Коли трапилася перебудова, багатьом довелося змінювати професію і хворобливо шукати нове застосування рукам і розуму. Серед багатьох інших спроб були у мене і вітряки.
Я сумлінно присвятив цьому рік з гаком. Досить швидко зрозумів, що без грунтовного навчання нічого путнього не вийде. Багато було незрозумілого, але поступово прояснювалося. Нарешті, сьомий по рахунку екземпляр запрацював більш-менш відповідно до розрахункових характеристик.
Вітряк замислювався, як джерело енергії для дачі з відвідуванням неповний тиждень. Замишлявся, як комерційний продукт. Звідси і розміри. Діаметр турбіни 1.15 - 1.17м, трилопатева. Питання кількості лопатей вирышилось між двома і трьома на користь трьох через те, що хотілося, щоб турбіна упевненіше працювала при слабкому вітрі. Розрахункова швидкість 600 - 700 об/хв.
Генератор - колекторний двигун 36В з постійними магнітами болгарського виробництва. Здається, ці двигуни масово застосовувалися в ЕОМ сімейства ЄС. Діаметр двигуна 80мм, довжина щось біля 140мм. Старанно зняв його характеристики на стенді, використовуючи тахометр, навантаження, що калібруються, і інше. Отримав залежність напруги від швидкості (2.22В*об/с), внутрішній опір (2.5Ом) і втрати вентиляторів (механічні на тертя і перемішування повітря).
Оптимальне передавальне число мультиплікатора планувалося 4, але через бажання виконати його компактно в один ступінь, зупинився на 3.33. (Хоч і 4 пробував). Шестерні нарізав косозубі, менше шумлять. Картер зробити не вийшло, хоча для серії це, напевно, потрібно. Мазати пару разів на місяць солідолом - несолідно.
Поворотний механізм - вільний хід на різьбленні. Кут повороту після 2 - 3 оборотів обмежувався пружністю кабелю. Це виявилося найпростішим і надійнішим рішенням. Головка обертається на довгому різьбленні по напівдюймовій трубі через муфту. Звичайно, невеликий люфт в цьому місці є. Спочатку муфта робилася довшою (60 - 70мм) і для полегшення ходу на різьбленні робилася проточка, залишались тільки верхні і нижні витки ( по 2 - 2.5 нитки). Потім виявилось, що люфт не такий вже і страшний і вузел був спрощений. Кабель від генератора пропускався у відрізок вертикальної труби (щось біля 500мм) і виходив через трійник в місці кріплення головки до щогли. Пружності півметрового товстого відрізка кабелю вистачало, щоб не давати головці повертатися в горизонтальній площині більш, ніж на 1.5 - 2 обороти. Пробував і безхвостовий варіант, з набігом потоку на турбіну ззаду, але все-таки зупинився на класиці - з хвостовим флюгером приблизно 200х400мм, винесеним на 70-сантиметровому відрізку напівдюймової труби. Хвостова труба врівноважує генераторну головку в горизонтальній площині. Вся конструкція закрита пластиковою каналізаційною трубою 100(106) мм. Позаду генератора - вертикальний вузел повороту і 400мм відрізка напівдюймової труби для кріплення до щогли стандартною муфтою. Там же розташовані вихідні клеми генератора. Дріт зниження йде далі по щоглі зовні, хоча, можна до самої землі провести його в трубі. 
Кожухом відмінно працював відрізок каналізаційної пластикової труби 100 (106) мм. Стопорився одним саморізом знизу. Попереду і ззаду кожух був відкритим. У приблизно 8 - 10 мм зазору між кожухом і переднім обтічником заходив повітря для охолоджування генератора, ззаду кожух нависав над кріпленням хвостової балки на 20 - 25мм, щоб вода на різьблення не капала.
Хвіст на трубі півдюйма пластиковою з хвостовою лопаттю ( приблизно 200х400мм) загубленій. Стиковався з невеликим вантажем і регулювався по довжині, щоб зрівноважити головку на щоглі в цілому. При масі генератора 2.5кг вся головка без турбіни має масу порядку 5кг. Мені здалося, що це непоганий результат. Особливо варто згадати турбіну. Мабуть, технологічно найпростіший вузел. Вся література, що потрапила під руки, була написана людьми абсолютно далекими від аеродинаміки. Більшість порадників приводили популярні авіаційні профілі CLARK Y, BC2 і інше. Методи розрахунку літакових гвинтів і великих турбін абсолютно не годилися для маленької тихохідної турбіни, орієнтованої на роботу при слабких і середніх вітрах (3-6м/с). Стандартна ж технологія виготовлення лопатей теж була достатньо трудомістка і, головне, не гарантувала високої точності і повторюваності профілю. Стосовно профілю, то при даних числах Рейнольдса 40 000 - 60 000 найкращим виявився профіль типу Купфер, Гетінген 420 і тому подібне. Це знають авіамоделісти. Грубо кажучи, це просто дужка, профіль крила "Фармана" або "Ньюпора" часів першої світової. При слабких вітрах він дає момент, майже в 1.5 разу більше, ніж традиційні, каплевидні. При великих швидкостях починається зрив потоку і турбіна частково саморегулюється .
Профіль потягнув за собою і технологію. Вистругувалася по теоретичному кресленню і лекалам болванка з поверхнею нижньої частини лопаті. Далі на неї через шар поліетилену накладалися шари дубової шпони на клею. У комля до 10, у кінця - 3 - 4 шари. Важ пиріг ретельно умотувався гумовою стрічкою і оставлялся на добу - двоє.
Після схоплювання клею, напівфабрикат лопаті знімався з болванки і порівняно просто допрацьовувався в кінцевій частині і по кромках шліфовкою. В кінці, якщо була потрібна довговічність, все це можна ще обклеїти одним шаром стеклотканіини на епоксидці.
На знімку справа - болванка виклеювання лопатей. До неї щільно примотується гумовою стрічкою проклеєний пакет дубової шпони. У комля 8 - 10 шарів, у самого кінця лопаті 3 - 4. Потім ступінчастість шарів забирається шліфовкою і шліфуються кромки. Ну, і форма в плані коректується за шаблоном. Лопаті виходять легкими, жорсткими і достатньо однаковими, легко балансуются. Втім, дуб - дуже серйозно. Можна цілком і щось більш легке. Взагалі я полюбляю липу... Ну, і обклеїти це стеклотканиною теж не заважає, якщо потрібна довговічність. Зліва лежать дві оклеєні склопластиком цільностругані лопаті з липи від іншої, ранішої моделі із заклеєними куркульками механізму зміни кроку гвинта. При всій непоказності 2000 об/хв якось цілком витримали..
Один сезон витримає і ретельно прогрунтована і фарбуюча ПФ115 деревинка. Після зимового зберігання в неопалювальному приміщенні особливого викривлення не відмічено. Але зберігати турбіну потрібно підвішеною за вісь. Ставити до стіни на лопать - не можна. Турбіна одягалася на різьбленні на вал і сама докручувалася до упору. Все це в зборі встановлювалося на 5-метровій висоті на щоглі з відрізків труб півдюйма, три чверті, дюйм, сполучених муфтами-перехідниками. Щогла мала поворотне кріплення у землі і чотирьохтросову одноярусну систему розтяжок з капронового шнура порядку 5мм. Така конструкція дозволяє піднімати/опускати щоглу одній людині. Навантаженням служив 12-вольтний лужний акумулятор 55Ач, підключений просто через 10А діод. Плюс вольтметр і амперметр.. Розроблявся хитромудрий контроллер, як розвиток і доповнення. Робоча напруга генератора для знімання максимуму потужності повинна мінятися. Наївигідніший в цьому сенсі режим - фіксований струм при змінній напрузі. Робота ж через діод просто на акумулятор дає якраз, навпаки - відносну постійну напругу при змінному струмі заряду.
І, поки контроллер періодично привозився, примірявся і відвізся додому, виявилося, що без контроллера турбіна має деякі цікаві якості. Запуск дуже легкий, при менш 3м/c. Далі, турбіна швидко набирає оберти до початку зарядки ( близько 13 - 14В). Після цього зростання обертів йде дуже поволі, росте тільки момент на валу турбіни і зарядний струм. Ростуть, звичайно, і втрати в самому генераторі і проводах зниження. Але генератор на сильному вітрі ефективно охолоджується самим вітром через спеціально передбачені канали. Характерно, що шумить турбіна при розгоні, як тільки з'являється зарядний струм, шум різко зменшується. Загалом, шумить досить слабо. Коли спиш на дачі при сильному вітрі, цілком маскується шумом дерев, якщо не знаєш, що турбіна встановлена. Я дуже побоювався, що під час якого-небудь шквалу генератор просто згорить. Потім порахував всі можливі втрати і прийшов до висновку, що при теплоємності конструкції йому потрібно хвилин сорок, щоб нагрітися просто, як болванка, до градусів 70 - 80. Вітряк все літо пропрацював під наглядом. Залишати його не можна було із-за норову нашого народу і ще: я знову-таки боявся шквалу, бурі. Одного разу, вітер піднявся до 30 - 35 м/c. Точного анемометра під руками не було, але я тоді вже чудово орієнтувався по самій турбіні. Достатньо одного разу зробити 2 - 3 виміри напруги на еталонне навантаження по анемометру і зробити таблицю - вітряк сам собі анемометр. Турбіна давала 900 об/хв, генератор видавав близько 150 - 170Вт при 5 - 7А ( половина потужності пропадала в дуже тонких проводах зниження порядку 20м) щогли і мене самого вітер при поривах хитав. Я побоювався, що все це розлетиться вщент, але випробування є випробування. Я разів десять упевнено зупиняв турбіну "на всьому скаку", замикаючи вихід генератора накоротко. Струм при цьому падав до 2 - 3А і оберти до 1 - 2 в з. Потім, все-таки десь зрізало шплінт і все це засвистіло в рознос, довелося терміново щоглу опускати.
Основний висновок з цього експерименту - малопотужну турбіну можна упевнено стопорити генератором при сильному вітрі. Додаткові гальма не потрібні. Це потім легко пояснюється і в теорії. Я опустив тут багато експериментів. Працював два сезони щільні. Випробував і Савоніуси, і вертикальні лопаті і ще декілька конструкцій. Турбіни від 2 до 12 лопатей, автомати відведення з-під вітру і інше. Робив і генератор на постійних магнітах, робив сервопривід змінного кроку лопатей турбіни і інше. Не встиг тільки однолопасник побудувати. Можу сказати з упевненістю 1. Вітряк - вельми дороге задоволення, якщо йдеться не про іграшку. У моєму випадку це тільки освітлення, невеликий електроінструмент (8 - 12 квт*ч в місяць). Для тих, хто на дачі звик праскою фуфайки прасувати - бензоагрегат набагато дешевше. Була спроба зробити більш тихохідну турбіну з двухступенчатим мультиплікатором десь 1 до 5. І безхвостий варіант з орієнтацією за рахунок парусності самої турбіни ("спиною до вітру", врівноважуючою трубою вперед).
Але мультиплікатор виявився складним, а турбіна не хотіла при слабкому вітрі розгортатися. Я тут ще і гвинт змінного кроку з сервопривідом реалізував (десь раніше на знімку лопаті від нього). Але сервопривід виявився дуже повільним, щоб оперативно реагувати на пориви вітру. І дзижчав нескінченно. Потім, у міру просування зрозумів, що для такої блохи це зайве. Робота була цікавою, але довелося піти до реалій. Комерційний проект такий ВЕС ще потребував доопрацювання, власні ресурси починали танути, а тут підвернулося те, що мені було добре знайомо - імпульсні джерела. Ось цим зараз і займаюся вже п'ятий рік.
На сьогодні, як мені представляється, мрії про вітряк, що підігріває підлогу і що живить праски з водонагрівачем поки потрібно відставити. Це технічно можливо, та варто стільки, що фантазія обивателя не витримує. А ось такі маленькі для дачі могли б мати певний успіх. Це теж недешево, але кому потрібне світло, маленький телевізор, мобілка і ноутбук - цілком. Це близько 10 - 15кВт.час в місяць. Джерело: rosinmn.ru | |||
| Переглядів: 824 | | | |||
| Всього коментарів: 0 | |