«Светлячок»

ВЕТРОКОЛЕСО

От диаметра ветроколеса зависят мощность и обороты, развиваемые ветродвигателем. Все эти компоненты связаны между собой очень тесно и поддаются выражению в строгих и точных математических формулах. Наша задача проще: построить ветроколесо наиболее распространенного типа, диаметром 1,3 м, позволяющее получить от двигателя максимум энергии и в то же время достаточно простое.

Как видно из таблицы 1, колесо Ø1,3 м более всего подходит для ветродвигателя мощностью 100 — 150 вт. Для пересчета его мощности в квт необходимо величину в лошадиных силах, взятую по таблице, умножить на переводной коэффициент 0,736.

N квт =N л. с. х 0,736=0,2X0,736= 0,147 квт, где N квт — мощность в киловаттах.

N л. с. — мощность в лошадиных силах.

Принимая к.п.д. генератора равным 0,7, получаем полезную мощность равной:

N квт = 0,147 х 0,7 ~ 0,1 квт.

Так как обороты ветроколеса при скорости ветра 8 м/сек будут близки необходимым для выхода генератора на полную мощность, то в данном случае ветроколесо можно устанавливать непосредственно на валу генератора без промежуточного редуктора. Это позволяет построить самый простой и удобный в эксплуатации ветроэлектрический агрегат.

Для достижения указанных в таблице 1 оборотов и мощностей необходимо при изготовлении лопастей ветроколеса руководствоваться размерами, указанными в таблице 2.

Таблица 1

Показатель

Скорость ветра в м/сек

4

5

6

7

8 и выше

Мощность в л.с.

0,025

0,048

0,084

0,140

0,203

Количествo оборотов в минуту

412

515

620

620

825

Таблица 2. Размеры лопасти и ее профилей(Ø1,3 м)

Размеры лопасти

Координаты профиля в мм

№ сечения лопасти

углы заклинения лопасти

расстояние сечений лопасти от центра ветроколеса в мм и r/R

ширина лопасти в данном сечении в мм

толщина лопасти в данном сечении в мм

Обознач. координат профиля

X0

X1

X2

X3

X4

X5

X6

X7

X8

X9

1

14º

162

X

0

2,71

5.42

10,73

21,43

32,02

53,10

74,80

96,0

107

0,25

107,00

19, 50

Y

7,93

11.70

13,50

15,60

18,44

19,50

17,75

12,78

5,9в

0,65

Y1

 —

4,45

3,25

2,16

1,08

0,43

 —

 —

 —

 —

2.

10º

260

X

0

2,38

4.55

9,22

18,33

27,60

45,50

64.00

82,40

91.7

0,4

91,70

15,82

Y

6,37

9,75

10,92

12,53

14,96

15,80

15,14

10,30

4,76

0.53

Y1

 —

3.58

2,71

1,62

0,65

0,27

 —

 —

 —

 —

3

6,5º

390

X

0

1,73

3,58

7,15

14,30

21,45

35,75

43,40

61,10

71,50

0,6

71.50

11,45

Y

4,50

7,05

7,80

9,10

10,83

11.43

10,61

7,15

3,25

0,43

Y1

2,38

1,73

1,08

0,53

 —

 —

 —

 —

 —

4.

4.8º

520

X

0

1,30

2,60

5,20

10,40

15,60

26,00

36,40

46,50

52.50

0,8

52,00

7,05

Y

2,06

4,11

4,76

5,75

6,64

7,05

6,07

4,29

2,16

0,32

Y1

 —

1.30

0,87

0,54

 —

 —

 —

 —

 —

 —

5.

3,5º

620

X

0

0,87

1,75

3,51

7,02

10,53

17,55

24,60

31,60

35,01

0,95

35.00

3,88

Y

1,30

2,25

2,71

3,20

3,50

3,88

3,07

2,18

0,87

0,22

Y1

0,70

0.52

0,17

 —

 —

 —

 —

 —

 —

КОНСТРУКЦИЯ

Общий вид агрегата показан на 1-й странице вкладки. Двухлопастное ветроколесо 1 (рис. 1) вращает .вал генератора 3, закрепленного на поворотной опоре 4. Поворотная опора насажена на неподвижную стойку 8, установленную в растяжках 9 и являющуюся мачтой ветроэлектрического агрегата. Установка ветроколеса на ветер автоматическая — с помощью флюгера-хвоста 5. Для остановки применен небольшой колодочный тормоз 6, действующий на тормозной барабан 2.

ГЕНЕРАТОР — один из важнейших узлов ветроэлектрического агрегата. В этой роли можно использовать генераторы марок Г-12, Г-15В и Г-21, устанавливаемые на автомобилях «Волга», ЗИЛ-150 и ГАЗ-51. Старые генераторы такого типа можно найти в любом гараже или автомастерской. Их номинальная мощность 220 вт. Они отличаются простотой и надежностью в эксплуатации, не требуют частых регулировок и доступны ремонту в домашних условиях.

ПОВОРОТНАЯ ОПОРА служит для закрепления генератора и его беспрепятственного вращения вокруг своей вертикальной оси. Она изготавливается из отрезка двухдюймовой трубы длиной 250 мм. В верхней части опоры привариваются уголки размерами 40 х 40 мм, образующие седло генератора, и вкладывают стальную шайбу 2, служащую «пяткой» опорной втулки мачты. Конструкция седла и хомутов 1 крепления генератора ясна из рисунка 2.

НЕПОДВИЖНАЯ СТОИКА, являющаяся мачтой установки, делается из полуторадюнмовой трубы длиной 1000-1500 мм. В ее верхней части крепится опорная втулка мачты, а на расстоянии 250 мм от верхнего конца закрепляется кольцо, предотвращающее чрезмерную качку поворотной опоры.

С помощью хомутов неподвижная стойка крепится к продолжению мачты, изготовленному из более толстой трубы или деревянного столба.

Точка крепления растяжек должна быть расположена на 2/3. общей высоты мачты с агрегатом.

ХВОСТ агрегата, устанавливающий ветроколесо на ветер, делается из полосовой стали сечением 4 X 20 мм и листового железа толщиной 1-2 мм. Штанга хвоста закрепляется к седлу генератора болтами или приваривается.

ТОРМОЗ, служащий для остановки ветроколеса, состоит из тормозного барабана 2, рычага 6 и тяги привода 7.

Тормозной барабан вытачивается из стали. Можно сделать его, использовав какую-нибудь готовую деталь подходящей формы и размера. Рычаг — из полосовой стали сечением 4 X 20 мм. Тяга привода из стальной проволоки Ø4-5 мм.

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ. Нормальная работа генератора обеспечивается установкой регулятора напряжения и аккумуляторной батареи. Для указанных типов генераторов могут быть использованы реле-регуляторы марок РР-12А, РР-12В и РР-128 совместно с аккумуляторными батареями типа 6-СТ-54, 6-СТ-68 и другими 12-вольтовыми аккумуляторами.

Для улучшения характеристики генератора можно рекомендовать домотать обмотки статора тем же проводом, что и в основной обмотке. В обмотку добавляют 30-40 витков. Это позволяет при меньших оборотах генератора получить более высокое напряжение.

Соединение генератора и реле-регулятора показано на принципиальной схеме (см. 1-ю стр. вкладки).

Работа ветроагрегата сопровождается постоянным изменением числа оборотов генератора. Изменение оборотов якоря генератора будет сопровождаться изменением напряжения на его клеммах, если не приняты меры к поддержанию на постоянном уровне. Повышение напряжения генератора может чрезмерно повысить ток в цепях потребителей, что приведет их к повреждению (перегорание ламп). Вызванное той же причиной повышение зарядного тока выведет из строя аккумуляторную батарею.

Во избежание этого напряжение генератора поддерживают постоянным при помощи специального аппарата, называемого регулятором напряжения. При постоянном напряжении, поддерживаемом регулятором, сила тока, отдаваемая генератором (ток нагрузки), с увеличением числа включенных потребителей будет увеличиваться. Чрезмерное увеличение тока нагрузки может вызвать перегрев и выход генератора из строя. Величина тока, отдаваемого генератором, ограничивается обычно при помощи отдельного аппарата, называемого ограничителем тока. Указанный выше регулятор напряжения действует в рабочем диапазоне оборотов якоря генератора. При переходе к очень малым оборотам действие регулятора прекращается и напряжение на клеммах генератора падает. В таких условиях ток начал бы поступать из аккумулятора в обмотки генератора. При этом разрядный ток батареи достиг бы значительной величины, что вызвало бы быструю ее разрядку и сильный нагрев обмоток генератора. Для предотвращения этого в цепь генератор — батарея включают специальный аппарат — реле обратного тока, который замыкает цепь генератор — батарея, когда напряжение генератора становится выше напряжения батареи, и размыкает ее, когда напряжение генератора ниже напряжения батареи.

Все указанные аппараты, действующие автоматически, обычно смонтированы на общем основании и называются реле-регулятором.

Для долговечной и надежной работы агрегата необходимо проводить его регулярное техническое обслуживание. Через каждые 400-500 часов работы смазывать подшипники генератора, а через 1500 часов полностью заменять смазку. Через 100-150 часов работы осматривают коллектор генератора и при необходимости шлифуют его поверхность мелкой наждачной бумагой. Уход за аккумуляторными батареями надо вести в соответствии со стандартными инструкциями по эксплуатации.

Р. ОГАРКОВ, инженер