Ветряной двигатель на кетчупе

Конструкции ветродвигателей

Рост производства энергии за счет использования не возобновляемых природных ресурсов ограничен порогом, за которым стоит полная выработка сырья. Альтернативная энергетика, включая ветрогенерацию энергии, обеспечит снижение нагрузки на среду обитания.

Движение любой массы, в том числе и воздушной, порождает энергию. Ветряной двигатель преобразует кинетическую энергию воздушного потока в механическую. Это устройство основа ветроэнергетики, альтернативного направления в использовании природных ресурсов.

к содержанию ↑

Эффективность

Оценить энергетическую эффективность агрегата определённого типа и конструкции, сравнить её с показателями подобных двигателей довольно просто. Необходимо определить коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ). Рассчитывается он как отношение мощности, полученной на валу ветродвигателя, к мощности ветрового потока, действующего на поверхность ветроколеса.

Коэффициент использования энергии ветра для различных установок составляет от 5 до 40%. Оценка будет неполной без учёта затрат на проектирование и строительство объекта, количества и стоимости генерируемой электроэнергии. В альтернативной энергетике срок окупаемости затрат на ветродвигатель является важным фактором, но также обязателен учёт полученного экологического эффекта.

к содержанию ↑

Классификация

Ветродвигатели по принципам использования выработанной энергии делятся на два класса: • линейные;

• циклические.

к содержанию ↑

Линейного типа

Линейный или мобильный ветродвигатель преобразует энергию потока воздуха в механическую энергию движения. Это могут быть парус, крыло. С инженерной точки зрения это не ветродвигатель, а движитель.

к содержанию ↑

Циклического типа

В циклических двигателях сам корпус неподвижен. Потоком воздуха вращаются, совершая циклические движения, его рабочие части. Механическая энергия вращения наиболее подходит для выработки электричества, универсального вида энергии. К циклическим ветродвигателям относят ветроколеса.

Ветроколеса начиная от древних ветряных мельниц кончая современными ветроэнергетическими установками, различаются по конструкционным решениям, по полноте использования силы воздушного потока.

Устройства делятся на быстроходные и тихоходные, а также по горизонтальному или вертикальному направлению оси вращения ротора.

к содержанию ↑

Горизонтальные

Ветродвигатели с горизонтальной осью вращения называют крыльчатыми. На вале ротора закрепляются несколько лопастей (крыльев) и маховик. Сам вал расположен горизонтально.

Основные элементы устройства: ветроколесо, головка, хвост и башня. Ветроколесо монтируется во вращающейся вокруг вертикальной оси головке, в которой крепится вал двигателя, размещаются передаточные механизмы.

Хвост исполняет роль флюгера, разворачивая головку с ветроколесом против направления потока ветра.

При высоких скоростях перемещения потоков воздуха (15 м/с и выше) рационально применение быстроходных горизонтальных ветродвигателей.

Двух, трёх лопастные агрегаты от ведущих производителей обеспечивают КИЭВ 30%. Самостоятельно изготовленный ветродвигатель имеет коэффициент использования воздушного потока до 20%.

Эффективность работы устройства зависит от тщательного расчёта и качеством изготовления лопастей.

Крыльчатые ветродвигатели и ветроустановки обеспечивают высокую скорость вращения вала, что позволяет передать мощность непосредственно на вал генератора. Существенным недостатком является, что при слабом ветре подобные ветряные двигатели не будут работать вообще. Существуют проблемы запуска при переходе от безветрия к усилению ветра.

Тихоходные горизонтальные двигатели имеют большее количество лопастей. Значительная площадь взаимодействия с воздушным потоком делает их более эффективными при слабых ветрах. Но установки обладают значительной парусностью, что требует принятия мер по их защите от порывов ветра. Лучший показатель КИЭВ 15%. В промышленных масштабах такие установки не используются.

к содержанию ↑

Вертикальные карусельного типа

В подобных устройствах на вертикальной оси колеса (роторе) устанавливаются лопасти, принимающие поток воздуха. Корпус и система заслонок обеспечивает попадание ветрового потока на одну половину ветроколеса, полученный результирующий момент приложения сил обеспечивает вращение ротора.

По сравнению с крыльчатыми агрегатами карусельный ветродвигатель вырабатывает больший момент вращения. При увеличении скорости потока воздуха он быстрее выходит на рабочий режим (по силе тяги), стабилизируется по оборотам вращения.

Но такие агрегаты тихоходны. Для преобразования вращения вала в электрическую энергию требуется специальный генератор (многополюсный), способный работать на малых оборотах. Генераторы подобного типа мало распространены.

Применение системы редукторов ограничено низким КПД.

Карусельный ветродвигатель проще эксплуатировать. Сама конструкция обеспечивает автоматическое регулирование числа оборотов ротора, позволяет отслеживать направление ветра.

к содержанию ↑

Вертикальные: ортогональные

Для большой энергетики наиболее перспективны ортогональные ветродвигатели и ветроустановки. Диапазон использования подобных агрегатов, по скорости ветра, от 5 до 16 м/с. Вырабатываемая ими мощность доведена до 50 тыс. квт.

Профиль лопасти ортогональной установки подобен профилю крыльев самолёта. Чтобы крыло начало работать надо подать на него поток воздуха, как во время разбега самолёта при взлёте. Ветродвигатель тоже надо предварительно раскрутить, затратив энергию.

После выполнения этого условия установка переходит в режим генератора.

к содержанию ↑

Выводы

Энергия ветра один из наиболее перспективных возобновляемых источников энергии.

Опыт промышленного использования ветродвигателей и ветроустановок показывает, что эффективность зависит от размещения ветрогенераторов в местах, с благоприятными воздушными потоками.

  Использование современных материалов в конструкциях агрегатов, применение новых схем генерации и накопления электроэнергии обеспечит дальнейшее повышение надёжности и энергоэффективности ветродвигателей.

Загрузка…

Источник: https://mirenergii.ru/energiyavetra/konstrukcii-vetrodvigatelej.html

Мой самодельный ветрогенератор на шаговом двигателе

Проезжая на велосипеде мимо дачных участков, я увидел работающий ветрогенератор:
Большие лопасти медленно, но верно вращались, флюгер ориентировал устройство по направлению ветра.

Мне захотелось реализовать подобную конструкцию, пусть и не способную вырабатывать мощность, достаточную для обеспечения «серьезных»потребителей, но все-таки работающую и, например, заряжающую аккумуляторы или питающую светодиоды.

Шаговые двигатели

Одним из наиболее эффективных вариантов небольшого самодельного ветроэлектрогенератора является использование шагового двигателя (ШД) (англ. stepping (stepper, step) motor) — в таком моторе вращение вала состоит из небольших шагов. Обмотки шагового двигателя объединены в фазы.

При подаче тока в одну из фаз происходит перемещение вала на один шаг.
Эти двигатели являются низкооборотными и генератор с таким двигателем может быть без редуктора подключен к ветряной турбине, двигателю Стирлинга или другому низкооборотному источнику мощности.

При использовании в качестве генератора обычного (коллекторного) двигателя постоянного тока для достижения таких же результатов потребовалась бы в 10-15 раз более высокая частота вращения.

Особенностью шаговика является достаточно высокий момент трогания (даже без подключенной к генератору электрической нагрузки), достигающий 40 грамм силы на сантиметр.

Коэффициент полезного действия генератора с ШД достигает 40 %.

Для проверки работоспособности шагового двигателя можно подключить, например, красный светодиод. Вращая вал двигателя, можно наблюдать свечение светодиода. Полярность подключения светодиода не имеет значения, так как двигатель вырабатывает переменный ток.

Кладезем таких достаточно мощных двигателей являются пятидюймовые дисководы гибких дисков, а также старые принтеры и сканеры.

Двигатель 1

Например, я располагаю ШД из старого 5.25″ дисковода, работавшего еще в составе ZX Spectrum — совместимого компьютера «Байт».

Такой дисковод содержит две обмотки, от концов и середины которых сделаны выводы — итого из двигателя выведено шесть проводов:

первая обмотка (англ. coil 1) — синий (англ. blue) и желтый (англ. yellow);
вторая обмотка (англ.

coil 2) — красный (англ. red) и белый (англ. white);
коричневые (англ. brown) провода — выводы от средних точек каждой обмотки (англ. center taps).

разобранный шаговый мотор

Слева виден ротор двигателя, на котором видны «полосатые» магнитные полюсы — северный и южный. Правее видна обмотка статора, состоящая из восьми катушек.
Сопротивление половины обмотки составляет ~ 70 Ом.

Я использовал этот двигатель в первоначальной конструкции моего ветрогенератора.

Двигатель 2

Находящийся в моем распоряжении менее мощный шаговый двигатель T1319635 фирмы Epoch Electronics Corp. из сканера HP Scanjet 2400 имеет пять выводов (униполярный мотор):

первая обмотка (англ. coil 1) — оранжевый (англ.

orange) и черный (англ. black);
вторая обмотка (англ. coil 2) — коричневый (англ. brown) и желтый (англ. yellow);
красный (англ. red) провод — соединенные вместе выводы от средней точки каждой обмотки (англ. center taps).

Сопротивление половины обмотки составляет 58 Ом, которое указано на корпусе двигателя.

Двигатель 3

В улучшенном варианте ветрогенератора я использовал шаговый двигатель Robotron SPA 42/100-558, произведенный в ГДР и рассчитанный на напряжение 12 В:

Ветротурбина

Возможны два варианта расположения оси крыльчатки (турбины) ветрогенератора — горизонтальное и вертикальное.

Преимуществом горизонтального (наиболее популярного) расположения оси, располагающейся по направлению ветра, является более эффективное использование энергии ветра, недостаток — усложнение конструкции.

Я выбрал вертикальное расположение оси — VAWT (vertical axis wind turbine), что существенно упрощает конструкцию и не требует ориентации по ветру. Такой вариант более пригоден для монтирования на крышу, он намного эффективнее в условиях быстрого и частого изменения направления ветра.

ветротурбина Савониуса

Я использовал тип ветротурбины, называемый ветротурбина Савониуса (англ.Savonius wind turbine). Она была изобретена в 1922 году Сигурдом Йоханнесом Савониусом (Sigurd Johannes Savonius) из Финляндии.

Сигурд Йоханнес Савониус

Работа  ветротурбины Савониуса основана на том, что сопротивление (англ. drag) набегающему потоку воздуха — ветру вогнутой поверхности цилиндра (лопасти) больше, чем выпуклой.

Коэффициенты аэродинамического сопротивления (англ. drag coefficients) $C_D$

двумерные тела: вогнутая половина цилиндра (1) — 2,30 выпуклая половина цилиндра (2) — 1,20 плоская квадратная пластина — 1,17

трехмерные тела:

вогнутая полая полусфера (3) — 1,42 выпуклая полая полусфера (4) — 0,38 сфера — 0,5

Указанные значения приведены для чисел Рейнольдса (англ. Reynolds numbers) в диапазоне $10^4 — 10^6$. Число Рейнольдса характеризует поведение тела в среде.

Сила сопротивления тела воздушному потоку ${F_D} = {{1 over 2} {C_D} S 
ho {v^2} } $, где $
ho$ — плотность воздуха, $v$ — скорость воздушного потока, $S$ — площадь сечения тела.

Такая ветротурбина вращается в одну и ту же сторону, независимо от направления ветра:

Подобный принцип работы используется в чашечном анемометре (англ. cup anemometer) — приборе для измерения скорости ветра:

Такой анемометр был изобретен в 1846 году ирландским астрономом Джоном Томасом Ромни Робинсоном (John Thomas Romney Robinson):

Робинсон полагал, что чашки в его четырехчашечном анемометре перемещаются со скоростью, равной одной трети скорости ветра. В реальности это значение колеблется от двух до немногим более трех.

В настоящее время для измерения скорости ветра используются трехчашечные анемометры, разработанные канадским метеорологом Джоном Паттерсоном (John Patterson) в 1926 году:

Генераторы на коллекторных двигателях постоянного тока с вертикальной микротурбиной продаются на eBay по цене около $5:

Такая турбина содержит четыре лопасти, расположенные вдоль двух перпендикулярных осей, с диаметром крыльчатки 100 мм, высотой лопасти 60 мм, длиной хорды 30 мм и высотой сегмента 11 мм.

Крыльчатка насажена на вал коллекторного микродвигателя постоянного тока с маркировкой JQ24-125H670. Номинальное напряжение питания такого двигателя составляет 3 … 12 В.

Энергии, вырабатываемой таким генератором, хватает для свечения «белого» светодиода.

Скорость вращения ветротурбины Савониуса не может превышать скорость ветра, но при этом такая конструкция характеризуется высоким крутящим моментом (англ. torque).

Эффективность ветротурбины можно оценить, сравнив вырабатываемую ветрогенератором мощность с мощностью, заключенной в ветре, обдувающем турбину:
$P = {1over 2}
ho S {v^3}$ , где $
ho$ — плотность воздуха (около 1,225 кг/м3 на уровне моря), $S$ — ометаемая площадь турбины (англ. swept area), $v$ — скорость ветра.

Моя ветротурбина

Вариант 1

Первоначально в крыльчатке моего генератора использованы четыре лопасти в виде сегментов (половинок) цилиндров, вырезанных из пластиковых труб:
Размеры сегментов — длина сегмента — 14 см; высота сегмента — 2 см; длина хорды сегмента — 4 см;

расстояние от начала сегмента до центра оси вращения — 3 см.

Я установил собранную конструкцию на достаточно высокой (6 м 70 см) деревянной мачте из бруса, прикрепленную саморезами к металлическому каркасу:

Вариант 2

Недостатком генератора была достаточно высокая скорость ветра, требуемая для раскрутки лопастей. Для увеличения площади поверхности я использовал лопасти, вырезанные из пластиковых бутылок:

Размеры сегментов — длина сегмента — 18 см; высота сегмента — 5 см; длина хорды сегмента — 7 см;

расстояние от начала сегмента до центра оси вращения — 3 см.

Вариант 3

Проблемой оказалась прочность держателей лопастей. Сначала я использовал перфорированные алюминиевые планки от советского детского конструктора толщиной 1 мм. Через несколько суток эксплуатации сильные порывы ветра привели к излому планок (1).

После этой неудачи я решил вырезать держатели лопастей из фольгированного текстолита (2) толщиной 1,8 мм:
Прочность текстолита на изгиб перпендикулярно пластине составляет 204 МПа и сравним с прочностью на изгиб алюминия — 275 МПа.

Но модуль упругости алюминия  $E$ (70000 МПа) намного больше, чем у текстолита (10000 МПа), т.е. тексолит намного эластичнее алюминия.

Это, по моему мнению, с учетом большей толщины текстолитовых держателей, обеспечит гораздо большую надежность крепления лопастей ветрогенератора. Ветрогенератор смонтирован на мачте:

Опытная эксплуатация нового варианта ветрогенератора показала его надежность даже при сильных порывах ветра.

ветротурбина Дарье

Недостатком турбины Савониуса является невысокая эффективность — только около 15 % энергии ветра преобразуется в энергию вращения вала (это намного меньше, чем может быть достигнуто с ветротурбиной Дарье (англ.

Читайте также:  Профессиональное образование

Darrieus wind turbine)), использующей подъемную силу (англ. lift). Этот вид ветротурбины был изобретен французским авиаконструктором Жоржем Дарье (Georges Jean Marie Darrieus) — патент США от 1931 года № 1,835,018.

Жорж Дарье
 

Недостатком турбины Дарье является то, что у нее очень плохой самозапуск (для выработки крутящего момента от ветра турбины уже должна быть раскручена).

Преобразование электроэнергии, вырабатываемой шаговым двигателем

Выводы шагового двигателя могут быть подключены к двум мостовым выпрямителям, собранным из диодов Шоттки для снижения падения напряжения на диодах.
Можно применить популярные диоды Шоттки 1N5817 с максимальным обратным напряжением 20 В, 1N5819 — 40 В и максимальным прямым средним выпрямленным током 1 А.

Я соединил выходы выпрямителей последовательно с целью увеличения выходного напряжения. Также можно использовать два выпрямителя со средней точкой. Такой выпрямитель требует в два раза меньше диодов, но при этом и выходное напряжение снижается в два раза. Затем пульсирующее напряжение сглаживается с помощью емкостного фильтра — конденсатора 1000 мкФ на 25 В.

  Для защиты от повышенного генерируемого напряжения параллельно конденсатору включен стабилитрон на 25 В.

схема моего ветрогенератора

электронный блок моего ветрогенератора

Применение ветрогенератора

Вырабатываемое ветрогенератором напряжение зависит от величины и постоянства скорости ветра.

При ветре, колышущем тонкие ветви деревьев, напряжение достигает 2 … 3 В.

При ветре, колышущем толстые ветви деревьев, напряжение достигает 4 … 5 В (при сильных порывах — до 7 В).

ПОДКЛЮЧЕНИЕ К JOULE THIEF

Сглаженное напряжение с конденсатора ветрогенератора может подаваться на Joule Thief — низковольтный DC-DC преобразователь

Значение сопротивления резистора R подбирается экспериментально (в зависимости от типа транзистора) — целесообразно использовать переменный резистор на 4,7 кОм и постепенно уменьшать его сопротивление, добиваясь стабильной работы преобразователя.
Я собрал такой преобразователь на базе германиевого pnp-транзистора ГТ308В (VT) и импульсного трансформатора МИТ-4В (катушка L1 — выводы 2-3, L2 — выводы 5-6) :

ЗАРЯД ИОНИСТОРОВ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ)

Ионистор (суперконденсатор, англ. supercapacitor) представляет собой гибрид конденсатора и химического источника тока.

Ионистор — неполярный элемент, но один из выводов может быть помечен «стрелкой» — для обозначения полярности остаточного напряжения после его зарядки на заводе-изготовителе.

Для первоначальных исследований я использовал ионистор 5R5D11F22H емкостью 0,22 Ф на напряжение 5,5 В (диаметр 11,5 мм, высота 3,5 мм):

Я подключил его через диод к выходу Joule Thief через германиевый диод Д310.

Для ограничения максимального напряжения зарядки ионистора можно использовать стабилитрон или цепочку светодиодов — я использую цепочку из двух красных светодиодов:

Для предотвращения разряда уже заряженного ионистора через ограничительные светодиоды HL1 и HL2 я добавил еще один диод — VD2.

Продолжение следует

Источник: https://acdc.foxylab.com/windgen

Ветрогенератор на основе мотора на постоянных магнитах

Из-за специфики своей профессии я решил приобрести кусочек земли в отдалённом от городов глухом уголке Аризоны. Я астроном, и нуждался в таком месте, где ночные огни городов не мешали бы моему занятию. Но место было настолько диким, что в эти места не вили ни какие линии электропередач, а тянуть сюда электричество нереально и-за стоимости работ.

Но это и хорошо, если нет электричества, значит по ночам не горят фонари и не засвечивают ночное небо. Но всё-же в современной жизни мы уже не можем обходится без электричества, вот и мне надо было чем-то питать свой ноутбук, включать свет и другие не энергоёмкие приборы, которыми мы так привыкли пользоваться в повседневности.

Та местность где я занимался мониторингом небесных тел, довольно открытая и ветра здесь дуют постоянно, и однажды мне пришла идея использовать этот ветер для выработки энергии. Вынашивая план будущей ветроэлектростанции я стал бороздить интернет в поисках нужной информации. Первое с чем мне надо было определится, это с генератором. После непродолжительных поисков пришел к некоторым выводам.

В основном для построения микро турбин многие предпочитают использовать моторы от накопителей на магнитной ленте от старых компьютеров.Эти моторчики на постоянных магнитах, достаточно тихоходны для применения в ветряках. Лучшими, по видимому, были несколько моторов, выпускавшиеся фирмой Ametek. А наиболее подходящим из них, для использования в качестве генератора, был мотор 99 В DC.

К сожалению, достать такие моторы в наши дни практически невозможно. Хотя есть много других моторов Ametek, некоторые из которых все еще можно приобрести, скажем, на Ebay.Или купить б/у, возможно они ещё у кого-то есть. Вероятно, еще есть немало моторов с постоянными магнитами, разных изготовителей и моделей, которые можно было бы использовать в качестве генераторов.

Но, при выборе мотора помните, что двигатель постоянного тока с постоянными магнитами может работать генератором, но его никогда не конструировали как генератор. Поэтому генераторы из них неважные.

Некоторые моторы совсем не годятся. В основном для этих целей пригодны низко-оборотистые моторы.

Хотя всё равно при выборе надо тестировать на месте или узнавать подробное описание конструкции данного мотора и по ней судить о его возможности.

Используемые в качестве генераторов, моторы, как правило, вынуждены вращаться со скоростью намного большей, чем та, для которой их рассчитывали.

Мотор, который необходимо выбрать, должен быть рассчитан на максимальное напряжение питания, максимальный ток, и иметь минимальную скорость вращения для достижения нужных параметров.

Мотор должен выдавать более 12-ти вольт уже при 150-200 об/м, если мотор на это не способен, то лучше его не использовать, так как большую часть времени он будет крутиться в холостую и не сможет заряжать аккумулятор.

В поисках электромотора я прочитал множество информации о подобных ветрогенераторах на основе моторов постоянного тока, с возбуждением на постоянных магнитах, и я поступил как другие.

На Ebay мне удалось купить подобный мотор всего лишь за $26, купить, этот мотор один из хороших 30-вольтовых низкооборотных моторов фирмы Ametek.

Эти моторы пользуются у любителей конструирования стабильным спросом, в основном для построения портативных ветроустановок. Тык-же подходят подобные моторы и других фирм.

После покупки я сразу-же решил его покрутить и посмотреть на что он способен. При кручении от руки я смог зажечь автомобильную лампочку на 12 вольт, и она достаточно ярко светилась.

Далее я решил покрутить мотор дрелью и посмотреть на каких оборотах какой ток он выдаёт.

После некоторых экспериментов я убедился в работоспособности данного мотора и принялся за обдумывание и построение самой ветроустановки.

На фото сам электромотор, по размерам достаточно компактен, надёжен, и имеет приемлемый вес для данной мощности.Примечательно и то, что мотор в режиме генератора выдаёт постоянное напряжение, а не переменное.

Далее я принялся за поиск информации по построению лопастей. Для больших ветряков в основном используют деревянные лопасти, но этот вариант я исключил ввиду трудоёмкости и сложности процесса изготовления и последующей балансировки таких лопастей.

Я пошел простым путём и решил повторить простое и приемлемое для меня решение, это изготовление лопастей из труб ПВХ, но я не стал использовать ПВХ, и нашел более лучшее решение.

Я приобрёл кусок угле-пластиковой трубы диаметром 150мм, она такая-же ка ПВХ, но более лёгкая и прочная.

Посмотрел в сети подобные конструкции, в которых применяются подобные лопасти и сделал примерно то-же, но немного увеличил длину лопастей.

Трубу я разрезал на 4 одинаковые части, сделал одну лопасть, и уже по ней изготовил ещё три лопасти. Ставить на мотор-генератор я буду три лопасти, и одна про-запас на случай поломки основных.

Лопасти после вырезания по краям отшлифовал для придания более гладкой и красивой формы.

   
Теперь лопасти надо было как-то закрепить на валу мотор-генератора.

Для этого я решил покататься у себя в закромах, под руки попался вот такой зубчатый диск, который идеально садился на вал, но его диаметр был маловат и продолжив поиски наткнулся на алюминиевый диск, который хорошо подходил для крепления лопастей.

Долго не думая я решил объединить два эти диска, чтобы один садился на вал генератора, а другой держал лопасти. Просверлив отверстия с помощью болтиков я соеденил две детальки в единое крепление для лопастей.

В магазине мне попались вот такие чашечки из ПВХ, идеально подходящие для того чтобы закрыть болтики и быть обтекателем. Но на форумах писали что обтекатели снижают мощность пропуская поток ветра , а открытый механизм крепления лопастей вроде-бы задерживает ветровой поток и он дополнительно давит на лопасти добавляя мощность, что-ж проверим это утверждение.

Источник: http://otchelniki.ru/dsds_motor.html

Простой самодельный ветроэлектрогенератор на основе шагового двигателя. Ветряк, энергия ветра. | ДелайСам.Ру

Я уже писал в начале лета о самодельном ветряке – анемометре.

Его целью было организовать сбор статистики о ветре и принятие на ее основе решения о постройке большого серьезного ветряка.

К сожалению, не нашлось ни программиста, желающего написать программу обработки данных с анемометра, ни специалиста по микроконтроллерам, для создания соответствующего прибора.

Поэтому, увы пришлось наблюдать за ветром визуально, благо флюгер был всегда на виду. И к сожалению, наблюдения эти крайне удручающие…

Дело в том, что ветер в средней полосе европейской части России обладает крайней турбулентностью в своих приземных слоях. Буквально в течении 3-5 минут ветряк многократно и останавливается (или сильно замедляется) и раскручивается так, что лопастей не видно.

При этом и направление ветра меняется в секторе до 90-120 градусов. Крайне редко бывают дни когда дует относительно сильный и ровный ветер. За все лето в моей местности таких дней было всего 4. Было несколько штилевых дней.

А в остальные — ветер был очень турбулентный, и по скорости, и по направлению.

В таких условиях делать «глобальный» ветроэлектрогенератор (на 1-2 КВт или более) совершенно бессмысленно. Он не только себя никогда не окупит, но вообще будет плохо работать.

Поскольку мощный генератор потребует больших лопастей, а они будут обладать большой инерцией и следовательно — «пропускать» порывы сильного ветра. Т.е. попросту не будут успевать раскручиваться.

Порой такие порывы, несущие в себе основную мощность «среднего» ветрового потока длятся всего 15-30 секунд.

Кроме того, любой вращающийся предмет обладает значительным моментом инерции в плоскости вращения и представляет собой, по сути, гироскоп. Надеюсь, читатель помнит простой школьный опыт по демонстрации гироскопического эффекта с велосипедным колесом.

Будучи раскрученным, оно легко удерживается буквально «двумя пальцами» за один из торчащих концов своей оси. И его чрезвычайно трудно повернуть в бок и заставить крутиться в другой плоскости. Примерно тоже самое будет происходить и с пропеллером ветряка при изменении направления ветра.

И ось, и лопасти пропеллера будут испытывать чудовищные боковые знакопеременные нагрузки.

Эти обстоятельства фактически ставят жирный крест на надеждах обойтись одним большим ветряком. Работать он, конечно же будет. Но редко и бестолково.

При слабых турбулентных ветрах он будет все равно выдавать мизерную мощность, а при сильных – вы не будете знать куда девать излишек. И уж конечно, следует забыть про его окупаемости.

Он будет просто дорогой и красивой игрушкой, самым бестолковым вложением средств и труда, которое только можно представить.

Перспективными же конструкции ветряков – это небольшие маломощные ветрогенераторы, имеющие практически нулевую инерционность. Именно они способны взять от ветра практически всю энергию, которую он несет. Таких, что бы успевали быстро раскручиваться и отрабатывать смену галса.

А для получения большой мощности потребуется устройство своеобразного ветропарка ветряных генераторов, расположенных на разновысоких мачтах (что бы не экранировать друг друга от ветра).

Это же, кстати, значительно повысит буреустойчивость, решение проблем с мощными тяжелыми мачтами и растяжками (мачты будут держать друг друга), с надежностью «электростанции» — ведь все сразу генераторы сломаться не могут и плановый ремонт и обслуживание не приведут к полной остановке генерирующих мощностей.

Придя к таким неутешительным выводам, я решил переделать свой анемометр в рабочую модель ветрогенератора. Т.е. вместо бестолкового созерцания флюгера начать получать от него практическую пользу. Тем более, что генератор ветряка представляет собой шаговый двигатель с 200 «шагами» на оборот и довольно шустро генерит электричество даже на малых оборотах. Мощность генератора примерно Ватт 7-8

Прежде всего потребовалась замена лопастей на менее инерционные. Лопухи от вентилятора все же довольно тяжелы. Новые лопасти ветряка я сделал их из остатков дюралюминиевого отлива для пластиковых окон. Диаметр пропеллера — примерно сантиметров 50.

Что сулит выход на максимальную мощность для генератора уже при ветре 4 м/с. Вырезал из толстой фанеры треугольник. Вклеил в него (эпоксидной смолой) втулку, внутренний диаметр которой совпадал в диаметром оси шагового моторчика.

Читайте также:  Нужно ли говорить с ребенком о смерти?

Тщательно разметив, сделал пропилы в фанерном «кокпите» и вклеил в прорези лопасти. Дополнительно зафиксировал их небольшими винтами. Пока эпоксидка не застыла, постарался максимально отбалансировать винт, что он не вибрировал при вращении.

После застывания эпоксидной смолы еще раз проверил балансировку и довел ее до совершенства путем срезания тончайших полосок дюраля с краев лопастей.

Вообще говоря, маломерные ветрогенераторы обладают приятным свойством. Практически нет смысла заморачиваться сложнейшими расчетами КИЭВ, профилей лопасти и их изготовлением. Будут прекрасно работать и простейшие, плоские. А нужную мощность можно получить простым их удлинением (следовательно, увеличением площади ометания).

Все это чрезвычайно удешевляет ветрогенератор, появляется смысл его изготовления и использования. В частности, на свой я потратил примерно 3-4 часа времени (включая флюгер) и без учета времени полимеризации эпоксидной смолы. Затраты составили «ноль», так как делалось все «из мусора», т.е. подручных материалов.

Казалось бы, где можно использовать такой маломощный генератор? В перспективе, я собираюсь использовать его на… нагреве воды. Вернее, для компенсации теплопотерь воды, нагретой солнцем. Простейший расчет показывает абсолютную состоятельность моих надежд.

Допустим, есть некий бак – термос, литров на 50, куда вечером сливается нагретая до 50 градусов вода из солнечного коллектора. Размер бака примерно 40 х 40 х 40 см. Соответственно площадь поверхности будет равна 1 кв. метру. Бак окружен теплоизоляцией с Ктеплопроводности 0,15 Вт/м*град и толщиной 30 см.

и теплопотери будут составлять примерно 0,5 Вт/град. Т.е. для того, что бы поддерживать разность температур в 20-25 градусов между горячей водой в баке-термосе и окружающим воздухом, достаточно генератора мощностью всего 10-15 Вт! Он будет компенсировать теплопотери и однажды нагретая вода уже никогда не остынет.

А случись крепкий ветерок — так еще и подогреется.

Сейчас мой генератор крутится пока без нагрузки, проходит «ходовые испытания». Но в ближайшее время я его заставлю заряжать аккумуляторы в освещении дачного туалета и подсветки дорожки к нему. А то тащить сетевой провод туда и лень и затруднительно, а менять батарейки в китайском фонаре уже надоело.

Источник: https://www.delaysam.ru/sadtech/sadtech32.html

Ветрогенератор из шагового двигателя

Ветрогенератор в домашних условиях может стать дополнительным источником электроэнергии. Особенно он будет полезен в тех случаях, когда отключили свет, а вам необходимо зарядить какое-либо устройство.

Можно такой ветрогенератор подключить и к фонарю уличного освещения во дворе, при этом экономить на электроэнергии. Вообще, найти применение в хозяйстве этому устройству всегда можно.

Тем более что сделать его можно практически из подручных материалов.

В этой статье мы расскажем, как сделать простой ветрогенератор из шагового двигателя.

Что понадобится для сборки ветрогенератора?

Для того чтобы собрать ветрогенератор из шагового двигателя, понадобятся следующие детали:

  • собственно мотор;
  • листовой металл;
  • алюминиевая трубка;
  • фланец (1/4″);
  • квадратная труба;
  • диск от пилы;
  • штифт;
  • хомуты (можно использовать от автомобиля);
  • трубы ПВХ разных размеров (например, 8×4, 30×8);
  • шайбы, болты и прочее для крепления деталей;
  • диоды.

Из инструментов пригодятся ножовка, разводной и газовый ключ, наждачка, рулетка, дрель, транспортир и рулетка.

Принцип работы ветрогенератора

Детально останавливается на том, как же работает ветрогенератор из шагового двигателя, не стоит. Ведь все такие генераторы имеют одинаковый принцип работы: ветер заставляет вращаться лопасти ветряка, в результате чего начинает работать генератор, который и вырабатывает электричество.

Изготовление ветрогенератора

Первое с чего следует начать – это вырезать лопасти. Для этого мы будем использовать ПВХ-трубы.

Что нужно учесть, вырезая лопасти?

  • Длину каждой лопасти – чем она больше, тем легче они будут крутиться при слабом ветре, но при этом они будут иметь довольно низкую скорость вращения.
  • Вращение будет больше на концах лопастей генератора – этот момент необходимо учесть заранее и рассчитать отношение скорости ветра к скорости вращения лопастей.
  • Помните, что мощность, получаемая из ветра, будет приравниваться к скорости ветра в третьей степени. Хотя не забывайте и о законе Беца, который говорит, что от энергии ветра можно получить приблизительно 59,3 процентов энергии.
  • Чем выше поднять ветряк от земли, тем более эффективен он будет (энергии будет вырабатываться больше).

Изготовить лопасти не составит больших проблем. Для этого нужно будет разрезать трубу из ПВХ на три части: две по 150 градусов и одна 60, как показано на рисунках.

Заметим, что два отрезка трубы (1500) подойдут для широких лопастей. При желании вы сможете их подрезать до нужной ширины.

Далее необходимо будет скруглить края лопастей, как показано на фотографии.

Следующая задача изготовить хаб – узел крепления лопастей. Для этих целей подойдет диск для пилы со сточенными зубьями. В нем нужно будет сделать шесть отверстий (три группы по 2 в каждой). Отверстия делаются со смещением в 1200, а расстояние между ними в одной группе должно быть около дюйма. Размещение отверстий на диске показано на рисунке:

В данном случае мы используем три лопасти, хотя можно установить и шесть: тогда группы отверстий будут смещаться на 600. К заготовленному диску с отверстиями прикручиваем лопасти – крепим их посредством болтов и гаек.

Следующий этап работ – это шарнир для поворота и флюгер. Потребуется и поворотная платформа, на которую мы закрепим генератор. Выглядеть все это будет так:

Для изготовления этой конструкции нужна квадратная труба из ПВХ, кусок листового металла и фланец. «Хвост» ветрогенератора вырезаем из железа. В квадратной трубе делаем разрез 20-25 сантиметровдлиной и вставляем туда наш флюгер – закрепляем эту конструкцию болтами.

Кстати, не мешало бы продумать и защиту генератору от осадков. Например, ее можно сделать из трубы так, как показано на фотографии:

Дальше окрашиваем все детали нашего ветряка и даем им высохнуть. После этого собираем все в одно целое, крепим двигатель, чехол к трубе посредством автомобильных хомутов. Также необходимо установить фланец (его располагают ближе к двигателю) с помощью саморезов.

Теперь остается только сделать матчу для ветрогенератора. Для этих целей подойдет труба из ПВХ и фурнитура, которая используется с пластиковыми трубами. Сделать мачту можно так:

Последним этапом будет непосредственное крепление ветрогенератора к мачте и его установка. Перед этим на вал мотора насаживаем ранее изготовленный хаб с лопастями. Вот и все.

В заключение несколько слов о батарейном отсеке ветряка. Для него могут быть использованы два аккумулятора (например, автомобильные). Между генератором и аккумуляторами нужно будет припаять диоды, чтобы ток поступал именно в аккумуляторы, а не шел в генератор.

Такой домашний ветрогенератор подойдет для зарядки аккумуляторов и других целей. Вы также можете поэкспериментировать и сделать более мощный ветряк: например, добавить лопасти, изменить их размер и пр.

Источник: http://semidelov.ru/mar/vetrogenerator-iz-shagovogo-dvigatelya/

Ветровые электростанции для дома: цены, мощности и отзывы, достоинства и недостатки

Полезные ископаемые, добываемые из недр земли и используемые человечеством в качестве энергоресурсов, к сожалению, не безграничны. С каждым годом их стоимость увеличивается, что объясняется сокращением уровня добычи. Альтернативным и набирающим обороты вариантом энергоснабжения выступают ветряные электростанции для дома.

Они позволяют преобразовывать энергию ветра в переменный ток, что дает возможность обеспечивать все потребности в электричестве любых бытовых приборов. Главное преимущество таких генераторов – это абсолютная экологичность, а также бесплатное пользование электричеством неограниченное количество лет.

Какие еще преимущества имеет ветрогенератор для дома, а также особенности его эксплуатации, разберем далее.

В чем суть?

Еще древние люди заметили, что ветер может стать отличным помощником в осуществлении множества работ. Ветряные мельницы, позволявшие превращать зерно в муку, не затрачивая собственных сил, стали родоначальниками первых ветрогенераторов.

Ветряные электростанции состоят из определенного количества генераторов, способных получать, преобразовывать и накапливать энергию ветра в переменный ток. Они вполне могут обеспечить целый дом электроэнергией, которая берется из ниоткуда.

Однако, нужно сказать, что затраты на оборудование и их обслуживание не всегда дешевле, нежели стоимость центральных электросетей.

Преимущества и недостатки

Итак, прежде чем присоединиться к сторонникам бесплатной энергии, нужно осознать, что ветряные электростанции имеют не только преимущества, но и определенные недостатки. Из положительных сторон использования энергии ветра в быту можно выделить следующие:

  • способ абсолютно экологически чистый и не вредит окружающей среды;
  • простота конструкции;
  • легкость эксплуатации;
  • независимость от электросетей.

Домашние мини-генераторы могут, как частично обеспечивать электричеством, так и стать полноценным его заменителем, преобразуясь в электростанции.

Однако не нужно забывать про недостатки, которыми являются:

  • высокая стоимость оборудования;
  • окупаемость наступает не ранее чем через 5-6 лет использования;
  • относительно небольшие коэффициенты полезного действия, отчего страдает мощность;
  • требует наличия дорогостоящего оборудования: аккумулятор и генератор, без которого невозможна работа станции в безветренные дни.

Чтобы не потратить уйму денег впустую, перед покупкой всего необходимого оборудования, следует оценить рентабельность электростанции. Для этого высчитывают среднюю мощность дома (сюда входят мощности всех используемых электроприборов), количество ветреных дней в году, а также оценивают местность, где будут располагаться ветряки.

Основные конструктивные элементы

Простота возведения электростанции объясняется примитивностью конструктивных элементов.

Чтобы пользоваться энергией ветра, потребуются такие детали:

  • ветряные лопасти – захватывают поток ветра, передавая импульс ветрогенератору;
  • ветрогенератор и контроллер – способствуют преобразованию импульса в постоянный ток;
  • аккумулятор – накапливает энергию;
  • инвертор – помогает преобразовывать постоянный ток в переменный.

Читайте так же:  Рассмотрим устройство винтового компрессора

Вся схема получения электричества проста: ветер крутит лопасти, передавая ветрогенератору импульс, который переходя на контроллер, преобразуется в ток. Этот ток попадает в аккумуляторную батарею, где способен храниться достаточно длительное количество времени. Включая любой электрический прибор, инвертор берет заряд у аккумулятора, преобразуя постоянный ток в переменный.

Типы электростанций

Ветрогенераторы отличаются между собой ориентационной направленностью оси. Выделяют:

  1. Ветрогенератор с горизонтальной осью, ориентированной перпендикулярно воздушному потоку. Конструкция напоминает устройство и принцип работы обычного флюгера. Роторный генератор обладает повышенным КПД, а также имеет более доступную стоимость. Принцип работы основывается на сопротивлении воздушного потока, который посылает импульс, преобразуемый в ток.
  2. Ветрогенератор с вертикальной осью более компактный, однако, отличается дорогой стоимостью. Их конструктивные особенности не зависят от направления ветра, поэтому лопасти выполняются в виде турбин. Отсюда снижается нагрузка на ось, что влияет на мощность. Ортогональные ветрогенераторы наиболее удобны в тех местах, где направление ветра постоянно меняется.

Электростанции могут объединять несколько генераторов, имеющих различные пространственные оси. Обычно это делается в том случае, когда требуется на небольшом участке расположить станцию с достаточно большой мощностью.

Целесообразность покупки для дома

Как видим, ветровой генератор – достаточно дорогое удовольствие. Его стоит устанавливать только в том случае, когда:

  • имеется подходящая местность;
  • в регионе преобладают сильные ветра;
  • нет другого альтернативного источника электричества.

В других случаях ветряные электростанции не дадут желаемого результата, став лишней тратой немалых денег. Наиболее оптимальным считается вариант комплиментации генераторов. К примеру, их использование является единственным источником энергии в регионе, а продолжительность ветренных дней минимальна.

Для этого используют дизельные или бензиновые генераторы в качестве основного источника электричества, а ветряными пользуются только тогда, когда это позволяет стихия (в качестве переменного источника питания). Солнечные батареи также идеальны для тандема получения электричества альтернативным способом.

Также ветрогенераторам можно выделить определенную роль, к примеру, выполнять функцию отопления. Накопленная незначительная мощность вполне способна нагреть батареи, экономя при этом деньги.

Расчет размера и места размещения

Чтобы произвести расчет нужного количества генераторов для электростанции ветряного типа, учитывают:

  • необходимую мощность;
  • количество ветряных дней;
  • особенности месторасположения.

Итак, для того, чтобы установка ветрогенератора была оправданной затратам, нужно определить количество ветряных дней в году, а также их преобладающее направление. Приморские районы и площадки в горах имеют наиболее выгодное месторасположение, поскольку здесь сила ветра превышает 60-70 м/с, а этого вполне достаточно, чтобы отказаться от местного электричества.

На равнинной территории ветер отличается равномерностью потока, однако его силы порой недостаточно для полного обеспечения частного дома. Установка вблизи посадок и лесов нерентабельна вовсе, поскольку энергия ветра расходуется и задерживается в большей степени на деревьях.

Поток ветра имеет увеличение мощности прямопропорциональную отдалению от поверхности земли. Соответственно, чем мачта ветряка выше, тем больший импульс она сможет захватить.

Однако, чем дальше она удалена от земли, тем большего укрепления требует. Вспомогательные опоры не всегда могут полностью удержать ветряк.

При сильном порывистом ветре вероятность падения высокой мачты намного больше, нежели мачты, установленной на уровне 5-7 метров.

Наиболее оптимальное удаление мачты от земли – 10-15 метров. Ее крепление осуществляется при помощи двух способов:

  1. Бетонирование основы – выкапывают четыре глубоких, но небольших в диаметре ямы, в которые погружают растяжки ветряка и бетонируют. Процесс трудоемкий и затратный, но самый надежный. При сильном ветре мачта останется неподвижной, и единственной порчей ее может стать слом лопастей.
  2. Металлические растяжки – при помощи металлического троса ветряк закрепляют перпендикулярно поверхности земли, при этом хорошо натягивают трос, закрепляя его концы в грунт.
Читайте также:  Методологическая деятельность

От выбора способа закрепления мачты зависит продолжительность эксплуатации электростанции в целом.

Также важно позаботиться о рабочей площадке, на которой собственно и будут располагаться генераторы. Площадка должна быть равноудалена от любых строений на величину, кратную трем размерам мачты. Если планируется устанавливать электростанцию, конструктивные элементы которой изготавливались под заказ, установку лучше доверить специалистам.

Наличие специального оборудования, а также опыта проведения подобных работ убережет ветровую электростанцию от преждевременных поломок.

Что нужно учитывать при установке

Чтобы эксплуатация ветрогенератора была успешной и продуктивной, нужно учитывать следующие факторы:

  • вблизи лопастей не должны расти деревья, а также гнездиться птицы;
  • если грунт, на который производится монтаж электростанции, рыхлый, нужно позаботиться о его укреплении (бетонирование площадки);
  • любая электростанция требует периодическое обслуживание, которое заключается в чистке основных элементов, поэтому генератор должен быть установлен таким образом, чтобы в любой момент можно было к нему получить полный доступ.

Репортаж про обратную сторону установки ветрогенераторов — про проблемы от их установки

Стоимость

Если брать во внимание, что средняя мощность, необходимая для полноценного обеспечения электричеством дом, составляет 500-1000 кВт, то энергия ветра оказывается не такая уж и бесплатная. Все дело в том, что стоимость оборудования напрямую зависит от требуемой мощности.

Генераторы на 10-12 кВт, указываемые как ветрогенераторы малой мощности, обойдутся покупателю в 20-30 тыс. рублей. И это если брать китайские модели, не оснащенные мачтой и не предназначенные для ремонта. Более серьезные модели, отзывы о которых наилучшие, начиная от 5 вольт, обойдутся в среднем от 30 000 рублей.

Полная стоимость комплекта электростанции, мощности которой хватит на обеспечение бытовых нужд, составляет порядка 160 тыс. рублей.

Читайте так же:  Перспективные солнечные панели российского производства

Большой рассказ про ветрогенераторы и их стоимость на примере конкретного решения

Цена заоблачная, но если смотреть далеко вперед, то ее окупаемость составит всего 12 лет.

Производители

Отечественные производители ветрогенераторов, которые закрепились на рынке и зарекомендовали себя с лучшей стороны:

  • «Ветро-Свет»;
  • «Rkraft»;
  • «СКБ Искра»;
  • «Сапсан-Энергия»;
  • «Ветроэнергетика».

Эти организации не только производят изготовление по индивидуальному заказу, но и предоставляют услуги по расчету и проектированию ветровых электростанций на любой вкус, выбрать наиболее подходящее оборудование, основываясь на личных замерах, расчетах и показателях желаемой мощности.

Среди зарубежных производителей особой популярностью пользуются модели следующих производителей:

  • Китай: Ming Yang, Sinovel, Goldwind;
  • Дания: Vestas;
  • Испания: Gamesa;
  • Индия: Suzion;
  • США: GE Energy;
  • Германия: Siemens, Enercon.

Зарубежные производители отличаются повышенным уровнем качества, который достигается за счет наличия высокотехнологического оборудования. Однако, установка таких электростанций предполагает наличие дорогостоящего ремонта, запчастей для которого в отечественных магазинах не найти.

Интересное мнение: профессор Довиденко рассказывает, почему в России не торопятся строить ветрогенераторы

Своими руками

С каждым годом интерес к ветрогенераторам растет, заставляя людей отказываться от привычных энергоресурсов и переходить на альтернативные.

Их высокая и для многих недоступная стоимость всего комплекта наталкивает на мысль о создании ветряка своими руками.

Самодельный электрогенератор обойдется потребителю в 3-5 тыс рублей, 90% суммы которой отводится на качественный аккумулятор, способный длительное время держать заряд.

Достоинства самодельного создания ветрогенератора велики. Обладая простыми навыками можно построить мини электростанцию, которая сможет в незначительной степени разгрузить основную линию электропитания.

Наиболее легким вариантом является ветряк с вертикальной вращательной осью. Она не требует создания опоры и высокой мачты, легко и просто монтируется, а также обладает неплохими характеристиками.

Рассчитать ее мощность также не составит труда, а сколько гордости вызовет ветровая электростанция, созданная самостоятельно.

Таким образом, какая бы мощность не была у ветровой электростанции, стоимость ее оставляет желать лучшего. Безупречная экологичность и безопасность для здоровья конкурируют с заоблачной стоимостью самой конструкции.

В том случае, когда альтернативных источников энергоснабжения не наблюдается, ветровая электростанция, какой бы она марки не была, способна обеспечить дом электричеством.

Многие люди, которым недоступно пользование привычными энергоресурсами, дабы удешевить стоимость ветрогенератора, присваивают ему второстепенную роль, отдавая предпочтение бензиновым или дизельным аналогам. С незначительными задачами и расходами электричества они справляются на ура, при этом не стоят как половина автомобиля.

Источник: http://generatorexperts.ru/alternativnye-istochniki/vetrovye-elektrostancii.html

Любой ветряной двигатель работает за счет кажущегося ветра.Универсальное легкое низкоскоростное крыло

К чему только не приравняли этот двигатель. Это парусный двигатель с вертикальной осью вращения. В существующей теории нет ни слова о парусе, хотя сам парус является ветряным двигателем.

Создатели теории видимо решили, что парус это что то старое и не нужное, но парус не терял и никогда не потеряет своей современности, как и колесо. Вся теория, которая была создана в начале прошлого века, сводится к тому, что винт является лучшим ветряным двигателем.

Все теории идеального ветряного двигателя тоже сводятся к винту, но за годы были созданы многие ветряные двигатели, которые по многим показателям превосходят винты.

С начала 30-х годов прошлого века пытаются создать ветроход, т.е. на парусных судах заменить парус на крылья или ветряные двигатели с передачей энергии на морской винт, но после испытаний все эти ветроходы отправились на свалку. Ветроходы не смогли даже близко приблизится к парусному судну по скорости.

Для большинства людей парус является тряпкой на палке, что ветер дунул в тряпку и парусное судно пошло и что максимальную скорость парусное судно развивает, когда ветер дует в тряпку сзади. Это происходи потому, что нет описания паруса в научной литературе.

Парус изучается только в некоторых морских вузах и парус изучают люди, которые занимаются парусами. Паруса бывают двух видов. Паруса, которые работают только за счет лобового сопротивления — такие паруса применялись в древности и на современных парусных судах редко используются.

Мы рассмотрим парус, который применяются на современных парусных судах и являются универсальным легкими низкоскоростным крылом.

 Любой ветряной двигатель работает за счет кажущегося ветра

Лопасти двигателя движутся в потоке и за  счет движения создают дополнительный ветер . Кажущейся ветер – это сумма двух векторов, вектора скорости ветра и вектора скорости, создаваемого за счет движения.

Кажущейся ветер создает давление на парус F1 (сила лобового сопротивления ), F1=CxSp/2 , где Сх- коэффициент, для паруса Сх=1,3, S-площадь паруса (), р — плотность воздуха (1,29 кг/), Vк- скорость  кажущегося ветра (м/сек). За счет вогнутости паруса, на парусе возникает подъемная сила крыла F2.

По закону Бернули , при обтекании внешней стороны паруса, скорость обтекания V1 возрастает, а давление Р1 уменьшается. При обтекании внутренней стороны паруса, скорость V2   уменьшается, а давление Р2 увеличивается. Подъемная сила крыла F2=P2 – P1.

Парус может работать за счет лобового сопротивления, подъемной  силы крыла  и использовать эти силы вместе в зависимости от угла атаки (угол атаки -угол между хордой паруса  и направлением кажущегося ветра).

При острых углах атаки парус работает за счет подъемной силы крыла, при углах атаки до 40 градусов (зависит от ширины и вогнутости паруса) парус работает за счет подъемной силы крыла и лобового сопротивления и развивает максимальную мощность, при углах атаки более 40 градусов парус работает за счет лобового сопротивления.

 Вогнутость паруса, или как называют яхтсмены «пузо» паруса, определяется отношением ширины,  аэродинамического  профиля f к длине хорды паруса I и выражается в процентах f/I 100% .

Увеличение вогнутости паруса ведет к увеличению подъемной силы крыла, но при определенном значении обтекающий слой воздуха отрывается от внешней поверхности паруса и подъемная сила крыла исчезает, поэтому для сильных ветров вогнутость паруса делают  5-7 %, для слабых ветров 10-12%.

Вогнутость паруса также зависит от ширины паруса, для узких парусов вогнутость увеличивают, а для широких уменьшают. На современных парусах применяют латы.

Латы – это полужесткие или жесткие ленты, вставленные поперек паруса  (поперек паруса вшиваются карманы, в которые вставляются латы), которые формируют аэродинамический профиль паруса.

На мягком парусе «пузо» паруса может надуться в любом месте паруса, а при применении лат, парус надувается по латам, создавая необходимый аэродинамический профиль. Латы также увеличивают прочность паруса.

На парусном крыле возникает подъемная сила крыла, как на крыле и парус использует силу лобового сопротивления. В результате подъемная сила на парусном крыле выше чем у крыла.

На крыло тоже действует сила лобового сопротивления, но эта сила сведена к минимальному значению за счет обтекаемого профиля. Но подъемная сила на крыле появляется при скорости, при маленькой скорости подъемная сила незначительна (можете проверить на любом вентиляторе).

Для примера возьмем маленький самолет и дельтаплан, на котором стоит парусное крыло. Для того, чтобы самолет взлетел, его нужно разогнать, чтобы на крыльях появилась подъемная сила, т.е. нужна взлетная полоса.

Дельтаплан взлетает с поляны и мощность двигателя нужна меньше. Не так давно появился виндсерфинг (доска с парусом). Эта доска не просто ездит по воде, а летает с помощью паруса. Появился летающий парус, с помощью которого ездят по снегу и по воде. Сейчас летающий парус ставят на небольшие морские суда и добиваются экономии топлива более10%, т.е.

парус находит все новые применения, который теоретики хотели закопать 100 лет назад. Но парусное крыло имеет очень большой недостаток. Парусное крыло имеет очень большое сопротивление на больших скоростях. Дельтаплан не может разгоняться более 120 км/час.

Поэтому на малых скоростях лучше работает низкоскоростное крыло, которым является парус, а при больших скоростях лучше работает крыло.

Теперь рассмотрим, как работает парус на парусных судах

Я нашел первую попавшуюся эпюру в интернете. Тримаран – это трехкорпусное судно, но на парусном тримаране боковые корпуса раздвигаются по сторонам и используются как поплавки, что приводит к увеличению остойчивости и позволяет увеличить площадь парусов, что позволяет увеличить скорость.

Судя по водоизмещению это одноместный маленький тримаран с одним парусом. Скорость тримарана на эпюре дана в м/сек при скорости ветра 5 м/сек. Парус начинает работать при ветре 0,5 м/сек. Как видим из эпюры, против ветра тримаран двигаться не может.

При курсе около 15 против ветра парус начинает работать на острых углах атаки, когда работает подъемная сила крыла и не может развивать максимальную скорость.

При курсе около 60 против ветра тримаран развивает максимальную скорость, парус стоит под углом атаки, при котором развивает максимальную мощность (работает подъемная сила крыла и лобового сопротивления) и скорость кажущегося или вымпельного ветра максимальна.

При курсе 180, когда ветер дует сзади скорость тримарана падает (работает только сила лобового сопротивления). Для парусных судов это самый наихудший курс, потому что судно плохо управляется. Тримараны на данном этапе являются самыми современными скоростными парусными судами.

Спортивные двух парусные тримараны могут разгоняться до скорости, превышающую скорость ветра. Работу тримаранов вы можете посмотреть в интернете, набрав тримаран-видео.
Буер (парус на коньках) может разгоняться до скорости, которая на много превышает скорость ветра.

При определенном курсе против ветра скорость кажущегося ветра, за счет которого двигается буер, намного превышает скорость ветра. Теоретики говорят по этому поводу, что этого не может быть, потому что не может быть никогда, нельзя перейти грань Бетца – Жуковского, которая составляет 0,593.

Теперь рассмотрим работу винта. Бастроходность винта Z=6, это значит, что скорость конца лопасти винта двигается в 6 раз быстрее ветра.

Верхней части лопасти винта можно двигаться в несколько раз быстрее ветра, а буеру разгоняться выше скорости ветра нельзя? Они противоречат сами себе. Все это доказано на практике, рекорды буера официально зарегистрированы.

Двигатель Дарье тоже работает на скоростях, превышающих скорость ветра. В Казахстане создали двигатель Бидарье. На одной оси независимо установили два двигателя Дарье.

Сначала взяли два двигателя одного вращения, а затем раскрутили два двигателя разного вращения и получили КИЭВ более 0,593.

Похожее

Источник: http://vetrodvig.ru/lyubojj-vetryanojj-dvigatel-rabotaet-za-schet-kazhushhegosya-vetra-universalnoe-legkoe-nizkoskorostnoe-krylo/

Ссылка на основную публикацию