Парусный ветряк

парусный ветряк

Ветрогенератор давно стал привычным элементом пейзажа многих стран. Ветряки Голландии, вместе с полями тюльпанов и Амстердамом сформировали туристические тропы по этой стране. У нас ветряные электростанции долгое время были экзотикой, подчеркивающей экологичность владельца. То есть, сначала на ветряные генераторы возникла мода из-за увлечения здоровым образом жизни (чистый воздух: нет сырья, нет и отходов!), и относительно недавно они приобрели массовую популярность благодаря не только экологичности, но и экономичности.

Как работает парусный ветрогенератор

В качестве прототипа современных парусных ветрогенераторов выступал обычный ветряк-водокачка. Он преобразовывал ветряную энергию сначала во вращательное, а потом — в возвратно-поступательное движение. За счет этого двигалась помпа, которая подавала воду из скважины. Удивительно, но такие ветряки существуют и по сей день. Их популярность обусловлена надежностью и простотой конструкции.

Внешне старые и новые модели практически идентичны. Разница в материале, используемом для лопасти. У ветряков старого образца лопасти были cделаны из жестких материалов, а у современных — из мягких (брезент, парусина, нетканые слоистые материалы). По своему предназначению старые и новые ветряки тоже различаются: они выполняют разные функции. Водокачки использовались для подачи воды, а нынешние ветряки — для добычи электроэнергии.

Устройство и принцип работы современных парусников

Главная задача ветрогенератора парусного типа — превращать энергию ветра во вращение. Таким образом и получается электричество. На лопасти замкнутой или незамкнутой формы натягивается материал на манер лепестка. Сам парус представляет собой треугольник с вершиной у самого центра вращения. Одна из сторон этого треугольника должна примыкать к вершине и не присоединяться к раме.

Под силой давления ветра парус слегка прогибается, после чего начинает вращаться. В отличие от ветряков другого типа, парусник стартует даже при низких колебаниях ветра: генератор начинает работу со скорости ветра 3-4 м/сек. Даже при столь небольших скоростях генератор способен заряжать аккумуляторы!

Секрет эффективности парусников в форме лопастей. Они напоминают собой цветочные лепестки. Поэтому порыв ветра, попадая в такой раструб, «наращивает плотность» и действует на лопасти с максимальной силой. Вспомните детские игрушки-ветряки, способные вращаться при малейшем колебании ветра: парусник работает по тому же принципу.

Современные ветрогенераторы с парусным ротором

Нынешние конструкции выполняют несколько другую задачу. Они вырабатывают электроэнергию, хотя принцип действия остается прежним — превращение энергии ветра во вращательное движение.

С появлением новых технологий и материалов изменился и внешний вид парусного ротора. Лопасти теперь представляют собой рамы лепестковой формы из трубы. На нее натягиваются паруса из плотной синтетической ткани, не боящейся влаги или перепадов температуры. Иногда рама не имеет замкнутой формы, представляя собой подобие буквы «Г».

Обычно парус имеет треугольную форму с вершиной у центра вращения. Одна из сторон треугольника, примыкающая к вершине, не присоединена к раме. Под давлением ветра она несколько выгибается, образуя лопасть с оптимальным для данной силы ветра профилем. Вращение начинается при малых скоростях ветра — уже при 3-4 м/сек генератор способен заряжать аккумуляторные батареи.

Основное преимущество парусников — простота конструкции и возможность отремонтировать или целиком изготовить ее самостоятельно. По сравнению с лопастями, склеенными из стеклоткани или нарезанными из полипропиленовых труб, изготовление и замена не составляют никакого труда. При этом, существуют и промышленные образцы. Они, как правило, производятся небольшими коллективами, но конструкции весьма интересны. Так, есть модели, объединяющие парус и диффузор.

Лопасти расположены не в плоскости, а наподобие лепестков полураскрывшегося цветка. Поток ветра попадает в такой раструб, уплотняется и с максимальным усилием действует на основание лопасти. Давление на этот участок не опасно, а энергия передается наиболее эффективным образом.

Известны также парусники с вертикальной осью вращения. Они во многом повторяют обычные конструкции, в основном, карусельного типа. Строение паруса имеет специфический тип, исключающий одинаковое воздействие на рабочую и тыльную стороны лопастей.

Конструирование ветрогенератора

Один из примеров выполнения парусника – с использованием маты фермного варианта при выдаваемой мощности до 4 кВт/час.

Перечень материалов:

• колеса и мост от авто;
• труба;
• лебедка грузовая;
• двигатель для выработки постоянного тока, функционирующий на щетках и магнитах.

Технологический процесс выполнения работ:

1. Изготовление мачты для крепежа генератора парусного типа, не столь важно четырехугольная или треугольная она будет.
2. Чтобы мачта жестко была закреплена, необходимо выполнить подготовку под фундамент, а именно: выкопать яму и залить ее бетоном, при этом предусмотреть в бетонной смеси закладные металлические элементы для выполнения непосредственного крепежа.
3. Детали моста и диски от колес используются для обеспечения поворотной оси. К ним же подсоединяется двигатель постоянного тока.
4. Производство сборки узлов через редуктор.
5. Выполнение покраски.
6. При помощи лебедки собранный механизм необходимо поднять на мачту.
7. Параллельно выполняется конструирование ветряка.
8. К диску от колеса крепятся металлические облегченные профильные материалы. Крепление лучше всего производить болтовое, нежели на сварке. Так будет надежнее.
9. На каркас надеваются паруса, их можно изготовить из легкой плащевой ткани.
10. После этого производится подъем на мачту и осуществляется крепеж на ней.

Использование магнитной левитации

Применение новейших технологий и известного даже школьникам закона электромагнитной индукции Лоренца-Ленца позволили создать ветрогенератор, который объединяет плюсы генераторов с вертикальным и горизонтальным ротором. В этом генераторе отсутствует механическое трение, нет щеток – это делает устройство чрезвычайно надежным, а обслуживание – чисто символическим (самые «больные» места стандартных генераторов – подшипники, которые довольно быстро изнашиваются из-за трения, также часто приходится заменять щетки).

Ветрогенераторы, использующие явление магнитной левитации, изготавливаются с вертикальным расположением ротора. Их срок эксплуатации гораздо больше, чем у стандартных ветряков, к тому же, они работают практически бесшумно.

Ветряки в Европе

Для многих европейских стран наличие ветряков в некоторых регионах уже давно стало привычным делом. Причем устанавливают их не только на суше но и в море.

Лидерами по производству и использованию ветряков являются Франция, Германия и скандинавские страны.

В последнее время в европейских странах построено множество гигантских ветряков. Например, одним из крупнейших ветряков в Германии является огромная башня высотой 120м с ротором, каждая из трех лопастей которого имеет длину 52 м, ширину 6 м и весит 20 т. Это гигантское сооружение построено под Магдебургом в 2002 году и его мощность составляет 4,5 МВт.

На данный момент самым большим в мире ветряком считается ветрогенератор мощностью 7 МВт и высотой 141 м, расположенный рядом с немецким городом Эмден. Но в ближайшее время в Норвегии планируется запуск ветряка высотой 162 м, который сможет обеспечить электроэнергией около 2000 домов.

Типы ветрогенерирующих установок

Для получения электричества необходимо, чтобы генерирующее устройство запускалось самопроизвольно, без внешнего воздействия. Кроме того, ветряки должны иметь возможность использования их как двигателя.

Лучше всего этим требованиям отвечают ветрогенераторы на неодимовых магнитах.

Для регионов, где большую часть времени стоит безветренная погода, лучше подойдут парусные ветряки. Для них понадобится бустер и аккумуляторная батарея с большим запасом мощности. Изготовление такого устройства потребует значительных вложений – его цена составит не меньше ста тысяч рублей, поэтому стоит подумать, выгодна ли эта идея.

В местах со слабоветренной обстановкой понадобится вертикальная тихоходная ветрогенерирующая установка. Вертикальный ветрогенератор обеспечит тремя киловаттами дополнительной электроэнергии. Это не покроет полной потребности дома, но может выручить в случаях аварийного отключения основной сети или снабжения, к примеру, освещения участка.

В местах с сильными постоянными ветрами выбор типа генератора зависит только от мощности, которую требуется получить.

Для полутора-пяти киловатт достаточно вертикального генератора, большую мощность даст парусная или лопастная конструкция.

При достижении показателей в 220 в возможно подключение освещения дома светодиодными светильниками и работа телевизора и холодильника.

Есть вариант установки мини ветрогенератора. Такие устройства не требуют сооружения мачты, устанавливаются на естественных вершинах.

Ветряк-водокачка

Прототипом нынешних парусных турбин был ветряк-водокачка. Он преобразовывал энергию ветра во вращательное, а затем — в возвратно-поступательное движение, заставляя двигаться помпу, подающую из скважины воду на поверхность. Конструкция была проста и весьма надежна, такие ветряки существуют до сих пор.

Примечательно, что внешний вид ветроколеса был практически таким же, что и на нынешних моделях, хотя со времени появления первых промышленных образцов прошло более 100 лет. Единственным отличием является жестяные лопасти у старых образцов и мягкие тканевые у современных.

Микро-новости

• Нам пишут
  29.11.2011 | 12:35

Здравтвуйте! Меня зовут Василий. Я пристально слежу за вашими проектами, т.к. тема альтернативной энергетики для меня очень интересна. Я понимаю в каких тяжелых финансовых условиях приходиться творить инновации, ценные для всего человечества. Будучи сочувствующим вашим рвениям, я предлагаю вам ознакомиться с новыми веб-сервисами, которые были созданы специально для поддержки подобных проектов, и надеюсь, что таким […]

Наши коллеги из Сибири продолжают работу над экспериментальным образцом парусного мега-ветряка мощностью 15 кВт. Клепают шкафы управления, испытывают power-анемометры (мы бы такой купили). В общем – работа кипит, огромный объем работы! И хотя мы считаем их конструкцию (на базе идей гравио) неудачной, все равно ребятам респект, за напор, энтузиазм и множество непревзойденных новаций.

Зарядили испытания еще 12-ти катушек. Надеюсь последних.