторных генераторах предусмотрена такая регулировка в их креплении). В клиноременной передаче, во избежание снижения ее работоспособности, не следует увлекаться увеличением передаточного числа, поэтому передачу лучше делать двухступенчатой. К примеру, в тихоходной передаче (полуперекрестной) передаточное число должно быть не более 1,5…2; остальное потребное передаточное число можно реализовывать в быстроходной передаче.

При такой двухступенчатой передаче необходимо предусмотреть регулирование натяжения ремней в каждой передаче, имея в виду последовательное регулирование натяжения: сначала в тихоходной передаче, затем в быстроходной.

При выборе размеров шкивов нужно исходить из своих возможностей. Быстроходная передача (на шкив генератора) обычно определяется принятым генератором, если он на своем валу уже имеет шкив (как в автотракторной технике). В этом случае применяют соответствующий ремень — размеры парного шкива определяются сечением этого ремня. Конструкция тихоходной передачи определяется размерами имеющегося ремня — именно ее делают полуперекрестной и, следовательно, ограничивают передаточное число. Здесь лучше использовать более тяжелый ремень, чем в быстроходной передаче (автомобильной).

Для тех, кто захочет построить такую ВЭУ, необходимо учитывать следующие факторы:

• Сечения ремня машиностроительного применения разбиты по группам: О, А, Б, В, Г, Д, Е (ширина ремня от 8,5 до 42 мм).

• Для ВЭУ при диаметре меньшего шкива от 125…200 мм пригодны сечения А и Б.

• Длина располагаемого ремня определяет размеры тихоходной передачи.

Рис. 10. Вот что должно получиться

Патлах В.В.

_{http://patlah.ru/etm/etm-07/dom%20elektro/m_s_vetro/m_s_vetro.htm}

Столярный верстак для умельцев

Простой, но устойчивый верстак снабжен столярными тисками и ячейками для хранения столярного инструмента: стамесок, напильников, струбцин и т. д. На сайте уже есть примеры столов для работы с электрическим инструментом: стол для ручного фрезера и лобзика, самодельный верстак для электрического лобзика, а данный столярный верстак скорее предназначен для работы с ручным инструментом.

1. Первым делом изготавливаем ножки верстака, для этого циркулярной пилой по направляющей нарезаем из фанеры полосы.

2. Теперь склеиваем полосы между собой.

3. Фрезером и прямой фрезой делаем выборку в ножке на глубину 20 мм, потом в этот паз будет установлена нижняя полка.

4. Переходим к изготовлению каркаса стола, вырезаем полосы фанеры и в одной из них делаем вырез под верстачные тиски.

5. Для сборки короба применяем ламели и фрезер для ламелей. Но также можно использовать шканты.

6. На клей ПВА собираем короб. Проверяем прямоугольность измеряя диагонали и зажимаем струбцинами до полного высыхания клея.

7. На шурупы к коробу прикрепляем ножки.

8. Вклеиваем нижнюю полку.

9. Размечаем и изготавливаем полку для ручного инструмента. Она так же как и нижняя полка задвигается в пазы на ножках.

10. Крепим полки для инструмента на конфирматы. Для этого засверливаемся и снимаем фаску, на фото специальное сверло по дереву под конфирмат, которое одновременно сверлит и снимает фаску. Но можно обойтись обычным сверлом и например шарошкой. Утапливать конфирмат нужно обязательно, так как эта сторона полки будет использоваться как направляющая для ящика.

11. Основа стола готова.

Изготавливаем ящик под столешницу

12. Для этого нам понадобится четыре полосы фанеры для стенок ящика и лист для дна

13. На внутренних сторонах двух боковых стенок ящика делаем пазы под дно ящика. А на внешних сторонах этих стенок нужно выфрезеровать пазы по которым ящик ездить по боковым полкам. Соответственно нужно или подобрать фрезы: меньшую такую же как толщина дна, а большую такую как толщина боковых полок плюс один миллиметр. Либо можно использовать фрезы меньшего диаметра, но выбирать паз за два прохода.

14. Для крепления боковых стенок будем использовать шканты: засверливаемся в торцах стенок под шканты, переносим центры отверстий под шканты на боковые поверхности сопрягаемых стенок и на столярный клей собираем стенки и дно.

15. С помощью потайных шурупов крепим дно к передней и задней стенке ящика. Предварительно засверливаемся в торце стенки прямо через дно, специальным фаскоснимателем или шарошкой обрабатываем отверстия. Преимущество потайных шурупов за них не зацепится, так как они утоплены в поверхность ящика.

Переходим к изготовлению столешницы.

16. Вырезаем и склеиваем два листа фанеры между собой. Большая толщина столешницы добавит верстаку прочности.

17. Нарезаем полоски фанеры под основу столешницы. Причем каждая сторона будет склеиватся из двух листов фанеры. С помощью специальных шкантов будем соединять полосы в короб, применение специальных шкантов в данном случае необходимо для усиления соединения. В принципе можно обойтись обычными — круглыми шкантами, но тогда придется выполнить соединение не двумя, а минимум четырьмя шкантами.

18. Склеиваем полосы фанеры между собой.

19–20. Теперь сверлим отверстия для установки верстачных тисков.

21 Собираем основу столешницы с помощью шкантов, клея и струбцин. Не забываем проверить прямоугольность короба для этого сравниваем диагонали короба. Следующим этапом будет приклеивание столешницы к основе с помощью усиленных шкантов.

22. Когда клей высохнет, разметим отверстия под упоры. Чтобы просверлить их желательно использовать дрель со стойкой и сверло Фоснера, тогда отверстия получается ровными и точными.

23. Теперь из полосок фанеры нужно склеить прижим столярных тисков. Просверлить в нем отверстия под металлические элементы тисков.

24. Механизм тисков можно купить или снять со старого верстака. Часто на старых пришедших в негодность верстаках остаются исправные части столярных тисков их можно использовать в самодельном верстаке.

25. Собираем верстачные тиски.

26. Прикручиваем их к столешнице.

27. Защелкиваем скобки предотвращающие выпадение направляющих из верстака.

Изготовление ручки для тисков

28. Для ручки нам потребуется длинная круглая деревянная палка с диаметром чуть меньше отверстия под ручку в тисках, коронка по дереву с диаметром на 15–20 мм больше чем диаметр палки. Отрезаем палку нужной длинны, из фанеры коронкой изготавливаем две деревянные шайбы. В центре торцов палки нужно сначала просверлить отверстие под шуруп. Затем крепим первую шайбу к торцу палки, потом вставляем палку в тиски и крепим вторую шайбу.

Изготовление упоров

29. Для изготовления упоров нам потребуются обрезки круглой деревянной палки и квадратики из толстой фанеры. Тем же самым сверлом, что мы сверлили отверстия под упоры в столешнице, сверлим отверстие по центру фанерного квадратика на половину глубины. В углубление вставляем кусочек круглой палки и с помощью шурупа прикрепляем квадрат из фанеры. Всего нужно изготовить 4 упора.

30. Cамодельный столярный верстак готов.

_{http://domsnachala.ru/samodelnyj-verstak/}