Аератори за вятърна вода

Реших да публикувам работата си в отделна тема.
Имаше много експерименти и тестове (и сега, в момента, всички нови идеи се тестват), много грешки, но също добри решениясъщо бяха открити, които, между другото, вече са работили за спасяването на рибите.
Защо отделна тема - предлагам на интересуващите се да обсъдят точно конструктивните части. Може би заедно можем да намерим по-добри решения.
Търсене в интернет не даде резултат нито преди 3 години, нито сега. Сега има връзки към мои видеоклипове в YouTube
Следва продължение...

Максималната разрешена скорост на вятъра за работа на вятърен генератор със собствените ви ръце е 20-25 метра в секунда. Ако този индикатор за скоростта на въздушния поток бъде превишен, работата на станцията трябва да бъде ограничена. Освен това, това трябва да се направи дори ако вятърната мелница е от бавно движещ се тип.

Разбира се, едва ли домашна вятърна мелницаще може да се завърти до такава скорост, че да се срути напълно. Но в историята има много случаи, когато ентусиастите са построили свои собствени вятърни турбини, но не са осигурили никаква защита от силни ветрове. В резултат на това дори здравите оси на автомобилния генератор не издържаха на целия товар и се счупиха като кибрит. Следователно, ако вятърът е силен, тогава натискът върху опашката на оперението се увеличава значително и в случай на рязка промяна в посоката на въздушния поток, генераторът ще се завърти рязко.

Като се има предвид фактът, че при висока скорост на вятъра работното колело на генератора може да се върти достатъчно бързо, цялата конструкция се превръща в жироскоп, който се съпротивлява на всякакви завои. Това води до концентриране на значителни натоварвания върху вала на генератора между вятърното колело и рамката.

Освен всичко друго, колело с диаметър 2 метра ще има високо аеродинамично съпротивление. При силен вятър това заплашва с големи натоварвания на мачтата. И следователно, за по-надеждна и дългосрочна работа на вятърния генератор, си струва да се тревожите за защитата.

Най-лесният начин за използване за такива цели е така наречената странична лопата. Това е много просто устройство, което може значително да спести пари, усилия и време, изразходвани за изграждането на станцията.

Работата на такова устройство се състои в това, че при работещ вятър със скорост 8 m / s, налягането на вятъра върху конструкцията е по-ниско от налягането на защитната пружина. Това позволява на генератора да работи нормално и да се държи срещу вятъра с помощта на перата. За да се предотврати срутването на вятърната мелница в работен режим, има разтягане между страничната лопата и опашката. Но при силен вятър, натискът върху вятърното колело надвишава силата на натиска на пружината, в резултат на което защитата се задейства. Когато генераторът започне да се сгъва, вятърният поток удря вятърния генератор под ъгъл, което сериозно намалява мощността му.

При много висока скорост на вятъра защитата напълно сгъва генератора, който лежи успоредно на посоката на вятърния поток. В резултат на това работата на вятърната мелница почти напълно спира. Струва си да се отбележи, че в този случай опашката на оперението не е здраво закрепена към рамката, но има способността да се върти. Пантата, която се използва в този случай, трябва да бъде изработена от високоякостна стомана, като диаметърът й не трябва да бъде по-малък от 12 милиметра.

Нарастването на потребителския интерес към алтернативните източници на електроенергия е разбираемо. Липсата на възможности за свързване към централизирани мрежи налага използването на други методи за осигуряване на жилища или временни жилища с електричество. Делът непрекъснато расте, тъй като придобиването на индустриален дизайн е много скъп бизнес и винаги е доста ефективен.

Когато създавате вятърна мелница, трябва да вземете предвид възможността за силни пориви на вятъра и да вземете подходящи мерки за защита на конструкцията от тях.

Защо се нуждаете от защита от силни ветрове?

Работа на вятърна турбинапредназначени за определена сила на вятъра. Обикновено се вземат предвид средните показатели, характерни за даден регион. Но когато потокът от вятър се увеличи до критични стойности, което понякога се случва във всяка област, съществува риск от повреда на устройството, а в някои случаи - пълно унищожаване.

Оборудван със защита срещу такива претоварвания или ток (при надвишаване допустима стойностнапрежението задейства електромагнитна спирачка) или според скоростта на въртене (механична спирачка). Домашни дизайнисъщо трябва да бъдат оборудвани с подобни устройства.

Работните колела, особено оборудваните с тях, при високи скорости на въртене започват да действат на принципа на жироскопа и запазват равнината на въртене. При такива условия опашката не може да върши работата си и да ориентира устройството по оста на потока, което води до повреди. Това е възможно дори ако скоростта на вятъра не е твърде висока. Следователно, устройство, което забавя скоростта на работното колело, е необходим елементдизайни.

Възможно ли е да направите устройство със собствените си ръце?

Направата на приспособление е напълно възможно. Освен това е абсолютна необходимост. Спирачно устройствотрябва да се предвиди на етапа на проектиране на вятърната мелница. Работните параметри на устройството трябва да бъдат изчислени възможно най-внимателно, така че неговите възможности да не са твърде ниски в сравнение с реалните нужди на конструкцията.

На първо място, трябва да изберете начин за внедряване на спирачното устройство. Обикновено за такива дизайни се използват прости и безпроблемни механични устройства, но могат да бъдат създадени и електромагнитни проби. Изборът зависи от това кои ветрове преобладават в региона и какъв е дизайнът на самата мелница.

Най-лесният вариант е да промените посоката на оста на ротора, което става ръчно. За да направите това, трябва само да инсталирате панта, но необходимостта да излезете навън със силен вятър не е най-много Най-доброто решение. Освен това не винаги е възможно да спрете ръчно, тъй като в този момент може да сте далеч от дома.

Принцип на действие

Има няколко механични методиспиране на работното колело. Най-често срещаните опции за дизайн на хоризонтални вятърни мелници са:

• отклонение на ротора от вятъра с помощта на странично острие (спиране по метода на сгъваемата опашка);
• спиране на ротора чрез странично острие.

Вертикалните конструкции обикновено се спират с помощта на тежести, окачени на външните точки на лопатките. С увеличаване на скоростта на въртене, под действието на центробежна сила, те започват да оказват натиск върху лопатките, принуждавайки ги да се сгъват или обръщат настрани към вятъра, което води до намаляване на скоростта на въртене.

внимание!Този метод на спиране е прост и най-ефективен, позволява ви да регулирате скоростта на въртене на работното колело, но е приложим само за вертикални конструкции.

Защитен метод със сгъване на опашката

Устройство, което се отклонява от вятъра чрез сгъване на опашката, ви позволява плавно и доста гъвкаво да регулирате скоростта на въртене на ротора. Принципът на работа на такава система е използването на страничен лост, монтиран в хоризонтална равнина, перпендикулярна на оста на въртене. Въртящото се работно колело и рамото са твърдо свързани, а опашката е закрепена чрез пружинно въртящо се съединение, действащо в хоризонтална равнина.

При номинални стойности на силата на вятъра страничното рамо не може да премести ротора настрани, тъй като опашката го насочва към вятъра. Когато вятърът се увеличи, натискът върху страничната лопатка се увеличава и надвишава силата на пружината. В този случай оста на ротора се обръща от вятъра, въздействието върху лопатките намалява и роторът се забавя.

други методи

Вторият метод на механично спиране е подобен по дизайн, но страничната лопатка действа по различен начин - когато вятърът се засили, тя започва да оказва натиск върху оста на ротора чрез специални подложки, забавяйки въртенето му. В този случай роторът и опашката са монтирани на един и същи вал, а вирбелът с пружина се използва на страничния лост.

При нормални скорости на вятъра пружината държи лоста перпендикулярно на оста, когато се засили, тя започва да се отклонява към опашката, притискайки спирачните накладки към оста и забавяйки въртенето. Тази опция е добра за малки размери на острието, тъй като силата, приложена към вала, за да го спре, трябва да бъде доста голяма. На практика тази опция се използва само при относително ниска скорост на вятъра, при пориви на шквал методът е неефективен.

В допълнение към механичните устройства, електромагнитните устройства са широко използвани. Когато напрежението се повиши, релето започва да работи, привличайки спирачните накладки към вала.

Друг вариант, който може да се използва за защита, е да се отвори веригата, когато се появи твърде високо напрежение.

внимание!Някои методи защитават само електрическата част на комплекса, без да засягат механичните елементи на конструкцията. Такива методи не са в състояние да осигурят целостта на вятърната мелница в случай на внезапни силни ветрове и могат да се използват само като допълнителни мерки, действащи в тандем с механични устройства.

Схема и чертежи на защита

За по-визуално представяне на принципа на работа на спирачното устройство, помислете за кинематична диаграма.

Фигурата показва, че пружината в нормално състояние поддържа въртящия се механизъм и опашката на една и съща ос. Силата, създадена от потока на вятъра, преодолява съпротивлението на пружината, когато скоростта се увеличава и постепенно започва да променя посоката на оста на ротора, налягането на вятъра върху лопатките намалява, поради което скоростта на въртене пада.

Тази схема е най-често срещаната и ефективна. Той е лесен за изпълнение, позволява ви да създадете устройство от импровизирани материали. Освен това настройката на тази спирачка е проста и се свежда до избор на пружина или регулиране на нейната сила.

внимание!Максималният ъгъл на завъртане на ротора не се препоръчва да бъде повече от 40-45°. Големите ъгли допринасят за пълното спиране на вятърната мелница, която след това започва трудно при неравномерни шквалови ветрове.

Процедура за изчисление

Изчисляване на спирачното устройстводоста сложно. Това ще изисква различни данни, които не са лесни за намиране. Трудно е за неподготвен човек да направи такова изчисление, вероятността от грешки е висока.

Въпреки това, ако по някаква причина е необходимо самостоятелно изчисление, можете да използвате формулата:

P x S x V 2 = (m x g x h) x sinα, Където:

• P е силата, приложена към винта от потока на вятъра,
• S е площта на лопатките на витлото,
• V - скорост на вятъра,
• m - маса,
• g - ускорение на свободно падане (9.8),
• h е разстоянието от пантата до точката на закрепване на пружината,
• sinα - ъгъл на наклон на опашката спрямо оста на въртене.

Трябва да се има предвид, че стойностите, получени от независими изчисления, изискват правилна интерпретация и пълно разбиране на физическата същност на процеса, протичащ по време на въртене. В този случай те няма да бъдат достатъчно правилни, тъй като фините ефекти, които съпътстват работата на вятърната мелница, няма да бъдат взети под внимание. Въпреки това, изчислените по този начин стойности ще могат да дадат порядъка на величината, необходим за производството на устройството.

Процесът на създаване на вятърна турбинае съпроводено с много разходи и изисква разнообразни действия, което само по себе си налага конструкцията да бъде максимално защитена от възможността за разрушаване. Ако има предвидима опасност от унищожаване или повреда на комплекса, пренебрегвайте създаването и използването защитни устройстване трябва в никакъв случай.

Как да защитите вятърен генератор от силен вятър, защото например по време на ураган лопатките лесно могат да се провалят и да излетят. Или, още по-лошо, мачтата няма да издържи, например, ще откъсне стриите и вятърният генератор ще се срути, помитайки всичко по пътя си на падане. Разбира се, за малки вятърни мелници с диаметър на витлото до 1,5 м защитата срещу силни ветрове не е особено подходяща, тъй като няма такъв огромен натиск върху витлото. Но за големите вятърни мелници защитата от вятър е задължителна, голямо витло по време на ураган изпитва огромно налягане и тук не само лопатките могат да излетят, но и стоманени кабелиможе да разкъса или изкорени от земята. Е, като цяло мисля, че е ясно, че без защита, особено в близост до хора и сгради, е по-добре да не инсталирате вятърна мелница, веднъж годишно поне урагани все още се случват.

Защитата от буря вече е инсталирана във фабричните вятърни генератори; за малки вятърни турбини по правило се използва електрическа спирачка. Тоест, когато се достигне определена скорост, фазите на генератора се импулсират от контролера и винтът губи скорост, падайки мощност. Или защитата изобщо не е осигурена и контролерът забавя, като дава на късо генератора само когато напрежението надвиши определена стойност, например 14 волта за дванадесетволтова система. За домашно направени малки вятърни мелници често се правят домашни контролери (баластни регулатори), които също забавят вятърната мелница, когато напрежението е превишено, забавят чрез включване на допълнителен товар под формата на електрически крушки или нихромови спирали, тени . Или купуват готови контролери, където всичко вече е налице и спиране и принудително спиране на вятърната мелница.

Големите вятърни мелници, в допълнение към контролера, трябва да имат и механична защитатъй като големите витла извличат огромна мощност при силни ветрове и отиват "отгоре" и дори пълна верига на генератора не спира витлото. Във фабричните вятърни мелници защитата обикновено се прави чрез завъртане на опашката и винтът се завърта настрани от вятъра. „Ловците на вятър“ се основават на класическия метод за отстраняване на витлото от вятъра чрез сгъване на опашката, който отдавна се е превърнал в класика. Тази схема ще бъде обсъдена допълнително.

Силна схема за защита от вятър

Защитата работи така. Когато няма вятър и витлото не се върти, опашката се извива на своите 45 градуса и виси настрани. С появата на вятър витлото се завърта и започва да се върти, а опашката се обръща във вятъра и се подравнява. Когато се превиши определена скорост на вятъра, натискът върху витлото става по-голям от теглото на опашката и тя се обръща, а опашката се сгъва. Веднага щом вятърът отслабне, опашката отново се разгъва под тежестта и витлото става във вятъра. Така че при сгъване на опашката да не се повредят лопатките, е заварен ограничител.

Принцип на защита на вятърната турбина

Тук основна роля играят теглото на опашката и нейната дължина и площ на оперението, както и разстоянието, на което се измества оста на въртене на витлото. Има формули за изчисление, но за удобство хората са написали Excel таблици, на които всичко се изчислява с две кликвания. По-долу има две табели, взети от форума windpower-russia.ru

Екранна снимка на първата плоча. Въведете данните в жълтите полета и получете желаната дължина на опашката и теглото на върха й. Площта на опашката по подразбиране е 15-20% от площта на стреловидната витла.

Изчисляване на опашната единица

Втората плоча е малко по-различна.Тук можете да промените хоризонталния ъгъл на опашката. В първата таблица се счита за 45 градуса, но тук може да се променя по същия начин като вертикалното отклонение. Плюс това е добавена пружина, която допълнително държи опашката. Пружината е монтирана като съпротивление при сгъване на опашката за по-бързо връщане и намаляване на теглото на опашката. Площта на опашката също се взема предвид при изчислението.

Изтегляне - Изчисление на опашната единица 2.xls

Изчисление на опашната единица 2

Също така теглото на опашката и други параметри могат да бъдат изчислени с помощта на тези формули

Fa - аксиална сила върху винта.

Според Сабинин Fa=1.172*pi*D^2/4*1.19/2*V^2
според Жуковски Fa=0.888*pi*D^2/4*1.19/2*V^2,
където D е диаметърът на вятърното колело, V е скоростта на вятъра;

X - желано отместване (офсет) от ротационната ос към оста на въртене на вината;
m е масата на опашката;
g - ускорение на свободно падане;
l е разстоянието от пръста до центъра на тежестта на опашката;
a - ъгъл на наклон на пръста.

Например, винт с диаметър 2 метра, скорост на вятъра, при която опашката трябва да се сгъне = 10 m / s

Ние считаме според Жуковски Fa \u003d 0,888 * 3,1415 * 2 ^ 2 / 4 * 1,19 / 2 * 10 ^ 2 \u003d 165N

Маса на опашката = 5 кг,
разстояние от пръста до центъра на тежестта на опашката = 2m,
ъгъл на пръста =20 градуса

X=5*9,81*2*sin(20)/165/3,1415*2=0,129 m.

Също така по-разбираемо изчисляване на масата на опашката

0,5*Q*S*V^2*L1*p/2=M*L2*g*sin(a), където:
Q - плътност на въздуха;
S - площ на винта (m ^ 2);
V - скорост на вятъра (m/s);
L1 - изместване на оста на въртене на главата на вятъра от оста на въртене на витлото (m);
M - маса на опашката (kg);
L2 - разстояние от оста на въртене на опашката до нейния център на тежестта (m);
g - 9,81 (гравитация);
a - ъгъл на наклона на оста на въртене на опашката.

Е, това вероятно е всичко, в printsepe на таблиците на Excel е напълно достатъчно за изчислението, въпреки че можете да използвате формули. Недостатъкът на такава защитна схема е отклонението на витлото по време на работа и донякъде закъсняла реакция при промяна на посоката на вятъра поради плаващата опашка, но това не засяга особено генерирането на енергия. Освен това има и друг вариант за защита чрез "плаването" на витлото.Генераторът се поставя по-високо и се преобръща, докато перката сякаш лежи обърната настрани от вятъра, в този случай генераторът се подпира амортисьора.