Vetrovodni aeratori

Odlučio sam da objavim svoj rad u posebnoj temi.
Bilo je mnogo eksperimenata i testova (a sada se trenutno testiraju sve nove ideje), mnogo grešaka, ali i dobre odluke pronađeni su i koji su, inače, već radili na spašavanju ribe.
Zašto posebna tema - predlažem da zainteresovani razgovaraju upravo o konstruktivnim delovima. Možda zajedno možemo pronaći bolja rješenja.
Internet pretraga nije dala rezultate ni prije 3 godine ni sada. Sada postoje linkovi do mojih videa na YouTube-u
Nastavlja se...

Maksimalna brzina vjetra dopuštena za rad vjetrogeneratora vlastitim rukama je 20-25 metara u sekundi. Ako je ovaj indikator protoka vazduha prekoračen, rad stanice mora biti ograničen. Štaviše, to treba učiniti čak i ako je vjetrenjača sporog tipa.

Naravno, teško domaća vjetrenjača moći će se okretati do takve brzine da će se potpuno srušiti. No, u historiji je mnogo slučajeva kada su entuzijasti gradili vlastite vjetroturbine, ali nisu pružale nikakvu zaštitu od jakih vjetrova. Kao rezultat toga, čak ni jake osovine automobilskog generatora nisu mogle izdržati cijelo opterećenje i lomile su se kao šibice. Stoga, ako je vjetar jak, tada se pritisak na rep perja značajno povećava, a u slučaju nagle promjene smjera strujanja zraka, generator će se naglo okretati.

Uzimajući u obzir činjenicu da se pri velikim brzinama vjetra rotor generatora može rotirati dovoljno brzo, cijela konstrukcija se pretvara u žiroskop koji se odupire bilo kakvim okretima. Ovo uzrokuje koncentrisanje značajnih opterećenja na osovinu generatora između vjetrobrana i okvira.

Između ostalog, točak prečnika 2 metra imaće visok aerodinamički otpor. Uz jak vjetar, to prijeti velikim opterećenjem na jarbolu. I stoga, za pouzdaniji i dugotrajniji rad vjetrogeneratora, vrijedi se brinuti o zaštiti.

Najlakši način za korištenje u takve svrhe je takozvana bočna lopata. Ovo je vrlo jednostavan uređaj koji može značajno uštedjeti novac, trud i vrijeme utrošeno na izgradnju stanice.

Rad takvog uređaja leži u činjenici da je s radnim vjetrom brzinom od 8 m / s, pritisak vjetra na konstrukciju manji od pritiska zaštitne opruge. Ovo omogućava generatoru da radi normalno i da se drži uz vjetar uz pomoć perja. Kako bi se spriječilo da se vjetrenjača sruši u radnom režimu, postoji rastezanje između bočne lopate i repa. Ali s jakim strujanjem vjetra, pritisak na točak vjetra prelazi snagu pritiska opruge, kao rezultat toga, zaštita se aktivira. Kada se generator počne savijati, strujanje vjetra udara u vjetrogenerator pod uglom, što ozbiljno smanjuje njegovu snagu.

Pri vrlo velikim brzinama vjetra, zaštita potpuno sklapa generator, koji leži paralelno sa smjerom strujanja vjetra. Kao rezultat toga, rad vjetrenjače gotovo potpuno prestaje. Vrijedi napomenuti da u ovom slučaju rep perja nije čvrsto pričvršćen za okvir, već ima mogućnost rotacije. Šarka, koja se koristi u ovom slučaju, mora biti izrađena od čelika visoke čvrstoće, a njegov promjer ne smije biti manji od 12 milimetara.

Razumljivo je povećanje interesa korisnika za alternativne izvore električne energije. Nedostatak mogućnosti povezivanja na centralizirane mreže prisiljava korištenje drugih metoda obezbjeđivanja stambenih ili privremenih stanova električnom energijom. Udio je u stalnom porastu, jer je kupovina industrijskog dizajna vrlo skup posao i uvijek je prilično efikasan.

Prilikom izrade vjetrenjače treba uzeti u obzir mogućnost jakih naleta vjetra i poduzeti odgovarajuće mjere za zaštitu konstrukcije od njih.

Zašto vam je potrebna zaštita od jakih vjetrova?

Rad vjetroturbine dizajniran za određenu snagu vjetra. Obično se uzimaju u obzir prosječni pokazatelji tipični za dati region. Ali kada se protok vjetra poveća do kritičnih vrijednosti, što se ponekad događa u bilo kojem području, postoji rizik od kvara uređaja, au nekim slučajevima - potpunog uništenja.

Opremljen zaštitom od takvih preopterećenja ili struje (pri prekoračenju dozvoljena vrijednost napon aktivira elektromagnetnu kočnicu), ili prema brzini rotacije (mehanička kočnica). Domaći dizajni također moraju biti opremljeni sličnim uređajima.

Propeleri, posebno oni opremljeni, pri velikim brzinama rotacije počinju djelovati po principu žiroskopa i zadržavaju ravan rotacije. U takvim uslovima rep ne može obavljati svoj posao i orijentisati uređaj duž ose protoka, što dovodi do kvarova. To je moguće čak i ako brzina vjetra nije prevelika. Dakle, uređaj koji usporava brzinu radnog kola je neophodni element dizajni.

Da li je moguće napraviti uređaj vlastitim rukama?

Izrada uređaja je sasvim moguća. Štaviše, to je apsolutna potreba. Uređaj za kočenje treba obezbijediti u fazi projektovanja vjetrenjače. Radni parametri uređaja moraju se izračunati što je moguće pažljivije kako njegove mogućnosti ne bi bile preniske u odnosu na stvarne potrebe konstrukcije.

Prije svega, morate odabrati način implementacije uređaja za kočenje. Obično se za takve dizajne koriste jednostavni i nesmetani mehanički uređaji, ali se mogu kreirati i elektromagnetni uzorci. Izbor ovisi o tome koji vjetrovi prevladavaju u regiji i kakav je dizajn same vjetrenjače.

Najlakša opcija je promjena smjera osi rotora, što se radi ručno. Da biste to učinili, trebate samo ugraditi šarku, ali potreba za izlaskom napolje uz jak vjetar nije najveća Najbolja odluka. Osim toga, nije uvijek moguće ručno zaustaviti, jer u ovom trenutku možete biti daleko od kuće.

Princip rada

Ima ih nekoliko mehaničke metode kočenje radnog kola. Najčešće opcije za horizontalne dizajne vjetrenjača su:

• otklon rotora od vjetra uz pomoć bočne lopatice (zaustavljanje metodom preklapanja repa);
• kočenje rotora pomoću bočne lopatice.

Vertikalne konstrukcije se obično koče pomoću utega okačenih na vanjske strane lopatica. S povećanjem brzine rotacije, pod djelovanjem centrifugalne sile, počinju vršiti pritisak na lopatice, prisiljavajući ih da se preklapaju ili okreću bočno prema vjetru, što uzrokuje smanjenje brzine rotacije.

Pažnja! Ova metoda kočenja je jednostavna i najefikasnija, omogućava podešavanje brzine rotacije radnog kola, ali je primjenjiva samo za vertikalne konstrukcije.

Metoda odbrane preklapanja repa

Uređaj koji se udaljava od vjetra preklapanjem repa omogućava vam da glatko i prilično fleksibilno prilagodite brzinu rotacije rotora. Princip rada takvog sistema je korištenje bočne poluge postavljene u vodoravnoj ravnini okomitoj na os rotacije. Rotirajući impeler i ruka su kruto povezani, a rep je pričvršćen preko okretnog zgloba s oprugom koji djeluje u horizontalnoj ravnini.

Pri nominalnim vrijednostima sile vjetra, bočna ruka nije u stanju pomjeriti rotor u stranu, jer ga rep usmjerava u vjetar. Kada se vjetar pojača, pritisak na bočnu oštricu raste i premašuje snagu opruge. U tom slučaju, os rotora se okreće od vjetra, smanjuje se utjecaj na lopatice i rotor usporava.

druge metode

Druga metoda mehaničkog kočenja je slična dizajnu, ali bočna lopatica djeluje drugačije - kada se vjetar pojača, počinje vršiti pritisak na osovinu rotora kroz posebne jastučiće, usporavajući njegovu rotaciju. U ovom slučaju, rotor i rep su montirani na istoj osovini, a na bočnoj poluzi se koristi zakretnica s oprugom.

Pri normalnim brzinama vjetra, opruga drži polugu okomito na os, kada je ojačana, počinje odstupati prema repu, pritiskajući kočione pločice na os i usporavajući rotaciju. Ova opcija je dobra za male veličine oštrice, jer sila koja se primjenjuje na osovinu da bi se zaustavila mora biti prilično velika. U praksi se ova opcija koristi samo pri relativno malim brzinama vjetra, a s naletima vjetra metoda je neučinkovita.

Pored mehaničkih uređaja, široko se koriste i elektromagnetni uređaji. Kako napon raste, relej počinje da radi, privlačeći kočione pločice na osovinu.

Druga opcija koja se može koristiti za zaštitu je otvaranje strujnog kruga kada se pojavi previsok napon.

Pažnja! Neke metode štite samo električni dio kompleksa bez utjecaja na mehaničke elemente konstrukcije. Takve metode ne mogu osigurati integritet vjetrenjače u slučaju iznenadnih jakih vjetrova i mogu se koristiti samo kao dodatne mjere, djelujući u tandemu s mehaničkim uređajima.

Nacrti šeme i zaštite

Za vizuelniji prikaz principa rada kočionog uređaja, razmotrite kinematički dijagram.

Slika pokazuje da opruga u normalnom stanju drži rotirajući sklop i rep na istoj osi. Sila stvorena strujanjem vjetra savladava otpor opruge kada se brzina povećava i postupno počinje mijenjati smjer osi rotora, pritisak vjetra na lopatice se smanjuje, zbog čega brzina rotacije opada.

Ova shema je najčešća i najefikasnija. Jednostavan je za izvođenje, omogućava vam stvaranje uređaja od improviziranih materijala. Osim toga, podešavanje ove kočnice je jednostavno i svodi se na odabir opruge ili podešavanje njene sile.

Pažnja! Maksimalni ugao rotacije rotora se ne preporučuje da bude veći od 40-45°. Veliki uglovi doprinose potpunom zaustavljanju vetrenjače, koja onda teško startuje na neujednačenim olujnim vetrovima.

Procedura izračunavanja

Proračun kočionog uređaja prilično komplikovano. Za to će biti potrebni različiti podaci, koje nije lako pronaći. Nespremnoj osobi je teško napraviti takav proračun, velika je vjerovatnoća greške.

Međutim, ako je iz bilo kojeg razloga potrebno samostalno izračunavanje, možete koristiti formulu:

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

• P je sila koja strujanje vjetra primjenjuje na vijak,
• S je površina lopatica propelera,
• V - brzina vjetra,
• m - masa,
• g - ubrzanje slobodnog pada (9.8),
• h je udaljenost od šarke do tačke pričvršćenja opruge,
• sinα - ugao nagiba repa u odnosu na os rotacije.

Treba imati na umu da vrijednosti dobivene iz nezavisnih proračuna zahtijevaju ispravnu interpretaciju i potpuno razumijevanje fizičke suštine procesa koji se odvija tokom rotacije. U ovom slučaju oni neće biti dovoljno ispravni, jer se suptilni efekti koji prate rad vjetrenjače neće uzeti u obzir. Međutim, ovako izračunate vrijednosti moći će dati red veličine potreban za proizvodnju uređaja.

Proces stvaranja vjetroturbine je popraćeno velikim troškovima i zahtijeva razne radnje, što samo po sebi prisiljava konstrukciju da bude zaštićena što je više moguće od mogućnosti uništenja. Ako postoji predvidljiva opasnost od uništenja ili kvara kompleksa, zanemarite stvaranje i korištenje zaštitnih uređaja ne bi trebalo ni na koji način.

Kako zaštititi vjetrogenerator od jakog vjetra, jer, na primjer, tokom uragana, lopatice mogu lako otkazati i odletjeti. Ili, što je još gore, jarbol neće izdržati, na primjer, otkinut će strije i vjetrogenerator će se srušiti, metući sve na svom putu pada. Naravno, za male vjetrenjače s prečnikom propelera do 1,5 m zaštita od jakog vjetra nije posebno bitna, jer nema tako velikog pritiska na propeler. Ali za velike vjetrenjače zaštita od vjetra je obavezna, veliki propeler tokom uragana doživljava ogroman pritisak i ovdje ne samo da lopatice mogu odletjeti, već i čelične sajle može otkinuti ili iščupati iz zemlje. Pa, generalno, mislim da je jasno da je bez zaštite, pogotovo u blizini ljudi i zgrada, bolje ne postavljati vjetrenjaču, jednom godišnje se barem dese uragani.

Zaštita od nevremena je već ugrađena u fabričke vetrogeneratore, a za male vetroturbine u pravilu se koristi električna kočnica. To jest, kada se postigne određena brzina, faze generatora pulsiraju od strane kontrolera i vijak gubi brzinu, ispuštajući snagu. Ili zaštita uopšte nije obezbeđena i regulator usporava kratkim spojem generatora samo kada napon pređe određenu vrednost, na primer 14 volti za dvanaestovoltni sistem. Za domaće male vjetrenjače često se izrađuju domaći kontroleri (regulatori balasta), koji također usporavaju vjetrenjaču pri prekoračenju napona, usporavaju uključivanjem dodatnog opterećenja u vidu sijalica ili nihrom spirala, tena . Ili kupuju gotove kontrolere gdje je sve već tu i kočenje i prinudno zaustavljanje vjetrenjače.

Velike vjetrenjače, osim kontrolera, moraju imati i mehanička zaštita pošto veliki propeleri uzimaju ogromnu snagu pri jakom vjetru i idu "preko vrha" pa čak ni kompletno kolo generatora ne zaustavlja propeler. U fabričkim vetrenjačama zaštita se obično vrši okretanjem repa, a vijak se okreće od vetra. "Hvatač vjetra" se bazira na klasičnoj metodi skidanja propelera sa vjetra preklapanjem repa, što je odavno postalo klasika. O ovoj šemi će se dalje raspravljati.

Snažna šema zaštite od vjetra

Odbrana funkcioniše ovako. Kada nema vjetra i propeler se ne okreće, rep se odbacuje do svojih 45 stepeni i visi u stranu. S pojavom vjetra, propeler se okreće i počinje okretati, a rep se pretvara u vjetar i poravnava. Kada se prekorači određena brzina vjetra, pritisak na propeler postaje veći od težine repa i on se okreće, a rep se savija. Čim vjetar oslabi, rep se ponovo razvija pod teretom i propeler postaje u vjetru. Kako pri preklapanju repa ne bi oštetili oštrice, zavaren je graničnik.

Princip zaštite vjetroturbina

Ovdje glavnu ulogu igra težina repa i njegova dužina i površina perja, kao i udaljenost za koju se pomiče os rotacije propelera. Postoje formule za izračunavanje, ali zbog pogodnosti ljudi su napisali Excel tabele na kojima se sve izračunava u dva klika. Ispod su dvije ploče preuzete sa foruma windpower-russia.ru

Snimak ekrana prve ploče. Unesite podatke u žuta polja i dobijete željenu dužinu repa i težinu njegovog vrha. Područje repa je po defaultu 15-20% površine propelera.

Proračun repne jedinice

Druga ploča je malo drugačija.Ovdje možete promijeniti horizontalni ugao repa. U prvoj tabeli se smatra kao 45 stepeni, ali ovde se može promeniti na isti način kao i vertikalno odstupanje. Plus, dodana je opruga koja dodatno drži rep. Opruga je ugrađena kao otpor prema preklapanju repa radi bržeg povratka i smanjenja težine repa. Područje repa se također uzima u obzir u proračunu.

Preuzmi - Izračun repne jedinice 2.xls

Proračun repne jedinice 2

Također, težina repa i drugi parametri mogu se izračunati pomoću ovih formula

Fa - aksijalna sila na vijak.

Prema Sabininu Fa=1,172*pi*D^2/4*1,19/2*V^2
prema Žukovskom Fa=0,888*pi*D^2/4*1,19/2*V^2,
gdje je D prečnik vjetrobrana, V brzina vjetra;

X - željeni pomak (offset) od rotacione ose do ose rotacije vina;
m je masa repa;
g - ubrzanje slobodnog pada;
l je rastojanje od prsta do centra gravitacije repa;
a - ugao nagiba prsta.

Na primjer, vijak prečnika 2 metra, brzina vjetra pri kojoj bi se rep trebao saviti = 10 m / s

Smatramo prema Žukovskom Fa \u003d 0,888 * 3,1415 * 2 ^ 2 / 4 * 1,19 / 2 * 10 ^ 2 \u003d 165N

Masa repa = 5 kg,
udaljenost od prsta do težišta repa = 2m,
ugao prsta =20 stepeni

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

Također razumljiviji izračun mase repa

0,5*Q*S*V^2*L1*p/2=M*L2*g*sin(a), gdje je:
Q - gustina vazduha;
S - površina zavrtnja (m ^ 2);
V - brzina vjetra (m/s);
L1 - pomak ose rotacije glave vjetra od ose rotacije propelera (m);
M - masa repa (kg);
L2 - udaljenost od ose rotacije repa do njegovog centra gravitacije (m);
g - 9,81 (gravitacija);
a - ugao nagiba ose rotacije repa.

E, to je vjerovatno sve, u printsepe Excel tabela sasvim je dovoljno za proračun, iako možete koristiti formule. Nedostatak takve zaštitne sheme je skretanje propelera tijekom rada i pomalo zakašnjela reakcija na promjenu smjera vjetra zbog plutajućeg repa, ali to posebno ne utječe na proizvodnju energije. Osim toga, postoji još jedna opcija za zaštitu "lebdenjem" propelera.Generator je postavljen više i prevrće se, dok propeler, takoreći, leži okrenut od vjetra, u ovom slučaju generator se podupire. amortizer.