Vertikaler Windgenerator zum Selbermachen, Zeichnungen, Fotos, Video einer Windkraftanlage mit vertikaler Achse.

Windgeneratoren werden nach der Art der Platzierung der Drehachse (Rotor) in vertikal und horizontal eingeteilt. Wir haben uns im letzten Artikel mit dem Design einer Windkraftanlage mit horizontalem Rotor befasst, sprechen wir nun über eine Windkraftanlage mit vertikalem Rotor.

Schema eines Axialgenerators für eine Windkraftanlage.

Herstellung eines Windrades.

Das Windrad (Turbine) eines vertikalen Windgenerators besteht aus zwei Stützen, einer oberen und einer unteren, sowie Flügeln.

Das Windrad besteht aus Aluminium- oder Edelstahlblechen, das Windrad kann auch aus einem dünnwandigen Fass geschnitten werden. Die Höhe des Windrades muss mindestens 1 Meter betragen.

Bei diesem Windrad bestimmt der Krümmungswinkel der Blätter die Drehzahl des Rotors, je stärker die Krümmung, desto höher die Drehzahl.

Das Windrad ist direkt mit der Generatorriemenscheibe verschraubt.

Um einen vertikalen Windgenerator zu installieren, können Sie jeden beliebigen Mast verwenden, die Herstellung eines Mastes wird in diesem ausführlich beschrieben.

Anschlussplan Windgenerator.

Der Generator ist mit dem Controller verbunden, der wiederum mit der Batterie verbunden ist. Praktischer ist es, eine Autobatterie als Energiespeicher zu verwenden. Da Haushaltsgeräte mit Wechselstrom betrieben werden, benötigen wir einen Wechselrichter, um DC 12 V in AC 220 V umzuwandeln.

Zum Anschluss wird ein Kupferdraht mit einem Querschnitt von bis zu 2,5 Quadraten verwendet. Der Anschlussplan ist ausführlich beschrieben.

Video, das die Windkraftanlage im Betrieb zeigt.

Strom wird teurer. Um sich bei heißem Sommerwetter und frostigen Wintertagen außerhalb der Stadt wohl zu fühlen, muss man entweder viel ausgeben oder sich nach alternativen Energiequellen umsehen. Russland ist ein riesiges Land mit großen flachen Gebieten. Obwohl in den meisten Regionen schwache Winde vorherrschen, wird das dünn besiedelte Gebiet von starken und heftigen Luftströmungen geblasen. Daher ist das Vorhandensein eines Windgenerators in der Farm des Eigentümers von Vorstadtimmobilien meistens gerechtfertigt. Je nach Einsatzgebiet und den tatsächlichen Einsatzzwecken wird ein geeignetes Modell ausgewählt.

Windturbine # 1 - Rotationstyp-Design

Sie können mit Ihren eigenen Händen eine einfache Drehwindmühle bauen. Natürlich ist es unwahrscheinlich, dass er ein großes Haus mit Strom versorgen kann, aber ein bescheidenes Gartenhaus mit Strom zu versorgen, liegt in seiner Macht. Mit seiner Hilfe können Sie abends Nebengebäude mit Licht versorgen, Gartenwege und das angrenzende Gelände beleuchten.

Weitere Informationen zu anderen alternativen Energiequellen finden Sie in diesem Artikel:

So oder fast sieht es aus wie ein von Hand gefertigter rotierender Windgenerator. Wie Sie sehen können, ist das Design dieser Ausrüstung nicht besonders kompliziert.

Vorbereitung von Teilen und Verbrauchsmaterialien

Um einen Windgenerator zu montieren, dessen Leistung 1,5 KW nicht überschreitet, benötigen wir:

• Generator vom Auto 12 V;
• 12 V Säure- oder Heliumbatterie;
• Wandler 12V - 220V für 700 W - 1500 W;
• ein großer Behälter aus Aluminium oder Edelstahl: ein Eimer oder eine voluminöse Pfanne;
• Autobatterie-Laderelais und Ladekontrollleuchte;
• halbhermetischer Schalter vom Typ "Knopf" für 12 V;
• ein Voltmeter von jedem unnötigen Messgerät, können Sie Auto;
• Schrauben mit Unterlegscheiben und Muttern;
• Drähte mit einem Querschnitt von 2,5 mm 2 und 4 mm 2;
• zwei Schellen, mit denen der Generator am Mast befestigt wird.

Für die Arbeit benötigen wir eine Metallschere oder einen Schleifer, ein Maßband, einen Marker oder einen Baubleistift, einen Schraubendreher, Schlüssel, eine Bohrmaschine, eine Bohrmaschine und eine Zange.

Die meisten Eigentümer von Privathäusern erkennen die Nutzung von Erdwärme nicht an, aber ein solches System hat Perspektiven. Mehr über die Vor- und Nachteile dieses Komplexes erfahren Sie im folgenden Artikel:

Designfortschritt

Wir werden einen Rotor herstellen und die Riemenscheibe der Lichtmaschine neu gestalten. Um loszulegen, benötigen wir einen zylindrischen Metallbehälter. Meistens wird ein Topf oder Eimer für diese Zwecke angepasst. Nehmen Sie ein Maßband und einen Marker oder Baustift und teilen Sie den Behälter in vier gleiche Teile. Wenn wir Metall mit einer Schere schneiden, müssen wir zum Einsetzen zuerst Löcher bohren. Sie können auch eine Mühle verwenden, wenn der Eimer nicht aus lackiertem Blech oder verzinktem Stahl besteht. In diesen Fällen wird das Metall unweigerlich überhitzen. Wir schneiden die Klingen aus, ohne sie bis zum Ende zu schneiden.

Um nicht mit der Größe der Klingen, die wir in den Behälter schneiden, zu verwechseln, ist es notwendig, sorgfältige Messungen vorzunehmen und alles sorgfältig nachzuzählen.

Im Boden und in der Riemenscheibe Löcher für die Schrauben markieren und bohren. In diesem Stadium ist es wichtig, sich Zeit zu nehmen und die Löcher symmetrisch anzuordnen, um ein Ungleichgewicht während der Drehung zu vermeiden. Die Klingen sollten gebogen sein, aber nicht zu stark. Berücksichtigen Sie bei diesem Teil der Arbeit die Drehrichtung des Generators. Es dreht sich normalerweise im Uhrzeigersinn. Je nach Biegewinkel vergrößert sich auch der Aufprallbereich von Windströmungen und damit die Rotationsgeschwindigkeit.

Dies ist eine andere Art von Klinge. In diesem Fall existiert jedes Teil separat und nicht als Teil des Behälters, aus dem es geschnitten wurde

Da jedes der Flügel der Windmühle separat existiert, müssen Sie jedes einzelne verschrauben. Der Vorteil dieser Konstruktion liegt in der erhöhten Wartbarkeit.

Die Schaufel mit den fertigen Messern sollte mit Schrauben an der Riemenscheibe befestigt werden. Wir montieren den Generator mit Klemmen am Mast, schließen die Drähte an und montieren die Kette. Es ist besser, die Schaltung, die Kabelfarben und die Kontaktmarkierungen im Voraus neu zu schreiben. Die Drähte müssen auch am Mast befestigt werden.

Zum Anschließen der Batterie verwenden wir 4 mm 2 Drähte, deren Länge nicht mehr als 1 Meter betragen sollte. Wir verbinden die Last (Elektrogeräte und Beleuchtung) mit Drähten mit einem Querschnitt von 2,5 mm 2. Vergessen Sie nicht, den Konverter (Wechselrichter) zu platzieren. Er wird mit einem 4 mm 2 Draht an den Kontakten 7.8 an das Netzwerk angeschlossen.

Die Windturbinenstruktur besteht aus einem Widerstand (1), einer Generatorstarterwicklung (2), einem Generatorrotor (3), einem Spannungsregler (4), einem Rückstromrelais (5), einem Amperemeter (6), einer Batterie (7), eine Sicherung (8), Schalter (9)

Die Vor- und Nachteile eines solchen Modells

Wenn alles richtig gemacht wird, funktioniert dieser Windgenerator ohne Probleme für Sie. Mit einer 75-A-Batterie und einem 1000-W-Konverter kann er Straßenbeleuchtung, Videoüberwachungsgeräte usw.

Das Schema der Anlage zeigt anschaulich, wie genau Windenergie in Strom umgewandelt und bestimmungsgemäß genutzt wird.

Die Vorteile eines solchen Modells liegen auf der Hand: Es ist ein sehr wirtschaftliches Produkt, es lässt sich gut reparieren, erfordert keine besonderen Bedingungen für seine Funktion, es funktioniert zuverlässig und beeinträchtigt nicht Ihren akustischen Komfort. Zu den Nachteilen zählen eine geringe Produktivität und eine erhebliche Abhängigkeit von starken Windböen: Die Blätter können durch Luftströmungen abgerissen werden.

Windmühle # 2 - Magnetisches axiales Design

Axiale Windmühlen mit eisenlosen Statoren auf Neodym-Magneten wurden in Russland aufgrund der Unzugänglichkeit der letzteren bis vor kurzem nicht hergestellt. Aber jetzt sind sie in unserem Land, und sie sind billiger als anfangs. Daher begannen unsere Handwerker mit der Herstellung von Windkraftanlagen dieses Typs.

Im Laufe der Zeit, wenn die Fähigkeiten des rotierenden Windgenerators nicht mehr alle Anforderungen der Wirtschaft erfüllen, ist es möglich, ein axiales Modell auf Neodym-Magneten zu erstellen.

Was muss vorbereitet werden?

Der Axialgenerator basiert auf einer Nabe aus einem Auto mit Bremsscheiben. Wenn dieses Teil in Betrieb war, muss es demontiert, die Lager überprüft und geschmiert und der Rost entfernt werden. Der fertige Generator wird lackiert.

Um die Nabe richtig von Rost zu reinigen, verwenden Sie eine Metallbürste, die auf einer elektrischen Bohrmaschine angebracht werden kann. Die Nabe wird wieder toll aussehen

Magnete verteilen und sichern

Wir müssen die Magnete auf die Rotorscheiben kleben. In diesem Fall werden 20 Magnete mit einer Größe von 25x8mm verwendet. Wenn Sie sich für eine andere Polzahl entscheiden, verwenden Sie die Regel: Bei einem einphasigen Generator sollten so viele Pole vorhanden sein, wie es Magnete gibt, und bei einem dreiphasigen Generator muss das Verhältnis von 4/ 3 oder 2/3 Pole zu den Spulen. Platzieren Sie die Magnete, indem Sie die Pole wechseln. Um sicherzustellen, dass ihre Position korrekt ist, verwenden Sie eine Vorlage mit Sektoren, die auf Papier oder auf der Disc selbst gedruckt sind.

Wenn es eine solche Möglichkeit gibt, ist es besser, rechteckige Magnete als runde zu verwenden, da das Magnetfeld bei runden in der Mitte und bei rechteckigen - entlang ihrer Länge - konzentriert ist. Die gegenüberliegenden Magnete müssen unterschiedliche Pole haben. Um nichts zu verwechseln, tragen Sie einen Marker auf ihrer Oberfläche "+" oder "-" auf. Um den Pol zu bestimmen, nimm einen Magneten und bringe die anderen dazu. Setzen Sie ein Plus auf attraktive Oberflächen und ein Minus auf abstoßende Oberflächen. Auf Discs sollten sich die Pole abwechseln.

Die Magnete sind richtig positioniert. Vor der Befestigung mit Epoxidharz müssen die Seiten aus Plastilin hergestellt werden, damit die Klebemasse verfestigen kann und nicht Glas auf dem Tisch oder Boden

Um die Magnete zu befestigen, müssen Sie starken Kleber verwenden, wonach die Stärke der Verklebung zusätzlich mit Epoxidharz verstärkt wird. Magnete werden damit überflutet. Um eine Harzausbreitung zu verhindern, können Sie Plastilin-Bordsteine ​​herstellen oder die Scheibe einfach mit Klebeband umwickeln.

Drehstrom- und Einphasengeneratoren

Ein einphasiger Stator ist schlechter als ein dreiphasiger Stator, weil er unter Last Schwingungen abgibt. Dies ist auf den Unterschied in der Amplitude des Stroms zurückzuführen, der aufgrund der inkonsistenten Rückkehr desselben auftritt. Das Dreiphasenmodell leidet nicht unter diesem Nachteil. Die Leistung darin ist immer konstant, weil sich die Phasen kompensieren: Wenn in einer der Strom sinkt, in der anderen steigt er an.

Im Streit zwischen einphasiger und dreiphasiger Variante geht letztere als Sieger hervor, da die zusätzliche Vibration die Lebensdauer der Geräte nicht verlängert und das Gehör reizt

Dadurch ist die Rendite des dreiphasigen Modells um 50 % höher als die des einphasigen Modells. Ein weiterer Vorteil der Vermeidung unnötiger Vibrationen ist der akustische Komfort beim Betrieb unter Last: Der Generator brummt im Betrieb nicht. Außerdem zerstören Vibrationen die Windkraftanlage immer vor ihrem Verfallsdatum.

Spulenwickelverfahren

Jeder Spezialist wird Ihnen sagen, dass Sie vor dem Wickeln der Spulen eine sorgfältige Berechnung durchführen müssen. Und jeder Praktiker wird alles intuitiv tun. Unser Generator wird nicht zu schnell sein. Wir möchten, dass die 12-Volt-Batterie mit 100-150 U / min aufgeladen wird. Bei solchen Anfangsdaten sollte die Gesamtzahl der Windungen in allen Spulen 1000-1200 Stück betragen. Es bleibt noch, diese Zahl durch die Anzahl der Spulen zu dividieren und herauszufinden, wie viele Windungen jeweils vorhanden sind.

Um einen Windgenerator bei niedrigen Geschwindigkeiten leistungsstärker zu machen, müssen Sie die Anzahl der Pole erhöhen. In diesem Fall erhöht sich die Frequenz der Stromschwingung in den Spulen. Zum Wickeln der Spulen ist es besser, dicken Draht zu verwenden. Dadurch wird der Widerstand verringert, was bedeutet, dass der Strom ansteigt. Es ist zu beachten, dass bei hoher Spannung der Strom durch den Widerstand der Wicklung "verbraucht" werden kann. Eine einfache selbstgemachte Maschine hilft Ihnen, hochwertige Spulen schnell und genau zu wickeln.

Der Stator ist markiert, die Spulen sind vorhanden. Um sie zu fixieren, wird Epoxidharz verwendet, dessen Entwässerung wiederum durch Plastilinseiten verhindert wird.

Aufgrund der Anzahl und Dicke der auf den Scheiben befindlichen Magneten können Generatoren in ihren Betriebsparametern stark variieren. Um herauszufinden, wie viel Leistung Sie dadurch erwarten können, können Sie eine Spule wickeln und im Generator drehen. Um die zukünftige Leistung zu bestimmen, sollte die Spannung bei bestimmten Leerlaufdrehzahlen gemessen werden.

Bei 200 U/min werden beispielsweise 30 Volt mit einem Widerstand von 3 Ohm erhalten. Wir ziehen die Batteriespannung von 12 Volt von 30 Volt ab und teilen die resultierenden 18 Volt durch 3 Ohm. Das Ergebnis sind 6 Ampere. Dies ist die Lautstärke, die an die Batterie geht. Obwohl es in der Praxis natürlich aufgrund von Verlusten an der Diodenbrücke und in den Drähten weniger herauskommt.

Meistens werden die Spulen rund gemacht, aber es ist besser, sie ein wenig zu dehnen. In diesem Fall wird im Sektor mehr Kupfer gewonnen und die Windungen der Spulen sind gerader. Der Durchmesser des Innenlochs der Spule sollte der Größe des Magneten entsprechen oder etwas größer sein.

Vorläufige Tests der resultierenden Ausrüstung werden durchgeführt, die ihre hervorragende Leistung bestätigen. Im Laufe der Zeit kann dieses Modell verbessert werden.

Beachten Sie bei der Herstellung eines Stators, dass seine Dicke der Dicke der Magnete entsprechen sollte. Wenn die Anzahl der Windungen in den Spulen erhöht und der Stator dicker gemacht wird, vergrößert sich der Plattenplatz und der Magnetfluss nimmt ab. Dadurch kann die gleiche Spannung erzeugt werden, jedoch aufgrund des erhöhten Widerstands der Spulen ein geringerer Strom.

Sperrholz wird als Form für den Stator verwendet, aber Sie können Sektoren für Spulen auf Papier markieren und Bordsteine ​​​​aus Plastilin herstellen. Die Festigkeit des Produkts wird durch Glasfasern auf dem Boden der Form und auf den Spulen erhöht. Das Epoxid darf nicht an der Form kleben. Dazu wird es mit Wachs oder Vaseline geschmiert. Für die gleichen Zwecke können Sie Band oder Band verwenden. Die Spulen sind unbeweglich aneinander befestigt, die Enden der Phasen werden herausgeführt. Dann werden alle sechs Drähte mit einem Dreieck oder Stern verbunden.

Die Generatorbaugruppe wird mit Handdrehung getestet. Die resultierende Spannung beträgt 40 Volt, während der Strom etwa 10 Ampere beträgt.

Letzter Schritt - Mast und Propeller

Die tatsächliche Höhe des fertigen Mastes betrug 6 Meter, aber es wäre besser, 10-12 Meter zu machen. Der Untergrund dafür muss betoniert werden. Die Befestigung muss so erfolgen, dass das Rohr mit einer Handwinde angehoben und abgesenkt werden kann. Oben am Rohr ist eine Schraube angebracht.

PVC-Rohr ist ein zuverlässiges und relativ leichtes Material, mit dem Sie eine Windmühlenschraube mit einer vorgegebenen Biegung herstellen können

Um eine Schraube herzustellen, benötigen Sie ein PVC-Rohr mit einem Durchmesser von 160 mm. Daraus soll eine sechsschneidige Zwei-Meter-Schraube herausgeschnitten werden. Es ist sinnvoll, mit der Klingenform zu experimentieren, um bei niedrigen Drehzahlen mehr Drehmoment zu erzielen. Bei starkem Wind muss der Propeller entfernt werden. Diese Funktion wird mit einem Klappschwanz ausgeführt. Die erzeugte Energie wird in Batterien gespeichert.

Der Mast muss mit einer Handwinde angehoben und abgesenkt werden. Zusätzliche Stabilität der Konstruktion kann durch den Einsatz von Spannseilen erreicht werden

Ihre Aufmerksamkeit gilt zwei Optionen für Windgeneratoren, die am häufigsten von Sommerbewohnern und Eigentümern von Vorstadtimmobilien verwendet werden. Jeder von ihnen ist auf seine Weise wirksam. Besonders das Ergebnis der Verwendung solcher Geräte zeigt sich in Gebieten mit starkem Wind. Auf jeden Fall wird ein solcher Helfer im Haushalt nie schaden.

Inhalt:

Luftmassen verfügen über unerschöpfliche Energiereserven, die die Menschheit seit der Antike nutzt. Im Wesentlichen sorgte die Kraft des Windes für die Bewegung von Schiffen unter Segeln und den Betrieb von Windmühlen. Nach der Erfindung der Dampfmaschinen hat diese Energieart ihre Bedeutung verloren.

Erst unter modernen Bedingungen ist Windenergie als treibende Kraft für elektrische Generatoren wieder gefragt. Sie haben sich im industriellen Maßstab noch nicht durchgesetzt, erfreuen sich aber in der Privatwirtschaft immer größerer Beliebtheit. Manchmal ist es einfach unmöglich, eine Verbindung zum Stromnetz herzustellen. In solchen Situationen entwerfen und fertigen viele Eigentümer einen Windgenerator für ein Privathaus mit eigenen Händen aus Schrott. Zukünftig werden sie als Haupt- oder Hilfsstromquelle genutzt.

Die ideale Windturbinentheorie

Diese Theorie wurde zu verschiedenen Zeiten von Wissenschaftlern und Spezialisten auf dem Gebiet der Mechanik entwickelt. Es wurde zuerst von V.P. Vetchinkin im Jahr 1914 und die Theorie eines idealen Propellers wurde als Grundlage verwendet. In diesen Studien wurde zunächst der Windenergienutzungsgrad einer idealen Windenergieanlage abgeleitet.

Die Arbeiten in diesem Bereich wurden von N.E. Schukowski, der den Maximalwert dieses Koeffizienten von 0,593 ableitete. In den späteren Werken eines anderen Professors - Sabinin G.Kh. der aktualisierte Wert des Koeffizienten betrug 0,687.

Nach den entwickelten Theorien sollte ein ideales Windrad folgende Parameter aufweisen:

• Die Drehachse des Rades muss parallel zur Geschwindigkeit der Windströmung sein.
• Die Anzahl der Klingen ist unendlich groß, bei einer sehr geringen Breite.
• Nullwert des Profilwiderstands der Flügel bei konstanter Zirkulation entlang der Flügel.
• Die gesamte überstrichene Fläche der Windkraftanlage hat eine konstante Verlustluftgeschwindigkeit am Rad.
• Das Streben der Winkelgeschwindigkeit ins Unendliche.

Auswahl einer Windkraftanlage

Bei der Auswahl eines Modells eines Windgenerators für ein Privathaus sollte die erforderliche Leistung berücksichtigt werden, um den Betrieb von Geräten und Geräten unter Berücksichtigung des Zeitplans und der Häufigkeit des Einschaltens sicherzustellen. Er wird durch die monatliche Messung des verbrauchten Stroms ermittelt. Zusätzlich kann der Leistungswert entsprechend den technischen Eigenschaften der Verbraucher bestimmt werden.

Es ist auch zu beachten, dass die Stromversorgung aller Elektrogeräte nicht direkt vom Windgenerator, sondern vom Wechselrichter und einem Satz Batterien erfolgt. Somit ist ein Generator mit einer Leistung von 1 kW in der Lage, die normale Funktion der Batterien eines Vier-Kilowatt-Wechselrichters sicherzustellen. Dadurch werden Haushaltsgeräte mit ähnlicher Kapazität vollständig mit Strom versorgt. Die Wahl der richtigen Batterien ist entscheidend. Besonderes Augenmerk sollte auf Parameter wie den Ladestrom gelegt werden.

Bei der Auswahl eines Windturbinendesigns werden die folgenden Faktoren berücksichtigt:

• Die Drehrichtung des Windrades ist vertikal oder horizontal.
• Die Lüfterflügel können die Form eines Segels mit gerader oder gekrümmter Oberfläche haben. In einigen Fällen werden kombinierte Optionen verwendet.
• Material für Klingen und Technologie zu deren Herstellung.
• Anordnung von Ventilatorflügeln mit unterschiedlicher Neigung relativ zum vorbeiströmenden Luftstrom.
• Die Anzahl der Flügel, die im Lüfter enthalten sind.
• Die benötigte Leistung wird von der Windkraftanlage an den Generator übertragen.

Darüber hinaus ist die durchschnittliche jährliche Windgeschwindigkeit für ein bestimmtes Gebiet zu berücksichtigen, die vom Wetterdienst vorgegeben wird. Es ist nicht erforderlich, die Windrichtung zu klären, da moderne Konstruktionen von Windgeneratoren selbstständig in die andere Richtung drehen.

Für die meisten Gebiete der Russischen Föderation wäre die optimalste Option eine horizontale Ausrichtung der Rotationsachse, die Oberfläche der Schaufeln ist krummlinig konkav, um die der Luftstrom in einem spitzen Winkel strömt. Die dem Wind entnommene Leistung wird durch die Fläche des Blattes beeinflusst. Für ein gewöhnliches Haus reicht eine Fläche von 1,25 m 2 völlig aus.

Die Drehzahl der Windkraftanlage hängt von der Anzahl der Rotorblätter ab. Windkraftanlagen mit einem Blatt drehen sich am schnellsten. Bei solchen Konstruktionen wird ein Gegengewicht zum Auswuchten verwendet. Es ist zu beachten, dass Windkraftanlagen bei einer geringen Windgeschwindigkeit unter 3 m / s keine Energie aufnehmen können. Damit das Gerät schwachen Wind wahrnimmt, muss die Fläche seiner Flügel auf mindestens 2 m 2 erhöht werden.

Berechnung von Windkraftanlagen

Vor der Auswahl eines Windgenerators ist es notwendig, die Windgeschwindigkeit und -richtung zu bestimmen, die für den Ort der vorgeschlagenen Installation am charakteristischsten sind. Es ist zu beachten, dass die Rotation der Blätter ab einer Mindestwindgeschwindigkeit von 2 m / s beginnt. Die maximale Effizienz wird erreicht, wenn dieser Indikator einen Wert von 9 bis 12 m / s erreicht. Das heißt, um ein kleines Landhaus mit Strom zu versorgen, wird ein Generator mit einer Mindestleistung von 1 kW / h und einer Windgeschwindigkeit von mindestens 8 m / s benötigt.

Windgeschwindigkeit und Propellerdurchmesser haben einen direkten Einfluss auf die von einer Windkraftanlage erzeugte Leistung. Es ist möglich, die Leistungsmerkmale eines bestimmten Modells mit den folgenden Formeln genau zu berechnen:

1. Berechnungen gemäß der Rotationsfläche werden wie folgt durchgeführt: P = 0,6 x S x V 3, wobei S die Fläche senkrecht zur Windrichtung (m 2) ist, V die Windgeschwindigkeit (m / s) ist, P ist die Leistung des Generatorsatzes ( kW).
2. Für Berechnungen einer Elektroinstallation nach dem Durchmesser der Schraube wird die Formel verwendet: P = D 2 x V 3/7000, wobei D der Durchmesser der Schraube (m) ist, V die Windgeschwindigkeit (m / s .) ), P ist die Generatorleistung (kW).
3. Komplexere Berechnungen berücksichtigen die Luftstromdichte. Für diese Zwecke gibt es eine Formel: P = ξ x π x R 2 x 0,5 x V 3 x ρ x η ed x η gen, wobei ξ der Koeffizient der Windenergienutzung (unmessbarer Wert) ist, π = 3,14, R - Rotorradius (m), V - Luftströmungsgeschwindigkeit (m / s), ρ - Luftdichte (kg / m 3), η rot - Reduziererwirkungsgrad (%), η Gen - Generatorwirkungsgrad (%).

Somit steigt der vom Windgenerator erzeugte Strom quantitativ im kubischen Verhältnis mit zunehmender Windgeschwindigkeit. Wenn sich beispielsweise die Windgeschwindigkeit verdoppelt, erhöht sich die kinetische Energieerzeugung des Rotors um das Achtfache.

Bei der Auswahl eines Standorts für die Installation eines Windgenerators müssen Bereiche ohne große Gebäude und hohe Bäume bevorzugt werden, die eine Windbarriere bilden. Der Mindestabstand zu Wohngebäuden beträgt 25 bis 30 Meter, da sonst Lärm während des Betriebs zu Unannehmlichkeiten und Unannehmlichkeiten führt. Der Rotor der Windmühle muss sich in einer Höhe befinden, die die nächstgelegenen Gebäude um mindestens 3-5 m überschreitet.

Wenn Sie das Landhaus nicht an ein gemeinsames Netzwerk anschließen möchten, können Sie in diesem Fall die Optionen für kombinierte Systeme nutzen. Der Betrieb einer Windkraftanlage wird in Verbindung mit einem Dieselgenerator oder einer Solarbatterie wesentlich effizienter.

Wie man einen Windgenerator mit eigenen Händen baut

Unabhängig von Art und Ausführung des Windgenerators ist jedes Gerät als Basis mit ähnlichen Elementen ausgestattet. Alle Modelle sind mit Generatoren, Schaufeln aus verschiedenen Materialien, Aufzügen, um das gewünschte Installationsniveau zu gewährleisten, sowie zusätzlichen Batterien und einem elektronischen Kontrollsystem ausgestattet. Dreheinheiten oder axiale Konstruktionen mit Magneten gelten als am einfachsten herzustellen.

Option 1. Rotierendes Design des Windgenerators.

Die Konstruktion eines rotierenden Windgenerators verwendet zwei, vier oder mehr Blätter. Solche Windgeneratoren können große Landhäuser nicht vollständig mit Strom versorgen. Sie werden hauptsächlich als Hilfsstromquelle verwendet.

Abhängig von der Auslegungsleistung der Windmühle werden die erforderlichen Materialien und Komponenten ausgewählt:

• Generator aus einem Auto für 12 Volt und eine Autobatterie.
• Spannungsregler, der Wechselstrom von 12 auf 220 Volt umwandelt.
• Großer Behälter. Ein Aluminiumeimer oder ein Edelstahltopf funktioniert am besten.
• Als Ladegerät kann ein aus dem Fahrzeug ausgebautes Relais verwendet werden.
• Sie benötigen einen 12-V-Schalter, eine Ladelampe mit Controller, Schrauben mit Muttern und Unterlegscheiben sowie Metallklemmen mit gummierten Dichtungen.
• Dreiadriges Kabel mit einem Mindestquerschnitt von 2,5 mm 2 und einem herkömmlichen Voltmeter entfernt von jedem Messgerät.

Zunächst wird der Rotor aus einem vorhandenen Metallbehälter - einem Topf oder Eimer - hergestellt. Es ist in vier gleiche Teile markiert, an den Enden der Linien sind Löcher angebracht, um die Trennung in Einzelteile zu erleichtern. Dann wird der Behälter mit einer Metallschere oder einem Schleifer geschnitten. Aus den entstandenen Rohlingen werden die Rotorblätter geschnitten. Alle Maße müssen sorgfältig auf Einhaltung der Maße überprüft werden, sonst funktioniert die Struktur nicht richtig.

Als nächstes wird die Drehseite der Generatorriemenscheibe bestimmt. In der Regel dreht es im Uhrzeigersinn, aber es ist besser, dies zu überprüfen. Danach wird der Rotorteil mit dem Generator verbunden. Um eine Unwucht bei der Bewegung des Rotors zu vermeiden, müssen die Befestigungslöcher in beiden Strukturen symmetrisch angeordnet sein.

Um die Rotationsgeschwindigkeit zu erhöhen, sollten die Kanten der Klingen leicht gebogen werden. Mit zunehmendem Biegewinkel werden die Luftströme von der Drehanlage besser wahrgenommen. Als Klingen werden nicht nur Elemente des geschnittenen Behälters verwendet, sondern auch Einzelteile, die mit einem metallischen Werkstück in Form eines Kreises verbunden sind.

Nach der Befestigung des Containers am Generator muss die gesamte resultierende Struktur mit Metallklammern vollständig am Mast montiert werden. Dann wird die Verkabelung montiert und montiert. Jeder Pin muss in einen eigenen Anschluss gesteckt werden. Nach dem Anschließen wird die Verkabelung mit Draht am Mast befestigt.

Am Ende der Montage werden Wechselrichter, Batterie und Last angeschlossen. Die Batterie wird mit einem Kabel mit einem Querschnitt von 3 mm 2 angeschlossen, für alle anderen Anschlüsse ist ein Querschnitt von 2 mm 2 ausreichend. Dann kann der Windgenerator betrieben werden.

Option 2. Axiale Auslegung eines Windgenerators mit Magneten.

Axiale Windmühlen für das Haus sind eine Struktur, deren eines der Hauptelemente Neodym-Magnete sind. In ihrer Leistungsfähigkeit sind sie herkömmlichen Dreheinheiten deutlich voraus.

Der Rotor ist das Hauptelement der gesamten Struktur der Windkraftanlage. Für die Herstellung eignet sich am besten eine Pkw-Radnabe komplett mit Bremsscheiben. Das Teil, das in Betrieb war, sollte vorbereitet werden - von Schmutz und Rost gereinigt, die Lager schmieren.

Als nächstes müssen Sie die Magnete richtig verteilen und befestigen. Insgesamt benötigen Sie 20 Stück, 25 x 8 mm groß. Das Magnetfeld in ihnen befindet sich entlang der Länge. Sogar Magnete sind Pole, sie befinden sich entlang der gesamten Ebene der Scheibe und wechseln sich durch einen ab. Dann werden die Vor- und Nachteile ermittelt. Ein Magnet berührt abwechselnd die anderen Magnete auf der Scheibe. Ziehen sie sich an, ist der Pol positiv.

Bei einer erhöhten Polzahl sind bestimmte Regeln zu beachten. Bei einphasigen Generatoren ist die Anzahl der Pole gleich der Anzahl der Magnete. Bei Drehstromgeneratoren wird ein Verhältnis von 4/3 zwischen Magneten und Polen und ein Verhältnis von 2/3 zwischen Polen und Spulen eingehalten. Die Magnete werden senkrecht zum Scheibenumfang montiert. Eine Papierschablone wird verwendet, um sie gleichmäßig zu verteilen. Zuerst werden die Magnete mit starkem Kleber fixiert und dann zum Schluss mit Epoxy fixiert.

Wenn wir einphasige und dreiphasige Generatoren vergleichen, ist die Leistung der ersteren im Vergleich zu den letzteren etwas schlechter. Dies ist auf hohe Amplitudenschwankungen im Netz aufgrund instabiler Stromausgabe zurückzuführen. Daher treten bei einphasigen Geräten Schwingungen auf. Bei dreiphasigen Ausführungen wird dieser Nachteil durch Strombelastungen von einer Phase zur anderen ausgeglichen. Dadurch wird sichergestellt, dass immer ein konstanter Leistungswert im Netz bereitgestellt wird. Aufgrund von Vibrationen ist die Lebensdauer von einphasigen Systemen deutlich geringer als die von dreiphasigen Systemen. Außerdem haben die dreiphasigen Modelle keine Geräusche im Betrieb.

Der Mast hat eine Höhe von ca. 6-12 m, wird in der Mitte der Schalung installiert und mit Beton ausgegossen. Dann wird am Mast eine fertige Struktur montiert, an der die Schraube befestigt wird. Der Mast selbst ist mit Kabeln befestigt.

Rotorblätter von Windkraftanlagen

Der Wirkungsgrad von Windkraftanlagen hängt maßgeblich von der Gestaltung der Rotorblätter ab. Dies sind zunächst deren Anzahl und Größe sowie das Material, aus dem die Rotorblätter für den Windgenerator gefertigt werden.

Faktoren, die das Klingendesign beeinflussen:

• Schon der leichteste Wind kann lange Blätter antreiben. Eine zu große Länge kann jedoch die Rotationsgeschwindigkeit des Windrads verlangsamen.
• Eine Erhöhung der Gesamtzahl der Blätter macht das Windrad reaktionsschneller. Das heißt, je mehr Klingen, desto besser beginnt die Rotation. Leistung und Geschwindigkeit nehmen jedoch ab, was ein solches Gerät für die Stromerzeugung ungeeignet macht.
• Durchmesser und Drehgeschwindigkeit des Windrades beeinflussen den vom Gerät erzeugten Geräuschpegel.

Die Anzahl der Schaufeln sollte mit dem Installationsort der gesamten Struktur kompatibel sein. Unter optimalsten Bedingungen können richtig ausgewählte Rotorblätter die maximale Leistung der Windkraftanlage erbringen.

Zunächst müssen Sie die erforderliche Leistung und Funktionalität des Geräts im Voraus bestimmen. Um einen Windgenerator richtig herzustellen, müssen Sie die möglichen Designs sowie die klimatischen Bedingungen, unter denen er betrieben wird, studieren.

Neben der Gesamtleistung empfiehlt es sich, den Wert der Ausgangsleistung, auch Spitzenlast genannt, zu ermitteln. Es stellt die Gesamtzahl der Instrumente und Geräte dar, die gleichzeitig mit dem Betrieb des Windgenerators eingeschaltet werden. Wenn dieser Indikator erhöht werden muss, wird empfohlen, mehrere Wechselrichter gleichzeitig zu verwenden.

DIY Windgenerator 24v - 2500 Watt

Russland hat in Bezug auf Windenergieressourcen eine doppelte Position. Einerseits weht aufgrund der riesigen Gesamtfläche und der Fülle an ebenen Flächen generell viel Wind, und es ist meist flach. Andererseits sind unsere Winde meist schwach, langsam, siehe Abb. Auf der dritten sind die Winde in dünn besiedelten Gebieten heftig. Auf dieser Grundlage ist die Aufgabe des Startens eines Windgenerators auf dem Park ziemlich relevant. Um jedoch zu entscheiden, ob Sie ein ziemlich teures Gerät kaufen oder es selbst herstellen möchten, müssen Sie sorgfältig überlegen, welchen Typ (und davon gibt es viele) für welchen Zweck zu wählen.

Grundlegendes Konzept

1. KIEV - Nutzungskoeffizient der Windenergie. Wird es zur Berechnung eines mechanistischen Modells eines ebenen Windes verwendet (siehe unten), entspricht es dem Wirkungsgrad des Rotors einer Windkraftanlage (APU).
2. Effizienz - End-to-End-Effizienz der APU, vom Gegenwind bis zu den Anschlüssen des Stromgenerators oder der in den Tank gepumpten Wassermenge.
3. Die minimale Betriebswindgeschwindigkeit (MWS) ist die Geschwindigkeit, bei der die Windenergieanlage beginnt, die Last mit Strom zu versorgen.
4. Die maximal zulässige Windgeschwindigkeit (MDS) ist die Geschwindigkeit, bei der die Energieerzeugung stoppt: Die Automatisierung schaltet entweder den Generator ab oder legt den Rotor in eine Wetterfahne oder faltet ihn und versteckt ihn oder der Rotor selbst stoppt oder die APU bricht einfach zusammen.
5. Startwindgeschwindigkeit (SWS) - Bei dieser Geschwindigkeit kann sich der Rotor ohne Last drehen, hochdrehen und in den Betriebsmodus wechseln, wonach Sie den Generator einschalten können.
6. Negative Startgeschwindigkeit (OSS) - dies bedeutet, dass die APU (oder Windturbine - Windkraftanlage oder VEA, Windkraftanlage) zum Starten bei jeder Windgeschwindigkeit ein obligatorisches Hochfahren aus einer externen Energiequelle erfordert.
7. Anlaufdrehmoment (Anfangsdrehmoment) - die Fähigkeit eines Rotors, der im Luftstrom zwangsweise abgebremst wird, ein Drehmoment an der Welle zu erzeugen.
8. Eine Windturbine (VD) ist ein Teil der APU vom Rotor bis zur Welle eines Generators oder einer Pumpe oder eines anderen Energieverbrauchers.
9. Rotierender Windgenerator - APU, bei dem Windenergie an der Zapfwelle durch Drehen des Rotors im Luftstrom in Drehmoment umgewandelt wird.
10. Der Drehzahlbereich des Rotors ist der Unterschied zwischen MDS und MPC bei Betrieb mit Nennlast.
11. Langsamlaufende Windmühle - darin überschreitet die lineare Geschwindigkeit der Rotorteile im Strom die Windgeschwindigkeit nicht wesentlich oder darunter. Die dynamische Strömungshöhe wird direkt in Schaufelschub umgewandelt.
12. Hochgeschwindigkeits-Windturbine - die Lineargeschwindigkeit der Rotorblätter ist deutlich (bis zu 20-mal oder mehr) höher als die Windgeschwindigkeit, und der Rotor bildet seine eigene Luftzirkulation. Der Kreislauf der Umwandlung der Strömungsenergie in Schub ist komplex.

Anmerkungen:

1. APUs mit niedriger Drehzahl haben in der Regel einen niedrigeren KIEV als schnelle, aber ein Startdrehmoment, das ausreicht, um den Generator hochzufahren, ohne die Last zu trennen, und die Gesamtbetriebskosten null, d. komplett selbststartend und bei leichtesten Winden einsetzbar.
2. Langsamkeit und Geschwindigkeit sind relative Begriffe. Eine Haushaltswindkraftanlage mit 300 U/min kann langsam laufende, und leistungsstarke APUs vom Typ EuroWind sein, aus denen die Felder von Windkraftanlagen, Windparks (siehe Abb.) und deren Rotoren etwa 10 U/min machen, schnell laufen, da bei einem solchen Durchmesser sind die Lineargeschwindigkeit der Blätter und ihre Aerodynamik über den größten Teil ihrer Spannweite ziemlich „flugzeugartig“, siehe unten.

Was für einen Generator benötigen Sie?

Ein elektrischer Generator für eine Haushaltswindkraftanlage muss Strom in einem weiten Drehzahlbereich erzeugen und ohne Automatisierung und externe Stromquellen selbststarten können. Bei Verwendung einer APU mit OSS (Windturbinen mit Spinning), die in der Regel einen hohen KIEV und Wirkungsgrad aufweisen, muss diese auch reversibel, d.h. als Motor arbeiten können. Bei Leistungen bis 5 kW wird diese Bedingung von elektrischen Maschinen mit Permanentmagneten auf Niobbasis (Supermagneten) erfüllt; bei Stahl- oder Ferritmagneten können Sie mit nicht mehr als 0,5-0,7 kW rechnen.

Notiz: Asynchrongeneratoren oder Kollektorgeneratoren mit nicht magnetisiertem Stator sind überhaupt nicht geeignet. Wenn die Windstärke nachlässt, "gehen" sie aus, lange bevor ihre Geschwindigkeit auf den MPC sinkt, und starten dann selbst nicht.

Ein ausgezeichnetes "Herz" einer APU mit einer Leistung von 0,3 bis 1-2 kW wird von einem Wechselstrom-Autogenerator mit eingebautem Gleichrichter erhalten; das sind jetzt die meisten. Zum einen halten sie die Ausgangsspannung von 11,6-14,7 V in einem recht weiten Drehzahlbereich ohne externe elektronische Stabilisatoren. Zweitens öffnen sich die Silizium-Gates, wenn die Spannung an der Wicklung ungefähr 1,4 V erreicht, und davor „sieht“ der Generator die Last nicht. Dazu muss der Generator ziemlich gut aufgedreht werden.

In den meisten Fällen kann der Autogenerator ohne Zahnrad- oder Riemenantrieb direkt mit der schnelllaufenden HD-Welle verbunden werden, indem die Drehzahl durch die Wahl der Anzahl der Schaufeln gewählt wird, siehe unten. "Schnellläufer" haben ein kleines oder null Startdrehmoment, aber der Rotor hat genug Zeit, um sich ausreichend hochzudrehen, ohne die Last zu trennen, bevor sich die Ventile öffnen und der Generator Strom liefert.

Auswahl nach dem Wind

Bevor wir uns entscheiden, welcher Windgenerator hergestellt werden soll, entscheiden wir uns für die lokale Aerologie. In Grau-Grün(windlose) Bereiche der Windkarte werden zumindest von einer segelnden Windkraftanlage sinnvoll sein(und wir werden weiter darüber sprechen). Wenn Sie eine konstante Stromversorgung benötigen, müssen Sie einen Booster (ein Gleichrichter mit Spannungsstabilisator), ein Ladegerät, eine leistungsstarke Batterie, einen Wechselrichter 12/24/36/48 V DC bis 220/380 V 50 Hz AC . hinzufügen . Eine solche Wirtschaftlichkeit wird nicht weniger als 20.000 US-Dollar kosten, und es ist unwahrscheinlich, dass eine langfristige Leistung von mehr als 3-4 kW entfernt werden kann. Im Allgemeinen ist es bei einem unermüdlichen Streben nach alternativer Energie besser, nach einer anderen Quelle zu suchen.

An gelb-grünen, schwach windigen Orten können Sie bei einem Strombedarf von bis zu 2-3 kW einen langsam laufenden vertikalen Windgenerator selbst übernehmen... Unzählig wurden sie entwickelt, und es gibt Konstruktionen, die in KIEV und Effizienz industriell gefertigten „Klingen“ kaum nachstehen.

Wenn eine Windkraftanlage für ein Haus gekauft werden soll, dann ist es besser, sich auf eine Windkraftanlage mit Segelrotor zu konzentrieren. Es gibt viele Streitigkeiten und viele davon, und theoretisch ist noch nicht alles klar, aber sie funktionieren. In der Russischen Föderation werden in Taganrog "Segelboote" mit einer Leistung von 1-100 kW hergestellt.

In roten, windigen Regionen hängt die Wahl von der benötigten Leistung ab. Im Bereich von 0,5-1,5 kW sind selbstgebaute "Vertikalen" gerechtfertigt; 1,5-5 kW - gekaufte "Segelboote". "Vertikal" kann auch gekauft werden, kostet aber mehr als eine horizontale APU. Und schließlich, wenn eine Windkraftanlage mit einer Leistung von 5 kW oder mehr benötigt wird, müssen Sie zwischen horizontal gekauften "Blättern" oder "Segelbooten" wählen.

Notiz: Viele Hersteller, insbesondere die zweite Stufe, bieten Teilesätze an, aus denen Sie eine Windkraftanlage mit einer Leistung von bis zu 10 kW selbst zusammenbauen können. Ein solches Set kostet 20-50% günstiger als ein fertiges Set mit Installation. Vor dem Kauf müssen Sie jedoch die Aerologie des vorgeschlagenen Installationsorts sorgfältig untersuchen und dann gemäß den Spezifikationen den entsprechenden Typ und das entsprechende Modell auswählen.

Über Sicherheit

Teile einer in Betrieb befindlichen Haushaltswindkraftanlage können eine lineare Geschwindigkeit von mehr als 120 oder sogar 150 m / s haben, und ein Stück eines festen Materials mit einem Gewicht von 20 g, das mit einer Geschwindigkeit von 100 m / s mit einem "erfolgreichen" Treffer fliegt, tötet einen gesunden Mann auf der Stelle. Eine 2 mm dicke Stahl- oder Hartplastikplatte, die sich mit einer Geschwindigkeit von 20 m / s bewegt, schneidet sie in zwei Hälften.

Außerdem sind die meisten Windkraftanlagen über 100 W ziemlich laut. Viele erzeugen ultraniedrige (weniger als 16 Hz) Luftdruckschwankungen - Infraschall. Infraschall ist unhörbar, aber gesundheitsschädlich und verbreitet sich sehr weit.

Notiz: Ende der 1980er-Jahre kam es in den USA zu einem Skandal – der damals größte Windpark des Landes musste geschlossen werden. Die Indianer aus dem 200 km vom Feld ihrer Streitkräfte entfernten Reservat haben vor Gericht bewiesen, dass die Gesundheitsstörungen, die bei ihnen nach der Inbetriebnahme des WPP stark zugenommen haben, auf dessen Infraschall zurückzuführen sind.

Aus den oben genannten Gründen ist die Installation der APU in einem Abstand von mindestens 5 ihrer Höhe von den nächsten Wohngebäuden zulässig. In den Innenhöfen privater Haushalte können Sie entsprechend zertifizierte industriell gefertigte Windkraftanlagen installieren. Die Installation einer APU auf Dächern ist in der Regel nicht möglich - während des Betriebs treten auch bei geringer Leistung mechanische Wechselbelastungen auf, die zu Resonanzen der Bausubstanz und deren Zerstörung führen können.

Notiz: APU-Höhe ist der höchste Punkt der Sweep-Disk (bei Blattrotoren) oder geometrische Figur (bei vertikaler APU mit einem Rotor auf der Welle). Wenn der APU-Mast oder die Rotorachse noch höher nach oben ragen, berechnet sich die Höhe von ihrer Spitze - der Spitze.

Wind, Aerodynamik, KIEV

Ein selbstgebauter Windgenerator gehorcht denselben Naturgesetzen wie ein fabrikmäßiger, am Computer berechneter. Und der Hausbauer muss die Grundlagen seiner Arbeit sehr gut verstehen - meistens stehen ihm keine teuren hochmodernen Materialien und technologischen Geräte zur Verfügung. Die Aerodynamik der APU ist, oh, wie schwer sie ist...

Wind und KIEW

Zur Berechnung der serienmäßigen Werks-APU wird die sog. flaches mechanistisches Windmodell. Sie basiert auf folgenden Annahmen:

• Windgeschwindigkeit und -richtung sind innerhalb der effektiven Rotorfläche konstant.
• Luft ist ein kontinuierliches Medium.
• Die wirksame Oberfläche des Rotors ist gleich der überstrichenen Fläche.
• Die Energie des Luftstroms ist rein kinetisch.

Unter diesen Bedingungen wird die maximale Energie pro Luftvolumeneinheit nach der Schulformel berechnet, wobei die Luftdichte unter normalen Bedingungen 1,29 kg * Kubikmeter beträgt. m Bei einer Windgeschwindigkeit von 10 m / s trägt ein Luftwürfel 65 J und 650 Watt können von einem Quadrat der effektiven Rotoroberfläche entfernt werden, bei 100% Wirkungsgrad der gesamten APU. Dies ist ein sehr vereinfachter Ansatz – jeder weiß, dass der Wind nie ganz flach ist. Dies muss jedoch getan werden, um die Wiederholbarkeit von Produkten zu gewährleisten – eine gängige Praxis in der Technik.

Das flache Modell ist nicht zu vernachlässigen, es liefert ein klares Minimum an verfügbarer Windleistung. Aber die Luft ist erstens komprimiert und zweitens sehr flüssig (dynamische Viskosität beträgt nur 17,2 μPa * s). Dies bedeutet, dass die Strömung um den überstrichenen Bereich fließen kann, wodurch die effektive Oberfläche und die am häufigsten beobachtete KIEV-Kiefer reduziert werden. Prinzipiell ist aber auch die umgekehrte Situation möglich: Der Wind strömt zum Rotor und die wirksame Fläche ist dann größer als die überstrichene Fläche, und der KIEV ist bei flachem Wind größer als 1 relativ dazu.

Hier sind zwei Beispiele. Die erste ist eine Vergnügungsyacht, ziemlich schwer, die Yacht kann nicht nur gegen den Wind, sondern auch schneller fahren. Wind ist draußen gemeint; der scheinbare Wind muss immer noch schneller sein, wie wird er sonst das Schiff ziehen?

Der zweite ist ein Klassiker der Luftfahrtgeschichte. Bei den Tests der MIG-19 stellte sich heraus, dass der Abfangjäger, der eine Tonne schwerer war als der Frontkämpfer, schneller beschleunigte. Mit den gleichen Motoren im gleichen Segelflugzeug.

Theoretiker wussten nicht, was sie denken sollten und zweifelten ernsthaft am Energieerhaltungssatz. Am Ende stellte sich heraus, dass es sich um den aus dem Lufteinlass ragenden Konus der Radarverkleidung handelte. Von der Spitze bis zur Schale wurde die Luft verdichtet, als würde sie von den Seiten zu den Triebwerkskompressoren geharkt. Seitdem haben sich Stoßwellen als nützlich in der Theorie fest etabliert, und die fantastische Flugleistung moderner Flugzeuge ist nicht zuletzt ihrem gekonnten Einsatz zu verdanken.

Aerodynamik

Die Entwicklung der Aerodynamik wird normalerweise in zwei Epochen unterteilt - vor N. G. Zhukovsky und danach. Sein Bericht "Über die angebrachten Wirbel" vom 15. November 1905 markierte den Beginn einer neuen Ära in der Luftfahrt.

Vor Zhukovsky flogen sie mit flachen Segeln: Es wurde angenommen, dass die Partikel des einströmenden Stroms ihren gesamten Schwung auf die Vorderkante des Flügels geben. Dies ermöglichte es, die Vektorgröße - den Drehimpuls -, der zu einer wütenden und meistens nichtanalytischen Mathematik führte, sofort loszuwerden, zu viel bequemeren skalaren reinen Energiebeziehungen überzugehen und als Ergebnis das berechnete Druckfeld auf dem Lagerebene, die der Gegenwart mehr oder weniger ähnlich ist.

Ein solcher mechanistischer Ansatz ermöglichte es, Fahrzeuge zu entwickeln, die zumindest abheben und von einem Ort zum anderen fliegen können, ohne dass sie irgendwo auf dem Weg zu Boden stürzen. Aber der Wunsch, Geschwindigkeit, Tragfähigkeit und andere Flugeigenschaften zu erhöhen, offenbarte immer mehr die Unvollkommenheit der ursprünglichen aerodynamischen Theorie.

Schukowskis Idee war: Entlang der Ober- und Unterseite des Flügels nimmt die Luft einen anderen Weg. Aus der Bedingung der Kontinuität des Mediums (Vakuumblasen werden nicht von selbst in der Luft gebildet) folgt, dass die Geschwindigkeiten der oberen und unteren Strömung, die von der Hinterkante absteigen, unterschiedlich sein sollten. Aufgrund der kleinen, aber endlichen Viskosität der Luft sollte sich dort aufgrund des Geschwindigkeitsunterschieds ein Wirbel bilden.

Der Wirbel rotiert, und der Impulserhaltungssatz, der ebenso unveränderlich ist wie der Energieerhaltungssatz, gilt auch für Vektorgrößen, d.h. muss die Bewegungsrichtung berücksichtigen. Daher sollte sich genau dort, an der Hinterkante, ein gegenläufig rotierender Wirbel mit gleichem Drehmoment ausbilden. Mit welchen Mitteln? Aufgrund der vom Motor erzeugten Energie.

Für die Luftfahrtpraxis bedeutete dies eine Revolution: Durch die Wahl des passenden Flügelprofils war es möglich, den Wirbel um den Flügel in Form einer Zirkulation zu lassen und so seinen Auftrieb zu erhöhen. Das heißt, nach einem Teil und bei hohen Geschwindigkeiten und Flügelbelastungen - einem großen Teil der Motorleistung - ist es möglich, einen Luftstrom um das Gerät herum zu erzeugen, mit dem die besten Flugeigenschaften erzielt werden können.

Damit wurde die Luftfahrt zur Luftfahrt und nicht mehr zur Luftfahrt: Das Flugzeug konnte sich nun die für den Flug notwendige Umgebung selbst schaffen und war kein Spielzeug mehr von Luftströmungen. Alles, was Sie brauchen, ist ein stärkerer Motor und immer stärkere ...

Kiew wieder

Aber die Windmühle hat keinen Motor. Im Gegenteil, sie muss Energie aus dem Wind nehmen und an die Verbraucher abgeben. Und hier kommt es heraus - er hat die Beine ausgezogen, der Schwanz steckte fest. Auf dem Eigenkreislauf des Rotors wurde zu wenig Windenergie zugelassen - er wird schwach sein, der Schub der Blätter wird klein und die KIEV und die Leistung werden niedrig sein. Geben wir viel für die Zirkulation - bei schwachem Wind dreht sich der Rotor im Leerlauf wie verrückt, aber die Verbraucher bekommen wieder wenig: Sie gaben ein wenig Last, der Rotor bremste, der Wind blies die Zirkulation ab und der Rotor wurde.

Der Energieerhaltungssatz gibt einen "goldenen Mittelwert" genau in der Mitte: Wir geben 50% der Energie an die Last und für die restlichen 50% drehen wir die Strömung bis zum Optimum. Die Praxis bestätigt die Annahmen: Beträgt der Wirkungsgrad eines guten Zugpropellers 75-80%, so erreicht der KIEV, ebenso sorgfältig berechnet und im Windkanal geblasen, der Blattrotor 38-40%, d.h. bis zur Hälfte dessen, was mit einem Überschuss an Energie erreicht werden kann.

Modernität

Heutzutage bewegt sich die Aerodynamik, bewaffnet mit moderner Mathematik und Computern, immer mehr weg von zwangsläufig etwas und vereinfachenden Modellen hin zu einer genauen Beschreibung des Verhaltens eines realen Körpers in einer realen Strömung. Und hier zusätzlich zur allgemeinen Linie - Leistung, Leistung und noch mehr Leistung! - Seitenpfade werden gefunden, aber vielversprechend nur mit einer begrenzten Energiemenge, die in das System eindringt.

Der berühmte alternative Flieger Paul McCready hat bereits in den 80er Jahren ein Flugzeug mit zwei Motoren aus einer Kettensäge mit einer Leistung von 16 PS entwickelt. 360 km/h anzeigen. Außerdem war sein Fahrgestell nicht einziehbar, und die Räder waren ohne Verkleidungen. Keines von McCreadys Fahrzeugen ging online und ging in Alarmbereitschaft, aber zwei – eines mit Kolbenmotoren und Propellern und das andere Jet – flogen zum ersten Mal in der Geschichte um den Globus, ohne an einer Tankstelle zu landen.

Die Entwicklung der Theorie beeinflusste auch die Segel, aus denen der ursprüngliche Flügel hervorging, sehr stark. "Live" Aerodynamik ermöglichte den Yachten bei 8 Knoten Wind. auf Tragflächenbooten stehen (siehe Abb.); Um einen solchen Whopper mit einem Propeller auf die erforderliche Geschwindigkeit zu beschleunigen, ist ein Motor von mindestens 100 PS erforderlich. Rennkatamarane segeln bei gleichem Wind mit etwa 30 Knoten. (55km/h).

Es gibt auch völlig nicht-triviale Funde. Fans der seltensten und extremsten Sportart - Basejumping - tragen einen besonderen Wingsuit, Wingsuit, fliegen ohne Motor, manövrieren mit einer Geschwindigkeit von mehr als 200 km / h (Bild rechts) und landen dann sanft in einem vorgewählter Ort. In welchem ​​Märchen fliegen die Menschen alleine?

Auch viele Naturrätsel sind gelöst; insbesondere - der Flug eines Käfers. Nach klassischer Aerodynamik ist es nicht flugfähig. Genauso wie der Vorfahre des "Stealth" F-117 mit seinem rautenförmigen Flügel auch nicht in der Lage ist abzuheben. Und die MiG-29 und Su-27, die seit einiger Zeit mit dem Heck nach vorne fliegen können, passen überhaupt nicht in irgendwelche Vorstellungen.

Und warum muss man dann beim Umgang mit Windrädern, die kein Spaß und kein Werkzeug zur Vernichtung ihresgleichen, sondern eine Quelle einer lebenswichtigen Ressource sind, unbedingt von der Theorie der schwachen Strömungen mit ihrem flachen Windmodell tanzen? Gibt es keinen Weg weiter zu gehen?

Was kann man von einem Klassiker erwarten?

Auf Klassiker sollte man jedoch auf keinen Fall verzichten. Es bietet ein Fundament, auf das man sich nicht stützen kann, höher zu steigen. Ebenso, da die Mengenlehre das Einmaleins nicht aufhebt und die Quantenchromodynamik keine Äpfel von den Bäumen fliegen lässt.

Was können Sie also vom klassischen Ansatz erwarten? Schauen wir uns das Bild an. Links - Rotortypen; sie werden bedingt angezeigt. 1 - vertikales Karussell, 2 - vertikal orthogonal (Windkraftanlage); 2-5 - beschaufelte Rotoren mit unterschiedlicher Anzahl von Schaufeln mit optimierten Profilen.

Rechts entlang der horizontalen Achse ist die relative Rotorgeschwindigkeit aufgetragen, d. h. das Verhältnis der Lineargeschwindigkeit des Blattes zur Windgeschwindigkeit. Vertikal nach oben - KIEW. Und runter - wieder das relative Drehmoment. Als einzelnes (100 %) Drehmoment gilt dasjenige, das einen mit 100 % KIEV zwangsgebremsten Rotor in der Strömung erzeugt, d.h. wenn die gesamte Energie der Strömung in eine rotierende Kraft umgewandelt wird.

Dieser Ansatz lässt weitreichende Schlussfolgerungen zu. Zum Beispiel muss die Anzahl der Messer nicht nur und nicht so sehr nach der gewünschten Drehzahl gewählt werden: 3- und 4-Messer verlieren sofort viel an KIEV und Drehmoment im Vergleich zu 2- und 6-Messern, die gut funktionieren im ungefähr gleichen Geschwindigkeitsbereich. Und äußerlich ähnliche Karussell und Orthogonal haben grundlegend unterschiedliche Eigenschaften.

Im Allgemeinen sollten Flügelrotoren der Vorzug gegeben werden, außer in Fällen, in denen äußerste Billigkeit, Einfachheit, wartungsfreier Selbststart ohne Automatisierung erforderlich ist und ein Anheben zum Mast unmöglich ist.

Notiz: Lassen Sie uns speziell über Segelrotoren sprechen - sie scheinen nicht in die Klassiker zu passen.

Vertikal

APUs mit vertikaler Drehachse haben im Alltag einen unbestrittenen Vorteil: Ihre zu wartenden Aggregate sind unten konzentriert und müssen nicht angehoben werden. Es bleibt, und selbst dann nicht immer, ein selbstausrichtendes Axiallager, aber es ist stark und langlebig. Daher sollte bei der Auslegung einer einfachen Windkraftanlage die Auswahl der Optionen mit vertikalen Einheiten begonnen werden. Ihre Haupttypen sind in Abb.

Sonne

In der ersten Position - die einfachste, am häufigsten als Savonius-Rotor bezeichnet. Tatsächlich wurde es 1924 in der UdSSR von Ya. A. und A. A. Voronin erfunden, und der finnische Industrielle Sigurd Savonius eignete sich die Erfindung schamlos an, ignorierte das sowjetische Urheberrechtszertifikat und begann mit der Serienproduktion. Aber die Einführung in das Schicksal der Erfindung bedeutet viel, daher werden wir diese Windkraftanlage Voronin-Savonius-Rotor oder kurz VS . nennen, um die Vergangenheit nicht aufzuwühlen und die Asche der Toten nicht zu stören .

Das Flugzeug ist für alle gut, außer der "Lokomotive" KIEV in 10-18%. In der UdSSR wurde jedoch viel daran gearbeitet, und es gibt einige Entwicklungen. Im Folgenden betrachten wir ein verbessertes Design, das nicht viel komplexer ist, aber laut KIEV einen Vorsprung gegenüber Blättern bietet.

Hinweis: Das zweiblättrige Flugzeug dreht sich nicht, sondern ruckelt; Das 4-Blatt ist nur geringfügig geschmeidiger, verliert aber in KIEV viel. Zur Verbesserung werden 4-Tröge meistens über zwei Etagen getragen - ein Paar Klingen unten und ein weiteres Paar, das horizontal um 90 Grad gedreht ist. Der KIEV bleibt, und die seitlichen Belastungen der Mechanik werden geschwächt, die Biegebelastungen nehmen jedoch leicht zu und bei einem Wind von mehr als 25 m / s wird eine solche APU auf der Welle, d. ohne das Lager über dem von den Wanten gespannten Rotor "reißt den Turm ab".

Darja

Der nächste ist der Darrieus-Rotor; KIEW - bis zu 20%. Es ist noch einfacher: Die Klingen bestehen aus einem einfachen Gummiband ohne jegliches Profil. Die Rotortheorie von Darrieus ist noch nicht ausreichend entwickelt. Es ist nur klar, dass es aufgrund des Unterschieds im aerodynamischen Widerstand von Höcker und Tasche des Bandes beginnt, sich abzuwickeln, und dann wird es irgendwie schnell und bildet einen eigenen Kreislauf.

Das Drehmoment ist klein, und in den Startpositionen des Rotors gibt es überhaupt keine Parallele oder Senkrechte zum Wind, so dass ein Selbstspinnen nur mit einer ungeraden Anzahl von Blättern (Flügel?) möglich ist der Generator muss während des Hochfahrens abgeklemmt werden.

Der Darrieus-Rotor hat noch zwei weitere schlechte Eigenschaften. Erstens beschreibt der Schubvektor des Blattes während der Rotation eine vollständige Umdrehung relativ zu seinem aerodynamischen Fokus, und zwar nicht glatt, sondern ruckartig. Daher bricht der Darrieus Rotor auch bei gleichmäßigem Wind schnell seine Mechanik.

Zweitens macht Daria nicht nur Lärm, sondern schreit und quietscht, bis das Band reißt. Das liegt an seiner Schwingung. Und je mehr Klingen, desto stärker das Brüllen. Wenn Daria also hergestellt wird, ist es zweiflügelig, hergestellt aus teuren hochfesten schallabsorbierenden Materialien (Kohlefaser, Mylar), und ein kleines Flugzeug ist für die Drehung in der Mitte des Mastmasts geeignet.

Senkrecht

Auf Pos. 3 - orthogonaler vertikaler Rotor mit profilierten Blättern. Orthogonal, weil die Flügel vertikal abstehen. Der Übergang vom VS zum Orthogonalen ist in Abb. links.

Der Anstellwinkel der Flügel relativ zur Tangente an den Kreis, der die aerodynamischen Brennpunkte der Flügel berührt, kann je nach Windstärke entweder positiv (in der Abbildung) oder negativ sein. Manchmal werden die Blätter schwenkbar gemacht und Wetterwagen darauf platziert, die automatisch das "Alpha" halten, aber solche Strukturen brechen oft.

Der zentrale Körper (blau in der Abbildung) ermöglicht es Ihnen, den KIEV auf fast 50 % zu bringen. Bei einem Dreiblatt-Orthogonal sollte es im Schnitt die Form eines Dreiecks mit leicht konvexen Seiten und abgerundeten Ecken und mit einer größeren Zahl haben von Klingen reicht ein einfacher Zylinder aus. Aber die Theorie für das Orthogonal gibt eindeutig die optimale Anzahl von Klingen an: Es sollten genau 3 davon sein.

Orthogonal bezeichnet schnelllaufende Windkraftanlagen mit OSS, d.h. erfordert unbedingt eine Förderung während der Inbetriebnahme und nach Ruhe. Nach dem orthogonalen Schema werden seriell unbeaufsichtigte APUs mit einer Leistung von bis zu 20 kW hergestellt.

Helikoid

Helikoid-Rotor oder Gorlov-Rotor (Pos. 4) - eine Art Orthogonal, der eine gleichmäßige Drehung ermöglicht; das orthogonale mit geraden Flügeln „reißt“ nur geringfügig schwächer als das zweiblättrige BC. Durch die Biegung der Schaufeln entlang der Wendel können Verluste von KIEV aufgrund ihrer Krümmung vermieden werden. Die gekrümmte Schaufel weist zwar einen Teil der Strömung ab, ohne sie zu nutzen, aber sie rechen auch einen Teil davon in die Zone der höchsten Lineargeschwindigkeit und kompensiert so die Verluste. Helicoide werden seltener eingesetzt als andere Windkraftanlagen, weil Aufgrund der Komplexität der Herstellung erweisen sie sich als teurer als ihre gleichwertigen Pendants.

Fass-zagrebka

5 pos. - ein Rotor vom Typ BC, umgeben von Leitschaufeln; sein Diagramm ist in Abb. auf rechts. Im Industriedesign findet man es selten, weil Der teure Landerwerb kompensiert die Kapazitätssteigerung nicht, der Materialverbrauch und die Komplexität der Produktion sind groß. Aber ein Hausbauer, der Angst vor der Arbeit hat, ist kein Meister mehr, sondern ein Verbraucher, und wenn nicht mehr als 0,5-1,5 kW benötigt werden, dann ein Leckerbissen für ihn:

• Ein solcher Rotor ist absolut sicher, leise, erzeugt keine Vibrationen und kann überall installiert werden, sogar auf einem Spielplatz.
• Verzinkte Tröge zu biegen und einen Rahmen aus Rohren zu schweißen ist eine Unsinnsarbeit.
• Die Rotation ist absolut gleichmäßig, die mechanischen Teile können am billigsten oder aus dem Müll entnommen werden.
• Keine Angst vor Hurrikanen - zu starker Wind kann nicht in das "Fass" drücken; ein stromlinienförmiger Wirbelkokon erscheint um ihn herum (wir werden diesen Effekt später kennenlernen).
• Und vor allem, da die Oberfläche des "Greifers" um ein Vielfaches größer ist als die des Rotors im Inneren, kann die KIEV-Übereinheit und das Drehmoment bereits bei 3 m / s am "Fass" von drei Metern Durchmesser liegen ist so, dass ein 1 kW-Generator mit einer maximalen Last ist, heißt es, dass es besser ist, nicht zu zucken.

Video: Windkraftanlage Lenz

In den 60er Jahren patentierte E.S.Biryukov in der UdSSR eine Karussell-APU mit 46% KIEV. Wenig später erreichte V. Blinov 58% des Entwurfs nach dem gleichen Kiewer Prinzip, aber es gibt keine Daten zu seinen Tests. Und umfassende Tests der Streitkräfte von Biryukov wurden von den Mitarbeitern des Magazins Inventor and Rationalizer durchgeführt. Ein Doppeldecker-Rotor mit einem Durchmesser von 0,75 m und einer Höhe von 2 m drehte bei frischem Wind einen Asynchrongenerator von 1,2 kW mit voller Leistung und hielt 30 m/s ohne zu brechen aus. Biryukovs APU-Zeichnungen sind in Abb.

1. verzinkter Dachrotor;
2. selbstausrichtendes zweireihiges Kugellager;
3. Kabel - 5 mm Stahlkabel;
4. Wellenachse - Stahlrohr mit einer Wandstärke von 1,5-2,5 mm;
5. aerodynamische Geschwindigkeitsregler;
6. Geschwindigkeitsbegrenzerblätter - 3-4 mm Sperrholz oder Kunststoffplatte;
7. Stangen des Geschwindigkeitsreglers;
8. die Belastung des Geschwindigkeitsreglers, sein Gewicht bestimmt die Geschwindigkeit;
9. Antriebsriemenscheibe - ein Fahrradrad ohne Reifen mit Schlauch;
10. Axiallager - Axiallager;
11. angetriebene Riemenscheibe - Standard-Generatorriemenscheibe;
12. Generator.

Biryukov erhielt mehrere Copyright-Zertifikate für seine APU. Beachten Sie zuerst den Schnitt des Rotors. Beim Beschleunigen funktioniert es wie ein Flugzeug und erzeugt einen großen Startmoment. Mit fortschreitender Drehung entsteht in den Außentaschen der Blätter ein Wirbelkissen. Aus Sicht des Windes werden die Blätter profiliert und der Rotor wird zu einem Hochgeschwindigkeits-Orthogonal, wobei sich das virtuelle Profil entsprechend der Windstärke ändert.

Zum anderen wirkt der Profilkanal zwischen den Schaufeln im Betriebsdrehzahlbereich als Zentralkörper. Steigt der Wind, so entsteht auch darin ein Wirbelpolster, das über den Rotor hinausreicht. Es erscheint der gleiche Wirbelkokon wie um die APU mit den Leitschaufeln. Die Energie für ihre Entstehung wird dem Wind entnommen und reicht nicht mehr für den Zusammenbruch der Windmühle.

Drittens ist der Drehzahlregler primär für die Turbine ausgelegt. Er hält ihren Umsatz aus Sicht von KIEV optimal. Und die optimale Drehzahl des Generators wird durch die Wahl der Übersetzung der Mechanik erreicht.

Hinweis: Nach Veröffentlichungen in der IR für 1965 geriet die Armee der Ukraine Biryukova in Vergessenheit. Der Autor erhielt keine Antwort von den Behörden. Das Schicksal vieler sowjetischer Erfindungen. Sie sagen, dass einige Japaner Milliardär wurden, regelmäßig sowjetische populäre technische Zeitschriften lesen und alles patentieren lassen, was Aufmerksamkeit verdient.

Klingen

Wie oben erwähnt, ist eine horizontale Flügelrad-Windturbine der beste Klassiker. Aber zunächst braucht er einen stabilen, mindestens mittelstarken Wind. Zum anderen ist die Konstruktion für den Heimwerker mit vielen Tücken behaftet, weshalb oft die Frucht langer harter Arbeit bestenfalls die Toilette, den Flur oder die Veranda erhellt oder sich sogar nur als selbst aufdrehen lässt.

Nach den Diagrammen in Abb. Lasst uns genauer hinschauen; Positionen:

• FEIGE. EIN:

1. Rotorblätter;
2. Generator;
3. Generatorbett;
4. Wetterschutzfahne (Hurrikan-Schaufel);
5. Stromabnehmer;
6. Chassis;
7. Drehknoten;
8. funktionierende Wetterfahne;
9. Mast;
10. Klemme für Kabel.

• FEIGE. B, Ansicht von oben:

1. Wetterschutzfahne;
2. funktionierende Wetterfahne;
3. Federspannungsregler der Schutzfahne.

• FEIGE. G, Schleifring:

1. ein Kollektor mit durchgehenden Kupferring-Sammelschienen;
2. Federbelastete Kupfer-Graphit-Bürsten.

Notiz: Hurrikanschutz für eine horizontale Leitschaufel mit einem Durchmesser von mehr als 1 m ist unbedingt erforderlich, da er ist nicht in der Lage, einen Wirbelkokon um sich herum zu erschaffen. Bei kleineren Abmessungen können mit Propylenschaufeln Rotorstandzeiten von bis zu 30 m/s erreicht werden.

Wo sind also die Stolpersteine?

Klingen

Eine Leistung auf der Generatorwelle von mehr als 150-200 W auf Klingen jeder Größe zu erreichen, die aus einem dickwandigen Kunststoffrohr geschnitten werden, wie oft empfohlen, sind die Hoffnungen eines hoffnungslosen Amateurs. Ein Rohrblatt (es sei denn, es ist so dick, dass es einfach als Rohling verwendet wird) hat ein segmentiertes Profil, d.h. seine Spitze oder beide werden kreisförmige Bögen sein.

Die segmentierten Profile eignen sich für ein inkompressibles Medium wie Tragflügel oder Propellerblätter. Für Gase wird beispielsweise eine Schaufel mit variablem Profil und Steigung benötigt, siehe Abb.; Spannweite - 2 m Es wird ein komplexes und zeitaufwendiges Produkt sein, das sorgfältige Berechnungen erfordert, die mit Theorie, Einblasen eines Rohrs und Tests in Originalgröße ausgestattet sind.

Generator

Wenn der Rotor direkt auf seiner Welle montiert wird, bricht das Standardlager schnell – die gleiche Belastung aller Rotorblätter in Windkraftanlagen tritt nicht auf. Sie benötigen eine Zwischenwelle mit einem speziellen Stützlager und einer mechanischen Übertragung von dieser zum Generator. Bei großen Windkraftanlagen wird ein selbsteinstellendes zweireihiges Lager verwendet; in den besten Modellen - dreistufig, Abb. D in Abb. Oben. Dadurch kann sich die Rotorwelle nicht nur leicht biegen, sondern auch leicht von einer Seite zur anderen oder auf und ab bewegen.

Notiz: Die Entwicklung eines Axiallagers für die EuroWind APU dauerte etwa 30 Jahre.

Notwetterfahne

Das Funktionsprinzip ist in Fig. 2 dargestellt. C. Der Wind, der zunimmt, drückt auf die Schaufel, die Feder dehnt sich aus, der Rotor dreht sich, seine Umdrehungen sinken und am Ende wird er parallel zur Strömung. Alles scheint in Ordnung zu sein, aber auf dem Papier war es glatt ...

Versuchen Sie an einem windigen Tag, einen Kochdeckel oder einen großen Topf am Griff parallel zum Wind zu halten. Nur vorsichtig - ein zappeliges Eisenstück kann so auf das Gesicht treffen, dass es die Nase reibt, die Lippe schneidet oder sogar das Auge ausschlägt.

Flachwind tritt nur in theoretischen Berechnungen und mit ausreichender Genauigkeit für die Praxis in Windkanälen auf. In Wirklichkeit schafft ein Hurrikan-Windmühlen mit einer Hurrikan-Schaufel mehr als völlig wehrlose. Es ist besser, die verzogenen Klingen doch zu wechseln, als alles noch einmal zu machen. Bei Industrieanlagen sieht das anders aus. Dort wird der Anstellwinkel der Blätter einzeln überwacht und automatisiert unter Steuerung eines Bordcomputers eingestellt. Und sie bestehen aus hochbelastbaren Verbundwerkstoffen, nicht aus Wasserrohren.

Stromabnehmer

Dies ist eine regelmäßig gewartete Website. Jeder Energietechniker weiß, dass ein Kollektor mit Bürsten gereinigt, geschmiert und reguliert werden muss. Und der Mast besteht aus einer Wasserpfeife. Sie werden nicht hineinkommen, ein oder zwei Monate müssen Sie die ganze Windmühle auf den Boden werfen und dann wieder anheben. Wie lange wird es von einer solchen "Prävention" dauern?

Video: Flügelwindgenerator + Solarpanel zur Stromversorgung des Ferienhauses

Mini und Mikro

Aber mit einer Verringerung der Größe der Schaufel fallen die Schwierigkeiten entlang des Quadrats des Durchmessers des Rades. Es ist bereits möglich, eine Horizontal-Blade-APU für eine Leistung von bis zu 100 W allein herzustellen. Ein 6-Blatt wäre optimal. Bei mehr Blättern wird der Rotordurchmesser bei gleicher Leistung kleiner, aber es wird schwierig, sie fest auf der Nabe zu befestigen. Rotoren mit weniger als 6 Blättern können vernachlässigt werden: ein 100 W 2-Blatt benötigt einen 6,34 m Rotor und ein 4-Blatt gleicher Leistung benötigt 4,5 m Für einen 6-Blatt wird die Leistungs-Durchmesser-Abhängigkeit wie folgt ausgedrückt :

• 10 W - 1,16 m.
• 20 W - 1,64 m.
• 30 W - 2 m.
• 40 W - 2,32 m.
• 50 W - 2,6 m.
• 60 W - 2,84 m.
• 70 W - 3,08 m.
• 80 W - 3,28 m.
• 90 W - 3,48 m.
• 100 W - 3,68 m
• 300 W - 6,34 m.

Am besten ist es, mit einer Leistung von 10-20 Watt zu rechnen. Erstens hält ein Kunststoffblatt mit einer Spannweite von mehr als 0,8 m ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen Winden von mehr als 20 m / s nicht stand. Zweitens wird bei einer Blattspannweite von bis zu 0,8 m die lineare Geschwindigkeit ihrer Enden die Windgeschwindigkeit nicht mehr als dreimal überschreiten, und die Anforderungen an die Profilierung mit Drall werden um Größenordnungen reduziert; hier ein "Trog" mit segmentiertem Profil aus einem Rohr, Pos. B in Abb. Und 10-20 W versorgen das Tablet mit Strom, laden das Smartphone auf oder bringen das Housekeeping-Licht zum Leuchten.

Wählen Sie als Nächstes den Generator aus. Ein chinesischer Motor ist perfekt - eine Radnabe für Elektrofahrräder, Pos. 1 in Abb. Seine Leistung als Motor beträgt 200-300 W, im Generatormodus jedoch etwa 100 W. Aber wird es uns vom Umsatz her passen?

Der Geschwindigkeitsindex z für 6 Blätter ist 3. Die Formel zur Berechnung der Drehzahl unter Last lautet N = v / l * z * 60, wobei N die Drehzahl, 1 / min, v die Windgeschwindigkeit und l ist der Rotorumfang. Bei einer Blattspannweite von 0,8 m und einem Wind von 5 m / s erhalten wir 72 U/min; bei 20 m / s - 288 U / min. Das Fahrradrad dreht sich mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit, daher werden wir unsere 10-20 Watt von einem Generator entfernen, der 100 liefern kann. Sie können den Rotor direkt auf seine Welle montieren.

Aber dann taucht folgendes Problem auf: Wir haben viel Arbeit und Geld investiert, zumindest für einen Motor, und haben ... ein Spielzeug! Was sind 10-20, na ja, 50 Watt? Und Sie können keine Windmühle mit Flügeln herstellen, die zumindest einen Fernseher zu Hause mit Strom versorgt. Ist es möglich, einen fertigen Mini-Windgenerator zu kaufen, und kostet er weniger? Möglichst viel und noch günstiger, siehe Pos. 4 und 5. Außerdem wird es auch mobil sein. Legen Sie es auf einen Baumstumpf - und verwenden Sie es.

Die zweite Möglichkeit ist, wenn ein Schrittmotor irgendwo von einem alten 5- oder 8-Zoll-Laufwerk oder von einem Papierlaufwerk oder einem Wagen eines unbrauchbaren Tintenstrahl- oder Nadeldruckers liegt. Es kann als Generator arbeiten, und es ist einfacher, einen Karussellrotor aus Dosen (Pos. 6) daran zu befestigen, als eine Struktur wie in Pos. 1 gezeigt zusammenzubauen. 3.

Generell ist das Fazit zu den „Klingen“ eindeutig: selbstgemacht – eher um nach Herzenslust zu zwicken, aber nicht für wirklichen Dauerenergieausstoß.

Video: der einfachste Windgenerator zum Beleuchten eines Sommerhauses

Segelboote

Ein Segelwindgenerator ist seit langem bekannt, aber die weichen Platten seiner Blätter (siehe Abb.) wurden mit dem Aufkommen von hochfesten, verschleißfesten synthetischen Stoffen und Folien hergestellt. Mehrblatt-Windmühlen mit starren Segeln sind als Antrieb für automatische Wasserpumpen mit geringer Leistung weltweit verbreitet, aber ihre technischen Daten sind sogar niedriger als die von Karussells.

Ein weiches Segel wie der Flügel einer Windmühle scheint jedoch nicht so einfach zu sein. Es geht nicht um Windwiderstand (Hersteller begrenzen die maximal zulässige Windgeschwindigkeit nicht): Segelyachten wissen bereits, dass es für den Wind fast unmöglich ist, die Bermuda-Segel zu brechen. Vielmehr reißt die Schot aus, oder der Mast bricht oder das ganze Schiff macht einen "Turn Overkill". Es geht um Energie.

Leider sind keine genauen Testdaten zu finden. Für die Installation einer in Taganrog produzierten Windkraftanlage-4.380 / 220.50 mit einem Windraddurchmesser von 5 m, einem Windkopfgewicht von 160 kg und einer Drehzahl von . konnten laut Anwenderberichten "synthetische" Abhängigkeiten erstellt werden bis 40 U/min; sie sind in Abb.

Natürlich kann man keine 100-prozentige Zuverlässigkeit garantieren, aber trotzdem ist klar, dass hier kein Flat-Mechanism-Modell in Sicht ist. Auf keinen Fall kann ein 5-Meter-Rad bei flachem Wind von 3 m/s ca. 1 kW abgeben, bei 7 m/s ein Leistungsplateau erreichen und es dann bis zu einem schweren Sturm halten. Die Hersteller erklären übrigens, dass nominell 4 kW bei 3 m / s erzielt werden können, wenn sie jedoch von ihren Kräften gemäß den Ergebnissen lokaler Aerologiestudien installiert werden.

Es gibt auch keine quantitative Theorie; die Erklärungen der Entwickler sind unklar. Da die Leute jedoch die Taganrog-Windturbinen kaufen und sie funktionieren, bleibt davon auszugehen, dass die deklarierte konische Zirkulation und die Vortriebswirkung keine Fiktion sind. Auf jeden Fall sind sie möglich.

Es stellt sich dann heraus, dass VOR dem Rotor nach dem Impulserhaltungssatz auch ein konischer Wirbel vorhanden sein sollte, der sich jedoch ausdehnt und langsam ist. Und ein solcher Trichter wird den Wind zum Rotor treiben, seine wirksame Oberfläche wird gekehrt, und KIEV - Übereinheit.

Licht in diese Frage könnten zumindest bei einem Haushalts-Aneroid durch Feldmessungen des Druckfeldes vor dem Rotor gebracht werden. Wenn er höher ausfällt als von den Seiten zur Seite, dann funktionieren die Segel-APUs tatsächlich wie ein Käfer.

Hausgemachter Generator

Aus dem oben Gesagten ist klar, dass es für Hausbauer besser ist, entweder Vertikalboote oder Segelboote zu übernehmen. Aber beide sind sehr langsam, und der Umstieg auf einen Hochgeschwindigkeitsgenerator ist unnötige Arbeit, unnötige Kosten und Verluste. Können Sie einen effizienten Stromgenerator mit niedriger Drehzahl selbst herstellen?

Ja, mit Magneten aus einer Niob-Legierung, der sogenannten. Supermagnete. Der Herstellungsprozess der Hauptteile ist in Abb. Spulen - je 55 Windungen Kupferdraht 1 mm in hitzebeständiger hochfester Emailisolierung, FEMM, PETV usw. Die Höhe der Wicklungen beträgt 9 mm.

Achten Sie auf die Keilnuten in den Rotorhälften. Sie müssen so platziert werden, dass die Magnete (sie werden mit Epoxid oder Acryl auf den Magnetkreis geklebt) nach der Montage mit entgegengesetzten Polen zusammenkommen. "Pancakes" (Magnetkerne) müssen aus einem weichmagnetischen Ferromagneten bestehen; normaler Baustahl reicht aus. Die Dicke der "Pfannkuchen" beträgt mindestens 6 mm.

Im Allgemeinen ist es besser, Magnete mit einem axialen Loch zu kaufen und sie mit Schrauben festzuziehen. Supermagnete ziehen mit schrecklicher Kraft an. Aus dem gleichen Grund wird zwischen den "Pancakes" ein zylindrischer Abstandshalter von 12 mm Höhe auf den Schaft gesteckt.

Die Wicklungen, aus denen die Statorabschnitte bestehen, werden gemäß den Diagrammen verbunden, die auch in Abb. Die Lötenden sollten nicht gedehnt werden, sondern Schlaufen bilden, da sonst das Epoxid, das mit dem Stator überflutet wird und aushärtet, die Drähte brechen kann.

Der Stator wird mit einer Dicke von 10 mm in die Form gegossen. Zentrieren und Auswuchten ist nicht erforderlich, der Stator dreht sich nicht. Der Spalt zwischen Rotor und Stator beträgt auf jeder Seite 1 mm. Der Stator im Generatorgehäuse muss nicht nur gegen axiales Verschieben, sondern auch gegen Verdrehen sicher fixiert sein; ein starkes magnetisches feld mit strom in der last zieht sie mit.

Video: DIY Windkraftanlage

Ausgabe

Und was haben wir am Ende? Das Interesse an "Klingen" erklärt sich eher durch ihre spektakuläre Optik als durch die tatsächliche Leistung in selbstgebautem Design und bei geringer Leistung. Eine selbstgebaute Karussell-APU liefert "Standby"-Strom zum Laden einer Autobatterie oder zur Stromversorgung eines kleinen Hauses.

Bei der Segel-APU lohnt es sich jedoch, mit kreativen Meistern zu experimentieren, insbesondere in einer Mini-Version mit einem Rad von 1-2 m Durchmesser. Wenn die Annahmen der Entwickler stimmen, können ihm mit Hilfe des oben beschriebenen chinesischen Motorgenerators alle seine 200-300 Watt entzogen werden.

Andrej sagte:

Vielen Dank für Ihre kostenlose Beratung ... Und die Preise "von Firmen" sind nicht wirklich teuer, und ich denke, dass Handwerker aus den Provinzen in der Lage sein werden, ähnliche Generatoren wie Sie herzustellen. Und Li-Po-Batterien können aus China bestellt werden. Wechselrichter in Tscheljabinsk machen einen sehr guten Sinus). Und Segel, Blätter oder Rotoren - das ist ein weiterer Grund für den Gedankenflug unserer handlichen russischen Männer.

Ivan sagte:

Frage:
Bei Windkraftanlagen mit vertikaler Achse (Position 1) und der „Lenz“-Version ist es möglich, ein zusätzliches Detail hinzuzufügen - ein Laufrad, das dem Wind ausgesetzt ist und die unbrauchbare Seite davon abschließt (in Richtung Wind) . Das heißt, der Wind wird nicht das Blatt verlangsamen, sondern diesen „Schirm“. Einstellung in den Wind, wobei sich der "Schwanz" hinter der Windmühle selbst unter und über den Blättern (Rippen) befindet. Ich habe den Artikel gelesen und eine Idee war geboren.

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Oft haben Eigentümer von Privathäusern eine Idee zur Umsetzung Backup-Stromversorgungssysteme... Der einfachste und günstigste Weg ist natürlich entweder ein Generator, aber viele Menschen wenden sich komplexeren Möglichkeiten zu, die sogenannte freie Energie (Strahlung, Energie von fließendem Wasser oder Wind) in Energie umzuwandeln.

Jede dieser Methoden hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Wenn mit dem Wasserfluss (Mini-Wasserkraftwerk) alles klar ist - es ist nur in unmittelbarer Nähe eines ziemlich schnell fließenden Flusses verfügbar, können Sonnenlicht oder Wind fast überall genutzt werden. Beide Methoden haben einen gemeinsamen Nachteil: Wenn eine Wasserturbine rund um die Uhr arbeiten kann, ist eine Solarbatterie oder ein Windgenerator nur eine Zeit lang wirksam, was es erforderlich macht, Batterien in die Struktur eines Hausstromnetzes einzubeziehen.

Da die Bedingungen in Russland (kurze Tageslichtstunden die meiste Zeit des Jahres, häufige Niederschläge) den Einsatz von Sonnenkollektoren zu ihren derzeitigen Kosten und Effizienz unwirksam machen, am profitabelsten ist der Bau eines Windgenerators... Betrachten wir das Funktionsprinzip und die möglichen Designoptionen.

Da kein selbstgebautes Gerät dem anderen gleicht, ist dies Artikel ist keine Schritt-für-Schritt-Anleitung, und eine Beschreibung der Grundprinzipien des Entwurfs einer Windkraftanlage.

Allgemeines Arbeitsprinzip

Der Hauptarbeitskörper des Windgenerators sind die Rotorblätter, die durch den Wind gedreht werden. Je nach Lage der Drehachse werden Windkraftanlagen in horizontale und vertikale unterteilt:

• Horizontale Windkraftanlagen am weitesten verbreitet. Ihre Blätter sind ähnlich aufgebaut wie ein Flugzeugpropeller: Das sind in erster Näherung gegenüber der Rotationsebene geneigte Platten, die einen Teil der Last aus Winddruck in Rotation umwandeln. Ein wichtiges Merkmal eines horizontalen Windgenerators ist die Notwendigkeit, die Drehung der Rotorblattanordnung entsprechend der Windrichtung sicherzustellen, da die maximale Effizienz gewährleistet ist, wenn die Windrichtung senkrecht zur Drehebene steht.
• Klingen vertikale Windkraftanlage eine konvex-konkave Form haben. Da die Stromlinienform der konvexen Seite größer ist als die der konkaven Seite, dreht sich eine solche Windkraftanlage unabhängig von der Windrichtung immer in eine Richtung, was im Gegensatz zu horizontalen Windkraftanlagen den Drehmechanismus überflüssig macht. Aufgrund der Tatsache, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein Teil der Klingen nützliche Arbeit verrichtet und der Rest nur der Rotation entgegensteht, Der Wirkungsgrad einer vertikalen Windmühle ist viel geringer als der einer horizontalen: Wenn dieser Wert für einen horizontalen Windgenerator mit drei Flügeln 45 % erreicht, dann wird er für einen vertikalen nicht mehr als 25 % betragen.

Da die durchschnittliche Windgeschwindigkeit in Russland nicht hoch ist, dreht sich selbst eine große Windkraftanlage die meiste Zeit eher langsam. Um ausreichend Leistung zu liefern, muss die Stromversorgung über ein Untersetzungsgetriebe, einen Riemen oder ein Getriebe an den Generator angeschlossen werden. In einer horizontalen Windmühle ist die Blatt-Reduzierer-Generator-Einheit auf einem Schwenkkopf montiert, wodurch sie der Windrichtung folgen können. Es ist wichtig zu berücksichtigen, dass der Schwenkkopf mit einem Begrenzer ausgestattet sein muss, der eine vollständige Drehung verhindert, da sonst die Verkabelung vom Generator unterbrochen wird (die Möglichkeit der Verwendung von Kontaktscheiben, die eine freie Drehung des Kopfes ermöglichen, ist mehr kompliziert). Um die Rotation zu gewährleisten, wird der Windgenerator durch eine entlang der Rotationsachse gerichtete Arbeitswetterfahne ergänzt.

Das gängigste Material für Klingen sind längsgeschnittene PVC-Rohre mit großem Durchmesser. Entlang der Kante sind Metallplatten angenietet, die an die Nabe der Klingenbaugruppe geschweißt sind. Zeichnungen dieser Art von Klingen sind im Internet am weitesten verbreitet.

Das Video erzählt von einem selbstgebauten Windgenerator

Berechnung eines Blattwindgenerators

Da wir bereits festgestellt haben, dass eine horizontale Windkraftanlage wesentlich effizienter ist, werden wir uns der Berechnung ihrer Auslegung widmen.

Windenergie kann durch die Formel bestimmt werden
P = 0,6 * S * V³, wobei S die Fläche des durch die Spitzen der Rotorblätter beschriebenen Kreises (Wurffläche), ausgedrückt in Quadratmetern, und V die berechnete Windgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde ist. Sie müssen auch den Wirkungsgrad der Windmühle selbst berücksichtigen, der für einen horizontalen Kreis mit drei Blättern durchschnittlich 40% beträgt, sowie den Wirkungsgrad des Generatorsatzes, der an der Spitze der aktuellen Drehzahlkennlinie 80% beträgt für einen Generator mit Permanentmagneterregung und 60 % für einen Generator mit Erregerwicklung. Im Durchschnitt werden weitere 20 % der Leistung durch das Übersetzungsgetriebe (Multiplikator) verbraucht. Somit sieht die endgültige Berechnung des Radius der Windkraftanlage (also der Länge ihres Rotorblatts) bei einer gegebenen Leistung des Permanentmagnetgenerators wie folgt aus:
R = √ (P / (0,483 * V³))

Beispiel: Nehmen wir an, die erforderliche Leistung des Windparks beträgt 500 W und die durchschnittliche Windgeschwindigkeit beträgt 2 m / s. Dann müssen wir nach unserer Formel Klingen mit einer Länge von mindestens 11 Metern verwenden. Wie Sie sehen, erfordert selbst eine so kleine Leistung die Schaffung eines Windgenerators von kolossalen Dimensionen. Für mehr oder weniger rationelle Konstruktionen mit einer Blattlänge von nicht mehr als eineinhalb Metern unter den Bedingungen der Do-it-yourself-Fertigung wird der Windgenerator auch bei starkem Wind nur 80-90 Watt Leistung produzieren können.

Nicht genug Leistung? Tatsächlich ist alles etwas anders, da die Last des Windgenerators tatsächlich von den Batterien gespeist wird, lädt die Windkraftanlage diese nur so gut wie möglich auf. Folglich bestimmt die Leistung einer Windkraftanlage die Frequenz, mit der sie Energie liefern kann.