Парусный ветрогенератор управляется в направлении к ветру. Парусный ветряк: анализ конструкции и примеры использования. Материал подготовил к публикации н. кочетов

Появились достаточно давно, чтобы успеть обрасти массой вариантов конструкции. Одним из старых, но до сих пор успешно применяющихся и развивающихся вариантов конструкции является парусный ротор. Долговечность конструкции вызвана высокой чувствительностью - большая площадь лопастей позволяет эффективно принимать энергию ветра.

На потоках с низкой скоростью, когда обычные еще не запустились, парусники уже вращаются и вырабатывают энергию. Эти преимущества заставляют конструкторов постоянно совершенствовать конструкцию, создавать новые, более эффективные разработки.

Ветряк-водокачка

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

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

Современные ветрогенераторы с парусным ротором

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

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

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

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

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

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

Парусник своими руками

Высокие достоинства парусных ветрогенераторов побудили многих любителей заняться изготовлением подобных конструкций. Принципиальным отличием от других типов ветряков является только сам ротор, остальные элементы установки у всех разновидностей ветрогенераторов одинаковы.

Крыльчатка парусного типа имеет малую массу и вес. Это означает, что инерция покоя мала, нагрузка на опорные конструкции и подшипники также невелика. Еще одной особенностью является способность парусников самостоятельно наводиться на ветер, что снижает сложность создания ротора. Диаметр крыльчатки можно сделать достаточно большим, увеличивая способность принимать энергию потока с большей эффективностью.

Для изготовления лопастей используются металлические трубы. Распространенный вариант - изготовление замкнутой окружности наподобие обруча, от центра расходятся радиусные планки, являющиеся креплениями парусов. Их количество может быть разным, в зависимости от силы ветров в регионе - чем сильнее поток, тем большее число лопастей понадобится сделать. Такое соотношение делается для образования большего количества щелей в плоскости крыльчатки, пропускающих ветер и снижающих излишнюю нагрузку.

Крыльчатка должна быть качественно отбалансирована. Это особенно важно при больших диаметрах (для , способных обеспечить весь дом, понадобится до 10 м диаметра). Кроме того, надо предусмотреть возможность торможения колеса и смены парусов при выходе их из строя. Установка ветряка производится на отдалении от дома или построек, должна обеспечивать контакт с достаточно мощными потоками ветра.

Экология потребления.Наука и техника: Можно сказать, что парусный ветряк один из самых простых, но в тоже время один из самых неэффективных существующих ветряков. КИЭВ парусного ветряка не может быть выше 20% даже теоретически.

Человечество использует паруса с незапамятных времен, уже много тысяч лет. Вобщем, сколько себя помнит. Когда о аэродинамике еще и понятия не имели. Но ветряные мельницы уже крутились и лодки под парусами уже плавали. Правда в те времена пользовались обычно плоскими парусами. В средние века были изобретены паруса более совершенные, что тут же повлекло резкий скачок в развитии мореплавания, и как следствие - наиболее громкие географические открытия. Но до сих пор парус продолжает служить и будет служить людям до тех пор, пока дует ветер.

Как выглядит парусный ветряк вам должно быть понятно из фотографий. Не вдаваясь в дебри аэродинамики, можно сказать, что парусный ветряк один из самых простых, но в тоже время один из самых неэффективных существующих ветряков. КИЭВ парусного ветряка не может быть выше 20% даже теоретически. Это означает, что вы будете получать только 1/5 часть мощности ветрового потока, попадающего на лопасти парусного ветряка. Например, если ветер дует со скоростью 5 м/с, а ветряк у вас 5 метров в диаметре, то мощность ветрового потока будет ок. 1500 Ватт. Вы же реально можете снять с ветряка только 300 Ватт (в лучшем случае). И это с пятиметровой конструкции!

К счастью только низким КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) недостатки парусного ветряка и ограничиваются. Дальше идут только достоинства.

Парусный ветряк - самый тихоходный ветряк. Его быстроходность редко приближается к 2, а обычно находится в диапазоне от 1 до 1,5. И все из за его чудовищной аэродинамики.

С другой стороны, парусный ветряк - один из самых чувствительных ветряков. Он работает с самого низа диапазона скоростей ветра, начиная буквально от штиля, с 1-2 метров в секунду. А это намаловажный фактор в условиях центральной России, где ветер редко бывает больше 3-5 метров в секунду. Тут, где более быстроходные ветряки по большей части бьют баклуши, парусный ветряк будет хоть что то выдавать. Хотя, как вам наверное известно, Россия не славится ветряными мельницами, тут не приморская Голландия и ветра нас не балуют. Зато было много водяных мельниц.

Еще одним достоинством парусного ветряка является удивительная простота его конструкции. Вал ветряка, на подшипниках, естественно, на валу - ступица. К ступице прикреплены «мачты», обычно из от 8 до 24-х. А от мачт отходят косые паруса из прочной тонкой материи, как правило, синтетической. Другая часть паруса крепится шкотами, которые выполняют и роль регуляторов угла поворота парусов и роль противоштормовой защиты. Т.е. самое примитивное парусное вооружение, проще, чем на самой простой яхте.

Именно эта простота конструкции и не позволяет отправлять парусный ветряк в архив технических достижений человечества. Для переносного, перевозного, походного, аварийного варианта парусный ветряк - достаточно достойная конструкция. В собранном варианте он представляет собой упаковку не больше, чем палатка. Паруса свернуты, мачты сложены. Даже 2-х метровый парусный ветряк на ветре в 5 метров/сек даст верных 25-40 Ватт энергии, чего с лихвой хватит для зарядка аккумуляторов и связной и навигационной аппаратуры, да и для незамысловатой системы освещения на мощных светодиодах хватит.

Невысокая по определению мощность парусного ветряка наводит на мысль о применении в качестве генератора шагового двигателя аналогичной мощности (30-40 Ватт). Ему тоже не требуются высокие обороты, 200-300 в минуту вполне хватит. Что идеально согласуется с частотой оборотов ветряка. Ведь он при быстроходности 1,5, будет выдавать эти 200 оборотов уже при ветре 4-5 метров в секунду. Используя готовый шаговый двигатель вы тем самым избавите себя от достаточно серьезной мороки по изготовлению электрогенератора. Поскольку изначально подразумевается наличие редуктора или мультипликатора, то легко можно согласовать обороты парусного ветряка и генератора.

Если сделать вариант с жесткими (пластиковыми парусами), то можно будет несколько увеличить быстроходность, правда за счет некоторого снижения мобильности. В разобранном виде ветряк будет занимать больше места.

Поэтому если ваши амбиции по запряганию ветра в свою телегу ограничиваются мощностью в пару-тройку десятков Ватт для зарядки небольших и средних аккумуляторов, (до 100 А.ч), организацией простого освещения с помощью инвертора до 220 вольт и энергосберегающих ламп, то парусный ветряк - весьма и весьма достойный вариант. Это будет пусть и не самый эффективный в плане использования энергии ветра, но очень бюджетный и быстро окупаемый вариант. 2-3 метровый ветряк будет выдавать вам до 1 КВт энергии в сутки.

В качестве походного, парусный ветряк будет дешевле самого дешевого бензинового электрогенератора и окупит себя изначально.

Стационарные парусные ветряки строят изначально большие именно из-за их невысокого КИЭВ. Не менее 5-6 метров диаметром, иначе нет смысла. Такой ветряк уже стабильно будет выдавать до 2-3 Квт энергии в сутки. И при рачительном ее использовании, их можно превратить в 3-5 Квт осветительной энергии (например для освещения теплицы или парника). А при использовании теплового насоса - в 5-6 Квт тепловой энергии, что позволит отапливать небольшой садовый домик в 20-30 кв. метров и серьезно экономить топливо.

Поэтому парусный ветряк, несмотря на свою архаичность конструкции остается способом использования ветра все еще заслуживающим внимания. Особенно в зоне слабых ветров.

Верхний предел рабочей скорости ветра у парусного ветряка не более 10-12 метров в секунду. И то у самых надежных ветряков. Поэтому при конструировании парусного ветряка следует серьезно озаботиться штормовой защитой. Например сделать «ломающиеся» мачты, на основе конструкции антенны Куликова, или придумать устройство расслабляющие шкоты, что бы превратить паруса во флаги, или складывать мачты при помощи тросов –растяжек, и т.д. опубликовано

Некоторые фотографии парусного верторенератора мощностью до 4кВт*ч. Мачта для этого ветряка была сварена вот такая вот образом,т этот тип мачт так называемые фермерные мачты, могут быть треугольные или четырехугольные.

Основание мачты, как обычно, вырыта яма и залита бетоном, в бетоне закладные для прикручивания мачты на болты.

>

Поворотная ось ветрогенератора, сделана из деталей от моста и колесных дисков. Вес 150кг.

>

Предварительная прикидка и сборка, узлы привода от ветроколеса через редуктор к генератору, в качестве которого использовался мотор постоянного тока щеточный.

>

Уже покрашенная конструкция, жду генератор.

>

Изготовил ветроколесо.

>

С помощью вот такой вот простейшей лебедки, закрепленной на мачте потихоньку производится поднятие и монтаж деталей, на фото уже установлена поворотная ось ветрогенератора.

>

>

Одеваю и натягиваю паруса.

>

Вот так проходил монтаж ветроколеса,подъем так-же с помощью лебедки, а далее посадка на свое место и прикручивание болтами.

>

Вот уже работает.

>

>

Электрическая схема балластного регулятора.

>

Самодельный контроллер зарядки и отбора мощности.

>

Монтаж ветроколеса с новыми парусами.

>

Парусный ветрогенератор своими руками.

>

В качестве генератора использовался двигатель постоянного тока на щетках и магнитах 1971 года выпуска 48 вольт 500 оборотов -30А вес 55килограмм. Этот ветрогенератор строился как экспериментальный образец. Пока использую его совместно с аккумулятором 12 вольт 155А. Пока просто больше нет аккумуляторов. Сейчас от этого ветрогенератора питаю телевизор, ноутбук, радио, зарядки для телефонов и прочее. Пока хочу вместо обычного инвертора 12/220 вольт сделать преобразователь, катушку Тесла для передали энергии без проводов, в общем все для экспериментов.

Статья составлена по материалам >>источник Автор этого ветрогенератора Виталий Бондарь вконтакте.

Говорят, новое - хорошо забытое старое. И энергетика здесь, похоже, не является исключением. Ожегшись на Чернобыле, столкнувшись в ряде мест с угрозой энергетического кризиса, человечество все чаще обращает свой взор на технические решения, незаслуженно списанные в прошлом в архив. Использование даровой силы ветра - в числе именно таких решений. Приходят к ним в своих творческих изысканиях и любители мастерить все своими руками (см., например, «М-К» № 4/84, 5/86, 6/90, 7/92|.

В этой связи предлагаемая публикация сделанная по материалам американского журнала «Механик иллюстрейтед», думается, представляет особый интерес и актуальность для многих наших читателей.

Идея - обуздать ветер, обеспечив тем самым сеЬя даровой электроэнергией,- несомненно, весьма заманчива. Но выпускаемые промышленностью ветроэнергоустановки не всегда подходят для размещения их, например, возле загородного дома. Да и цены на них астрономические.

Альтернативой может стать вполне доступная с точки зрения семьи со средним достатком самодельная ветроэнергоустановка - такая, как изображена на публикуемых иллюстрациях. За исключением синхронного электрогенератора переменного тока, ее конструкция не содержит дорогих и остродефицитных деталей и узлов. Проста (а следовательно, надежна в работе, легка в изготовлении и наладке) кинематика. А энергетические возможности таковы, что при средней скорости ветра Увср=4,8 м/с. они с лихвой обеспечат потребность в электроэнергии небольшого дома с усадьбой и хозяйственными постройками.

«Изюминка» всей конструкции здесь - ветровое колесо. Во-первых, оно лопастное. Уступая простейшему роторному некоторой архаичностью своего внешнего вида, напоминающего средневековые мельницы, с которыми сражался небезызвестный Дон-Кихот, этот ветряк выигрывает в главном: мощности, отдаваемой в нагрузку. Во-вторых, в паре с ветром в данном случае работает… парус - на каждой из трех лопастей с изменяемой площадью Б* и самоограничением, предусмотренным для сильных ветров.

Дело в том, что лопастной узел у крыла ветряка состоит из жесткой передней кромки, ребер соответствующего сечения и «закрутки», обеспечивающих оптимальный режим работы концевой, средней частей и основания, а также задней кромки, натяжение которой обеспечивает стальной трос. Парус лопасти - из пропитанного синтетическим лаком капрона. Он натянут на остов с закреплением прижимной планкой на распорке-основании (см. рис.), а благодаря тросу - всегда упруг. Ткань после пропитки синтетическим лаком отнюдь не потеряла своей эластичности, и лопасть способна изменять форму в ответ на порывы ветра. Автоматически принимает и наилучший для каждой конкретно складывающейся ветровой нагрузки угол тангажа.

Ну а случись - налетит ураган. Что тогда? Да ничего страшного не произойдет. Трос, задающий натяжение задней кромке, напряжен так, что при скоростях ветра, превышающих рабочий диапазон, парус опадает, становится как бы недействующим: возникает режим самоограничения, причем - автоматически.

Из других технических решений, удачно вписавшихся в конструкцию данной ветроэлектроустановки, нельзя не отметить также простоту и надежность выполнения опорно-поворотного узла, съем электроэнергии в нагрузку, использование в кинематической схеме не углового редуктора, а обычных цепных передач, успешное размещение практически всей кинематики в капсуле обтекателя. Неплохо зарекомендовала себя в деле и сама капсула.

Особенности изготовления основных узлов, как и всей рассматриваемой ветроэлектроустановки,- следствие ее оригинальности.

Взять, к примеру, переднюю кромку лопастного узла. По сути своей это кессонная конструкция. Для нее нужен остов: лонжерон с соответствующими взаимосвязанными элементами. А их не сделать без шаблонов.

Шаблонов потребуется шесть. Два - для образующих ребра

блоков, три - для сборочного приспособления лопастного узла (стапеля) и один - для исходной заготовки ребра. При их изготовлении требуются максимальные аккуратность и сосредоточенность, чистота разметки.

1 – потребитель электроэнергии (нагрузка), 2 синхронный электрогенератор с трансмиссией в капсуле обтекателя. 3 - лонжерон лопасти (3 шт.), 4 - кок ветроколеса, 5 - лопасть парусная (3 шт.), 6 опорно-поворотный узел, 7 - мачта из металлических ферм, 8 – оттяжки.

1- ветроколесо трехлопастное парусное, 2- шарикоподшипник радиально-упорный (2 шт.), 3 - труба опорная квадратного сечения, 4 - вал ведущий, 5 - шарикоподшипник радиальный (2 шт.), 6 - промежуточный вал, 7 - передача силовая с приводной роликовой цепью ПР-19,05, 8 - обтекатель, 9 - передача силовая с приводной роликовой цепью ПР-12,7, 10 - генератор синхронный мощностью 1200 Вт, 11 - стойка-труба внутренняя, 12 - подшипник радиальный самосмазывающнйся, 13 - стойка-труба внешняя, 14 - подпятник, 15 - мачта нз металлических ферм.

1 - планка прижимная (полоса сечением 3X25 мм, АЛ9-1), 2 - распорка-основание (отрезок склепанных и «эпоксидированных» вместе алюминиевых уголков 25X25 мм с приданием нужной конфигурации), 3 - парус (пропитанное синтетическим лаком капроновое полотно массой 113,4 г), 4 - большая укосина (12-мм алюминиевый прокат), 5 - особой конфигурации), 9 - ребро-«сандвич» (склепанные и «эпоксидированные» вместе заготовки из 6-мм листа АЛ9-1; 3 шт.), 10 - кронштейн стыковочный (20-мм отрезок алюминиевого уголка 25X25 мм, 6 шт.), 11 - малая укосина (12-мм алюминиевый прокат), 12 - законцовка (отрезок склепанных вместе и «эпоксидированных» алюминиевых уголков 25Х 25 мм), 13 - гильза свинцовая (12-мм отрезок сплющиваемого цилиндра с наружным диаметром 12 мм и внутренним - 3 мм, 2 шт.), 14 - оболочка троса (два последовательно составленные отрезка полиэтиленовой трубки), 15 - трос натяжной.

1 - полоса усиления (75-мм ширины капрон) законцовочной части, 2 - припуск шва 20-мм, 3 - заготовка полотна паруса (капрон, сложенный вдвое), 4 - полоса усиления основания (75-мм ширины капрон).

1 - ребро-«саидвнч» (3 шт.), 2 - «носик» раскорки-законцовки, 3 - кронштейн стыковочный (6 шт.), 4 - хвостовик распорки-законцовки и (такая же деталь) распорка-середина, 5 - распорка-основание.

1 - формующий брусок (20-мм фанера), 2 - кронштейн стыковочный, 3 - контур деревянного блока, а равно - второго слоя у ребра-«сандвича», 4 - первый слой ребра-«саидвича».

1 - базис, 2 - распорка, 3 - стойка-фиксатор лонжерона лопасти (2 шт.), 4 - шаблон для выполнения работ на основании паруса, 5 - плаика усиления (3 шт.), 6 - стойка-фиксатор середины паруса, 7 - стойка для работ на законцовке. Все детали стапеля изготавливаются из 20-мм фанеры, крепление - на шурупах. Стрелками указаны направления, в которых прикрепляются ребра-«сандвичн» к стапелю на предусмотренные для них места.

1 - вал ведущий (диаметр 25 мм, длина 1500 мм, Сталь 45), 2 - кок ветроколеса (Д16), 3 - держатель (полоса сечения 3×25 мм, Ст3, 3 шт., 4 - спица ступицы приварная (стальной уголок 25 X 25 мм, 3 шт.), 5 - ступица {Сталь 20), 6 подшипниковый узел ведущего вала (2 шт.), 7 - горизонтальный кронштейн (стальной уголок 25X 25 мм, 2 шт.), 8 - труба опорная стальная (в сечении - квадрат 50Х 50 мм, толшина стенки 4 мм) с наварными квадратными стальными 4-мм щечками на концах, 9 - звездочка Z3=45 (Сталь 45), 10 - цепь ПР 12,7, II - кронштейн вертикальный (300-мм отрезок стального швеллера № 8, приваренный к боковым стенкам опорной трубы), 12 - гайка М14 с шайбой Гровера (4 шт.), 13 - промежуточный вал (диаметр 20 мм, длина 350 мм, Сталь 45), 14 - подшипниковый узел промежуточного вала (2 шт.), 15 - болт М14 (4 шт.), 16 - цепь ПР-19,05, 17 - звездочка Z2= 18 (Сталь 45), 18 - звездочка Z1 = 42 (Сталь 45), 19 - болт М18 (4 шт.), 20 звездочка Z4= 17 (Сталь 45), 21 - кронштейн коробчатый (размеры по месту установки в зависимости от типа генератора, Ст3, 2 шт.), 22-генератор электрический, синхронный, мощностью 1200 Вт, 23 - опорно-поворотный узел, 24 - стойка-труба стальная внутренняя (длина 90 мм, внешний диаметр 60 мм, толшина стенки 4,5 мм), 25 - укосина приварная (305 мм отрезок стального уголка 25X 25 мм, 2 шт.), 26 - шайба стопорная (4 шт.), 27 - гайка М18 (4 шт.), 28 - гайка М12 самоконтрящаяся прорезная (6 шт.), 29 - лонжерон лопасти (1830-мм отрезок трубы с внешним диаметром 50 мм и толщиной стенки 3,5 мм, АЛ9-1, режим термообработки Т6, 3 шт.), 30 - болт М12 (6 шт.).

1- шпангоут основной (многослойная фанера, 3 шт.), 2 - продольная панель обшивки люка (12-мм фанера, 2шт.), 3 - лонжерон (рейка из многослойной фанеры, вырезанная с изгибом после 3-го шпангоута, 4 шт.), 4 - соединение болтовое М16 с самофиксацией (8 шт.), 5 - кронштейн-направляющая (100-мм отрезок стального уголка 40Х Х40 мм, 4 шт.), 6 - полоса обшивки (фанера, суживающаяся по ширине после прогиба на 3-м шпангоуте, 23 шт.), 7 - шпангоут переходной (20-мм фанера), 8 - шпангоут концевой, 9 - покрытие стеклопластиковое, 10 - насадка конусообразная (максимальный диаметр 386 мм, пенопласт) ,11 - поперечная панель обшивки люка (20-мм фанера).

1- кронштейн приварной (стальной уголок 25Х 25 мм), 2- заклепка (4 шт.), 3 - кабель электрический, 4 - клемма н подвод к щетке контактной (2 шт.), 5 - жила электрокабеля (2 шт.), 6 - 5-мм пластина стеклотекстолитовая, 7 - упор-кронштейн (алюминиевый уголок 12Х 12 мм, 2 шт.), 8 - пружина с контактным винтом (2 шт.), 9 - гнездо-направляющая (алюминиевая труба квадратного сечения с элементами крепежа, 2 шт.), 10 - щетка контактная (2 шт.) ,11 - электропривод изолированный (2 шт.), 12 - стойка-труба стальная внутренняя, 13 - кольцо латунное с контактным винтом (2 шт.), 14 - втулка текстолитовая с двумя установочными винтами, 15 - шайба (Ст3) гребенчатая с двумя установочными винтами, 16 - подшипник радиальный самосмазывающийся (АФГМ), 17-стойка-труба стальная наружная, 18 - подпятник (БрАЖ9-4), 19 - болт М24 с гайкой и фиксацией затяжки.

Два шаблона (см. рис. 6, поз. 1) приклеивают к отрезку 20-мм фанеры. Следуя контуру, вырезают ножовкой или лобзиком две образующие ребро фанерные подкладки. Просверливают 5-мм отверстия под центр лонжерона и разметки сборки. Закругление радиусом 2,5 мм (для загибания фланца) и пятиградусный срез заднего угла выполняют с помощью рашпиля.

Шаблон (поз. 4 рис. 6) с 15-мм кромкой под фланец приклеивают к 6-мм алюминиевому листу АЛ9-1, прошедшему термообработку Т4. Получившуюся заготовку аккуратно вырезают; просверливают лонжеронный центр, а для правильной установки на стапеле - соответствующие отверстия. Это своеобразный новый шаблон для изготовления еще восьми таких заготовок (по 3 шт. на каждую лопасть).

Ребра-«сандвичи» получают, «прослаивая» заготовки между двух формующих блоков (подкладок). Жесткой фиксации добиваются, вставляя 5-мм болты через отверстие в стапеле и отверстие лонжеронного центра в формующие блоки с заготовками. А чтобы «прослаивание» шло успешнее, будущие «сандвичи» зажимают в кузнечных тисках. Отгибания фланцев в нужные стороны достигают, используя резиновый молоток.

Формовку фланца завершают, используя свинцовый мягкий припой. После чего получившееся ребро вынимают, подрезают задний край, чтобы максимально приспособить к лонжерону. Теперь дело за остальными деталями лопасти.”

Стыковочные кронштейны изготавливают из алюминиевого уголка 25X25 мм. Из него же выполняют распорки для удержания каната и натяжения задней кромки в основании, в середине и на законцовке лопасти. Делают их весьма своеобразно: не из одного, а их двух отрезков алюминиевого уголка, склепанных и «эпоксидированных» вместе. Длина такой заготовки 2,4 м. В своем сечении она напоминает букву Т. Высокое качество шва достигается тщательной очисткой поверхностей до их соединения, для чего используют сильные моющие средства с последующим «прополаскиванием водой и протиранием до блеска металлической «путанкой».

Нужной формы у распорок добиваются, воспользовавшись ножовкой по металлу. А вырез для лонжерона, заклепочные и тросовое отверстия высверливают электродрелью. Как, впрочем, и отверстия в распорке-основании для прикрепления впоследствии прижимной планки, чтобы надежно удерживать парус на лопасти даже во время самых больших ветровых нагрузок.

Что касается стыковочных кронштейнов, то они приклепываются и «эпоксидируются» и к распоркам (см. иллюстрации), и к ребрам-«сандвичам», и к лонжерону лопасти. Причем удобнее это делать на специальном приспособлении - стапеле, благодаря которому обеспечивается единообразное выполнение лопастей и правильно устанавливаются углы тангажа.

Вот одна из таких операций.

Ребра-«сандвичи» прикрепляют болтами к стапелю на предусмотренные для них места (в направлениях, указанных на рис. 7 соответствующими стрелками, и по установочным отверстиям, которые сделаны как в стапеле, так и в самих ребрах). Затем аккуратно укладывают, начиная с законцовки, «боковые полочки» тросовых распорок на предназначенные для них «постаменты», располагающиеся под требуемыми углами к базису торцы фанерных выступов: стойки 7, стойки-фиксатора 6 и шаблона 4 (см. рис. 7). Лопастный лонжерон продевают в образовавшиеся на стапеле отверстия, благо полукруглые выемки радиусом 25 мм для этого специально и предусмотрены.

Выполняют разметку заклепочных отверстий в лонжероне. Потом последний вынимают, сверлят в нем отверстия. А установив лонжерон вновь в стапеле, приклепывают и «эпоксидируют» стыковочные кронштейны.

Алюминиевую обшивку передней кромки лопасти выполняют из 6-мм листа АЛ9-1, предварительно изогнув его в виде параболы. Причем последнее лучше сделать на ровном полу с помощью длинной доски, наложенной ребром по оси изгиба. Упершись коленями в доску, руками, всем телом создают необходимое давление на лист, добиваясь получения желанной формы.

Следующая операция - прикрепление обшивки к лопастному скелету. При этом целесообразно воспользоваться специальными С-образными зажимами (на иллюстрациях не показаны).

Начиная с законцовки, просверливают заклепочные отверстия в покрытии, лонжероне и в ребрах. Соединяемые детали «эпоксидируют» и приклеивают. А после того как «эпоксид» затвердеет окончательно, выполняют обрезку «избыточного» алюминия с опиловкой образовавшихся острых краев.

Теперь - несколько слов о задней кромке лопасти. Монтируется она с 3-мм гибким стальным тросом, который продевают через предназначенные для него отверстия в распорках. Трос устанавливают в хлорвиниловые трубки и закрепляют у законцовки, зажав его в свинцовой гильзе. После чего на лопастный скелет натягивают парус.

Столь ответственную операцию лучше выполнять вдвоем. Один человек встает на стол, удерживая в своих руках лопасть таким образом, чтобы распорка-основание находилась внизу, а трос задней кромки располагался вертикально с навешенной на конце двухпудовой гирей. Тогда другой (помощник), убедившись, что требуемое натяжение достигнуто, запрессовывает на тросе вторую, находящуюся у распорки-основания свинцовую гильзу. Излишек троса и гильзы обтачивают. А «открытый» конец паруса заворачивают с последующим закреплением на распорке-основании с помощью прижимной планки и болтов с гайками.

Остальные лопасти изготавливают аналогичным образом. Что касается других узлов и деталей, то их выполнение особых трудностей, как правило, ни у кого не вызывает. То же можно сказать и о сборке всей ветроэлектроустановки в целом. Проста и отладка. Дерзайте!

Материал подготовил к публикации Н. КОЧЕТОВ

Любителям пообсуждатьо КИЭВ посвящается!!!

В отечественной аэродинамике рассматривающих(иногда) вопросы утилизации энергии ветровых потоков, абсолютно необоснованно введено ушлыми (именно так) предпринимателями определение - КИЭВ коэффициент использования энергии ветра...

Эта условная единица(для модели плоских ветров), призвана заменить обычный КПД.Данный "показатель"притянут в теорию слабых потоков за уши (по аналогии и методе - цикла Карно)

Математически верная логика термодинамических процессов призвана описывать циклы имеющие конечный (базовый) потенциал располагаемой энергии и позволяет определить следующее: если Вы имеете тепловую машину мощностью 100 л.с. (при КПД 30%), то реально на полезную работу приходится всего - 30 л.с.Иначе: эти 30% и являются полной (100%) - располагаемой (реально имеющейся в наличии) мощности для данной конструкции.

Для тепловых машин - лучшего инструментария пока нет.

Иначе все в практической аэродинамике. Для определения разности давлений (над крылом и под крылом) используется количество движения которое определяется как скорость объекта при движении в воздухе, или (движение воздуха в котором находится объект). Следовательно, давно постулированное г.Бернулли утверждение, о зависимости давления от скорости здесь уместно, а это значит, что в конечном счете аэродинамический К - зависит от разности давлений, - именно поэтому объект перемещается из области повышенного давления - в область пониженного давления.Заглянем в атлас (любой) авиационных профилей, и обратим внимание на скорость потоков обтекания профиля при которых перепад давлений максимальный. Они(скорости) все без исключения лежат в области расположенной гораздо ВЫШЕ чем скорость имеющегося в наличии повседневного ветра(3м/сек).

Можно ли в здравом уме применять в малом диапазоне ветров(скоростей обтекания) данную методу, не имея результатов реальной продувки? Оказывается "можно"- имея на вооружении модель плоского ветра,"теоретики"разных рангов доказывают что лопастные ветроколеса - более полно утилизируют энергию малых ветров.А будет ли вообще вращаться "лопастник" на слабых ветрах?Разумеется нет,как нет и повода даже думать о применении лопастников на территории СНГ в качестве альтернативных источников энергии утилизирующих слабые потоки, - из практики известно что на повседневных ветрах СНГ лопастники не работают,никогда не работали и работать не будут.Для этого надо принудительно вращать лопастное ветроколесо, или... ждать когда Всевышний ниспошлет сильный ветер.

Парусники работают - во всем диапазоне ветров.

Проектировщики (мощных) лопастных быстроходных ветроколес довольно грамотно используют ветра. Начиная со скорости 10м/сек. - комлевая (широкая) часть лопасти - движет лопасть (как парус) а при наличии сильного ветра концевые профили (достигая больших скоростей) используют уже появившиеся высокие скорости потоков обтекания. Вполне разумно. Достаточно практично. Именно на больших скоростях обтекания и необходимо профилировать,и "закручивать" (по размаху) лопасть. Вот только располагаемая мощность - (энергия воздушного потока) приходящая на ВСЮ ометаемую площадь распределяется так: центральная часть лопастного колеса - двигатель, а периферийная часть - преобразователь энергии (уже высоких) скоростей ветра в крутящий момент на валу генератора.

Двойное преобразование располагаемой энергии - позволяет превосходно использовать энергию ветра от 10-12 метров в секунду,(решая заодно проблему быстроходности генераторов).Задача парусного ветроколеса, - использовать всю располагаемую мощность приходящую на ометаемую площадь. Поскольку, полезную работу могут произвести только реальные силы (рождающиеся при срабатывании ПЕРЕПАДА давлений,то «разбор полетов», необходимо производить инструментами привычными (???) для аэростатики, чем для аэродинамики.

Согласитесь, стоящий под напором ветра телеграфный столб - совершает работу. Работу - по ОТКЛОНЕНИЮ приходящего на него потока. Энергию для этой работы поставляет - тот же ветер. Если этот столб подпилить, работа совершится в ЯВНОМ виде столб просто - упадет. Если на двух столбах натянуть парус (и подпилить), ЯВНОЙ работы совершится БОЛЬШЕ. Если эти столбы закрепить на ВАЛУ редуктора, работа уже будет производится как по отклонению воздушного потока, так и по вращению вала. А если еще и оптимизировать конструкцию приблизительно так как выполнено парусное ветроколесо (вверху слева) - Вы будете иметь ветродвигатель для малых ветров.

Но вернемся к «анализам»парусных ветроколес (блуждающим в Интернете) . Математический аппарат заслуживает внимания, но общая беда кабинетных теоретиков - извращение физической картины процесса. Действительно, применяя к своим рассуждениям вполне корректное (2.1.1)- для неподвижной пластины, и совершая вместе с автором небольшой экскурс в анналы общей аэродинамики, уже в (2.1.4) мы с Вами получаем точную цену - на... дрова.

Дело в том, что пластина(парус) не "как бы убегает" т.е.- движется (с потоком)по потоку - а вполне реально находится в потоке и более того - отклоняет поток за пределы ветроколеса, смещаясь в плоскости перпендикулярной к оси вращения ветроколеса.

Иначе,- незадачливые оппоненты, не ленятся рассматривать ПРОСТО парус поднятый на лодке которая плывет под воздействием ветра в ту сторону куда он дует.
Налицо явно выражена любовь к Н.Е Жуковскому, с его так и не принятой в практической аэродинамике статьёй
«Ветряные мельницы типа НЕЖ. Статья 3».

Ветроколесу парусного типа вообще-то присуща иная картина обтекания. Называется она КОНИЧЕСКАЯ. А ветроколесо в целом представляет собой кольцевое бесконечное щелевое крыло которого 95 лет назад (время написания статьи) - не существовало даже в больном воображении. Это сейчас совместная работа предкрылка с крылом - хорошо описана для больших скоростей обтекания и понятна. Но серьёзных работ по сверхмалым воздушным потокам обтекания нет. И быть не может потому что физические величины такие как ДАВЛЕНИЕ (перед парусом скорость ветра упала-давление возросло) - рассматриваются также и в АЭРОСТАТИКЕ. Поэтому мне более подходит морская терминология, говоря о - тандеме СТАКСЕЛЬ и ГРОТ.

Именно яхтсмены первыми оценили практически то, что зашифровали кабинетчики - КИЭВ(я ничего не имею против "лопастников"- на сильных ветрах эти машины работали и будут работать (не взирая на киэвы) - на благо человека.

На рисунках выше представлены парусное ветроколесо и, -"пропеллер". Как видим, диаметры ометаемых площадей равны. А вот рабочие органы - различаются не только конструкцией. Они отличаются прежде всего - размерами, а значит и рабочей ПЛОЩАДЬЮ. В теории винтов так и озвучивается - площадь рабочих органов. А соотношение ометаемой площади к суммарной площади рабочих органов носит название - коэффициент заполнения винта. Если уж пояснять совсем проще, то "пропеллер" наложенный на ометаемую площадь(мысленно)укроет приблизительно только 10 процентов всей ометаемой площади. Парусное ветроколесо в аналогичных условиях закроет почти ВСЮ ометаемую площадь. Комментарии нужны?

Если рассмотрим картину обтекания лопастного ветроколеса в конкретном(любом) АЗИМУТАЛЬНОМ положении, то легко догадаемся что элементарная струйка воздуха проходящая МЕЖДУ лопастями - НЕ СОВЕРШАЕТ работы даже бесполезной. Струйка проходит сквозь сито… С парусным ветроколесом такой номер (извините), не прокатит - приходя на ометаемую площадь, элементарная струйка воздуха натыкается (да простят меня специалисты)на ПАРУС. Далее все просто - она отклоняется на 90градусов (если удерживать колесо) и выходит (на периферию),- ЗА ПРЕДЕЛЫ ометаемой площади(ускоряясь).Или, (если колесо не удерживать) она отклонится на МЕНЬШИЙ угол, отдав энергию парусу, который в свою очередь передаст ПОЛЕЗНУЮ энергию на вал генератора. А уж если вообще отказаться от псевдоученого анализа, и повернуться лицом к практике, то - на полигоне часто приходится видеть такую картину, парусное ветроколесо ВЭУ 10.380(сх) при ветре 5м/сек. не могут удержать от вращения целая группа студентов.

Лопастной ветряк при таком ветре не стоит удерживать. Потому как вообще не раскручивается. Но вернемся к нашим оппонентам. Во всевозможных опусах обнаруживаем, что »...если пластина неподвижна, то полезная мощность равна нулю. Если пластина движется со скоростью ветра, то она не испытывает давления и мощность тоже равна нулю...» - Это конечно - от большого ума.По мнению авторов, движущаяся по ветру лодка с поднятым парусом - картина нереальная в силу своей бесполезности. Стоящая же на якоре, но с поднятым парусом, вроде как бы и реальная картина, но полезная мощность опять - равна нулю.

Наивная ошибочность заключается в полном непонимании работы паруса. Дело в том, что парус совершает работу и когда движется и когда стоит, сопротивляясь ветру. В последнем случае, ВСЯ мощность приходящего потока превращается в работа паруса по отклонению воздушного потока приходящего на ометаемую площадь. Требуется немного - эту работу направить в полезное русло (сняться с якоря,- или снять с тормоза ветряк).Лопасть же, установленная на лодке вместо паруса, потребует для этих целей очень сильного ветра. То же самое - и для лопастного ветряка. А вот парус движет лодку (крутит генератор) и на малых ветрах. На больших ветрах он просто производит БОЛЬШЕ полезной работы. Чтобы убедиться в этом достаточно укрепить на лодке ЛОПАСТНОЕ ветроколесо и на другой лодке парусное ветроколесо,результаты "эксперимента" понятны...В"научных работах" оппонентов нередко звучит "... Т.е. для достижения максимального КИЭВ скорость пластины должна быть в три раза меньше скорости ветра."- оставляю без комментариев, так как понятно - парус реагирует на ЛЮБОЙ ветер и создает необходимый ПЕРЕПАД давлений. Остальное все от лукавого.

Рассмотрим небольшое (крайний справа верху) «кино»: здесь представлен рабочий образец парусного ветрячка из Прибалтики, созданный специально для проверки возможностей парусного ветряка. Чертежи конструктор, не приобретал, пользовался методом ППП (пол, палец, потолок) и интуицией, но говорить о КПД данного ветроколеса все равно стоит. Он выше чем у лопастника (того же диаметра), во всем ДИАПАЗОНЕ ветров, начиная от 0,5 м.сек.Это выводы сравнительного анализа произведенным самим умельцем. Но нас интересуют все прелести парусного ветроколеса, которую и можно отследить на этом экземплярчике.

Понятно что, подход ветра (к ометаемой площади) осуществляется с тыльной стороны. Паруса наполнены ветром в нашу сторону, и чуть под углом. Для специалиста ясно, что ветер притормаживаясь перед колесом и совершив работу выпускается через щель (задняя неподкрепленная кромка паруса).Через эти щели согласитесь, уходит уже отработанный воздух(подпираемый вновь прибывающими порциями воздуха).Более научно это описал г. Бернулли постулируя следующее: при снижении скорости потока растет давление. В результате мы имеем повышенное давление с НАВЕТРЕННОЙ стороны ветроколеса и РАЗРЯЖЕНИЕ с подветренной стороны. Именно срабатывание энергии этого перепада давлений и определяет количественно работу ветряка. Лопастному ветроколесу, такое и не снилось… Вспомните, - между лопастями ветер беспрепятственно проникает на противоположную сторону ветроколеса - ВЫРАВНИВАЯ давления. А это-плохо.

Если нет разности (перепада) давлений, то о какой РАБОТЕ может идти речь вообще? Следовательно - основной недостаток лопастного ветроколеса (для малых ветров): очерченная концами лопастей площадь(ометаемая) используется до нельзя СКВЕРНО. Данное утверждение может опровергать только - глупец.Аргумент: если оппонирующего субъекта принудительно заставить выпрыгнуть из летящего самолета предложив на выбор (вместо парашюта) лопастное и парусное ветроколесо держу пари - несчастный ИНТУИТИВНО выберет парусное спасательное средство.

Кстати, серийный мотодельтаплан МД-20 c «вертушкой» (вместо штатного крыла) успешно отработал сезон на авиахимработах показав превосходные результаты - при ветре 5 м.сек, длина разбега со штатным 100 литровым хим.баком составила 20(!)метров, скороподъёмность - 4м. Вернемся к нашему кино. Поскольку ветрячок был поднят над землей всего на 1.5 м. Турбулизированый приземный слой воздуха (смотрите в каком квадранте ометаемой площади «флатерит»задняя кромка) - неважно наполняет парус. Но поднятое над землей (проверено!) на высоту ОДНОГО диаметра - парусное ветроколесо включается в работу полностью. А далее - еще интереснее: уходящий из рабочей зоны отработанный воздух (подпираемый сзади)попадая в конический раструб - вновь ускоряется (вспомним о давлении с наветренной стороны).Отметим немаловажное - вектор ускорения направлен ТАНГЕНЦИАЛЬНО к ветроколесу. Если вспомнить закон сохранения количества движения,то половина энергии кинетического движения воздуха (речь о втором, дополнительном ускорении) достается - опять тому же парусному колесу. Ибо щель является ни чем иным как -обычным реактивным соплом, создающим пропульсивную силу.

Прирост реактивной составляющей, при 10м.сек. равен 40 процентов от всей приходящей на ометаемую площадь энергии ветра. О том что пусковой момент, больше рабочего момента (лопастники отдыхают) и говорить теперь уже не надо. Для особо воинствующих оппонентов, попробую объяснить суть разницы между парусом и лопастью на основе молекулярно - кинетической теории, не прибегая к мат.аппарату.Часто пишут специалисты,(обидно что именно - специалисты) приводя следующий аргумент: в воздушном потоке (конкретного)сечения заключена (конкретная) энергия.

Природа происхождения «аргумента»- проста. В известную формулу кинетической энергии подставляется плотность и скорость (относительно чего?) в квадрате. Затем всё это удовольствие разделено на 2.Но пилить дрова все же лучше пилой, чем рубанком… Рекомендую обратиться к процессу ВЫВОДА этой формулы. Для того чтобы тело куда двигалось (летело, бежало…) необходимо столько же энергии отдать и 2 телу с которым, то что движется (летит и прыгает) ВЗАИМОДЕЙСТВОВАЛО для получения необходимого количества движения. Именно поэтому в формуле потенциальной энергии ОТСУТСТВУЕТ дробная черта. А в кинетической - имеется.

В случае с ветроколесом (любого типа) мы работаем с полной энергией потока так, как не МЫ с Вами запускали в движение поток воздуха (ветер). И обратно. Рассматривая крыло самолета (винт вертолета) мы обязаны руководствоваться только КИНЕТИЧЕСКОЙ энергией(делить на 2) поскольку МЫ сами заставляем тело (самолет) - двигаться в воздухе и никак не наоборот. И весь запас энергии надо возить с собой в виде топлива. Иначе он просто не полетит.

Дело в том, что энергия ветра, образовавшаяся в результате гравитационных взаимодействий - является для обычных граждан 100 процентной (полной энергией) которую лопасть обязана снять с заданной (конкретной) площади. Обязана. Но, - не может физически - размеры лопасти несопоставимы с площадью сечения струи. Рассматривая воздушный поток (в свете МКТ) - обнаружим что ветер это - направленный (упорядоченный)поток молекул воздуха. Каждая молекула несет энергию(неважно кто ей придал энергию - важно как ее грамотно снять) - а мы вдруг на ее пути поставили лопасть.

Отрикошетив, молекула отдала часть энергии и обогнув препятствие кратковременно изменила направление собственного движения (турбулизировала поток) и подхваченная соседками унеслась дальше унося и свой импульс - а значит и энергию. Справка: любое изменение направление движения материальной точки ДРУГИМ субъектом физического мира - является ЭНЕРГООБМЕННЫМ процессом. Угол изменения направления движения молекулы,- определяет КОЛИЧЕСТВО энергии переданной второму телу. Остановка молекулы препятствием полностью - означает 100 процентную передачи энергии препятствию.

Затормозив, а точнее отклонив большее количество молекул, мы получаем и больше энергии. Догадайтесь какое из двух рассматриваемых ветроколес тормознет больше молекул? Правильно. Но и "лопастники"(если их принудительно) вращать-соберут (отклонят)эти самые молекулы. И чем больше угловая скорость вращения лопасти тем с большим количеством молекул они столкнутся(снимут энергию),а на больших скоростях подключится еще и аэродинамика...

Парусное колесо вообще не нужно вращать для этих целей. Оно сразу контактирует со всеми молекулами приходящими на ометаемую им площадь. А получая энергию от множества молекул одновременно - просто крутится вместе с валом редуктора.

Все ли преимущества парусного колеса представлены здесь? Нет конечно. Открою еще одну «тайну». Парусное ветроколесо не разбрасывает элементарные струйки воздуха в разные стороны, а бережно собирает их в свои гибкие конуса(рабочие органы), и выпускает через реактивные щели за пределы ометаемой площади. И куда бы не попала струйка воздуха - на край паруса или в центр, она будет остановлена, перенаправлена, вновь ускорена (подходящими струями - давлением)и выпущена через реактивную щель, отдав всю первоначальную энергию и половину (теперь уже точно кинетической) энергии полученной во время ускорения в «желобе»конуса.

Это уже теория построена на ОБЪЕМНОЙ модели воздуха.Откуда взялась эта вторая кинетическая энергия на ускорение? Ну, если ветер не отменили - из давления созданного прибывающими на ометаемую площадь элементарными струйками воздуха.

Ну такие они,- струйки.

Владимир из Таганрога