Muchos propietarios casas de campo quisiera utilizar fuentes de energía alternativas. Los residentes de los apartamentos de la ciudad tienen una opinión similar debido al aumento constante en el costo de la electricidad. Si lo desea, puede ensamblar un generador eólico simple e instalarlo en su sitio.
Antes de comenzar a trabajar en la creación de un generador de viento con sus propias manos, debe comprender la legalidad del uso de esta unidad. Para dotar de electricidad a una casa de veraneo, basta con utilizar instalaciones con una capacidad que no supere 1 kW. En el territorio de Rusia, se consideran domésticos y su uso no requiere un permiso o certificado.
Además, el estado no prevé impuestos adicionales sobre la producción de energía para las necesidades del hogar. Como resultado, puede recolectar turbinas eólicas de manera segura con sus propias manos para su hogar y usar electricidad gratis. Sin embargo, vale la pena consultar adicionalmente con las autoridades locales para conocer la presencia de regulaciones legales sobre este tema.
Además, no se debe excluir la posibilidad de quejas de los vecinos si comienzan a experimentar inconvenientes al usar esta unidad. Después de haber decidido ensamblar un generador eólico con sus propias manos, debe prestar atención a varios de sus parámetros:
Además, pueden surgir reclamos de servicios ambientales si la turbina eólica interfiere con la migración de aves. Sin embargo, tal situación es extremadamente improbable.
Un aerogenerador es un dispositivo que convierte la energía cinética del viento en energía mecánica con su posterior conversión en energía eléctrica. Esto sucede debido a la rotación del rotor del generador. La unidad consta de los siguientes elementos:
Sobre las palas actúan tres fuerzas, dos de las cuales, elevación e impulso, superan a la tercera (frenado) y ponen en movimiento el volante. El movimiento de rotación se transmite al rotor del generador y, cuando gira, se crea un campo magnético en el estator. Como resultado, aparece una corriente alterna, que luego se convierte en corriente continua usando un controlador especial y carga la batería.
Las instalaciones eléctricas de este tipo suelen clasificarse según varios parámetros. Uno de los principales aquí puede considerarse el número de palas, ya que las de múltiples palas comienzan a funcionar incluso con vientos suaves. Habiendo decidido montar un generador eólico para su hogar con sus propias manos, debe recordar que las palas pueden ser vela o rígidas. La forma más sencilla es fabricar productos del primer tipo, pero no son muy duraderos y requieren reparaciones frecuentes.
Las turbinas eólicas también difieren en la ubicación del eje de rotación: horizontal y vertical. Cada uno de estos tipos tiene ventajas y desventajas. Si los dispositivos verticales son más sensibles, los horizontales se caracterizan por su alta potencia. El último signo de clasificación de las turbinas eólicas es un paso fijo o variable. En casa, es más fácil montar una unidad del primer tipo.
Recoger tal Granja eólica con tus propias manos es bastante simple. Al mismo tiempo, su capacidad será suficiente para cubrir todas las necesidades de energía eléctrica en la zona del jardín.
Los propietarios de casas de campo pueden centrarse de forma segura en instalaciones con una capacidad de aproximadamente 1,5 kW. El dispositivo más simple será una unidad con un eje de rotación vertical. Para crearlo, necesitará las siguientes piezas y materiales:
Además, necesitará tornillos y tuercas, una herramienta de medición, una amoladora o tijeras de metal y un taladro.
La base de la futura unidad será un recipiente cilíndrico, por ejemplo, un barril o un balde. Es necesario aplicarle marcas, dividiendo el recipiente en cuatro partes iguales. Después de eso, debes cortar el metal (no completamente) para obtener las cuchillas. Se perforan agujeros en la polea y el fondo del contenedor, que deben ubicarse estrictamente simétricamente para que no se produzca un desequilibrio durante la operación.
Después de eso, las palas se doblan teniendo en cuenta la dirección de rotación del generador utilizado, la mayoría de las veces en el sentido de las agujas del reloj. También debe recordarse que el ángulo de flexión de las palas afecta la velocidad de rotación de la hélice. Después de sujetar las palas a la polea, el generador se monta en el mástil con abrazaderas.
La parte principal del trabajo se completa en esto, y solo queda ensamblar el circuito eléctrico. Para facilitar esta tarea, vale la pena dibujar un diagrama de cableado al instalar el generador en el mástil. Para conectar la batería, utilice un trozo de cable de 1 metro con una sección transversal de 4 mm 2. A su vez, para conectar la unidad a la red, conviene utilizar un conductor de 2,5 mm 2. El inversor también está conectado con un cable más grande.
Si todo el trabajo se llevó a cabo de acuerdo con las instrucciones, la turbina eólica funcionará bien y no deberían surgir problemas durante su funcionamiento. Al mismo tiempo, las ventajas de una instalación rotativa son mucho mayores que las desventajas. Estos últimos incluyen solo una sensibilidad bastante alta a fuertes ráfagas de viento.
Como el mercado estaba saturado de imanes de neodimio, el costo de estos productos se redujo significativamente. Como resultado, es posible montar una turbina eólica eficiente sobre su base. La base del generador axial será un buje con discos de freno de la máquina. Antes de comenzar a trabajar, debe limpiarse, los cojinetes deben revisarse y lubricarse y pintarse.
En total, necesitará unos 20 imanes de 20x8 mm. Se pueden utilizar más de estos productos si se desea. Sin embargo, en tal situación, se deben seguir dos reglas:
Los imanes simplemente se pegan a los discos del rotor., pero al mismo tiempo sus polos deben alternarse. Para hacer todo bien, primero debe crear una plantilla de hoja de referencia. Se debe dar preferencia a los imanes rectangulares, ya que durante el funcionamiento crean un campo magnético en toda su longitud. También debe tenerse en cuenta que los imanes opuestos deben tener diferentes polos.
Al comparar un dispositivo monofásico y trifásico, el segundo parece preferible. Una de las principales desventajas de un generador monofásico es la vibración que se produce durante el funcionamiento. El motivo de su aparición radica en la diferencia en las amplitudes de la corriente, ya que su retorno es desigual. Gracias a la compensación de fase en el modelo trifásico, se mantiene una potencia constante.
Además, la eficiencia de un dispositivo monofásico es aproximadamente un 50% menor. Las ventajas de un generador trifásico no terminan ahí. Dado que no se produce vibración durante su funcionamiento, los indicadores de ruido de toda la turbina eólica serán significativamente más bajos. Al mismo tiempo, no se olvide de aumentar la vida útil si la elección recayó en un modelo de generador trifásico.
En la turbina eólica que se está creando, el proceso de carga de la batería debe comenzar a una velocidad del rotor de 100-150 rpm. Por lo tanto, el número total de vueltas en todas las bobinas está en el rango de 1000 a 1200. Si estas cifras se dividen por la cantidad de bobinas utilizadas, entonces puede calcular la cantidad de vueltas en cada una de ellas.
Cabe recordar que al aumentar el número de polos, se puede incrementar la potencia de toda la instalación cuando se opera a bajas velocidades. Las características de un generador casero están seriamente influenciadas no solo por la cantidad de imanes, sino también por su grosor. La potencia total del generador se puede calcular empíricamente. Para hacer esto, después de la fabricación de una bobina, se debe girar en el dispositivo y medir el voltaje a un cierto número de revoluciones sin carga.
Los cálculos adicionales son bastante simples. Podemos suponer que con una resistencia de 3 ohmios a 150 rpm, la salida es de 27 V. Si resta el voltaje nominal de la batería (en este caso, 12 V) de este valor, obtiene 15 voltios. Para determinar la intensidad de la corriente, el resultado obtenido (15 V) debe dividirse por la resistencia de la bobina (3 ohmios), lo que da 5 amperios. Las bobinas deben estar fijadas juntas de manera inamovible, y los extremos de las fases que salen al exterior están conectados por un triángulo o una estrella. Después de ensamblar el generador, se debe verificar su operatividad.
La altura media del mástil debe estar entre 6 y 12 metros, y su base debe estar hormigonada. El molino de viento está montado en la parte superior del mástil y, para simplificar los trabajos de reparación, conviene proporcionar un mecanismo para su elevación y descenso, que se pondrá en movimiento mediante un cabrestante manual.
Para la fabricación de una hélice, una tubería de PVC con un diámetro de 160 mm es perfecta. La elección de la forma de las palas se lleva a cabo empíricamente, y la tarea principal en esta etapa es aumentar el par cuando se opera a bajas velocidades. Para proteger la hélice de fuertes ráfagas de viento, debe estar equipada con una cola plegable.
Cada uno de los modelos de aerogeneradores considerados tiene ciertas ventajas y desventajas. Pueden ser bastante efectivos en diferentes regiones, pero los mejores resultados se obtendrán en áreas con vientos frecuentes y fuertes.
Un aerogenerador o, entre la gente común, un aerogenerador es un dispositivo simple que proporciona a su propietario un ahorro considerable debido a la generación de electricidad gratuita. Tal instalación es el sueño de cualquier propietario de una parcela aislada de las redes centralizadas o un residente de verano que no esté satisfecho con un recibo recién recibido por el consumo de electricidad.
Habiendo entendido el diseño de un generador eólico, el principio de su funcionamiento, habiendo estudiado los dibujos, puede hacer e instalar de forma independiente una turbina eólica, proporcionando a su hogar energía alternativa ilimitada.
Crear la tuya propia, aunque compacta, pero una central eléctrica es algo serio, por lo que es lógico que surja involuntariamente la pregunta: ¿es legal su uso? Sí, si la potencia de la instalación lanzada desde el viento no supera 1 kW, que es suficiente para proporcionar corriente eléctrica a una casa de campo promedio.
El caso es que es con este indicador de potencia que el dispositivo se considera doméstico y no requiere registro, certificación, aprobación, registro obligatorio y, además, no está sujeto a ningún impuesto.
Sin embargo, antes de fabricar un aerogenerador para su hogar, es mejor protegerse y tener en cuenta algunos puntos:
Si piensa en todos los matices de antemano, ni el impuesto, ni los servicios ambientales, ni los vecinos podrán hacer reclamos y evitar la recepción de electricidad gratuita.
En la foto, las turbinas eólicas caseras confeccionadas se presentan alargadas. estructuras metalicas sobre tres o cuatro soportes, con palas moviéndose por el viento. Como resultado, la energía cinética recibida por el flujo del viento se convierte en energía mecánica, que a su vez enciende el rotor y se convierte en una corriente eléctrica.
Este proceso es el resultado del trabajo bien establecido de varios elementos constitutivos obligatorios de una planta de energía eólica (WPP):
También es necesario proporcionar una unidad de frenado, una góndola, un mástil, una veleta, un eje de baja y alta velocidad. El dispositivo también determina el principio de funcionamiento del aerogenerador: un rotor giratorio produce una corriente alterna trifásica que fluye a través del sistema del controlador y carga la batería de CC.
Los amperios finales son convertidos por el inversor y enrutados a través del cableado conectado a los puntos de salida: tomacorrientes, iluminación, electrodomésticos y electrodomésticos.
Se considera que el diseño más confiable y simple es un aerogenerador rotativo, que es una instalación con un eje de rotación vertical. Un generador casero listo para usar de este tipo puede proporcionar completamente el consumo de energía de la casa de verano, incluido el equipamiento de las viviendas, las dependencias y el alumbrado público (aunque no demasiado brillante).
Si obtiene un inversor con indicadores de 100 Voltios y una batería de 75 Amperios, entonces la turbina eólica será mucho más potente y eficiente: habrá suficiente electricidad tanto para videovigilancia como para sistemas de alarma.
Para hacer una turbina eólica, necesitará piezas estructurales, consumibles y herramientas. El primer paso es encontrar adecuado elementos constituyentes turbinas eólicas, muchas de las cuales se pueden encontrar entre las existencias antiguas:
También necesitará consumibles:
Es recomendable buscar, estudiar e imprimir dibujos de generadores eólicos con sus propias manos. También necesitará herramientas, que incluyen una amoladora, un medidor, alicates, un taladro, un cuchillo afilado, un taladro eléctrico, destornilladores (cruz, menos, indicador) y llaves.
Habiendo preparado todo lo que necesita, puede comenzar a ensamblar, enfocándose en instrucciones paso a paso contando cómo hacer un generador de viento con tus propias manos:
Los generadores eólicos de bricolaje para 220 voltios son una oportunidad para proporcionar una cabaña de verano o Casa de vacaciones electricidad gratis lo antes posible. Incluso un principiante puede configurar una instalación de este tipo, y la mayoría de los detalles de la estructura han estado inactivos durante mucho tiempo en el garaje.
Rusia tiene una posición doble en relación con los recursos de energía eólica. Por un lado, gracias a la enorme área total y la abundancia de zonas llanas en general, hay mucho viento, y es mayoritariamente llano. Por otro lado, nuestros vientos son en su mayoría de bajo potencial, lentos, ver fig. En el tercero, en áreas escasamente pobladas, los vientos son violentos. En base a esto, la tarea de poner en marcha un aerogenerador en el parque es bastante relevante. Pero, para decidir si comprar un dispositivo bastante caro o hacerlo usted mismo, debe pensar detenidamente qué tipo (y hay muchos) para qué propósito elegir.
Notas:
- Las APU de baja velocidad, por regla general, tienen un KIEV más bajo que las de alta velocidad, pero tienen un par de arranque suficiente para hacer girar el generador sin desconectar la carga y cero TCO, es decir, Totalmente autoencendido y aplicable con los vientos más suaves.
- La lentitud y la velocidad son conceptos relativos. Una turbina eólica doméstica con 300 rpm puede ser de baja velocidad y potentes APU del tipo EuroWind, de las cuales los campos de las plantas de energía eólica, los parques eólicos (ver Fig.) Y cuyos rotores producen aproximadamente 10 rpm, son de alta velocidad, porque con tal diámetro, la velocidad lineal de las palas y su aerodinámica en la mayor parte de su envergadura son bastante “similares a las de un avión”, ver más abajo.
Un generador eléctrico para una turbina eólica doméstica debe generar electricidad en una amplia gama de velocidades de rotación y tener la capacidad de arrancar automáticamente sin automatización ni fuentes de energía externas. En el caso de utilizar una APU con OSS (aerogeneradores con giro), que, por regla general, tienen un KIEV y una eficiencia elevados, también debe ser reversible, es decir Ser capaz de funcionar como motor. Con potencias de hasta 5 kW, esta condición es satisfecha por máquinas eléctricas con imanes permanentes a base de niobio (super imanes); en imanes de acero o ferrita, no puede contar con más de 0,5-0,7 kW.
Nota: Los alternadores asíncronos o los generadores de colector con un estator no magnetizado no son adecuados en absoluto. Cuando la fuerza del viento disminuye, "se apagan" mucho antes de que su velocidad baje al MPC, y entonces ellos mismos no arrancarán.
Un excelente "corazón" de una APU con una capacidad de 0.3 a 1-2 kW se obtiene de un autogenerador de corriente alterna con un rectificador incorporado; estos son ahora la mayoría. En primer lugar, mantienen el voltaje de salida de 11,6-14,7 V en un rango bastante amplio de velocidades sin estabilizadores electrónicos externos. En segundo lugar, las válvulas de silicio se abren cuando el voltaje a través del devanado alcanza aproximadamente 1,4 V, y antes de eso, el generador "no ve" la carga. Para hacer esto, es necesario que el generador se ponga en marcha bastante bien.
En la mayoría de los casos, el autogenerador se puede conectar directamente al eje HP de alta velocidad, sin un engranaje o transmisión por correa, seleccionando la velocidad eligiendo el número de palas, ver más abajo. Los "caminadores rápidos" tienen un par de arranque pequeño o nulo, pero el rotor tendrá tiempo suficiente para girar lo suficiente sin desconectar la carga antes de que las válvulas se abran y el generador dé corriente.
Antes de decidir qué aerogenerador fabricar, decidamos la aerología local. En gris verdosoáreas (sin viento) del mapa eólico, al menos algo de sentido será solo de una turbina eólica de vela(y hablaremos más de ellos). Si necesita una fuente de alimentación constante, deberá agregar un amplificador (rectificador con un estabilizador de voltaje), Cargador, batería potente, inversor 12/24/36/48 Vdc a 220/380 V 50 Hz. Tal economía costará no menos de $ 20,000, y es poco probable que sea posible eliminar una potencia a largo plazo de más de 3-4 kW. En general, con una lucha inflexible por la energía alternativa, es mejor buscar otra fuente de ella.
En lugares de color amarillo verdoso, con viento débil, si la necesidad de electricidad es de hasta 2-3 kW, puede comprar un generador de viento vertical de baja velocidad usted mismo.... Se han desarrollado innumerables, y hay diseños que en términos de KIEV y eficiencia casi no son inferiores a las "palas" industriales.
Si se supone que se va a comprar una turbina eólica para una casa, entonces es mejor concentrarse en una turbina eólica con un rotor de vela. Hay muchas disputas y hay muchas de ellas, y en teoría todavía no todo está claro, pero funcionan. En la Federación de Rusia, los "veleros" se producen en Taganrog con una capacidad de 1 a 100 kW.
En regiones rojas y ventosas, la elección depende de la potencia requerida. En el rango de 0,5 a 1,5 kW, se justifican las "verticales" de fabricación propia; 1,5-5 kW - "veleros" comprados. También se puede comprar "vertical", pero costará más que una APU horizontal. Y, finalmente, si se requiere una turbina eólica con una potencia de 5 kW o más, entonces debe elegir entre "palas" compradas horizontales o "veleros".
Nota: muchos fabricantes, especialmente los del segundo nivel, ofrecen kits de piezas a partir de los cuales puede montar usted mismo un generador eólico con una capacidad de hasta 10 kW. Tal conjunto costará entre un 20 y un 50% más barato que uno listo para usar con instalación. Pero antes de comprar, debe estudiar cuidadosamente la aerología del sitio de instalación propuesto y luego, de acuerdo con las especificaciones, seleccionar el tipo y modelo adecuados.
Las partes de una turbina eólica doméstica en funcionamiento pueden tener una velocidad lineal superior a 120 o incluso 150 m / s, y una pieza de cualquier material sólido que pese 20 g, vuele a una velocidad de 100 m / s, con un golpe "exitoso". mata a un hombre sano en el acto. Una placa de acero o plástico duro de 2 mm de espesor, que se mueve a una velocidad de 20 m / s, la corta por la mitad.
Además, la mayoría de los aerogeneradores de más de 100 W son bastante ruidosos. Muchos generan fluctuaciones de presión de aire ultrabajas (menos de 16 Hz): infrasonidos. Los infrasonidos son inaudibles, pero destructivos para la salud y se propagan muy lejos.
Nota: A fines de la década de 1980, hubo un escándalo en los Estados Unidos: el parque eólico más grande del país en ese momento tuvo que cerrarse. Los indígenas del resguardo a 200 km del campo de batalla de sus Fuerzas Armadas demostraron ante los tribunales que los desórdenes de salud que se habían incrementado abruptamente en ellos luego de la puesta en funcionamiento del WPP se deben a su infrasonido.
Por las razones anteriores, la instalación de la APU está permitida a una distancia de al menos 5 de sus alturas de los edificios residenciales más cercanos. En los patios de los hogares privados, puede instalar turbinas eólicas de fabricación industrial, debidamente certificadas. En general, es imposible instalar una APU en los techos; durante su funcionamiento, incluso con los de baja potencia, aparecen cargas mecánicas alternas que pueden causar resonancia. Estructura de construcción y su destrucción.
La idea de Zhukovsky era la siguiente: a lo largo de las superficies superior e inferior del ala, el aire viaja por un camino diferente. De la condición de continuidad del medio (las burbujas de vacío no se forman en el aire por sí mismas), se deduce que las velocidades de los flujos superior e inferior que descienden del borde de fuga deben ser diferentes. Debido a la viscosidad pequeña pero finita del aire, debería formarse un vórtice debido a la diferencia de velocidades.
El vórtice gira y la ley de conservación de la cantidad de movimiento, tan inmutable como la ley de conservación de la energía, también es válida para cantidades vectoriales, es decir, Debe tener en cuenta la dirección del movimiento. Por lo tanto, allí mismo, en el borde de fuga, se debe formar un vórtice de rotación opuesta con el mismo par. ¿Por qué medios? Debido a la energía generada por el motor.
Para la práctica de la aviación, esto significó una revolución: eligiendo el perfil de ala apropiado, fue posible enviar el vórtice adjunto alrededor del ala en forma de circulación Г, aumentando su sustentación. Es decir, habiendo gastado una parte, y para altas velocidades y cargas de ala, una gran parte, la potencia del motor, es posible crear un flujo de aire alrededor del aparato, lo que permite lograr las mejores cualidades de vuelo.
Esto hizo de la aviación una aviación, y no parte de la aeronáutica: ahora la aeronave podría crear por sí misma el entorno necesario para el vuelo y dejar de ser un juguete de las corrientes de aire. Todo lo que necesitas es un motor más potente y cada vez más potente ...
Pero el aerogenerador no tiene motor. Al contrario, debe tomar energía del viento y dársela a los consumidores. Y aquí sale, sacó las piernas, la cola se atascó. Se permitió muy poca energía eólica en la propia circulación del rotor: será débil, el empuje de las palas será bajo y el KIEV y la potencia serán bajos. Demos mucho por la circulación: el rotor girará como loco al ralentí con un viento débil, pero los consumidores nuevamente obtienen poco: dieron un poco de carga, el rotor frenó, el viento sopló la circulación y el rotor se convirtió.
Ley de conservación de energía " la media dorada»Da justo en el medio: damos el 50% de la energía a la carga, y para el 50% restante torcemos el flujo al óptimo. La práctica confirma las suposiciones: si la eficiencia de una buena hélice de tracción es del 75-80%, entonces el KIEV, calculado con el mismo cuidado y soplado en un túnel de viento, un rotor de palas alcanza el 38-40%, es decir. hasta la mitad de lo que se puede lograr con un exceso de energía.
Hoy en día, la aerodinámica, armada con las matemáticas y las computadoras modernas, se aleja cada vez más de algo inevitable y simplifica los modelos hacia una descripción precisa del comportamiento de un cuerpo real en un flujo real. Y aquí, además de la línea general: ¡potencia, potencia y más potencia! - Se encuentran caminos laterales, pero prometedores solo con una cantidad limitada de energía que ingresa al sistema.
El famoso aviador alternativo Paul McCready creó un avión allá por los años 80, con dos motores de una motosierra con una potencia de 16 CV. mostrando 360 km / h. Además, su chasis era de triciclo no retráctil y las ruedas no tenían carenados. Ninguno de los vehículos de McCready se conectó y se puso en alerta, pero dos, uno con motores de pistón y hélices, y el otro a reacción, dieron la vuelta al mundo por primera vez en la historia sin aterrizar en una estación de servicio.
El desarrollo de la teoría también afectó de forma muy significativa a las velas que dieron origen al ala original. La aerodinámica "en vivo" permitió a los yates con un viento de 8 nudos. pararse sobre hidroalas (ver fig.); para acelerar tal enorme a la velocidad requerida con una hélice, se requiere un motor de al menos 100 hp. Los catamaranes de carreras navegan a unos 30 nudos con el mismo viento. (55 km / h).
También hay hallazgos completamente no triviales. Los fanáticos del deporte más raro y extremo, el salto base, usan un traje de ala especial, un traje de alas, vuelan sin motor, maniobran a una velocidad de más de 200 km / h (imagen de la derecha) y luego aterrizan suavemente en un pre -lugar seleccionado. ¿En qué cuento de hadas la gente vuela sola?
También se han resuelto muchos misterios de la naturaleza; en particular, el vuelo de un escarabajo. Según la aerodinámica clásica, no es capaz de volar. De la misma forma que el antepasado del "furtivo" F-117 con su ala en forma de diamante, tampoco puede despegar. Y el MiG-29 y el Su-27, que durante algún tiempo pueden volar con la cola hacia adelante, no encajan en ninguna idea.
Y por qué entonces, cuando se trata de aerogeneradores, no como divertido y no como una herramienta para destruir los de su propia especie, sino como una fuente de un recurso vital, es imperativo bailar desde la teoría de las corrientes débiles con su modelo de plano. ¿viento? ¿No hay forma de ir más lejos?
Sin embargo, en ningún caso se debe renunciar a los clásicos. Proporciona una base, sin apoyarse en la que uno no puede elevarse más. De la misma manera, como la teoría de conjuntos no cancela la tabla de multiplicar, y la cromodinámica cuántica no hace que las manzanas salgan volando de los árboles.
Entonces, ¿qué puede esperar con el enfoque clásico? Miremos la foto. Izquierda: tipos de rotores; se muestran condicionalmente. 1 - carrusel vertical, 2 - ortogonal vertical (turbina eólica); 2-5 - rotores de palas con diferentes cantidades palas con perfiles optimizados.
A la derecha, a lo largo del eje horizontal, se traza la velocidad relativa del rotor, es decir, la relación entre la velocidad lineal de la pala y la velocidad del viento. Vertical hacia arriba - KIEV. Y hacia abajo, de nuevo, el par relativo. Se considera que un solo par (100%) es el que crea un rotor frenado a la fuerza en el flujo con 100% KIEV, es decir, cuando toda la energía del flujo se convierte en una fuerza giratoria.
Este enfoque permite conclusiones de gran alcance. Por ejemplo, el número de palas debe elegirse no solo y no tanto en función de la velocidad de rotación deseada: las 3 y 4 palas pierden inmediatamente mucho en términos de KIEV y par en comparación con las 2 y 6 palas que funcionan bien aproximadamente en el mismo rango de velocidad. Y el carrusel exteriormente similar y ortogonal tienen propiedades fundamentalmente diferentes.
En general, se debe dar preferencia a los rotores de palas, excepto en los casos en que se requiera la máxima economía, simplicidad, autoarranque sin mantenimiento sin automatización y sea imposible la elevación al mástil.
Nota: hablemos especialmente de los rotores de vela; parece que no encajan en los clásicos.
Las APU con eje de rotación vertical tienen una ventaja indiscutible para el día a día: sus unidades que requieren mantenimiento se concentran en la parte inferior y no es necesario levantarlas. Queda, e incluso entonces no siempre, un cojinete de empuje autoalineable, pero es fuerte y duradero. Por lo tanto, al diseñar una turbina eólica simple, la selección de opciones debe comenzar con unidades verticales. Sus principales tipos se muestran en la Fig.
En la primera posición, el más simple, más a menudo llamado rotor Savonius. De hecho, fue inventado en 1924 en la URSS por Ya. A. y A. A. Voronin, y el industrial finlandés Sigurd Savonius se apropió descaradamente de la invención, ignorando el certificado de derechos de autor soviético, y comenzó la producción en serie. Pero la introducción en el destino de la invención significa mucho, por lo tanto, para no remover el pasado y no perturbar las cenizas de los muertos, llamaremos a esta turbina eólica rotor Voronin-Savonius, o, para abreviar, VS .
El avión es bueno para todos, excepto para la "locomotora" KIEV en un 10-18%. Sin embargo, en la URSS trabajaron mucho en eso y hay algunas novedades. A continuación consideraremos un diseño mejorado, no mucho más complejo, pero que da una ventaja a las palas según KIEV.
Nota: el avión de dos palas no gira, sino que se sacude; El de 4 palas es solo un poco más suave, pero pierde mucho en KIEV. Para mejorar los 4, los "comederos" se llevan con mayor frecuencia en dos pisos: un par de cuchillas en la parte inferior y otro par, girado 90 grados horizontalmente, por encima de ellos. El KIEV permanece y las cargas laterales sobre la mecánica se debilitan, pero las cargas de flexión aumentan ligeramente, y con un viento de más de 25 m / s, una APU en el eje, es decir, sin el cojinete sobre el rotor estirado por los obenques, "derriba la torre".
El siguiente es el rotor Darrieus; KIEV - hasta 20%. Es aún más sencillo: las palas están formadas por una simple banda elástica sin ningún perfil. La teoría del rotor de Darrieus aún no se ha desarrollado lo suficiente. Solo está claro que comienza a desenrollarse debido a la diferencia en la resistencia aerodinámica de la joroba y el bolsillo de la cinta, y luego se vuelve algo rápido, formando su propia circulación.
El par es pequeño, y en las posiciones de arranque del rotor no hay paralelo o perpendicular al viento, por lo que el auto-giro es posible solo con un número impar de palas (¿alas?). el generador debe estar desconectado durante el arranque.
El rotor Darrieus tiene dos malas cualidades más. Primero, durante la rotación, el vector de empuje de la pala describe una revolución completa en relación con su enfoque aerodinámico, y no suavemente, sino en sacudidas. Por lo tanto, el rotor Darrieus rompe rápidamente su mecánica incluso con viento uniforme.
En segundo lugar, Daria no solo está haciendo ruido, sino gritando y chillando, hasta el punto de que la cinta se rompe. Esto se debe a su vibración. Y cuantas más hojas, más fuerte es el rugido. Entonces, si se fabrica Daria, es de dos palas, hecho de costosos materiales que absorben el sonido de alta resistencia (fibra de carbono, mylar), y una pequeña aeronave está adaptada para girar en el medio del mástil.
En pos. 3 - rotor vertical ortogonal con palas perfiladas. Ortogonal porque las alas sobresalen verticalmente. La transición de VS a ortogonal se ilustra en la Fig. izquierda.
El ángulo de instalación de las palas con respecto a la tangente al círculo que toca los focos aerodinámicos de las alas puede ser positivo (en la figura) o negativo, de acuerdo con la fuerza del viento. A veces, las palas se hacen girar sobre un eje y se colocan furgonetas meteorológicas sobre ellas, sujetando automáticamente el "alfa", pero estas estructuras a menudo se rompen.
El cuerpo central (azul en la figura) le permite llevar el KIEV a casi el 50% más palas un simple cilindro es suficiente. Pero la teoría de lo ortogonal da el número óptimo de hojas sin ambigüedades: debería haber exactamente 3 de ellas.
Ortogonal se refiere a turbinas eólicas de alta velocidad con OSS, es decir Requiere necesariamente promoción durante la puesta en servicio y después de la calma. Las APUs desatendidas en serie con una capacidad de hasta 20 kW se producen de acuerdo con el esquema ortogonal.
Rotor helicoidal, o rotor de Gorlov (pos. 4) - una especie de ortogonal, que proporciona una rotación uniforme; el ortogonal con alas rectas "desgarra" sólo un poco más débil que el BC de dos palas. La flexión de las palas a lo largo del helicoide permite evitar pérdidas de KIEV por su curvatura. Aunque la pala curva rechaza parte del flujo sin usarlo, rastrilla parte del mismo hacia la zona de mayor velocidad lineal, compensando las pérdidas. Los helicópteros se utilizan con menos frecuencia que otras turbinas eólicas, porque debido a la complejidad de la fabricación, resultan más caras que sus homólogos de igual calidad.
5 pos. - un rotor del tipo BC, rodeado por unas paletas de guía; su diagrama se muestra en la Fig. a la derecha. Rara vez se encuentra en el diseño industrial, porque La costosa adquisición de tierras no compensa el aumento de capacidad, y el consumo de materiales y la complejidad de la producción son grandes. Pero un constructor de viviendas que teme al trabajo ya no es un maestro, sino un consumidor, y si no se necesitan más de 0.5-1.5 kW, entonces un dato para él:
En los años 60 en la URSS, E.S.Biryukov patentó un carrusel APU con 46% de KIEV. Un poco más tarde, V. Blinov logró el 58% del diseño basado en el mismo principio de KIEV, pero no hay datos sobre sus pruebas. Y el personal de la revista Inventor and Rationalizer llevó a cabo pruebas a gran escala de las Fuerzas Armadas de Biryukov. Un rotor de dos pisos con un diámetro de 0,75 my una altura de 2 m con un viento fresco hizo girar un generador asíncrono de 1,2 kW a plena potencia y resistió 30 m / s sin romperse. Los dibujos de APU de Biryukov se muestran en la Fig.
Biryukov recibió varios certificados de derechos de autor para su APU. Primero, observe el corte del rotor. Al acelerar, funciona como un avión, creando un gran momento de inicio. A medida que avanza el giro, se crea un cojín de vórtice en los bolsillos exteriores de las palas. Desde el punto de vista del viento, las palas se perfilan y el rotor se vuelve ortogonal de alta velocidad, con el perfil virtual cambiando según la fuerza del viento.
En segundo lugar, el canal perfilado entre las palas en el rango de velocidad de funcionamiento actúa como un cuerpo central. Si el viento aumenta, también se crea un cojín de vórtice en él, que se extiende más allá del rotor. El mismo capullo de vórtice aparece alrededor de la APU con las paletas de guía. La energía para su creación se toma del viento y ya no es suficiente para la avería del molino de viento.
En tercer lugar, el controlador de velocidad está diseñado principalmente para la turbina. Mantiene su rotación óptima desde el punto de vista de KIEV. Y la velocidad óptima del generador se obtiene mediante la elección de la relación de transmisión de los mecánicos.
Nota: después de las publicaciones en el RI de 1965, las Fuerzas Armadas de Ucrania, Biryukova se hundió en el olvido. El autor no recibió respuesta de las autoridades. El destino de muchos inventos soviéticos. Dicen que algunos japoneses se hicieron multimillonarios, leyendo regularmente revistas técnicas populares soviéticas y patentando todo lo que merece atención.
Como se indicó anteriormente, una turbina eólica de rotor de palas horizontal es la mejor de las clásicas. Pero, en primer lugar, necesita un viento estable, al menos de fuerza media. En segundo lugar, la construcción para el aficionado al bricolaje está plagada de muchos obstáculos, razón por la cual a menudo el fruto de un arduo trabajo, en el mejor de los casos, ilumina el inodoro, el pasillo o el porche, o incluso resulta que solo puede desenrollarse.
Según los diagramas de la Fig. miremos más de cerca; posiciones:
Nota: La protección contra huracanes para una paleta horizontal con un diámetro de más de 1 m es absolutamente necesaria, porque no es capaz de crear un capullo de vórtice a su alrededor. Con dimensiones más pequeñas, se puede lograr una resistencia del rotor de hasta 30 m / s con palas de propileno.
Entonces, ¿dónde están los obstáculos?
Espere alcanzar una potencia en el eje del generador de más de 150-200 W en palas de cualquier tramo, cortadas a partir de paredes gruesas. tubo plástico, como se suele aconsejar, las esperanzas de un diletante desesperado. Una hoja de tubería (a menos que sea tan gruesa que simplemente se use como pieza en bruto) tendrá un perfil segmentado, es decir, su parte superior, o ambas, serán arcos circulares.
Los perfiles de segmento son adecuados para un medio incompresible, como hidroalas o palas de hélice. Para los gases, se necesita una pala de perfil y paso variables, por ejemplo, ver fig .; luz - 2 m Será un producto complejo y que requerirá mucho tiempo, que requerirá cálculos minuciosos completamente armados con teoría, soplado en una tubería y pruebas a gran escala.
Cuando el rotor se monta directamente en su eje, el rodamiento estándar pronto se romperá; no ocurre la misma carga en todas las palas de las turbinas eólicas. Necesita un eje intermedio con un cojinete de soporte especial y una transmisión mecánica desde este al generador. Para turbinas eólicas grandes, se toma un cojinete de doble hilera autoalineable; v mejores modelos- tres niveles, Fig. D en la Fig. encima. Esto permite que el eje del rotor no solo se doble ligeramente, sino que también se mueva ligeramente de lado a lado o hacia arriba y hacia abajo.
Nota: Fueron necesarios unos 30 años para desarrollar un cojinete de empuje para la APU EuroWind.
El principio de su funcionamiento se muestra en la FIG. C. El viento, aumentando, presiona la pala, el resorte se estira, el rotor se deforma, sus revoluciones caen y al final se vuelve paralelo al flujo. Todo parece ir bien, pero fue suave en el papel ...
En un día ventoso, intente sostener una tapa para hervir o una cacerola grande por el mango paralelo al viento. Solo con cuidado: un trozo de hierro inquieto puede golpear la cara de tal manera que frote la nariz, corte el labio o incluso le caiga el ojo.
El viento plano se produce solo en cálculos teóricos y, con suficiente precisión para la práctica, en túneles de viento. En realidad, un aerogenerador de huracán con una pala de huracán maneja más que los completamente indefensos. Después de todo, es mejor cambiar las hojas deformadas que hacer todo de nuevo. En las instalaciones industriales, la cosa es diferente. Allí, el paso de las palas, una a la vez, es monitoreado y ajustado por la automatización bajo el control de la computadora de a bordo. Y están hechos de compuestos de alta resistencia, no de tuberías de agua.
Este es un sitio con servicio regular. Cualquier ingeniero de energía sabe que un colector con cepillos debe limpiarse, lubricarse y regularse. Y el mástil es de una tubería de agua. Si no entras, una vez al mes o dos tendrás que tirar todo el molino al suelo y luego volver a levantarlo. ¿Cuánto tiempo durará de tal "prevención"?
Pero con una disminución en el tamaño de la paleta, las dificultades caen a lo largo del cuadrado del diámetro de la rueda. Ya es posible fabricar una APU de paletas horizontales por nuestra cuenta para una potencia de hasta 100 W. Uno de 6 palas sería óptimo. Con más palas, el diámetro del rotor para la misma potencia será menor, pero será difícil asegurarlas firmemente en el buje. Se pueden ignorar los rotores con menos de 6 palas: un rotor de 2 palas de 100 W necesita un rotor de 6,34 m de diámetro, y un rotor de 4 palas de la misma potencia necesita 4,5 m. Para un 6 palas, la dependencia entre la potencia y el diámetro se expresa como sigue:
Lo mejor será contar con una potencia de 10-20 vatios. En primer lugar, una hoja de plástico con una envergadura de más de 0,8 m no resistirá vientos superiores a 20 m / s sin medidas de protección adicionales. En segundo lugar, con una luz de pala de hasta los mismos 0,8 m, la velocidad lineal de sus extremos no superará la velocidad del viento en más de tres veces, y los requisitos para perfilar con torsión se reducen en órdenes de magnitud; aquí una "artesa" con un perfil segmentado de una tubería, pos. B en la Fig. Y 10-20 W proporcionarán energía a la tableta, recargarán un teléfono inteligente o encenderán una luz de ama de llaves.
A continuación, seleccione el generador. Un motor chino es perfecto: un cubo de rueda para bicicletas eléctricas, pos. 1 en la fig. Su potencia como motor es de 200-300 W, pero en modo generador dará unos 100 W. Pero, ¿nos vendrá bien en términos de facturación?
El índice de velocidad z para 6 palas es 3. La fórmula para calcular la velocidad de rotación bajo carga es N = v / l * z * 60, donde N es la velocidad de rotación, 1 / min, v es la velocidad del viento y l es la circunferencia del rotor. Con una envergadura de palas de 0,8 my un viento de 5 m / s, obtenemos 72 rpm; a 20 m / s - 288 rpm. La rueda de la bicicleta gira aproximadamente a la misma velocidad, por lo que quitaremos nuestros 10-20 vatios de un generador capaz de dar 100. Puede colocar el rotor directamente en su eje.
Pero aquí surge el siguiente problema: nosotros, habiendo gastado mucho trabajo y dinero, al menos en un motor, conseguimos ... ¡un juguete! ¿Qué son 10-20, bueno, 50 vatios? Y no se puede hacer un molino de viento de palas capaz de alimentar al menos un televisor en casa. ¿Es posible comprar un mini generador de viento listo para usar y costará menos? Tanto como sea posible, e incluso lo más barato, consulte la pos. 4 y 5. Además, también será móvil. Colóquelo en el tocón de un árbol y úselo.
La segunda opción es si un motor paso a paso se encuentra en algún lugar de una unidad antigua de 5 u 8 pulgadas, o de una unidad de papel o un carro de una impresora de inyección de tinta o de matriz de puntos inutilizable. Puede funcionar como generador, y es más fácil acoplarle un rotor carrusel de latas (pos. 6) que montar una estructura como la que se muestra en la pos. 3.
En general, la conclusión sobre las "cuchillas" no es ambigua: hecha por uno mismo, más probablemente para ajustar al contenido de su corazón, pero no para la producción real de energía a largo plazo.
Un aerogenerador de vela se conoce desde hace mucho tiempo, pero los paneles blandos de sus palas (ver Fig.) Comenzaron a fabricarse con la llegada de telas y películas sintéticas de alta resistencia y resistentes al desgaste. Los molinos de viento de varias palas con velas rígidas se han extendido ampliamente por todo el mundo como propulsor de bombas de agua automáticas de baja potencia, pero sus datos técnicos son incluso inferiores a los de los carruseles.
Sin embargo, una vela blanda como el ala de un molino de viento, al parecer, resultó no ser tan simple. No se trata de la resistencia al viento (los fabricantes no limitan la velocidad máxima permitida del viento): los yates de vela ya saben que es casi imposible que el viento rompa las velas de las bermudas. Más bien, la lona se romperá, o el mástil se romperá, o todo el barco hará un "vuelco excesivo". Se trata de energía.
Desafortunadamente, no se pueden encontrar datos de prueba precisos. Según opiniones de los usuarios, fue posible elaborar dependencias "sintéticas" para la instalación de un aerogenerador-4.380 / 220.50 fabricado en Taganrog con un diámetro de rueda de viento de 5 m, un peso de cabeza de viento de 160 kg y una velocidad de rotación de hasta 40 rpm; se muestran en la Fig.
Por supuesto, no puede haber garantías de una fiabilidad del 100%, pero aún así está claro que aquí no hay indicios de un modelo plano mecanicista. De ninguna manera una rueda de 5 metros con un viento plano de 3 m / s puede dar alrededor de 1 kW, a 7 m / s puede alcanzar una meseta en términos de potencia y luego mantenerla hasta una fuerte tormenta. Los fabricantes, por cierto, declaran que se pueden obtener 4 kW nominales a 3 m / s, pero cuando se instalan por sus fuerzas de acuerdo con los resultados de los estudios de aerología local.
Tampoco existe una teoría cuantitativa; Las explicaciones de los desarrolladores son oscuras. Sin embargo, dado que la gente compra los aerogeneradores Taganrog y funcionan, queda suponer que la circulación cónica declarada y el efecto propulsor no son ficción. En cualquier caso, son posibles.
Entonces, resulta que, ANTES del rotor, de acuerdo con la ley de conservación del momento, también debería haber un vórtice cónico, pero en expansión y lento. Y tal embudo conducirá el viento hacia el rotor, su superficie efectiva resultará más barrida y KIEV: sobreunidad.
La luz sobre esta cuestión podría arrojarse mediante mediciones de campo del campo de presión frente al rotor, al menos con un aneroide doméstico. Si resulta ser más alto que de los lados a los lados, entonces, de hecho, las APU de navegación funcionan como moscas de escarabajo.
Por lo que se ha dicho anteriormente, está claro que es mejor para los constructores de viviendas embarcarse en verticales o en veleros. Pero ambos son muy lentos y la transferencia a un generador de alta velocidad es un trabajo innecesario. costos extra y pérdidas. ¿Puedes hacer tú mismo un generador eléctrico de baja velocidad eficiente?
Sí, se puede, con imanes de aleación de niobio, los llamados. super imanes. El proceso de fabricación de las piezas principales se muestra en la Fig. Bobinas: cada una de 55 vueltas de alambre de cobre de 1 mm en aislamiento de esmalte de alta resistencia resistente al calor, FEMM, PETV, etc. La altura de los devanados es de 9 mm.
Preste atención a los chaveteros en las mitades del rotor. Deben ubicarse de manera que los imanes (se pegan al circuito magnético con epoxi o acrílico) después del montaje se junten con polos opuestos. Los "panqueques" (núcleos magnéticos) deben estar hechos de un ferromaimán magnético blando; El acero estructural regular servirá. El grosor de los "panqueques" es de al menos 6 mm.
En general, es mejor comprar imanes con orificio axial y apretarlos con tornillos; los súper imanes atraen con una fuerza terrible. Por la misma razón, se coloca un espaciador cilíndrico de 12 mm de alto en el eje entre los "panqueques".
Los devanados que componen las secciones del estator están conectados de acuerdo con los diagramas que también se muestran en la Fig. Los extremos soldados no deben estirarse, sino que deben formar bucles, de lo contrario, el epoxi que llenará el estator, endureciéndose, puede romper los cables.
El estator se vierte en el molde hasta un espesor de 10 mm. No es necesario centrar y equilibrar, el estator no gira. El espacio entre el rotor y el estator es de 1 mm en cada lado. El estator en la carcasa del generador debe fijarse de forma segura no solo contra el desplazamiento axial, sino también contra el giro; un fuerte campo magnético con una corriente en la carga lo arrastrará.
¿Y qué tenemos al final? El interés por las "cuchillas" se explica más bien por su espectacular apariencia que válido rendimiento en versión casera y a bajo consumo. Una APU de carrusel de fabricación propia proporcionará energía de “reserva” para cargar la batería de un automóvil o suministrar energía a una casa pequeña.
Pero con la APU de vela, vale la pena experimentar con artesanos con una veta creativa, especialmente en una versión mini, con una rueda de 1-2 m de diámetro. Si las suposiciones de los desarrolladores son correctas, entonces será posible eliminar de esto, por medio del motor-generador chino descrito anteriormente, todos sus 200-300 vatios.
No es difícil hacer un marco (mástil) para un rotor de vela. Además, las APU de navegación son seguras y no se detectan los sonidos que emiten, tanto por infrarrojos como por audición. Y no es necesario que comprenda mucho el rotor, solo un diámetro de rueda es suficiente.
Rusia tiene una posición doble en relación con los recursos de energía eólica. Por un lado, debido a la enorme superficie total y la abundancia de áreas planas, generalmente hay mucho viento y es mayormente llano. Por otro lado, nuestros vientos son en su mayoría de bajo potencial, lentos, ver fig. En el tercero, en áreas escasamente pobladas, los vientos son violentos. En base a esto, la tarea de poner en marcha un aerogenerador en el parque es bastante relevante. Pero, para decidir si comprar un dispositivo bastante caro o hacerlo usted mismo, debe pensar detenidamente qué tipo (y hay muchos) para qué propósito elegir.
Notas:
Un generador eléctrico para una turbina eólica doméstica debe generar electricidad en una amplia gama de velocidades de rotación y tener la capacidad de arrancar automáticamente sin automatización ni fuentes de energía externas. En el caso de utilizar una APU con OSS (aerogeneradores con giro), que, por regla general, tienen un KIEV y una eficiencia elevados, también debe ser reversible, es decir Ser capaz de funcionar como motor. Con potencias de hasta 5 kW, esta condición es satisfecha por máquinas eléctricas con imanes permanentes a base de niobio (super imanes); en imanes de acero o ferrita, no puede contar con más de 0,5-0,7 kW.
Nota: Los alternadores asíncronos o los generadores de colector con un estator no magnetizado no son adecuados en absoluto. Cuando la fuerza del viento disminuye, "se apagan" mucho antes de que su velocidad baje al MPC, y entonces ellos mismos no arrancarán.
Un excelente "corazón" de una APU con una capacidad de 0.3 a 1-2 kW se obtiene de un autogenerador de corriente alterna con un rectificador incorporado; estos son ahora la mayoría. En primer lugar, mantienen el voltaje de salida de 11,6-14,7 V en un rango bastante amplio de velocidades sin estabilizadores electrónicos externos. En segundo lugar, las válvulas de silicio se abren cuando el voltaje a través del devanado alcanza aproximadamente 1,4 V, y antes de eso, el generador "no ve" la carga. Para hacer esto, es necesario que el generador se ponga en marcha bastante bien.
En la mayoría de los casos, el autogenerador se puede conectar directamente al eje HP de alta velocidad, sin un engranaje o transmisión por correa, seleccionando la velocidad eligiendo el número de palas, ver más abajo. Los "caminadores rápidos" tienen un par de arranque pequeño o nulo, pero el rotor tendrá tiempo suficiente para girar lo suficiente sin desconectar la carga antes de que las válvulas se abran y el generador dé corriente.
Antes de decidir qué aerogenerador fabricar, decidamos la aerología local. En gris verdosoáreas (sin viento) del mapa eólico, al menos algo de sentido será solo de una turbina eólica de vela(y hablaremos más de ellos). Si necesita una fuente de alimentación constante, tendrá que agregar un amplificador (un rectificador con un estabilizador de voltaje), un cargador, una batería potente, un inversor 12/24/36/48 V CC a 220/380 V 50 Hz CA . Tal economía costará no menos de $ 20,000, y es poco probable que sea posible eliminar una potencia a largo plazo de más de 3-4 kW. En general, con una lucha inflexible por la energía alternativa, es mejor buscar otra fuente de ella.
En lugares de color amarillo verdoso, con viento débil, si la necesidad de electricidad es de hasta 2-3 kW, puede comprar un generador de viento vertical de baja velocidad usted mismo.... Se han desarrollado innumerables, y hay diseños que en términos de KIEV y eficiencia casi no son inferiores a las "palas" industriales.
Si se supone que se va a comprar una turbina eólica para una casa, entonces es mejor concentrarse en una turbina eólica con un rotor de vela. Hay muchas disputas y hay muchas de ellas, y en teoría todavía no todo está claro, pero funcionan. En la Federación de Rusia, los "veleros" se producen en Taganrog con una capacidad de 1 a 100 kW.
En regiones rojas y ventosas, la elección depende de la potencia requerida. En el rango de 0,5 a 1,5 kW, se justifican las "verticales" de fabricación propia; 1,5-5 kW - "veleros" comprados. También se puede comprar "vertical", pero costará más que una APU horizontal. Y, finalmente, si se requiere una turbina eólica con una potencia de 5 kW o más, entonces debe elegir entre "palas" compradas horizontales o "veleros".
Nota: muchos fabricantes, especialmente los del segundo nivel, ofrecen kits de piezas a partir de los cuales puede montar usted mismo un generador eólico con una capacidad de hasta 10 kW. Tal conjunto costará entre un 20 y un 50% más barato que uno listo para usar con instalación. Pero antes de comprar, debe estudiar cuidadosamente la aerología del sitio de instalación propuesto y luego, de acuerdo con las especificaciones, seleccionar el tipo y modelo adecuados.
Las partes de una turbina eólica doméstica en funcionamiento pueden tener una velocidad lineal superior a 120 o incluso 150 m / s, y una pieza de cualquier material sólido que pese 20 g, vuele a una velocidad de 100 m / s, con un golpe "exitoso". mata a un hombre sano en el acto. Una placa de acero o plástico duro de 2 mm de espesor, que se mueve a una velocidad de 20 m / s, la corta por la mitad.
Además, la mayoría de los aerogeneradores de más de 100 W son bastante ruidosos. Muchos generan fluctuaciones de presión de aire ultrabajas (menos de 16 Hz): infrasonidos. Los infrasonidos son inaudibles, pero destructivos para la salud y se propagan muy lejos.
Nota: A fines de la década de 1980, hubo un escándalo en los Estados Unidos: el parque eólico más grande del país en ese momento tuvo que cerrarse. Los indígenas del resguardo a 200 km del campo de batalla de sus Fuerzas Armadas demostraron ante los tribunales que los desórdenes de salud que se habían incrementado abruptamente en ellos luego de la puesta en funcionamiento del WPP se deben a su infrasonido.
Por las razones anteriores, la instalación de la APU está permitida a una distancia de al menos 5 de sus alturas de los edificios residenciales más cercanos. En los patios de los hogares privados, puede instalar turbinas eólicas de fabricación industrial, debidamente certificadas. En general, es imposible instalar una APU en los techos: durante su funcionamiento, incluso con los de baja potencia, surgen cargas mecánicas alternas que pueden causar una resonancia de la estructura del edificio y su destrucción.
Nota: La altura de la APU es el punto más alto del disco barrido (para rotores de palas) o figura geomérica (para APU vertical con un rotor en el eje). Si el mástil de la APU o el eje del rotor sobresalen hacia arriba aún más, la altura se calcula desde su parte superior: la parte superior.
Un aerogenerador casero obedece a las mismas leyes de la naturaleza que uno de fábrica, calculado en una computadora. Y el constructor de viviendas debe comprender muy bien los conceptos básicos de su trabajo; la mayoría de las veces no tiene a su disposición materiales y equipos tecnológicos caros y supermodernos. La aerodinámica de la APU es, oh, qué difícil es ...
Para calcular la APU de fábrica en serie, el llamado. modelo de viento plano mecanicista. Se basa en los siguientes supuestos:
En tales condiciones, la energía máxima por unidad de volumen de aire se calcula de acuerdo con la fórmula de la escuela, asumiendo que la densidad del aire en condiciones normales es de 1,29 kg * metros cúbicos. m) A una velocidad del viento de 10 m / s, un cubo de aire transporta 65 J y se pueden eliminar 650 vatios de un cuadrado de la superficie efectiva del rotor, con una eficiencia del 100% de toda la APU. Este es un enfoque muy simplista: todos saben que el viento nunca es perfectamente plano. Pero esto debe hacerse para garantizar la repetibilidad de los productos, una práctica común en tecnología.
El modelo plano no debe ignorarse; proporciona un mínimo claro de energía eólica disponible. Pero el aire, en primer lugar, está comprimido y, en segundo lugar, es muy fluido (la viscosidad dinámica es de solo 17.2 μPa * s). Esto significa que el flujo puede fluir alrededor del área barrida, reduciendo la superficie efectiva y KIEV, que se observa con mayor frecuencia. Pero, en principio, también es posible la situación opuesta: el viento fluye hacia el rotor y la superficie efectiva será entonces mayor que la superficie barrida, y el KIEV será mayor que 1 con respecto a la misma para un viento plano.
A continuación se muestran dos ejemplos. El primero es un yate de placer, bastante pesado, el yate puede ir no solo contra el viento, sino también más rápido que él. El viento se refiere al exterior; el viento aparente debe ser aún más rápido, de lo contrario, ¿cómo arrastrará el barco?
El segundo es un clásico de la historia de la aviación. Durante las pruebas del MIG-19, resultó que el interceptor, que era una tonelada más pesado que el caza de primera línea, aceleraba más rápido. Con los mismos motores en el mismo planeador.
Los teóricos no sabían qué pensar y dudaban seriamente de la ley de conservación de la energía. Al final, resultó que era el cono del carenado del radar que sobresalía de la entrada de aire. Desde la nariz hasta la carcasa, el aire se compactaba, como si lo rastrillara desde los lados hasta los compresores del motor. Desde entonces, las ondas de choque se han convertido en una parte integral de la teoría como útil, y el fantástico rendimiento de vuelo de los aviones modernos se debe en gran parte a su hábil uso.
El desarrollo de la aerodinámica generalmente se divide en dos eras: antes de N. G. Zhukovsky y después. Su informe "Sobre los vórtices adjuntos" del 15 de noviembre de 1905 marcó el comienzo de una nueva era en la aviación.
Antes de Zhukovsky, volaban con velas planas: se suponía que las partículas de la corriente entrante daban todo su impulso al borde de ataque del ala. Esto hizo posible deshacerse inmediatamente de la cantidad vectorial, el momento angular, que dio lugar a matemáticas furiosas y, en la mayoría de los casos, no analíticas, para pasar a relaciones escalares puramente energéticas mucho más convenientes y, como resultado, obtener el campo de presión calculado. en el plano del rodamiento, más o menos similar al actual.
Este enfoque mecanicista hizo posible la creación de vehículos que, como mínimo, pueden despegar y volar de un lugar a otro, no necesariamente chocando contra el suelo en algún lugar del camino. Pero el deseo de aumentar la velocidad, la capacidad de carga y otras cualidades de vuelo reveló cada vez más la imperfección de la teoría aerodinámica original.
La idea de Zhukovsky era la siguiente: a lo largo de las superficies superior e inferior del ala, el aire viaja por un camino diferente. De la condición de continuidad del medio (las burbujas de vacío no se forman en el aire por sí mismas), se deduce que las velocidades de los flujos superior e inferior que descienden del borde de fuga deben ser diferentes. Debido a la viscosidad pequeña pero finita del aire, debería formarse un vórtice debido a la diferencia de velocidades.
El vórtice gira y la ley de conservación de la cantidad de movimiento, tan inmutable como la ley de conservación de la energía, también es válida para cantidades vectoriales, es decir, Debe tener en cuenta la dirección del movimiento. Por lo tanto, allí mismo, en el borde de fuga, se debe formar un vórtice de rotación opuesta con el mismo par. ¿Por qué medios? Debido a la energía generada por el motor.
Para la práctica de la aviación, esto significó una revolución: eligiendo el perfil de ala apropiado, fue posible enviar el vórtice adjunto alrededor del ala en forma de circulación Г, aumentando su sustentación. Es decir, habiendo gastado una parte, y para altas velocidades y cargas de ala, una gran parte, la potencia del motor, es posible crear un flujo de aire alrededor del aparato, lo que permite lograr las mejores cualidades de vuelo.
Esto hizo de la aviación una aviación, y no parte de la aeronáutica: ahora la aeronave podría crear por sí misma el entorno necesario para el vuelo y dejar de ser un juguete de las corrientes de aire. Todo lo que necesitas es un motor más potente y cada vez más potente ...
Pero el aerogenerador no tiene motor. Al contrario, debe tomar energía del viento y dársela a los consumidores. Y aquí sale, sacó las piernas, la cola se atascó. Se permitió muy poca energía eólica en la propia circulación del rotor: será débil, el empuje de las palas será bajo y el KIEV y la potencia serán bajos. Demos mucho por la circulación: el rotor girará como loco al ralentí con un viento débil, pero los consumidores nuevamente obtienen poco: dieron un poco de carga, el rotor frenó, el viento sopló la circulación y el rotor se convirtió.
La ley de conservación de la energía da una "media áurea" justo en el medio: damos el 50% de la energía a la carga, y para el 50% restante torcemos el flujo al óptimo. La práctica confirma las suposiciones: si la eficiencia de una buena hélice de tracción es del 75-80%, entonces el KIEV, calculado con el mismo cuidado y soplado en un túnel de viento, un rotor de palas alcanza el 38-40%, es decir. hasta la mitad de lo que se puede lograr con un exceso de energía.
Hoy en día, la aerodinámica, armada con las matemáticas y las computadoras modernas, se aleja cada vez más de algo inevitable y simplifica los modelos hacia una descripción precisa del comportamiento de un cuerpo real en un flujo real. Y aquí, además de la línea general: ¡potencia, potencia y más potencia! - Se encuentran caminos laterales, pero prometedores solo con una cantidad limitada de energía que ingresa al sistema.
El famoso aviador alternativo Paul McCready creó un avión allá por los años 80, con dos motores de una motosierra con una potencia de 16 CV. mostrando 360 km / h. Además, su chasis era de triciclo no retráctil y las ruedas no tenían carenados. Ninguno de los vehículos de McCready se conectó y se puso en alerta, pero dos, uno con motores de pistón y hélices, y el otro a reacción, dieron la vuelta al mundo por primera vez en la historia sin aterrizar en una estación de servicio.
El desarrollo de la teoría también afectó de forma muy significativa a las velas que dieron origen al ala original. La aerodinámica "en vivo" permitió a los yates con un viento de 8 nudos. pararse sobre hidroalas (ver fig.); para acelerar tal enorme a la velocidad requerida con una hélice, se requiere un motor de al menos 100 hp. Los catamaranes de carreras navegan a unos 30 nudos con el mismo viento. (55 km / h).
También hay hallazgos completamente no triviales. Los fanáticos del deporte más raro y extremo, el salto base, usan un traje de ala especial, un traje de alas, vuelan sin motor, maniobran a una velocidad de más de 200 km / h (imagen de la derecha) y luego aterrizan suavemente en un pre -lugar seleccionado. ¿En qué cuento de hadas la gente vuela sola?
También se han resuelto muchos misterios de la naturaleza; en particular, el vuelo de un escarabajo. Según la aerodinámica clásica, no es capaz de volar. De la misma forma que el antepasado del "furtivo" F-117 con su ala en forma de diamante, tampoco puede despegar. Y el MiG-29 y el Su-27, que durante algún tiempo pueden volar con la cola hacia adelante, no encajan en ninguna idea.
Y por qué entonces, cuando se trata de aerogeneradores, no como divertido y no como una herramienta para destruir los de su propia especie, sino como una fuente de un recurso vital, es imperativo bailar desde la teoría de las corrientes débiles con su modelo de plano. ¿viento? ¿No hay forma de ir más lejos?
Sin embargo, en ningún caso se debe renunciar a los clásicos. Proporciona una base, sin apoyarse en la que uno no puede elevarse más. De la misma manera, como la teoría de conjuntos no cancela la tabla de multiplicar, y la cromodinámica cuántica no hace que las manzanas salgan volando de los árboles.
Entonces, ¿qué puede esperar con el enfoque clásico? Miremos la foto. Izquierda: tipos de rotores; se muestran condicionalmente. 1 - carrusel vertical, 2 - ortogonal vertical (turbina eólica); Rotores de 2 a 5 álabes con diferente número de álabes con perfiles optimizados.
A la derecha, a lo largo del eje horizontal, se traza la velocidad relativa del rotor, es decir, la relación entre la velocidad lineal de la pala y la velocidad del viento. Vertical hacia arriba - KIEV. Y hacia abajo, de nuevo, el par relativo. Se considera que un solo par (100%) es el que crea un rotor frenado a la fuerza en el flujo con 100% KIEV, es decir, cuando toda la energía del flujo se convierte en una fuerza giratoria.
Este enfoque permite conclusiones de gran alcance. Por ejemplo, el número de palas debe elegirse no solo y no tanto en función de la velocidad de rotación deseada: las 3 y 4 palas pierden inmediatamente mucho en términos de KIEV y par en comparación con las 2 y 6 palas que funcionan bien aproximadamente en el mismo rango de velocidad. Y el carrusel exteriormente similar y ortogonal tienen propiedades fundamentalmente diferentes.
En general, se debe dar preferencia a los rotores de palas, excepto en los casos en que se requiera la máxima economía, simplicidad, autoarranque sin mantenimiento sin automatización y sea imposible la elevación al mástil.
Nota: hablemos especialmente de los rotores de vela; parece que no encajan en los clásicos.
Las APU con eje de rotación vertical tienen una ventaja indiscutible para el día a día: sus unidades que requieren mantenimiento se concentran en la parte inferior y no es necesario levantarlas. Queda, e incluso entonces no siempre, un cojinete de empuje autoalineable, pero es fuerte y duradero. Por lo tanto, al diseñar una turbina eólica simple, la selección de opciones debe comenzar con unidades verticales. Sus principales tipos se muestran en la Fig.
En la primera posición, el más simple, más a menudo llamado rotor Savonius. De hecho, fue inventado en 1924 en la URSS por Ya. A. y A. A. Voronin, y el industrial finlandés Sigurd Savonius se apropió descaradamente de la invención, ignorando el certificado de derechos de autor soviético, y comenzó la producción en serie. Pero la introducción en el destino de la invención significa mucho, por lo tanto, para no remover el pasado y no perturbar las cenizas de los muertos, llamaremos a esta turbina eólica rotor Voronin-Savonius, o, para abreviar, VS .
El avión es bueno para todos, excepto para la "locomotora" KIEV en un 10-18%. Sin embargo, en la URSS trabajaron mucho en eso y hay algunas novedades. A continuación consideraremos un diseño mejorado, no mucho más complejo, pero que da una ventaja a las palas según KIEV.
Nota: el avión de dos palas no gira, sino que se sacude; El de 4 palas es solo un poco más suave, pero pierde mucho en KIEV. Para mejorar los 4, los "comederos" se llevan con mayor frecuencia en dos pisos: un par de cuchillas en la parte inferior y otro par, girado 90 grados horizontalmente, por encima de ellos. El KIEV permanece y las cargas laterales sobre la mecánica se debilitan, pero las cargas de flexión aumentan ligeramente, y con un viento de más de 25 m / s, una APU en el eje, es decir, sin el cojinete sobre el rotor estirado por los obenques, "derriba la torre".
El siguiente es el rotor Darrieus; KIEV - hasta 20%. Es aún más sencillo: las palas están formadas por una simple banda elástica sin ningún perfil. La teoría del rotor de Darrieus aún no se ha desarrollado lo suficiente. Solo está claro que comienza a desenrollarse debido a la diferencia en la resistencia aerodinámica de la joroba y el bolsillo de la cinta, y luego se vuelve algo rápido, formando su propia circulación.
El par es pequeño, y en las posiciones de arranque del rotor no hay paralelo o perpendicular al viento, por lo que el auto-giro es posible solo con un número impar de palas (¿alas?). el generador debe estar desconectado durante el arranque.
El rotor Darrieus tiene dos malas cualidades más. Primero, durante la rotación, el vector de empuje de la pala describe una revolución completa en relación con su enfoque aerodinámico, y no suavemente, sino en sacudidas. Por lo tanto, el rotor Darrieus rompe rápidamente su mecánica incluso con viento uniforme.
En segundo lugar, Daria no solo está haciendo ruido, sino gritando y chillando, hasta el punto de que la cinta se rompe. Esto se debe a su vibración. Y cuantas más hojas, más fuerte es el rugido. Entonces, si se fabrica Daria, es de dos palas, hecho de costosos materiales que absorben el sonido de alta resistencia (fibra de carbono, mylar), y una pequeña aeronave está adaptada para girar en el medio del mástil.
En pos. 3 - rotor vertical ortogonal con palas perfiladas. Ortogonal porque las alas sobresalen verticalmente. La transición de VS a ortogonal se ilustra en la Fig. izquierda.
El ángulo de instalación de las palas con respecto a la tangente al círculo que toca los focos aerodinámicos de las alas puede ser positivo (en la figura) o negativo, de acuerdo con la fuerza del viento. A veces, las palas se hacen girar sobre un eje y se colocan furgonetas meteorológicas sobre ellas, sujetando automáticamente el "alfa", pero estas estructuras a menudo se rompen.
El cuerpo central (azul en la figura) permite llevar el KIEV a casi el 50%. En una ortogonal de tres palas, debe tener la forma de un triángulo en sección con lados ligeramente convexos y esquinas redondeadas, y con un número mayor. de palas, un simple cilindro es suficiente. Pero la teoría de lo ortogonal da el número óptimo de hojas sin ambigüedades: debería haber exactamente 3 de ellas.
Ortogonal se refiere a turbinas eólicas de alta velocidad con OSS, es decir Requiere necesariamente promoción durante la puesta en servicio y después de la calma. Las APUs desatendidas en serie con una capacidad de hasta 20 kW se producen de acuerdo con el esquema ortogonal.
Rotor helicoidal, o rotor de Gorlov (pos. 4) - una especie de ortogonal, que proporciona una rotación uniforme; el ortogonal con alas rectas "desgarra" sólo un poco más débil que el BC de dos palas. La flexión de las palas a lo largo del helicoide permite evitar pérdidas de KIEV por su curvatura. Aunque la pala curva rechaza parte del flujo sin usarlo, rastrilla parte del mismo hacia la zona de mayor velocidad lineal, compensando las pérdidas. Los helicópteros se utilizan con menos frecuencia que otras turbinas eólicas, porque debido a la complejidad de la fabricación, resultan más caras que sus homólogos de igual calidad.
5 pos. - un rotor del tipo BC, rodeado por unas paletas de guía; su diagrama se muestra en la Fig. a la derecha. Rara vez se encuentra en el diseño industrial, porque La costosa adquisición de tierras no compensa el aumento de capacidad, y el consumo de materiales y la complejidad de la producción son grandes. Pero un constructor de viviendas que teme al trabajo ya no es un maestro, sino un consumidor, y si no se necesitan más de 0.5-1.5 kW, entonces un dato para él:
En los años 60 en la URSS, E.S.Biryukov patentó un carrusel APU con 46% de KIEV. Un poco más tarde, V. Blinov logró el 58% del diseño basado en el mismo principio de KIEV, pero no hay datos sobre sus pruebas. Y el personal de la revista Inventor and Rationalizer llevó a cabo pruebas a gran escala de las Fuerzas Armadas de Biryukov. Un rotor de dos pisos con un diámetro de 0,75 my una altura de 2 m con un viento fresco hizo girar un generador asíncrono de 1,2 kW a plena potencia y resistió 30 m / s sin romperse. Los dibujos de APU de Biryukov se muestran en la Fig.
Biryukov recibió varios certificados de derechos de autor para su APU. Primero, observe el corte del rotor. Al acelerar, funciona como un avión, creando un gran momento de inicio. A medida que avanza el giro, se crea un cojín de vórtice en los bolsillos exteriores de las palas. Desde el punto de vista del viento, las palas se perfilan y el rotor se vuelve ortogonal de alta velocidad, con el perfil virtual cambiando según la fuerza del viento.
En segundo lugar, el canal perfilado entre las palas en el rango de velocidad de funcionamiento actúa como un cuerpo central. Si el viento aumenta, también se crea un cojín de vórtice en él, que se extiende más allá del rotor. El mismo capullo de vórtice aparece alrededor de la APU con las paletas de guía. La energía para su creación se toma del viento y ya no es suficiente para la avería del molino de viento.
En tercer lugar, el controlador de velocidad está diseñado principalmente para la turbina. Mantiene su rotación óptima desde el punto de vista de KIEV. Y la velocidad óptima del generador se obtiene mediante la elección de la relación de transmisión de los mecánicos.
Nota: después de las publicaciones en el RI de 1965, las Fuerzas Armadas de Ucrania, Biryukova se hundió en el olvido. El autor no recibió respuesta de las autoridades. El destino de muchos inventos soviéticos. Dicen que algunos japoneses se hicieron multimillonarios, leyendo regularmente revistas técnicas populares soviéticas y patentando todo lo que merece atención.
Como se indicó anteriormente, una turbina eólica de rotor de palas horizontal es la mejor de las clásicas. Pero, en primer lugar, necesita un viento estable, al menos de fuerza media. En segundo lugar, la construcción para el aficionado al bricolaje está plagada de muchos obstáculos, razón por la cual a menudo el fruto de un arduo trabajo, en el mejor de los casos, ilumina el inodoro, el pasillo o el porche, o incluso resulta que solo puede desenrollarse.
Según los diagramas de la Fig. miremos más de cerca; posiciones:
Nota: La protección contra huracanes para una paleta horizontal con un diámetro de más de 1 m es absolutamente necesaria, porque no es capaz de crear un capullo de vórtice a su alrededor. Con dimensiones más pequeñas, se puede lograr una resistencia del rotor de hasta 30 m / s con palas de propileno.
Entonces, ¿dónde están los obstáculos?
Esperar lograr una potencia en el eje del generador de más de 150-200 W en palas de cualquier tamaño cortadas de una tubería de plástico de paredes gruesas, como a menudo se aconseja, son las esperanzas de un aficionado desesperado. Una hoja de tubería (a menos que sea tan gruesa que simplemente se use como pieza en bruto) tendrá un perfil segmentado, es decir, su parte superior, o ambas, serán arcos circulares.
Los perfiles de segmento son adecuados para un medio incompresible, como hidroalas o palas de hélice. Para los gases, se necesita una pala de perfil y paso variables, por ejemplo, ver fig .; luz - 2 m Será un producto complejo y que requerirá mucho tiempo, que requerirá cálculos minuciosos completamente armados con teoría, soplado en una tubería y pruebas a gran escala.
Cuando el rotor se monta directamente en su eje, el rodamiento estándar pronto se romperá; no ocurre la misma carga en todas las palas de las turbinas eólicas. Necesita un eje intermedio con un cojinete de soporte especial y una transmisión mecánica desde este al generador. Para turbinas eólicas grandes, se toma un cojinete de doble hilera autoalineable; en los mejores modelos: tres niveles, Fig. D en la Fig. encima. Esto permite que el eje del rotor no solo se doble ligeramente, sino que también se mueva ligeramente de lado a lado o hacia arriba y hacia abajo.
Nota: Fueron necesarios unos 30 años para desarrollar un cojinete de empuje para la APU EuroWind.
El principio de su funcionamiento se muestra en la FIG. C. El viento, aumentando, presiona la pala, el resorte se estira, el rotor se deforma, sus revoluciones caen y al final se vuelve paralelo al flujo. Todo parece ir bien, pero fue suave en el papel ...
En un día ventoso, intente sostener una tapa para hervir o una cacerola grande por el mango paralelo al viento. Solo con cuidado: un trozo de hierro inquieto puede golpear la cara de tal manera que frote la nariz, corte el labio o incluso le caiga el ojo.
El viento plano se produce solo en cálculos teóricos y, con suficiente precisión para la práctica, en túneles de viento. En realidad, un aerogenerador de huracán con una pala de huracán maneja más que los completamente indefensos. Después de todo, es mejor cambiar las hojas deformadas que hacer todo de nuevo. En las instalaciones industriales, la cosa es diferente. Allí, el paso de las palas, una a la vez, es monitoreado y ajustado por la automatización bajo el control de la computadora de a bordo. Y están hechos de compuestos de alta resistencia, no de tuberías de agua.
Este es un sitio con servicio regular. Cualquier ingeniero de energía sabe que un colector con cepillos debe limpiarse, lubricarse y regularse. Y el mástil es de una tubería de agua. Si no entras, una vez al mes o dos tendrás que tirar todo el molino al suelo y luego volver a levantarlo. ¿Cuánto tiempo durará de tal "prevención"?
Pero con una disminución en el tamaño de la paleta, las dificultades caen a lo largo del cuadrado del diámetro de la rueda. Ya es posible fabricar una APU de paletas horizontales por nuestra cuenta para una potencia de hasta 100 W. Uno de 6 palas sería óptimo. Con más palas, el diámetro del rotor para la misma potencia será menor, pero será difícil asegurarlas firmemente en el buje. Se pueden ignorar los rotores con menos de 6 palas: un rotor de 2 palas de 100 W necesita un rotor de 6,34 m de diámetro, y un rotor de 4 palas de la misma potencia necesita 4,5 m. Para un 6 palas, la dependencia entre la potencia y el diámetro se expresa como sigue:
Lo mejor será contar con una potencia de 10-20 vatios. En primer lugar, una hoja de plástico con una envergadura de más de 0,8 m no resistirá vientos superiores a 20 m / s sin medidas de protección adicionales. En segundo lugar, con una luz de pala de hasta los mismos 0,8 m, la velocidad lineal de sus extremos no superará la velocidad del viento en más de tres veces, y los requisitos para perfilar con torsión se reducen en órdenes de magnitud; aquí una "artesa" con un perfil segmentado de una tubería, pos. B en la Fig. Y 10-20 W proporcionarán energía a la tableta, recargarán un teléfono inteligente o encenderán una luz de ama de llaves.
A continuación, seleccione el generador. Un motor chino es perfecto: un cubo de rueda para bicicletas eléctricas, pos. 1 en la fig. Su potencia como motor es de 200-300 W, pero en modo generador dará unos 100 W. Pero, ¿nos vendrá bien en términos de facturación?
El índice de velocidad z para 6 palas es 3. La fórmula para calcular la velocidad de rotación bajo carga es N = v / l * z * 60, donde N es la velocidad de rotación, 1 / min, v es la velocidad del viento y l es la circunferencia del rotor. Con una envergadura de palas de 0,8 my un viento de 5 m / s, obtenemos 72 rpm; a 20 m / s - 288 rpm. La rueda de la bicicleta gira aproximadamente a la misma velocidad, por lo que quitaremos nuestros 10-20 vatios de un generador capaz de dar 100. Puede colocar el rotor directamente en su eje.
Pero aquí surge el siguiente problema: nosotros, habiendo gastado mucho trabajo y dinero, al menos en un motor, conseguimos ... ¡un juguete! ¿Qué son 10-20, bueno, 50 vatios? Y no se puede hacer un molino de viento de palas capaz de alimentar al menos un televisor en casa. ¿Es posible comprar un mini generador de viento listo para usar y costará menos? Tanto como sea posible, e incluso lo más barato, consulte la pos. 4 y 5. Además, también será móvil. Colóquelo en el tocón de un árbol y úselo.
La segunda opción es si un motor paso a paso se encuentra en algún lugar de una unidad antigua de 5 u 8 pulgadas, o de una unidad de papel o un carro de una impresora de inyección de tinta o de matriz de puntos inutilizable. Puede funcionar como generador, y es más fácil acoplarle un rotor carrusel de latas (pos. 6) que montar una estructura como la que se muestra en la pos. 3.
En general, la conclusión sobre las "cuchillas" no es ambigua: hecha por uno mismo, más probablemente para ajustar al contenido de su corazón, pero no para la producción real de energía a largo plazo.
Un aerogenerador de vela se conoce desde hace mucho tiempo, pero los paneles blandos de sus palas (ver Fig.) Comenzaron a fabricarse con la llegada de telas y películas sintéticas de alta resistencia y resistentes al desgaste. Los molinos de viento de varias palas con velas rígidas se han extendido ampliamente por todo el mundo como propulsor de bombas de agua automáticas de baja potencia, pero sus datos técnicos son incluso inferiores a los de los carruseles.
Sin embargo, una vela blanda como el ala de un molino de viento, al parecer, resultó no ser tan simple. No se trata de la resistencia al viento (los fabricantes no limitan la velocidad máxima permitida del viento): los yates de vela ya saben que es casi imposible que el viento rompa las velas de las bermudas. Más bien, la lona se romperá, o el mástil se romperá, o todo el barco hará un "vuelco excesivo". Se trata de energía.
Desafortunadamente, no se pueden encontrar datos de prueba precisos. Según opiniones de los usuarios, fue posible elaborar dependencias "sintéticas" para la instalación de un aerogenerador-4.380 / 220.50 fabricado en Taganrog con un diámetro de rueda de viento de 5 m, un peso de cabeza de viento de 160 kg y una velocidad de rotación de hasta 40 rpm; se muestran en la Fig.
Por supuesto, no puede haber garantías de una fiabilidad del 100%, pero aún así está claro que aquí no hay indicios de un modelo plano mecanicista. De ninguna manera una rueda de 5 metros con un viento plano de 3 m / s puede dar alrededor de 1 kW, a 7 m / s puede alcanzar una meseta en términos de potencia y luego mantenerla hasta una fuerte tormenta. Los fabricantes, por cierto, declaran que se pueden obtener 4 kW nominales a 3 m / s, pero cuando se instalan por sus fuerzas de acuerdo con los resultados de los estudios de aerología local.
Tampoco existe una teoría cuantitativa; Las explicaciones de los desarrolladores son oscuras. Sin embargo, dado que la gente compra los aerogeneradores Taganrog y funcionan, queda suponer que la circulación cónica declarada y el efecto propulsor no son ficción. En cualquier caso, son posibles.
Entonces, resulta que, ANTES del rotor, de acuerdo con la ley de conservación del momento, también debería haber un vórtice cónico, pero en expansión y lento. Y tal embudo conducirá el viento hacia el rotor, su superficie efectiva resultará más barrida y KIEV: sobreunidad.
La luz sobre esta cuestión podría arrojarse mediante mediciones de campo del campo de presión frente al rotor, al menos con un aneroide doméstico. Si resulta ser más alto que de los lados a los lados, entonces, de hecho, las APU de navegación funcionan como moscas de escarabajo.
Por lo que se ha dicho anteriormente, está claro que es mejor para los constructores de viviendas embarcarse en verticales o en veleros. Pero ambos son muy lentos y la transferencia a un generador de alta velocidad es un trabajo innecesario, costos y pérdidas innecesarios. ¿Puedes hacer tú mismo un generador eléctrico de baja velocidad eficiente?
Sí, se puede, con imanes de aleación de niobio, los llamados. super imanes. El proceso de fabricación de las piezas principales se muestra en la Fig. Bobinas: cada una de 55 vueltas de alambre de cobre de 1 mm en aislamiento de esmalte de alta resistencia resistente al calor, FEMM, PETV, etc. La altura de los devanados es de 9 mm.
Preste atención a los chaveteros en las mitades del rotor. Deben ubicarse de manera que los imanes (se pegan al circuito magnético con epoxi o acrílico) después del montaje se junten con polos opuestos. Los "panqueques" (núcleos magnéticos) deben estar hechos de un ferromaimán magnético blando; El acero estructural regular servirá. El grosor de los "panqueques" es de al menos 6 mm.
En general, es mejor comprar imanes con orificio axial y apretarlos con tornillos; los súper imanes atraen con una fuerza terrible. Por la misma razón, se coloca un espaciador cilíndrico de 12 mm de alto en el eje entre los "panqueques".
Los devanados que componen las secciones del estator están conectados de acuerdo con los diagramas que también se muestran en la Fig. Los extremos soldados no deben estirarse, sino que deben formar bucles, de lo contrario, el epoxi que llenará el estator, endureciéndose, puede romper los cables.
El estator se vierte en el molde hasta un espesor de 10 mm. No es necesario centrar y equilibrar, el estator no gira. El espacio entre el rotor y el estator es de 1 mm en cada lado. El estator en la carcasa del generador debe fijarse de forma segura no solo contra el desplazamiento axial, sino también contra el giro; un fuerte campo magnético con una corriente en la carga lo arrastrará.
¿Y qué tenemos al final? El interés por las "palas" se explica más por su espectacular apariencia que por el rendimiento real en un diseño casero y con poca potencia. Una APU de carrusel de fabricación propia proporcionará energía de “reserva” para cargar la batería de un automóvil o suministrar energía a una casa pequeña.
Pero con la APU de vela, vale la pena experimentar con artesanos con una veta creativa, especialmente en una versión mini, con una rueda de 1-2 m de diámetro. Si las suposiciones de los desarrolladores son correctas, entonces será posible eliminar de esto, por medio del motor-generador chino descrito anteriormente, todos sus 200-300 vatios.
Andrey dijo:
Gracias por su consulta gratuita ... Y los precios "de las empresas" no son realmente caros, y creo que los artesanos de las provincias podrán hacer generadores similares al suyo. Y las baterías Li-po se pueden pedir en China, Los inversores en Chelyabinsk son muy buenos sinusoidal) .Y velas, palas o rotores: esta es otra razón para el vuelo de pensamiento de nuestros hábiles hombres rusos.
Ivan dijo:
pregunta:
Para aerogeneradores con eje vertical (posición 1) y la versión “Lenz” es posible agregar detalle adicional- un impulsor que se expone al viento, y le cierra el lado inútil (yendo hacia el viento). Es decir, el viento no ralentizará la pala, sino esta “pantalla”. Poniéndose en el viento con la "cola" ubicada detrás del propio molino de viento por debajo y por encima de las palas (crestas). Leí el artículo y nació una idea.
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En este artículo, veremos más de cerca cómo hacer un generador de viento con sus propias manos. Después de todo, la vida cotidiana hombre moderno sin electricidad, es difícil de imaginar. E incluso las pequeñas interrupciones en el suministro de electricidad a veces se convierten en un "momento paralizante" para una vida normal en su propia casa. Y esos problemas, tenemos que admitir, para algunos asentamientos suburbanos o asentamientos v campo- ay, no es infrecuente. Esto significa que necesita protegerse de alguna manera de los problemas, adquirir una fuente de energía de respaldo. Y si tenemos en cuenta las tarifas en constante crecimiento, entonces tener nuestra propia fuente, e incluso trabajar casi “gratis”, se convierte en el sueño de muchos propietarios.
Una de las direcciones del desarrollo de la "energía libre" en nuestro tiempo es el uso de la energía eólica. Es probable que muchos hayan visto imágenes impresionantes de enormes turbinas eólicas utilizadas con éxito en algunos países europeos; en algunos lugares, la proporción de energía eólica ya alcanza varias decenas de por ciento del total. Entonces surge la tentación: ¿no debería intentar hacer un generador eólico con mis propias manos para independizarme de las redes eléctricas de una vez por todas?
La pregunta es razonable, pero el ardor del "soñador" debería enfriarse un poco. Para crear una planta de generación de energía verdaderamente eficiente y de alta calidad se requieren muchos conocimientos en mecánica e ingeniería eléctrica. Debe ser un experto en todos los oficios: existe una serie completa de operaciones de alta complejidad que requieren un diseño preciso y un enfoque calificado en la ejecución. Por la totalidad de estas razones, como se puede juzgar por las discusiones en los foros, muchos "solicitantes" no recibieron el resultado esperado o abandonaron por completo el proyecto concebido.
Por lo tanto, este artículo proporcionará una imagen general que muestra problemas comunes y direcciones para su solución en el proceso de creación de turbinas eólicas. Será posible estimar aproximadamente la escala del trabajo y sopesar sobriamente sus capacidades: ¿vale la pena realizarlo usted mismo?
Hay varias formas de obtener energía eléctrica: mediante la exposición a una corriente de fotones (luz, por ejemplo, paneles solares), debido a ciertas reacciones químicas (muy utilizadas en baterías), debido a diferencias de temperatura. Pero la conversión de energía cinética en energía eléctrica es la que más se utiliza actualmente. Esta transformación tiene lugar en dispositivos especiales, que se denominan generadores.
El principio de funcionamiento del generador del convertidor de energía cinética en energía eléctrica fue revelado y descrito en el siglo XIX por Faraday.
El principio del dispositivo del generador eléctrico más simple. Consiste en el hecho de que si el marco conductor se coloca en un campo magnético cambiante, se inducirá en él una fuerza electromotriz que, cuando el circuito esté cerrado, dará lugar a la aparición corriente eléctrica... Y se puede lograr un cambio en el flujo magnético girando este marco en un campo magnético, ya sea creado por imanes permanentes o apareciendo en los devanados de excitación. Cuando cambia la posición del marco, el valor del flujo magnético que lo cruza cambia. Y cuanto mayor sea la tasa de cambio, mayores serán los indicadores y los campos electromagnéticos inducidos. Por lo tanto, cuantas más revoluciones se transfieran al rotor (parte giratoria del generador), más voltaje se puede lograr en la salida.
El diagrama ciertamente se muestra con grandes simplificaciones, solo para aclarar el principio.
La transmisión de rotación al rotor del generador se puede realizar de diferentes formas. Y una forma de encontrar fuente libre La energía, que pondrá en movimiento la parte cinemática del dispositivo, es "atrapar" la fuerza del viento. Es decir, casi de la misma manera que los creadores de molinos de viento lograron hacerlo una vez.
Así, el dispositivo de un aerogenerador implica la presencia de un dispositivo generador y un mecanismo para transmitir su movimiento de rotación al estator, es decir, una turbina eólica. Además, un diseño que garantice una instalación confiable del sistema se convierte en un requisito previo, ya que a menudo debe colocarse a una altura considerable para que los obstáculos naturales o artificiales no interfieran con la "captura del viento" en toda regla. En algunos casos, también se utiliza una transmisión cinemática, diseñada para aumentar el número de revoluciones del rotor.
Un ejemplo de transmisión de sobremarcha de una turbina eólica a un generador Pero eso no es todo. La presencia y la velocidad del viento suelen ser valores extremadamente variables. Y hacer que el consumo de la energía generada dependa de los "caprichos del clima" no es razonable. Por lo tanto, una turbina eólica suele funcionar junto con un sistema de almacenamiento de energía.
La corriente generada se rectifica, estabiliza y, a través de un dispositivo controlador especial, se destina directamente a un mayor consumo, o bien se redirige a la carga de las potentes baterías incluidas en el circuito. Desde las baterías a través de un inversor que convierte la corriente continua en corriente alterna del voltaje y frecuencia deseados, se suministra energía a los puntos de consumo. Las baterías se convierten en una especie de enlace de búfer: si la carga actual es menor que la corriente del generador (muy dependiente de la fuerza del viento), o si los dispositivos de consumo no están conectados en absoluto durante algún tiempo, entonces las baterías se están cargando. Si la carga supera la potencia generada, las baterías se descargan.
Un punto interesante: es esta característica de la planta de energía eólica la que le permite planificar la potencia del generador en sí, no en función de los indicadores de carga máxima (el inversor será más responsable de esto), sino en función del consumo de energía previsto. durante un período determinado (por ejemplo, un mes).
Por supuesto, se pueden usar más en la vida cotidiana. esquemas simples... Por ejemplo, una turbina eólica simplemente sirve a algún tipo de equipo de iluminación de bajo voltaje, etc.
Pros y contras de los parques eólicos Por ejemplo, veamos primero el diseño más simple de un generador de viento, que incluso un estudiante de secundaria puede ensamblar. Uso práctico tal "central eléctrica" no es muy amplia, pero solo para ampliar su comprensión y adquirir algunas habilidades, ¿por qué no?
