Ветродвигатель нового типа движет автомобиль

Особенности конструкции лопастей

Существует огромное видовое разнообразие ветрогенераторов и чертежей их изготовления. Но любая конструкция включает в себя следующие обязательные элементы:

• генератор;
• лопасти;
• накопительная батарея;
• мачта;
• электронный блок.

Обладая некоторыми навыками, можно смастерить ветрогенератор своими руками

https://www.youtube.com/watch{q}v=Wg40ByfIIQs

Кроме этого, необходимо заранее продумать систему управления и распределения электроэнергии, начертить схему монтажа.

Относительно конструктивных особенностей лопастей будущего генератора следует отметить, что они не должны быть слишком длинными, а их общее количество обычно не превышает трёх. Подобный выбор объясняется тем, что вес вращающихся элементов в этом случае будет меньше, и риск их разрушения резко снижается.

Обратите внимание! В ряде промышленных образцов используются длинные и сравнительно тяжёлые лопасти, но при этом в их конструкции предусмотрен изменяющийся угол наклона плоскости вращения.

Такое устройство подвижного механизма позволяет менять обороты с одновременным снижением уровня шумности.

Примерная стоимость самого недорого образца промышленной ветроустановки мощностью до 1 кВт составляет около 50-ти тыс. руб. и более. Для большинства пользователей такая сумма оказывается абсолютно «неподъёмной». Этим объясняется желание многих из них попытаться изготовить ветряной агрегат самостоятельно, воспользовавшись возможностями старого, но ещё рабочего автогенератора.

О самодельных ветряках для дома

Особый интерес к ветряной энергии проявляется на уровне бытовой сферы. Это понятно, если краем глаза взглянуть на очередной счёт за потреблённую энергию. Поэтому разного рода умельцы активизируются, используя все возможности получения электричества недорого.

Одна из таких возможностей, вполне реальная, тесно связана с ветряком из автомобильного генератора. Уже готовый прибор – автомобильный генератор – достаточно лишь оснастить правильно сделанными лопастями, чтобы иметь возможность снимать с клемм генератора какое-то значение электрической энергии.

Правда эффективно работать он будет лишь при условии наличия ветреной погоды.

Использование фактически любого автомобильного генератора приемлемо для конструирования ветряка. Но подобрать для дела обычно стараются модель мощную, способную выдавать большие токи. Здесь на пике популярности конструкции генераторов от грузовых автомобилей, крупных пассажирских автобусов, тракторов и т.п.

Помимо генератора для изготовления ветряка потребуется ещё ряд комплектующих деталей:

• винт двух- или трёх- лопастной;
• автомобильный аккумулятор;
• электрический кабель;
• мачта, элементы опоры, крепёж.

Конструкция винта на две или три лопасти считается наиболее оптимальной для классического ветряного генератора. Но бытовой проект зачастую далёк от инженерной классики. Поэтому чаще всего на домашнюю конструкцию стараются подобрать уже готовые винты.

Таким, к примеру, может стать крыльчатка от внешнего блока сплит-системы кондиционирования воздуха или от вентилятора того же автомобиля. Но когда есть желание следовать традициям конструирования ветрогенераторов, придётся сооружать пропеллер ветряка от начала до конца своими руками.

Перед принятием решения о сборке и установке ветрогенератора стоит оценить климатические данные участка и рассчитать окупаемость. Существенную помощь в этом окажет информация весьма интересной статьи, рекомендуемой нами к ознакомлению.

Переделка генератора

Перед началом работы необходимо определиться, какое именно устройство хотите сделать, так как существует несколько видов ветрогенераторов:

• роторный;
• аксиальный, на магнитах и т.д.

Бывает два расположения оси:

• горизонтальное – самое распространённое, КПД у такого вида в 2 раза больше;
• вертикальное – устанавливается внизу, так как имеет большой вес. А ветер внизу тише в 2 раза и, следовательно, мощность устройства уменьшается раз в 8. Преимущество – в меньшем шуме и удобстве использования.

Независимо от типа конструкции, для изготовления самодельного ветрогенератора следует запастись:

• автомобильным генератором;
• вольтметром;
• реле зарядки аккумулятора;
• регулятором напряжения для переменного тока;
• материалом для изготовления лопастей;
• аккумулятором кислотным или гелиевым;
• коробкой для закрывания провода;
• ёмкостью (нержавеющая кастрюля или ведро из алюминия);
• выключателем на 12 вольт;
• электрическим трёхжильным кабелем (сечение не меньше 2,5 мм кв.);
• старой водопроводной трубой (диаметр не меньше 15 мм, длина 7 м);
• лампочкой-зарядкой;
• четырьмя болтами с гайками и шайбами;
• металлическими хомутами для крепления.

Кроме того, необходимо иметь для работы специальные инструменты:

• болгарку с дисками;
• маркер;
• шуруповёрт;
• дрель и свёрла;
• ножницы по металлу;
• набор накидных ключей;
• газовые ключи разных номеров;
• кусачки;
• рулетку.

Для изготовления генератора ветряка подойдёт генератор от любого автомобиля. Их конструкции схожи между собой, а переделка сводится к перемотке провода статора и изготовлению ротора на неодимовых магнитах. В полюсах ротора высверливаются отверстия для фиксации магнитов. Устанавливают их, чередуя полюса. Ротор оборачивают бумагой, а пустоты между магнитами заливают эпоксидной смолой.

Автомобильный генератор

Таким же способом можно переделать двигатель от старой стиральной машины. Только магниты в этом случае во избежание залипания наклеивают под углом.

Новую обмотку перематывают по катушке на зуб статора. Можно сделать всыпную обмотку, это как кому удобно. Чем больше количество витков, тем эффективнее получится генератор. Мотают катушки в одном направлении по трёхфазной схеме.

Готовый генератор стоит опробовать и измерить данные. Если при 300 оборотах генератор выдаёт порядка 30 вольт, это хороший результат.

Генератор для ветряка из автомобильного генератора

Технология сборки ветрогенератора

Оптимальной основой для генератора домашнего ветряка видится модель АТ-700, взятая от трактора серии ДТ. Правда этот тракторный генератор в его изначальном виде рассчитан на частоту вращения ротора до 6000 об/мин. Под конструкцию домашнего ветряка такой параметр явно чрезмерный.

Есть два выхода из положения:

1. Применить какой-нибудь редуктор-мультипликатор, дающий требуемое передаточное отношение.
2. Перемотать существующую обмотку статора  АТ-700 под малые обороты.

В принципе, оба варианта модернизации прибора достижимы. Но, судя по отзывам состоявшихся конструкторов, вариант с перемоткой обмотки статора более приемлем. Тем более если учитывать вес самого генератора АТ-700, достигающий 6 кг.

Если прибор дополнить редуктором, вес общего модуля увеличится вдвое. А это важный параметр для конструкции ветряка. Вес всегда стремятся уменьшить.

Материалом для изготовления лопастей винта служит поливная алюминиевая труба (d = 200 мм) длиной 0,7 – 1,0 м. Изначально её разрезают вдоль на четыре отрезка, а затем из двух или трёх полученных частей вырезают лопасти требуемой формы.

Так как алюминий – материал, хорошо поддающийся обработке, вырезать из куска трубы нужную форму лопасти не проблема. Главное – правильно рассчитать и нарисовать шаблон.

Изготовленные лопасти будущего винта необходимо как-то скрепить и насадить на вал генератора. Эта работа более сложная, требует точного баланса и особенно при выполнении трехлопастной конструкции. Есть масса вариантов изготовления диска винта. Один из них – создание этой детали из алюминиевых пластин.

Потребуется рассчитать диаметр диска винта с учётом метровой длины лопастей. Для размаха крыла в 2 метра, расчётный диаметр диска может составлять 150-200 мм. На основании рассчитанного диаметра из листового алюминия вырезается необходимое количество круглых пластин (6-7 шт.).

Вырезанные круглые пластины накладывают друг на друга, выравнивают по кромкам и скрепляют. Для скрепления лучше всего использовать качественный эпоксидный клей. Но не исключены также иные методы крепежа.

На готовом склеенном диске необходимо в центральной точке разметить и просверлить отверстие под крепление на валу генератора. Отверстие доработать шпоночным пазом под размер шпонки, установленной на валу ротора генератора.

Приготовленный таким способом пропеллерный диск размечают под крепление лопастей. По намеченным линиям сверлят отверстия для болтов крепления кронштейнов. Эти детали тоже делаются алюминиевыми с подбором по толщине, достаточной для компенсации передаваемых усилий.

Останется приложить изготовленные ранее лопасти к диску в намеченных точках соединения, сбалансировать их на ровной поверхности и закрепить болтами.

Тракторный генератор АТ-700, оснащённый самодельным винтом, уже представляет собой реальный ветряк. С целью получения максимального эффекта от конструкции, её желательно поднять метров на 5-7 и к тому же обеспечить круговое перемещение на 360°.

Поэтому флюгер-ветряк ставят на мачту, которую проще всего изготовить на базе металлической трубы.

Мачта высотой 5-7 метров, оснащённая наверху ветрогенератором, будет испытывать значительные нагрузки. Соответственно диаметр металлической трубы нужен достаточно большой – не менее 50 мм по наружному размеру.

Крепление мачты выполняется за счёт четырёх тросовых растяжек, закреплённых сверху ближе к ветряку и растянутых в противовес друг другу.

Под верхний обрез трубы-мачты, во внутреннюю область, запрессовывается пара подходящих подшипников или крепится каким-то иным способом. Это будет опорный крутящийся блок, куда встанет флюгер с генератором и винтом. Остаётся сделать сам флюгер и установить на него всё необходимое оборудование.

Флюгерную конструкцию, на одном конце которой место под автомобильный генератор с винтом, а на другом – место под «хвостовик», рекомендуется делать из лёгкого прочного материала.

Например, алюминиевая труба прямоугольного профиля подошла бы под основание в самый раз. В качестве крепежа генератора к профильной трубе удобнее применить хомуты из мягкой металлической ленты (лучше нержавеющей).

Хвост флюгера можно соорудить из того же алюминиевого листа и закрепить его к профильной трубе уголками. В точке центра тяжести, на профильной трубе, необходимо укрепить металлический штырь из нержавейки.

Эта деталь – в виде длинного болта (250-300 мм), диаметром около 30 мм (рассчитывается), проходит поперёк сквозь тело профильной алюминиевой трубы и закрепляется снизу гайкой. Поверх гайки ставится контргайка.

Диаметр резьбы болта должен быть чуть меньше внутреннего диаметра колец подшипников, запрессованных в трубе-мачте. В центре болта, по его оси, просверливается отверстие 7-10 мм. Сквозь это отверстие будет пропускаться электрический кабель от генератора и по трубе уходить вниз к месту подключения.

После всех описанных приготовлений (обязательно в условиях безветренной погоды) приступают к установке:

1. На основании флюгера крепят хомутами тракторный генератор.
2. Поднимают мачту от земли на 1,5 – 2 метра и устанавливают флюгер опорным болтом на подшипники.
3. Одновременно пропускают кабель от генератора сквозь тело болта и дальше внутри трубы до нижней точки выхода.
4. Также чуть ниже флюгерного основания жёстко устанавливают ограничитель, позволяющий вращаться флюгеру на 360° в одну или другу сторону, но не более того.
5. Поднимают мачту окончательно и укрепляют тросовыми растяжками.
6. Подключают концы кабеля к приёмному устройству (обычно через контроллер к аккумуляторной батарее).

На этом конструирование ветрового генератора можно считать завершённым. Однако есть ещё масса отдельных деталей процесса, с которыми придётся столкнуться в период применения устройства.

Эти детали связаны уже с автоматикой, регулирующей накопление и распределение энергии. Такие устройства как контроллер заряда, инвертор тока и прочие, являются обязательными компонентами ветровых генераторов.

Фото-пример сборки ветряка по шагам

Рассмотрим пример сооружения ветряка на 24 В, собранного на базе автомобильного генератора. Самоделка начинает стабильно работать при силе ветра 5 м/с. В средне-ветреную погоду с порывами от 15 м/с установка поставляет от 8 до 11 А, в дни с сильными ветрами КПД увеличивается. Мощность не более 300 Вт.

Сооруженная своими руками установка развивает 24 В, применять ее можно для зарядки аккумуляторов мобильной техники и для поставки энергии в линии освещения с энергосберегающими светильниками.

Роторный ветряк

Роторный ветряк (самый простой в изготовлении) обычно монтируют из двух или четырёх лопастей. Конструкция его несложная, поэтому ветряк из автомобильного генератора, без переделок особых и затрат сможет изготовить каждый. Мощности такого прибора хватит для снабжения энергией небольшого садового дома.

Генератор для ветряка подбирается в соответствии с желаемой мощностью. Если брать за основу генератор 12 вольт, то получится устройство до 5 кВт. Лопасти у ротора должны быть одной величины, тогда ветряк из автомобильного генератора будет работать хорошо.

Кроме того, мощность конструкции будет зависеть от ветра – от того, с какой скоростью он будет дуть на лопасти. Ветряк начинает вращаться при 2 м/см, а с большей продуктивностью он будет работать при 12 м/сек. На эффективность его работы влияет размер лопастей, в которые будет дуть ветер. Замеры необходимо делать точные.

Разбор ошибок конструирования

Сборка ветрогенератора в бытовых условиях собственными руками – дело, конечно же, не безошибочное. Даже в конструкциях промышленных ветряков инженерами допускаются ошибки. Но на ошибках учатся, о чём подтверждают вполне состоявшиеся бытовые конструкции.

Итак, среди ошибок при устройстве бытовых ветряных генераторов часто фигурирует такая деталь, как отсутствие в конструкции генератора модуля торможения. Стандартное исполнение таких приборов (автомобильных или тракторных) такой детали не предусматривает. Значит, генератор необходимо дорабатывать.

Однако не каждому «конструктору» хочется заниматься этим тонким делом. Многие игнорируют эту деталь, надеясь на «авось». Как результат – при сильном ветре винт раскручивается до неимоверно высоких скоростей. Подшипники генератора не выдерживают, разбивают посадочные места алюминиевых крышек. Происходит клин ротора.

К этой же теме относится недоработка, связанная с отсутствием ограничителя поворота флюгера. Нередко этот компонент попросту забывают установить и вспоминают только тогда, когда потоки ветра начинают раскручивать «петушка» вокруг своей оси, как юлу в передаче «Что{q} Где{q} Когда{q}». Результат плачевный.

Минимум ущерба  – перекручивание и обрыв электрического кабеля, а в тяжёлых случаях – разнос всей конструкции.

Другая примечательная ошибка сборки – неправильный расчёт точки центра тяжести на основании флюгера. В этом случае устройство какое-то время может функционировать нормально. Но со временем образуется перекос на подшипниковом узле, свобода вращения ограничивается, эффективность конструкции по отдаче энергии резко снижается.

О том, как правильно рассчитать ветрогенератор, узнаете из предложенной нами статьи.

Нередко током, полученным от генератора, пытаются напрямую питать аккумуляторную батарею. Совсем скоро начинают удивляться – почему аккумулятор не держит заряд или обнаруживают пробой 2-3 банок.

Это банальная и естественная ошибка, так как в любом случае заряд АКБ должен проходить в условиях определённых токов и напряжений. Здесь нужен контроль этого процесса.

Домашним мастерам, заинтересованным темой сборки ветрогенератора, предлагаем ознакомиться еще с одним оригинальным вариантом. В предложенной статье описано изготовление генерирующей установки из бросовых деталей стиралки.

Ветровое колесо своими руками

Лопасти делаются из пластиковой или дюралевой трубы, диаметр которой составляет 20% от метража. Метровую трубу диаметром 20 см разрезают вдоль на 4 равные части. Из одной части делается крыло, а за ним – следующие, используя его как шаблон. Края лопастей скругляются и шлифуются до удаления заусенцев. Лопасти крепят на старый диск от циркулярной пилы, сточив с него зубья и просверлив отверстия для установки.

Лопасти с сегментами обычно применяются для несжимаемых сред. Профиль для воздушной среды должен иметь сложную форму, чтобы обеспечить высокую производительность. Основную работу выполняют наружные концы лопастей. Умельцы делают их на шпильках, поскольку внутренняя часть около ротора не работает. На рисунке ниже изображена такая конструкция, где лопасти привариваются к круглым стальным стержням.

Вид четырёхлопастного ветрового колеса

Ветроколесо устанавливают горизонтально на штативе и производят балансировку, подтачивая лопасти до равновесия конструкции. Они должны вращаться в одной плоскости с перекосом не более 2 мм.

Для изготовления ветрогенератора из автомобильного генератора своими руками необходимо сделать лопасти. Для этого используют трубы из пластика или дюраля. Их диаметр должен быть в 5 раз меньше от длины.

Трубу разрезают на четыре части и делают крыло из каждой. Края полученных лопастей необходимо скруглить и удалить все неровности.

Схема крепления лопаток ротора

Изготовление ветрогенератора складывается из двух основных этапов:

• Создание вращающегося ротора с лопастями.
• Изготовление или модернизация генератора, приводимого во вращение крыльчаткой.

Изготовление крыльчатки требует отдельного подробного описания, так как существует масса вариантов конструкции, выбор наиболее подходящего из них требует определенных познаний и опыта.

Изготовление генератора своими руками требует четкого знания принципа работы устройства, обладания навыками, материалами и необходимыми инструментами. Для ускорения процесса и получения более качественного результата надо использовать готовое устройство, нуждающееся в небольших вмешательствах в конструкцию. Это поможет сэкономить время, усилия и получить устройство с заранее известными параметрами.

Обычным изменением, которое приходится вносить в конструкцию генератора, является установка постоянных неодимовых магнитов вместо обмотки возбуждения. Этот вариант создает возможность самовозбуждения и повышает производительность генератора, но нередко создает эффект залипания, затрудняющий старт вращения ротора.

Также часто изменяют число витков обмотки, индуцирующей ток. Таким образом повышается чувствительность устройства, создается возможность генерации тока на низких скоростях вращения. Примечательно, что все переделки производятся достаточно просто и не требуют глубокого вмешательства в конструкцию. Меняется количество витков и толщина провода обмотки.

Наиболее предпочтительна конструкция генератора, способного производить ток при малых оборотах. Скорость ветра в регионах России в большинстве средняя и низкая, создать номинальную скорость вращения для автомобильного генератора чрезвычайно сложно. Потребуется установка повышающего редуктора, который будет существенно уменьшать чувствительность.

Вариантов решения вопроса может быть несколько:

• Модернизация автомобильного генератора.
• Использование магнето в качестве основы для создания генератора.
• Создание быстроходного ротора, способного обеспечить необходимый режим работы генератора.

Первый вариант используется чаще всех в силу своей простоты и доступности, хотя изменения, вносимые в конструкцию, требуют использования производственного оборудования (токарный станок), приобретения супермагнитов (неодимовых) и изменения числа витков обмотки статора.

Применение магнето вызывает немало споров, хотя причиной для них становится неподготовленность. Конструкция магнето позволяет создать производительный и относительно тихоходный генератор, требуется лишь изменить параметры трансформатора на соответствующие режиму вращения имеющегося ветряка.

Тракторный генератор Г-700 имеет следующие номинальные параметры:

• Напряжение — 14 В.
• Сила тока — до 50 А.
• Скорость вращения — 5000 об/мин (номинальная), 6000 об/мин (максимальная).

Ротор ветряка не сможет обеспечить такую частоту вращения, поэтому потребуется перемотать обмотку статора для того, чтобы обеспечить нужную производительность при низкой скорости вращения. Для этого надо использовать более тонкий провод, чтобы увеличить число витков в катушках. Обычно используется провод толщиной 0,8 мм, число витков делается максимальным, сколько сможет вместить корпус статора. Обычно делается не менее 80 витков.

Катушка возбуждения также подлежит доработке. Обмотка перематывается таким же проводом, добавляется до 250 витков. В результате получается устройство практически с исходными параметрами, но способное работать на низких скоростях вращения.

После доработки генератор устанавливается на ротор ветряка, испытывается на производительность и чувствительность в рабочем режиме. При необходимости параметры обмоток могут быть изменены, оптимальный режим находится опытным путем на основании эксплуатационных показателей.

Неплохие результаты показывает автомобильный генератор от грузовика «Бычок». Понадобится перемотать обмотку статора проводом 0,6 мм (получено опытным путем), для трехфазной обмотки понадобится около 90 витков на каждую катушку, всего 18 шт.

Ротор генератора подлежит некоторой доработке — на токарном станке стачивается толщина (диаметр) для того, чтобы получить пространство под неодимовые магниты. Исследования показывают, что наилучший результат достигается при большом числе магнитов.

При этом, необходимо избегать сильного залипания, что можно регулировать увеличением расстояния от магнитов до сердечников статора. Имеется возможность добиться минимального залипания при максимальном выходном напряжении, что потребует некоторых затрат времени, по поможет получить оптимальных результатов.

Подготовленный генератор устанавливается на ветряк, присоединяется к крыльчатке и тестируется на практике.

Выводы и полезное видео по теме

Даже обычный электрический шуруповёрт может стать ветряком, если знать основы устройства ветрогенератора.

Интерес к ветрогенераторам не снижается. Напротив, этот вариант добычи электрической энергии всё чаще рассматривается на уровне владельцев загородной недвижимостью.

Очевидно, если совмещать сразу несколько видов энергии – ветра, солнца, гидротурбин или атомных станций, такое совмещение может дать экономический эффект. При этом риски пользователя остаться без электричества сводятся к нулю.

Как сделать ветрогенератор{q}

1. Первый этап – это подготовка ротора. Берётся ёмкость из металла (кастрюля, ведро). При помощи маркера и рулетки отмечаются четыре одинаковых части. Ёмкость разрезается на лопасти ножницами по металлу или болгаркой, не дорезая до конца. Лопасти по краям слегка выгибаются, так возрастает скорость вращения.Нельзя использовать для лопастей материалы из жести с тоненькими стенками или брать оцинкованную ёмкость – эти материалы при нагрузке способны деформироваться и нагреваться.
2. Определяется сторона, в которую вращается шкив. Вращательным движением поворачивать его вправо и влево. Обычно шкив крутится по часовой стрелке, но бывает и против.
3. Соединить ротор с генератором. При помощи дрели делаются дырочки в дне ёмкости и шкиве генератора. Они должны быть симметричны, чтобы не возник дисбаланс во время движения лопастей.Прикрепить ёмкость с лопастями к генератору (шкиву) болтами соответствующего диаметра.
4. Получившееся устройство помещается на мачте, которая делается из припасённой старой трубы. При наличии построек на расстоянии 30 м от конструкции высоту мачты нужно увеличить. Необходимо, чтобы она была выше на 1 м этих построек, тогда ветряк будет лучше работать, ведь там не будет препятствия для ветра. Фиксируем его металлическим хомутом.
5. Затем проводится монтаж электрической проводки и собирается замкнутая цепь. Все контакты соединяются с соответствующими разъёмами. Проводка закрепляется на мачте.
6. На последнем этапе присоединяется инвертор, аккумулятор, приборная часть и освещение. Присоединять инвертор и аккумулятор следует при помощи кабеля (сечением 3 мм кв. и размером 1 метр), а для оставшихся частей достаточно с диаметром 2 мм кв.

Самодельный ветрогенератор из автомобильного генератора готов.

Процесс сборки ветряка

Схема сборки ветряка из автомобильного генератора

При изготовлении ветрогенератора своими руками необходимо запомнить, что диаметр вала ветряного колеса должен иметь диаметр больше 20 мм. Если это значение меньше, валы соединяют соосно при помощи муфты. Готовое ветряное колесо крепится шпонкой и дополнительно фиксируется гайкой.

Для изготовления рамы используется профильная труба. Для получения оси поворота дополнительно используют подшипники. Оптимальное расстояние от лопастей до мачты – не меньше 25 см. Это делается для того, чтобы агрегат не разрушился при сильном ветре.

Для преобразования напряжения используется инвертор. Обязательно устанавливается контролер напряжения, что предупреждает порчу ветряка от больших значений зарядного тока.

Обслуживание устройства

Чтобы сделанный ветряк работал долгие годы и без перебоев, необходимо проводить периодический технический контроль и обслуживание.

1. Чистить, смазывать и регулировать токосъёмник нужно раз в 2 месяца.
2. Ремонтировать лопасти, если возникает вибрация и разбалансировка во время вращения.
3. Раз в 3 года красить антикоррозийной краской металлические элементы.
4. Проверять и регулировать крепления и трос мачты.

https://www.youtube.com/watch{q}v=uSmXb7WGqY0

На эффективность работы прибора влияет местность, где установлен ветрогенератор (пустырь, наличие ветров). Но в любом случае иметь данный источник энергии, независимый от стационарного электроснабжения, никогда не будет лишним.