Aeratory wody wiatrowej

Zdecydowałem się umieścić moją pracę w osobnym wątku.
Było wiele eksperymentów i testów (a teraz, w tej chwili, wszystkie nowe pomysły są testowane), wiele błędów, ale także dobre decyzje znaleziono również, które, nawiasem mówiąc, już pracowały, aby uratować ryby.
Po co osobny temat - proponuję zainteresowanym omówić dokładnie konstruktywne części. Może razem uda nam się znaleźć lepsze rozwiązania.
Wyszukiwarka internetowa nie dała żadnych wyników ani 3 lata temu, ani teraz. Teraz na YouTube są linki do moich filmów
Ciąg dalszy nastąpi...

Maksymalna prędkość wiatru dozwolona do obsługi generatora wiatrowego własnymi rękami wynosi 20-25 metrów na sekundę. W przypadku przekroczenia tego wskaźnika natężenia przepływu powietrza należy ograniczyć pracę stacji. Co więcej, należy to zrobić, nawet jeśli wiatrak jest typu wolnoobrotowego.

Oczywiście, trudno domowy wiatrak będzie w stanie rozpędzić się do takiej prędkości, że całkowicie się zapadnie. Ale w historii jest wiele przypadków, kiedy pasjonaci budowali własne turbiny wiatrowe, ale nie zapewniali żadnej ochrony przed silnymi wiatrami. W rezultacie nawet mocne osie generatora samochodowego nie były w stanie wytrzymać całego obciążenia i pękały jak zapałki. Dlatego, jeśli wiatr jest silny, nacisk na ogon upierzenia znacznie wzrasta, aw przypadku gwałtownej zmiany kierunku przepływu powietrza generator gwałtownie się obraca.

Biorąc pod uwagę fakt, że przy dużych prędkościach wiatru wirnik generatora jest w stanie obracać się wystarczająco szybko, cała konstrukcja zamienia się w żyroskop, który opiera się wszelkim obrotom. Powoduje to koncentrację znacznych obciążeń na wale generatora między kołem wiatrowym a ramą.

Między innymi koło o średnicy 2 metrów będzie miało duży opór aerodynamiczny. Przy silnym wietrze grozi to dużym obciążeniem masztu. Dlatego dla bardziej niezawodnej i długotrwałej pracy generatora wiatrowego warto martwić się o ochronę.

Najprostszym sposobem wykorzystania do takich celów jest tzw. łopata boczna. To bardzo proste urządzenie, które może znacznie zaoszczędzić pieniądze, wysiłek i czas poświęcony na budowę stacji.

Działanie takiego urządzenia polega na tym, że przy pracującym wietrze z prędkością 8 m/s napór wiatru na konstrukcję jest mniejszy niż nacisk sprężyny zabezpieczającej. Pozwala to generatorowi na normalną pracę i utrzymywanie się pod wiatr za pomocą piór. Aby zapobiec zawaleniu się wiatraka w trybie pracy, między boczną łopatą a ogonem znajduje się odcinek. Ale przy silnym przepływie wiatru nacisk na koło wiatrowe przekracza siłę nacisku sprężyny, w wyniku czego następuje zadziałanie zabezpieczenia. Kiedy generator zaczyna się składać, strumień wiatru uderza w generator wiatrowy pod kątem, co poważnie zmniejsza jego moc.

Przy bardzo dużych prędkościach wiatru zabezpieczenie całkowicie składa generator, który leży równolegle do kierunku wiatru. W rezultacie działanie wiatraka prawie całkowicie się zatrzymuje. Warto zauważyć, że w tym przypadku usterzenie ogonowe nie jest sztywno przymocowane do ramy, ale ma możliwość obracania się. Zastosowany w tym przypadku zawias musi być wykonany ze stali o wysokiej wytrzymałości, a jego średnica nie może być mniejsza niż 12 milimetrów.

Wzrost zainteresowania użytkowników alternatywnymi źródłami energii elektrycznej jest zrozumiały. Brak możliwości podłączenia do sieci scentralizowanych wymusza stosowanie innych sposobów zaopatrywania w energię elektryczną mieszkań lub rezydencji tymczasowych. Udział ten stale rośnie, ponieważ pozyskanie wzoru przemysłowego jest biznesem bardzo kosztownym i zawsze dość skutecznym.

Tworząc wiatrak należy wziąć pod uwagę możliwość wystąpienia silnych podmuchów wiatru i podjąć odpowiednie środki w celu zabezpieczenia konstrukcji przed nimi.

Dlaczego potrzebujesz ochrony przed silnymi wiatrami?

Działanie turbiny wiatrowej zaprojektowany dla określonej siły wiatru. Zazwyczaj brane są pod uwagę średnie wskaźniki typowe dla danego regionu. Kiedy jednak przepływ wiatru wzrośnie do wartości krytycznych, co czasem zdarza się na każdym terenie, istnieje ryzyko awarii urządzenia, aw niektórych przypadkach całkowitego zniszczenia.

Wyposażone w zabezpieczenie przed takimi przeciążeniami lub prądem (przy przekroczeniu dopuszczalna wartość napięcie wyzwala hamulec elektromagnetyczny) lub w zależności od prędkości obrotowej (hamulec mechaniczny). Domowe projekty muszą być również wyposażone w podobne urządzenia.

Wirniki, zwłaszcza te wyposażone w, przy dużych prędkościach obrotowych zaczynają działać na zasadzie żyroskopu i zachowują płaszczyznę obrotu. W takich warunkach ogon nie może wykonać swojej pracy i ustawić urządzenia wzdłuż osi przepływu, co prowadzi do awarii. Jest to możliwe nawet przy niezbyt dużej prędkości wiatru. Dlatego urządzenie, które spowalnia prędkość wirnika, jest niezbędny element projekty.

Czy można zrobić urządzenie własnymi rękami?

Wykonanie urządzenia jest całkiem możliwe. Co więcej, jest to absolutna konieczność. Urządzenie hamujące należy przewidzieć na etapie projektowania wiatraka. Parametry pracy urządzenia muszą być jak najdokładniej obliczone, aby jego możliwości nie były zbyt niskie w stosunku do rzeczywistych potrzeb obiektu.

Przede wszystkim musisz wybrać sposób wdrożenia urządzenia hamującego. Zwykle do takich konstrukcji stosuje się proste i bezawaryjne urządzenia mechaniczne, ale można też tworzyć próbki elektromagnetyczne. Wybór zależy od tego, jakie wiatry panują w regionie i jaka jest konstrukcja samego wiatraka.

Najprostszą opcją jest zmiana kierunku osi wirnika, co odbywa się ręcznie. Aby to zrobić, wystarczy zainstalować zawias, ale potrzeba wyjścia na zewnątrz przy silnym wietrze nie jest najważniejsza Najlepsza decyzja. Ponadto nie zawsze jest możliwe ręczne zatrzymanie, ponieważ w tej chwili możesz być daleko od domu.

Zasada działania

Istnieje kilka metody mechaniczne hamowanie wirnikiem. Najczęstsze opcje poziomych projektów wiatraków to:

• odchylanie wirnika od wiatru za pomocą bocznej łopaty (zatrzymanie metodą składanego ogona);
• hamowanie wirnika za pomocą bocznej łopaty.

Konstrukcje pionowe są zwykle hamowane za pomocą obciążników zawieszonych na zewnętrznych punktach łopat. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej, pod działaniem siły odśrodkowej, zaczynają wywierać nacisk na łopaty, zmuszając je do składania lub obracania się na boki do wiatru, co powoduje zmniejszenie prędkości obrotowej.

Uwaga! Ta metoda hamowania jest prosta i najskuteczniejsza, umożliwia regulację prędkości obrotowej wirnika, ale ma zastosowanie tylko do konstrukcji pionowych.

Metoda obrony składanego ogona

Urządzenie, które odsuwa się od wiatru poprzez składanie ogona, pozwala na płynną i dość elastyczną regulację prędkości obrotowej wirnika. Zasada działania takiego układu polega na wykorzystaniu bocznej dźwigni zamontowanej w płaszczyźnie poziomej prostopadłej do osi obrotu. Obracający się wirnik i ramię są sztywno połączone, a ogon jest zamocowany za pomocą sprężynowego przegubu obrotowego działającego w płaszczyźnie poziomej.

Przy nominalnych wartościach siły wiatru boczne ramię nie jest w stanie przesunąć wirnika na bok, gdyż ogon kieruje go pod wiatr. Kiedy wiatr się nasila, nacisk na boczne ostrze wzrasta i przekracza siłę sprężyny. W takim przypadku oś wirnika odwraca się od wiatru, wpływ na łopaty jest zmniejszony, a wirnik zwalnia.

inne metody

Druga metoda hamowania mechanicznego ma podobną konstrukcję, ale boczne ostrze działa inaczej - gdy wiatr się nasila, zaczyna wywierać nacisk na oś wirnika przez specjalne klocki, spowalniając jego obrót. W tym przypadku wirnik i ogon są zamontowane na tym samym wale, a krętlik ze sprężyną jest używany na bocznej dźwigni.

Przy normalnych prędkościach wiatru sprężyna utrzymuje dźwignię prostopadle do osi, po wzmocnieniu zaczyna odchylać się w kierunku ogona, dociskając klocki hamulcowe do osi i spowalniając obrót. Ta opcja jest dobra dla małych rozmiarów ostrzy, ponieważ siła przyłożona do wału, aby go zatrzymać, musi być dość duża. W praktyce opcja ta jest stosowana tylko przy stosunkowo niskich prędkościach wiatru, przy porywistych porywach metoda jest nieskuteczna.

Oprócz urządzeń mechanicznych szeroko stosowane są urządzenia elektromagnetyczne. Gdy napięcie wzrasta, przekaźnik zaczyna działać, przyciągając klocki hamulcowe do wału.

Inną opcją, którą można wykorzystać do ochrony, jest otwarcie obwodu, gdy pojawi się zbyt wysokie napięcie.

Uwaga! Niektóre metody chronią tylko część elektryczną kompleksu bez wpływu na mechaniczne elementy konstrukcji. Takie metody nie są w stanie zapewnić integralności wiatraka w przypadku nagłych silnych wiatrów i mogą być stosowane jedynie jako dodatkowe środki, działające w parze z urządzeniami mechanicznymi.

Rysunki schematyczne i zabezpieczające

Aby uzyskać bardziej wizualne przedstawienie zasady działania urządzenia hamulcowego, rozważ schemat kinematyczny.

Rysunek pokazuje, że sprężyna w stanie normalnym utrzymuje zespół obrotowy i ogon na tej samej osi. Siła wytwarzana przez przepływ wiatru pokonuje opór sprężyny, gdy prędkość wzrasta i stopniowo zaczyna zmieniać kierunek osi wirnika, nacisk wiatru na łopaty maleje, przez co spada prędkość obrotowa.

Ten schemat jest najbardziej powszechny i ​​\u200b\u200bskuteczny. Jest łatwy do wykonania, pozwala stworzyć urządzenie z improwizowanych materiałów. Dodatkowo ustawienie tego hamulca jest proste i sprowadza się do doboru sprężyny lub regulacji jej siły.

Uwaga! Maksymalny kąt obrotu wirnika nie powinien przekraczać 40-45°. Duże kąty przyczyniają się do całkowitego zatrzymania wiatraka, który następnie z trudem rusza przy nierównym, szkwałowym wietrze.

Procedura obliczeniowa

Obliczanie urządzenia hamującego dość skomplikowane. Będzie to wymagało różnych danych, które nie są łatwe do znalezienia. Nieprzygotowanej osobie trudno jest dokonać takiego obliczenia, prawdopodobieństwo błędów jest wysokie.

Jeśli jednak z jakiegoś powodu konieczne jest samodzielne obliczenie, możesz użyć wzoru:

P x S x V 2 = (m x g x godz) x sinα, Gdzie:

• P to siła wywierana na śrubę przez przepływ wiatru,
• S to powierzchnia łopat śmigła,
• V - prędkość wiatru,
• m - masa,
• g - przyspieszenie swobodnego spadania (9,8),
• h to odległość od zawiasu do punktu mocowania sprężyny,
• sinα - kąt nachylenia ogona względem osi obrotu.

Należy pamiętać, że wartości uzyskane z niezależnych obliczeń wymagają prawidłowej interpretacji i pełnego zrozumienia fizycznej istoty procesu zachodzącego podczas obrotu. W tym przypadku nie będą wystarczająco poprawne, ponieważ subtelne efekty towarzyszące działaniu wiatraka nie będą brane pod uwagę. Jednak obliczone w ten sposób wartości będą w stanie podać rząd wielkości wymagany do wytworzenia urządzenia.

Proces tworzenia turbiny wiatrowej wiąże się z dużymi wydatkami i wymaga różnorodnych działań, co samo w sobie wymusza jak największe zabezpieczenie konstrukcji przed możliwością zniszczenia. Jeśli istnieje przewidywalne niebezpieczeństwo zniszczenia lub awarii kompleksu, należy zaniedbać tworzenie i użytkowanie urządzenia ochronne w żadnym wypadku nie powinien.

Jak zabezpieczyć generator wiatrowy przed silnym wiatrem, bo np. podczas huraganu łopaty mogą łatwo ulec awarii i odlecieć. Lub, co gorsza, maszt nie wytrzyma, na przykład zerwie rozstępy, a generator wiatrowy się zawali, zmiatając wszystko na swojej drodze upadku. Oczywiście w przypadku małych wiatraków o średnicy śmigła do 1,5 m ochrona przed silnymi wiatrami nie jest szczególnie istotna, ponieważ nie ma tak dużego nacisku na śmigło. Ale w przypadku dużych wiatraków ochrona przed wiatrem jest obowiązkowa, duże śmigło podczas huraganu doświadcza ogromnego ciśnienia i tutaj nie tylko łopaty mogą odlecieć, ale także kable stalowe może wyrwać lub wyrwać z ziemi. No generalnie to chyba jasne, że bez zabezpieczenia zwłaszcza w pobliżu ludzi i budynków lepiej nie stawiać wiatraka, przynajmniej raz w roku i tak zdarzają się huragany.

Ochrona przed burzą została już zainstalowana w fabrycznych generatorach wiatrowych, w przypadku małych turbin wiatrowych z reguły stosuje się hamulec elektryczny. Oznacza to, że po osiągnięciu określonej prędkości fazy generatora są pulsowane przez sterownik, a śruba traci prędkość, zmniejszając moc. Lub ochrona nie jest w ogóle zapewniona, a sterownik zwalnia, zwierając generator tylko wtedy, gdy napięcie przekroczy określoną wartość, na przykład 14 woltów dla układu dwunastowoltowego. W przypadku domowych małych wiatraków często wykonuje się domowe kontrolery (regulatory balastu), które również spowalniają wiatrak po przekroczeniu napięcia, spowalniają, włączając dodatkowe obciążenie w postaci żarówek lub spirali nichromowych, tenns . Albo kupują gotowe sterowniki gdzie wszystko już jest i hamowanie i wymuszone zatrzymanie wiatraka.

Duże wiatraki oprócz sterownika muszą posiadać i ochrona mechaniczna ponieważ duże śmigła biorą ogromną moc przy silnym wietrze i lecą "nad szczytem" i nawet pełny obwód generatora nie zatrzymuje śmigła. W wiatrakach fabrycznych zabezpieczenie wykonuje się zazwyczaj przez obrócenie ogona i odkręcenie śruby od wiatru. „Łapacze wiatru” opierają się na klasycznej metodzie usuwania śmigła z wiatru poprzez złożenie ogona, która od dawna stała się klasyką. Schemat ten zostanie omówiony dalej.

Silny system ochrony przed wiatrem

Obrona działa tak. Kiedy nie ma wiatru i śmigło się nie obraca, ogon odchyla się o 45 stopni i zwisa na bok. Wraz z nadejściem wiatru śmigło obraca się i zaczyna się obracać, a ogon zamienia się w wiatr i wyrównuje. Po przekroczeniu określonej prędkości wiatru nacisk na śmigło staje się większy niż ciężar ogona i odwraca się, a ogon się składa. Gdy tylko wiatr osłabnie, ogon ponownie rozkłada się pod ciężarem i śmigło staje się na wietrze. Aby podczas składania ogona nie uszkodzić ostrzy, przyspawany jest ogranicznik.

Zasada ochrony turbiny wiatrowej

Tutaj główną rolę odgrywa ciężar ogona oraz jego długość i powierzchnia upierzenia, a także odległość, o jaką przesunięta jest oś obrotu śmigła. Istnieją formuły do ​​​​obliczeń, ale dla wygody ludzie napisali arkusze kalkulacyjne Excel, na których wszystko jest obliczane za pomocą dwóch kliknięć. Poniżej znajdują się dwie tablice zaczerpnięte z forum windpower-russia.ru

Zrzut ekranu pierwszej płyty. Wprowadź dane w żółte pola i uzyskaj pożądaną długość ogona oraz wagę jego końcówki. Powierzchnia ogona wynosi domyślnie 15-20% powierzchni skośnej śruby napędowej.

Obliczanie jednostki ogonowej

Druga płyta jest nieco inna.Tutaj możesz zmienić poziomy kąt ogona. W pierwszej tabeli przyjmuje się, że jest to 45 stopni, ale tutaj można je zmienić w taki sam sposób, jak odchylenie pionowe. Dodatkowo dodana jest sprężyna, która dodatkowo podtrzymuje ogon. Sprężyna jest zainstalowana jako opór przed złożeniem ogona w celu szybszego powrotu i zmniejszenia ciężaru ogona. Powierzchnia ogona jest również brana pod uwagę w obliczeniach.

Pobierz - Kalkulacja jednostki ogonowej 2.xls

Obliczanie jednostki ogonowej 2

Za pomocą tych wzorów można również obliczyć wagę ogona i inne parametry

Fa - siła osiowa działająca na śrubę.

Według Sabinina Fa=1,172*pi*D^2/4*1,19/2*V^2
według Żukowskiego Fa=0,888*pi*D^2/4*1,19/2*V^2,
gdzie D to średnica koła wiatrowego, V to prędkość wiatru;

X - żądane przesunięcie (przesunięcie) od osi obrotu do osi obrotu win;
m jest masą ogona;
g - przyspieszenie swobodnego spadania;
l to odległość od palca do środka ciężkości ogona;
a - kąt nachylenia palca.

Np. śruba o średnicy 2 metrów, prędkość wiatru przy której ogon powinien się złożyć = 10 m/s

Rozważamy według Żukowskiego Fa \u003d 0,888 * 3,1415 * 2 ^ 2 / 4 * 1,19 / 2 * 10 ^ 2 \u003d 165N

Masa ogona = 5 kg,
odległość od palca do środka ciężkości ogona = 2m,
Kąt palca = 20 stopni

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

Również bardziej zrozumiałe obliczenie masy ogona

0,5*Q*S*V^2*L1*p/2=M*L2*g*sin(a), gdzie:
Q - gęstość powietrza;
S - powierzchnia śruby (m ^ 2);
V - prędkość wiatru (m/s);
L1 - przesunięcie osi obrotu głowicy wiatrowej od osi obrotu śmigła (m);
M - masa ogona (kg);
L2 - odległość od osi obrotu ogona do jego środka ciężkości (m);
g - 9,81 (grawitacja);
a - kąt nachylenia osi obrotu ogona.

Cóż, to chyba wszystko, w printsepe tabel Excela wystarczy do obliczeń, chociaż można użyć formuł. Wadą takiego schematu ochrony jest wychylenie śmigła podczas pracy i nieco spóźniona reakcja na zmianę kierunku wiatru z powodu pływającego ogona, ale nie wpływa to szczególnie na wytwarzanie energii. Dodatkowo istnieje jeszcze jedna opcja ochrony przez „pływanie” śmigła. Generator jest umieszczony wyżej i wywraca się, podczas gdy śmigło niejako leży, odwracając się od wiatru, w tym przypadku generator podpiera się amortyzator.