Ветрогенератор с направляющим аппаратом

Использование энергии ветра для выработки электричества – одна из перспективных форм развития альтернативной энергетики. Вертикальный ветрогенератор является перспективным направлением развития отрасли, т.к. имеет ряд преимуществ по сравнению с горизонтальными аналогами.

Принцип работы

Вертикальный ветряк представляет собой цилиндр, устанавливаемый на основание. Благодаря своей форме, работает вне зависимости от направления ветра. Вне зависимости от вида вертикального ветрогенератора, он устроен таким образом, чтобы давление потока воздуха на одну из его сторон было выше, чем на другую.

Благодаря такой разнице в давлении происходит вращение оси генератора и выработка электричества. Из-за того, что сила ветра направлена на обе стороны ветрогенератора, показатель стартовой скорости ветра немного больше, чем у горизонтальных ветряков, но при должном качестве деталей, существует самораскрутка – т.е. значительное увеличение оборотов генератора даже при небольшом (от 3,5 м/с) ветре.

Какая конструкция лучше

Существует несколько принципиально разных конструкций вертикальных ветрогенераторов, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками.

Ветряк Савониуса – полукруглые лопасти

На ортогональный ротор устанавливают дополнительные статические экраны для увеличения производительности

Геликоидный ротор имеет сложную конструкцию

Плюсы вертикальной оси

Положительные качества всех вертикальных ветрогенераторов:

1. Не направляются по ветру, работают при любой его направленности.
2. В отличие от ветрогенераторов с горизонтальной осью, имеет только одну ось вращения, следовательно бо́льший срок службы.
3. Возможна установка на небольшой высоте – от 1,5м, в зависимости от модели.
4. Все важные подвижные элементы находятся в нижней части генератора, что позволяет удобно его обслуживать.

Важно. При необходимости вал ротора увеличивается до необходимой длины для удобства доступа к статору, без существенной потери КПД.

Минусы

1. Громоздкость конструкции. Самые легкие вертикальные ветряки весят не менее 300 кг вместе со стойкой.
2. Низкая эффективность по сравнению с горизонтальным.
3. Шумность. Ветряк издает шум от лопастей во время работы.

Видео. Геликоидный ветрогенератор

В ролике наглядно показана работа геликоидного ветряка, установленного на специальной мачте

Ветер обладает неимоверными энергетическими возможностями. Неиспользование его мощного потенциала надо смело признать неразумным расточительством. А ведь можно запросто соорудить вертикальный ветрогенератор своими руками и получать фактически бесплатную энергию для покрытия бытовых нужд. Это же вполне реально, согласны?

Представленная статья поможет детально разобраться в сложном техническом вопросе. Систематизированная, доступно изложенная информация в мельчайших подробностях освещает принцип действия популярных систем, перерабатывающих энергию воздушных масс в электричество.

Вне сомнений, вы увлечетесь идеей создания ветряка, специфика сборки которого описана в статье. Мы подробно рассмотрели разные виды вертикальных ветрогенераторов, затронули их различия, преимущества и недостатками. Текстовую часть материала отлично дополняют фото и видео-инструкции.

Преимущества и принцип работы ветряков

Современный вертикальный генератор – один из вариантов альтернативной энергии для дома. Агрегат способен преобразовать порывы ветра в энергетический ресурс. Для корректной работы он не нуждается в дополнительных устройствах, определяющих направление ветра.

Прибор вертикального типа функционирует на низкой высоте. Для его обслуживания не нужны различные приспособления, обеспечивающие безопасное проведение высотных ремонтных и обслуживающих работ.

Минимум движущихся деталей делает ветряную установку более надежной и эксплуатационно устойчивой. Оптимальный профиль лопастей и оригинальной формы ротор обеспечивают агрегату высокий уровень КПД независимо от того, в каком направлении дует ветер в каждый отдельный момент.

Генератор работает абсолютно бесшумно, не мешает хозяевам и соседям, не создает вредных выбросов в атмосферу и надежно служит в течение многих лет, аккуратно поставляя энергию в жилые помещения.

Вертикальный генератор ветрового типа работает по принципу магнитной левитации. В процессе вращения турбин образуются импульсная и подъемная силы, а также сила фактического торможения. Первые две заставляют крутиться лопасти агрегата. Это действие активирует ротор и он создает магнитное поле, вырабатывающее электричество.

Прибор функционирует полностью самостоятельно и не требует вмешательства хозяев в процесс.

Классификация вертикальных генераторов

Между ветроулавливающими устройствами вертикального типа есть некоторая конструкционная разница. Она не делает агрегаты лучше или хуже, а просто позволяет подобрать самый удобный вариант для выполнения конкретных задач в определенной местности.

#1: Особенности ортогональных систем

Конструкционно ортогональный ветряной генератор состоит из прочной оси вертикального вращения и нескольких параллельных лопастей, удаленных от центровой основы на определенное расстояние.

Прибор не нуждается в дополнительных направляющих механизмах и нормально работает, независимо от направления ветра. Вертикально расположенный главный вал дает возможность размещать приводное оборудование на уровне земли, что существенно облегчает эксплуатацию, ремонт и техническое обслуживание.

К минусам ортогональных приборов относятся слишком массивная лопастная система и низкая эффективность по сравнению с КПД горизонтально-осевых модулей.

#2: Генераторы с ротором Дарье

Ветряной генератор, оснащенный ротором Дарье, имеет вертикальную ось вращения и 2-3 плоские полосы-лопасти без характерного аэродинамического профиля, закрепленные у основания и на верхушке оси вращения.

Агрегат в своей работе не ориентируется на силу или направление ветра, имеет высокую скорость вращения и допускает расположение приводных устройств на земле, что облегчает и ускоряет процесс планового обслуживания и возможного ремонта.

Опорные и вращающиеся узлы прибора с ротором Дарье уязвимы к повышенным динамическим нагрузкам, а эффективность лопастной системы по многим параметрам уступает осевым горизонтальным установкам.

#3: Агрегаты с ротором Савониуса

Вертикальный ветряной прибор с ротором Савониуса имеет полуцилиндрическую лопастную систему и от аналогичных установок отличается высоким пусковым крутящим моментом и способностью эффективно работать при низкоскоростных ветрах.

В упрек вертикальному комплексу с ротором Савониуса ставят повышенную материалоемкость и более низкий КПД по сравнению с ветрогенераторами горизонтальноосевого типа. Именно поэтому выпуск высокомощного оборудования такого класса считают не целесообразным.

#4: Ветряк с многолопастным ротором и направляющей

Этот вид прибора – усовершенствованная версия классического ортогонального ветрогенератора. Роторный комплекс здесь состоит из лопастей, расположенных в два ряда.

Внешний лопастной ярус остается статичным и работает как направляющий аппарат. Он улавливает ветряной поток, захватывает его, сжимает и таким способом заметно увеличивает фактическую скорость ветра.

Внутренний ряд лопастей представляет собой подвижную структуру, на которую под определенным углом попадает воздухопоток от первой роторной установки.

Специалисты называют этот тип прибора максимально эффективным в своем классе и подчеркивают, что специфическая конструкция позволяет ему работать даже при максимально низких скоростях ветра.

#5: Характеристика приборов с геликоидным ротором

Геликоидная ветряная установка или генератор Горлова – еще одна модификация традиционной ортогональной роторной системы. Лопасти модели закручены по дуге. Эта конструкционная особенность дает возможность быстро улавливать поток воздуха и плавно вращаться без рывков.

Такой принцип работы существенно снижает динамическую нагрузку на основание и подвижные узлы, тем самым увеличивая срок их службы.

Закрученные роторные лопасти для геликоидного ветряка делают по очень прогрессивной, но сложной технологии. Из-за этого агрегаты имеют достаточно высокую стоимость и не пользуются широкой популярностью у частных потребителей.

#6: Характеристика вертикально-осевых роторов

Главное отличие вертикально-осевого генератора – это вертикально расположенные лопасти, по профилю напоминающие авиационное крыло, чья ось четко параллельна вертикальному валу. Конструкция чем-то напоминает ротор Дарье, но в производственных условиях изготовляется значительно быстрее и проще.

Ветряки с ротором вертикально-осевого типа отличаются надежностью и долговечностью, легко выдерживают значительные эксплуатационные нагрузки и не стоят слишком больших денег. Эти качества делают их актуальными для использования не только в промышленных, но и в бытовых целях.

Особенности выбора ветрогенераторов для частного дома и обзор лучших предложений представлены в этой статье.

Собственноручное изготовление ветряка

Создать ветрогенератор с вертикальной осью вращения в домашних условиях своими руками не слишком сложно. Достаточно приобрести обязательные составляющие детали, собрать их в правильном порядке и установить модуль на выбранное место. Как только появится минимальный ветерок, изделие заработает и начнет давать владельцам необходимую энергию.

Шаг 1: Заготовка комплектующих и материалов

Для изготовление ветряного вертикального генератора своими руками понадобятся такие комплектующие:

• ротор – подвижная часть агрегата:
• лопасти – детали, улавливающие ветряной поток;
• осевая мачта – для крепления ротора и лопастей (может иметь форму длинного шеста, пирамиды или треноги);
• статор – предназначается для размещения катушки с прочной медной проволокой;
• аккумулятор – вместительная емкость для накопления полученного ресурса;
• инвертор – устройство для преобразования постоянного тока в переменный;
• контроллер – прибор, тормозящий генератор, в момент развития агрегатом фактической мощности, превышающей базовые показатели.

Для изготовления лопастей подойдет легкий качественный листовой пластик с хорошим показателем упругости. Другие виды материалов слишком подвержены различным повреждениям и деформации и просто не справятся со столь высокой динамической нагрузкой.

Маленькие лопасти можно сделать из ПВХ средней плотности, а для больших, широких деталей потребуется максимально прочный материал, способный выдержать сильный ветер, дующий со скоростью 15 м/с и выше в течение длительного времени.

Шаг 2: Предварительная подготовка элементов

Для создания лопастей вертикального ветрогенератора из трубы ПВХ высокой прочности вырезают 4 одинаковых детали. Два полукруглых фрагмента выкраивают из жести и крепят с каждой стороны трубы. Радиус вращения лопастных частей в этом случае составит 690 мм, а высота каждой лопасти будет около 700 мм.

Для сборки роторной системы берут неодимовые магниты (6 шт), ферритовые диски диаметром 230 мм (2 шт) и клей. На первом диске размещают магниты, чередуя по полярности и соблюдая между ними угол в 60 градусов при диаметре расположения 165 мм. По такой же схеме делают второй диск, а потом заливают магниты клеем.

Для статора готовят 9 катушек и наматывают на каждую из них по 60 витков медного провода диаметром в 1 мм.

Последующая спайка происходит в таком порядке:

• начало 1 катушки с концом 4;
• начало 4 с концом 7 катушки.

Вторую фазу собирают по этому же принципу, но начинают работу со 2 катушки, а третью – с 3 катушкой. Из листа фанеры делают специальную форму, дно выстилают отрезом стекловолокна и поверх размещают спаянные из катушек фазы.

Заливают конструкцию клеем и оставляют на 1-2 суток, чтобы все детали схватились и заняли нужные места. Потом приступают к соединению отдельных частей в единую рабочую систему.

Шаг 3: Сборка всех деталей генератора

Для соединения всех элементов генератора в верхнем роторе проделывают 4 отверстия для шпилек. На кронштейн магнитами вверх кладут нижний ротор. Дальше размещают статор, предварительно проделав в нем отверстия для крепления к кронштейну.

В алюминиевую пластину упирают шпильки и затем накрывают вторым ротором, располагая его магнитами вниз.

Шпильки с помощью гаечного ключа поочередно вращают, чтобы верхний ротор опускался на нижний равномерно и без рывков. Когда он займет положенное место, шпильки выкручивают и убирают алюминиевые пластины. В конце всю конструкцию фиксируют гайками и затягивают их четко, но не слишком жестко, чтобы не сорвать резьбу.

Шаг 4: Окончательный монтаж оборудования

Для мачты берут прочную металлическую трубу длиной 4-5 метров и прикручивают к ней уже собранный своими руками генератор. Затем присоединяют каркас с пластиковыми лопастями к генератору и устанавливают мачтовую конструкцию на подготовленную заранее площадку с трехточечным армированным фундаментом.

Дополнительно положение системы фиксируют при помощи растяжки.

Электрическую сеть к ветряку подключают в определенной последовательности. Контроллер принимает ресурс от генератора и преобразует переменный ток в постоянный, необходимый для заряда батареи. Можно собрать контроллер собственноручно по упрощенной схеме.

Аккумулятор накапливает выделенную энергию, а инвертор превращает постоянный ток в переменный, который питает основную массу бытовых приборов и домашних обслуживающих систем.

На нашем сайте есть подборка статей о самодельном изготовлении ветрогенераторов разного типа.

Выбор места для ветрогенератора

Правильный выбор места для установки ветрогенератора – важный этап. Лучше всего разместить прибор на открытой максимально высокой точке и тщательно проследить, чтобы он не оказался ниже уровня прилегающих жилых и хозяйственных построек. Иначе здания станут препятствием для потока воздуха и КПД агрегата очень снизится.

Если участок выходит к реке или озеру, ветряк размещают на берегу, где ветры дуют особенно часто. Прекрасно подходят для расположения генератора возвышенности, имеющиеся на территории, или большие пустые пространства, на которых нет искусственных или естественных преград для воздухопотока.

Когда жилая недвижимость (дом, коттедж, квартира и пр.) находится в черте города или располагается за городом, но в местах плотной застройки, ветряной энергетический комплекс ставят на кровле.

Для размещения генератора на крыше многоквартирного дома берут письменное согласие соседей и получают официальное разрешение из соответствующих инстанций.

В частном доме, имеющем большой приусадебный участок, выбрать подходящее место гораздо проще. Главное, учесть, чтобы конструкция находилась на расстоянии 15-25 метров от жилых помещений. Тогда звуковые эффекты от вращающихся лопастей никого не побеспокоят.

Обслуживание вертикального прибора

Чтобы ветряной вертикальный генератор работал качественно, четко и максимально эффективно, все движущиеся части конструкции обязательно смазывают. Такую процедуру проводят не реже 2 раз за весь календарный год.

Параллельно во время обслуживания подкручивают разболтавшиеся в результате эксплуатации гайки, укрепляют электрические соединения, проверяют механические узлы на наличие коррозийных проявлений, подтягивают ослабшие растяжечные тросы и внимательно осматривают лопасти на предмет разрыва или повреждения.

Покраску деталей производят по мере надобности и 1 раз в год совершают полное обследование всей конструкции на предмет выявления неисправностей. Такой уход обеспечивает корректную работу ветряной установки и продлевает ее эксплуатационный период.

Оценка целесообразности установки

Прежде чем приступать к изготовлению ветряного генератора вертикального типа, изучают метеоситуацию в своем регионе и стараются определить, сможет ли агрегат обеспечить необходимое количество ресурса.

Специалисты рекомендуют оценить следующие параметры:

• количество ветреных дней – берут среднее значение за год, когда порыв превышает 3 м/с;
• объем электроэнергии, потребляемый за сутки домовладением;
• подходящее место на собственном участке для ветряного оборудования.

Первый показатель узнают из данных, полученных на ближайшей метеостанции или найденных в интернете на соответствующих порталах. Дополнительно сверяются с печатными географическими изданиями и составляют полную картину о ситуации с ветром в своем регионе.

Статистику берут не за один год, а за 15-20 лет, только тогда средние цифры будут максимально корректными и покажут, сможет ли генератор полностью удовлетворить потребность домовладения в электроэнергии или его сил хватит только на питание отдельных бытовых нужд.

Если в распоряжении владельца большой участок земли, расположенный на склоне, у берега реки или на открытом пространстве, с установкой не будет проблем.

Когда же дом находится в глубине населенного пункта, а двор отличается компактными габаритами и вплотную прилегает к соседским постройкам, установить вертикальную модель ветряка своими руками будет непросто. Конструкцию придется поднимать на 3-5 м над землей и дополнительно укреплять, чтобы при сильном порыве она не упала.

Учесть всю эту информацию нужно на этапе планирования, чтобы стало понятно, сможет ли ветряной генератор взять на себя полное энергообеспечение или его роль останется в рамках вспомогательного источника энергии. Предварительно желательно провести расчет ветряка.

Выводы и полезное видео по теме

Видео №1 продемонстрирует, как сделать своими руками в домашних условиях вертикальный генератор ветряного типа с роторной системой Дарье. В ролике наглядно представлены особенности и любопытные нюансы процесса сборки. Есть определение максимальной мощности изготовленного агрегата:

Как работает вертикальный ветряной генератор и в каком объеме он выдает энергоресурс, покажет видео №2. В нем дан подробный обзор модуля и описание работы по корректному проведению замеров фактической мощности и прочих параметров:

В видео № 3 представлено тестирование самодельного ветряного генератора вертикального типа. На что способен прибор, изготовленный своими руками из подручных материалов:

Такой современный и практичный источник альтернативной энергии, как вертикальные ветряки несложно собрать своими руками. При надлежащем опыте хозяйственных работ можно изготовить каждую деталь, а потом соединить все компоненты в единую, целостную конструкцию.

Если усложнять задачу не хочется, вполне уместно приобрести уже готовые компоненты и в домашних условиях, без спешки и суеты, смонтировать надежный ветряной агрегат, способный обеспечить бесперебойные поставки электричества в жилое помещение.

Когда же в своих силах нет стопроцентной уверенности, лучше поручить работу профессионалам. Они сделают все очень быстро и в полном соответствии с базовыми эксплуатационными требованиями.

Имеете опыт сооружения и эксплуатации ветрогенератора? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями, предложите свой способ сборки агрегата. Оставлять комментарии и добавлять фотографии самоделок можно в форме, расположенной ниже.

Среди вертикальных ветрогенераторов можно выделить следующие группы роторов: ортогональный, Савониуса, Дарье, Геликойдный, многолопастной с направляющим аппаратом. Основным достоинством вертикальных ветрогенераторов является отсутствие необходимости ориентировать их на ветер. Одним из недостатков, ограничивающих диапазон их применения и их единичную мощность, является их более низкая эффективность работы, по сравнению с горизонтально-осевыми ветрогенераторами, при одинаковых ометаемых площадях и более высокая материалоемкость, при одинаковой мощности.

Ортогональные ветрогенераторы
Ортогональные вертикальные ветрогенераторы имеют вертикальную ось вращения и несколько параллельных ей лопастей, удаленных от нее на определенное расстояние. Достоинствами ортогональных ветрогенераторов являются: отсутствие необходимости использовать в их конструкции направляющие механизмы, так как работа этих установок не зависит от направления ветра; за счет вертикально расположенного главного вала, приводное оборудование может быть расположено на уровне земли, что значительно упрощает его эксплуатацию. Недостатками этих установок являются: более низкие сроки службы опорных узлов, за счет более высоких динамических нагрузок на них со стороны ротора ВЭУ, т.к. при вращении ротора, подъемная сила от каждой лопасти меняет свое направление на 360°, что создает дополнительные динамические нагрузки; лопастная система ортогональных установок является более массивной по сравнению с эквивалентными по мощности горизонтально-осевыми установками; эффективность работы лопастной системы ортогональных установок является более низкой по сравнению с горизонтально-осевыми, т.к. в процессе одного оборота ротора, углы атаки потока ветра на лопасть меняются в широких диапазонах, в то время, как в горизонтальных ветрогенераторах их можно выставлять близкими к оптимальным.

Ветрогенераторы с ротором Савониуса
В качестве лопастей в роторе Савониуса используются два или несколько полуцилиндров. Для ротора Савониуса характерны высокие пусковые крутящие моменты, работа при относительно низких скоростях и относительно высокая технологичность его производства. Недостатками ротора Савониуса являются: более низкая эффективность работы лопастной системы, по сравнению с горизонтально-осевыми ВЭУ; относительно высокая материалоемкость. В настоящее время ветрогенераторы с ротором Савониуса выпускаются в диапазоне мощностей до 5 кВт. Ротор Савониуса, так же, часто комбинируют с ротором Дарье, для обеспечения более высоких пусковых моментов ротора Дарье.

Ветрогенераторы с ротором Дарье
Ветрогенераторы с ротором Дарье имеют вертикальную ось вращения и две или три лопасти, представляющие собой плоскую полосу, не имеющую характерного аэродинамического профиля. Достоинствами ротора Дарье являются: отсутствие системы ориентации на ветер; технологическая простота изготовления лопастей; возможность размещения приводного оборудования на уровне земли, что значительно упрощает его техническое обслуживание. Недостатками ротора Дарье являются: относительно низкая эффективность работы лопастной системы, по сравнению с горизонтально-осевыми ВЭУ; более низкие сроки службы опорных узлов, за счет более высоких динамических нагрузок на них со стороны ротора, т.к. при его вращении, подъемная сила от каждой лопасти меняет свое направление на 360°, что создает дополнительные динамические нагрузки; двухлопастные ветрогенераторы с ротором Дарье, при равномерном набегающем потоке не могут запускаться самостоятельно. Купить Левитру.

Ветрогенераторы с геликоидным ротором
Геликоидный ротор или Ротор Горлова (второе его название) является модификацией ортогонального ротора. За счет закрутки лопастей, вращение ротора является более равномерным, что значительно снижает динамические нагрузки на опорные узлы и, тем самым, увеличивает их срок службы, по сравнению с опорными узлами ортогональных роторов, однако, технология производства закрученных лопастей значительно усложняется, что сказывается на увеличении их стоимости.

Ветрогенераторы с многолопастным ротором с направляющим аппаратом
Ветрогенераторы многолопастные с направляющим аппаратом являются модификацией ортогонального ротора. Они имеют два ряда лопастей, первый ряд является неподвижным, он представляет собой направляющий аппарат, назначением которого является захват ветрового потока, его сжатие с увеличением скорости, и подача потока ветра под оптимальным углом атаки на второй ряд лопастей, представляющих собой вращающийся ротор. Достоинством этого типа ротора является его более высокая эффективность работы по сравнению с другими вертикальными ветрогенераторами; работа при низких скоростях ветра. Недостатком этого ротора является его более высокая стоимость за счет использования большого количества профилированных лопастей.