Разработки

ПАРУСНЫЙ...ВЕТРЯК

15.06.2013

ПАРУСНЫЙ...ВЕТРЯКГоворят, новое — хорошо забытое старое. И энергетика здесь, похоже, не является исключением.  Ожегшись на Чернобыле, столкнувшись в ряде мест с угрозой энергетического кризиса, человечество все чаще обращает свой взор на технические решения, незаслуженно списанные в прошлом в архив. Использование даровой силы ветра — в числе именно таких решений. Приходят к ним в своих творческих изысканиях и любители мастерить все своими руками (см., например, «М-К» № 4/84, 5/86, 6/90, 7/92|.

В этой связи предлагаемая публикация сделанная по материалам американского журнала «Механик иллюстрейтед», думается, представляет особый интерес и актуальность для многих наших читателей.
 
Идея — обуздать ветер, обеспечив тем самым сеЬя даровой электроэнергией,— несомненно, весьма заманчива. Но выпускаемые промышленностью ветроэнергоустановки не всегда подходят для размещения их, например, возле загородного дома. Да и цены на них астрономические.
 
Альтернативой может стать вполне доступная с точки зрения семьи со средним достатком самодельная ветроэнергоустановка — такая, как изображена на публикуемых иллюстрациях. За исключением синхронного электрогенератора переменного тока, ее конструкция не содержит дорогих и остродефицитных деталей и узлов. Проста (а следовательно, надежна в работе, легка в изготовлении и наладке) кинематика. А энергетические возможности таковы, что при средней скорости ветра Увср=4,8 м/с. они с лихвой обеспечат потребность в электроэнергии небольшого дома с усадьбой и хозяйственными постройками.
 
«Изюминка» всей конструкции здесь — ветровое колесо. Во-первых, оно лопастное. Уступая простейшему роторному некоторой архаичностью своего внешнего вида, напоминающего средневековые мельницы, с которыми сражался небезызвестный Дон-Кихот, этот ветряк выигрывает в главном: мощности, отдаваемой в нагрузку. Во-вторых, в паре с ветром в данном случае работает... парус — на каждой из трех лопастей с изменяемой площадью Б* и самоограничением, предусмотренным для сильных ветров.
 
Дело в том, что лопастной узел у крыла ветряка состоит из жесткой передней кромки, ребер соответствующего сечения и «закрутки», обеспечивающих оптимальный режим работы концевой, средней частей и основания, а также задней кромки, натяжение которой обеспечивает стальной трос. Парус лопасти — из пропитанного синтетическим лаком капрона. Он натянут на остов с закреплением прижимной планкой на распорке-основании (см. рис.), а благодаря тросу — всегда упруг. Ткань после пропитки синтетическим лаком отнюдь не потеряла своей эластичности, и лопасть способна изменять форму в ответ на порывы ветра. Автоматически принимает и наилучший для каждой конкретно складывающейся ветровой нагрузки угол тангажа.
 
Ну а случись — налетит ураган. Что тогда? Да ничего страшного не произойдет. Трос, задающий натяжение задней кромке, напряжен так, что при скоростях ветра, превышающих рабочий диапазон, парус опадает, становится как бы недействующим: возникает режим самоограничения, причем — автоматически.
 
Из других технических решений, удачно вписавшихся в конструкцию данной ветроэлектроустановки, нельзя не отметить также простоту и надежность выполнения опорно-поворотного узла, съем электроэнергии в нагрузку, использование в кинематической схеме не углового редуктора, а обычных цепных передач, успешное размещение практически всей кинематики в капсуле обтекателя. Неплохо зарекомендовала себя в деле и сама капсула.
 
Особенности изготовления основных узлов, как и всей рассматриваемой ветроэлектроустановки,— следствие ее оригинальности.
 
Взять, к примеру, переднюю кромку лопастного узла. По сути своей это кессонная конструкция. Для нее нужен остов: лонжерон с соответствующими взаимосвязанными элементами. А их не сделать без шаблонов.
 
Шаблонов потребуется шесть. Два — для образующих ребра
 
блоков, три — для сборочного приспособления лопастного узла (стапеля) и один — для исходной заготовки ребра. При их изготовлении требуются максимальные аккуратность и сосредоточенность, чистота разметки.
 
Рис. 1. Усадьба с автономным энергообеспечением (вверху)
 
Рис. 1. Усадьба с автономным энергообеспечением (вверху):
1 - потребитель электроэнергии (нагрузка), 2 синхронный электрогенератор с трансмиссией в капсуле обтекателя. 3 — лонжерон лопасти (3 шт.), 4 — кок ветроколеса, 5 — лопасть парусная (3 шт.), 6 опорно-поворотный узел, 7 — мачта из металлических ферм, 8 - оттяжки.
 
 
Р и с. 2. Кинематическая схема ветро-электроустановки
 
Р и с. 2. Кинематическая схема ветро-электроустановки:
1 — ветроколесо трехлопастное парусное, 2 — шарикоподшипник радиально-упорный (2 шт.), 3 — труба опорная квадратного сечения, 4 — вал ведущий, 5 — шарикоподшипник радиальный (2 шт.), 6 — промежуточный вал, 7 — передача силовая с приводной роликовой цепью ПР-19,05, 8 — обтекатель, 9 — передача силовая с приводной роликовой цепью ПР-12,7, 10 — генератор синхронный мощностью 1200 Вт, 11 — стойка-труба внутренняя, 12 — подшипник радиальный самосмазывающнйся, 13 — стойка-труба внешняя, 14 — подпятник, 15 — мачта нз металлических ферм.
 
 
Рис. 3. Изготовление лопасти
 
Рис. 3. Изготовление лопасти:
1 — планка прижимная (полоса сечением 3X25 мм, АЛ9-1), 2 — распорка-основание (отрезок склепанных и «эпоксидированных» вместе алюминиевых уголков 25X25 мм с приданием нужной конфигурации), 3 — парус (пропитанное синтетическим лаком капроновое полотно массой 113,4 г), 4 — большая укосина (12-мм алюминиевый прокат), 5 — особой конфигурации), 9 — ребро-«сандвич» (склепанные и «эпоксидированные» вместе заготовки из 6-мм листа АЛ9-1; 3 шт.), 10 — кронштейн стыковочный (20-мм отрезок алюминиевого уголка 25X25 мм, 6 шт.), 11 — малая укосина (12-мм алюминиевый прокат), 12 — законцовка (отрезок склепанных вместе и «эпоксидированных» алюминиевых уголков 25Х 25 мм), 13 — гильза свинцовая (12-мм отрезок сплющиваемого цилиндра с наружным диаметром 12 мм и внутренним — 3 мм, 2 шт.), 14 — оболочка троса (два последовательно составленные отрезка полиэтиленовой трубки), 15 — трос натяжной.
 
Р и с. 4. Сшивание паруса из заготовки, сложенной вдвое
Р и с. 4. Сшивание паруса из заготовки, сложенной вдвое:
1 — полоса усиления (75-мм ширины капрон) законцовочной части, 2 — припуск шва 20-мм, 3 — заготовка полотна паруса (капрон, сложенный вдвое), 4 — полоса усиления основания (75-мм ширины капрон).
 
 
 
Р и с. 5. Распорки для удержания каната и натяжения задней кромки лопасти, их положение относительно ребер-«сандвичей» на лонжероне
Р и с. 5. Распорки для удержания каната и натяжения задней кромки лопасти, их положение относительно ребер-«сандвичей» на лонжероне:
1 — ребро-«саидвнч» (3 шт.), 2 — «носик» раскорки-законцовки, 3 — кронштейн стыковочный (6 шт.), 4 — хвостовик распорки-законцовки и (такая же деталь) распорка-середина, 5 — распорка-основание.
 
 
 
Рис. 1. Шаблоны для выполнения заготовок
 
Рис. 1. Шаблоны для выполнения заготовок:
1 — формующий брусок (20-мм фанера), 2 — кронштейн стыковочный, 3 — контур деревянного блока, а равно — второго слоя у ребра-«сандвича», 4 — первый слой ребра-«саидвича».
 
 
Рис. 7. Стапель
 
Рис. 7. Стапель:
1 — базис, 2 — распорка, 3 — стойка-фиксатор лонжерона лопасти (2 шт.), 4 — шаблон для выполнения работ на основании паруса, 5 — плаика усиления (3 шт.), 6 — стойка-фиксатор середины паруса, 7 — стойка для работ на законцовке. Все детали стапеля изготавливаются из 20-мм фанеры, крепление — на шурупах. Стрелками указаны направления, в которых прикрепляются ребра-«сандвичн» к стапелю на предусмотренные для них места.
 
 
 
Рис. 8. Расположение узлов и деталей на несущей конструкции с трансмиссионной системой
 
Рис. 8. Расположение узлов и деталей на несущей конструкции с трансмиссионной системой:
1 — вал ведущий (диаметр 25 мм, длина 1500 мм, Сталь 45), 2 — кок ветроколеса (Д16), 3 — держатель (полоса сечения 3x25 мм, Ст3, 3 шт., 4 — спица ступицы приварная (стальной уголок 25 X 25 мм, 3 шт.), 5 — ступица {Сталь 20), 6 подшипниковый узел ведущего вала (2 шт.), 7 — горизонтальный кронштейн (стальной уголок 25X 25 мм, 2 шт.), 8 — труба опорная стальная (в сечении — квадрат 50Х 50 мм, толшина стенки 4 мм) с наварными квадратными стальными 4-мм щечками на концах, 9 — звездочка Z3=45 (Сталь 45), 10 — цепь ПР 12,7, II — кронштейн вертикальный (300-мм отрезок стального швеллера № 8, приваренный к боковым стенкам опорной трубы), 12 — гайка М14 с шайбой Гровера (4 шт.), 13 — промежуточный вал (диаметр 20 мм, длина 350 мм, Сталь 45), 14 — подшипниковый узел промежуточного вала (2 шт.), 15 — болт М14 (4 шт.), 16 — цепь ПР-19,05, 17 — звездочка Z2= 18 (Сталь 45), 18 — звездочка Z1 = 42 (Сталь 45), 19 — болт М18 (4 шт.), 20 звездочка Z4= 17 (Сталь 45), 21 — кронштейн коробчатый (размеры по месту установки в зависимости от типа генератора, Ст3, 2 шт.), 22—генератор электрический, синхронный, мощностью 1200 Вт, 23 — опорно-поворотный узел, 24 — стойка-труба стальная внутренняя (длина 90 мм, внешний диаметр 60 мм, толшина стенки 4,5 мм), 25 — укосина приварная (305 мм отрезок стального уголка 25X 25 мм, 2 шт.), 26 — шайба стопорная (4 шт.), 27 — гайка М18 (4 шт.), 28 — гайка М12 самоконтрящаяся прорезная (6 шт.), 29 — лонжерон лопасти (1830-мм отрезок трубы с внешним диаметром 50 мм и толщиной стенки 3,5 мм, АЛ9-1, режим термообработки Т6, 3 шт. ), 30 — болт М12 (6 шт.).
 
 
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕТРОЭЕРГОУСТАНОВКИ
 
 
Рис. 9. Капсула обтекателя
Рис. 9. Капсула обтекателя:
1 — шпангоут основной (многослойная фанера, 3 шт.), 2 — продольная панель обшивки люка (12-мм фанера, 2 шт.), 3 — лонжерон (рейка из многослойной фанеры, вырезанная с изгибом после 3-го шпангоута, 4 шт.), 4 — соединение болтовое М16 с самофиксацией (8 шт.), 5 — кронштейн-направляющая (100-мм отрезок стального уголка 40Х Х40 мм, 4 шт.), 6 — полоса обшивки (фанера, суживающаяся по ширине после прогиба на 3-м шпангоуте, 23 шт.), 7 — шпангоут переходной (20-мм фанера), 8 — шпангоут концевой, 9 — покрытие стеклопластиковое, 10 — насадка конусообразная (максимальный диаметр 386 мм, пенопласт) ,11 — поперечная панель обшивки люка (20-мм фанера).
 
 
 
Рис. 10. Опорно-поворотный узел
 
Рис. 10. Опорно-поворотный узел:
1 — кронштейн приварной (стальной уголок 25Х 25 мм), 2 — заклепка (4 шт.), 3 — кабель электрический, 4 — клемма н подвод к щетке контактной (2 шт.), 5 — жила электрокабеля (2 шт.), 6 — 5-мм пластина стеклотекстолитовая, 7 — упор-кронштейн (алюминиевый уголок 12Х 12 мм, 2 шт.), 8 — пружина с контактным винтом (2 шт.), 9 — гнездо-направляющая (алюминиевая труба квадратного сечения с элементами крепежа, 2 шт.), 10 — щетка контактная (2 шт.) ,11 — электропривод изолированный (2 шт.), 12 — стойка-труба стальная внутренняя, 13 — кольцо латунное с контактным винтом (2 шт.), 14 — втулка текстолитовая с двумя установочными винтами, 15 — шайба (Ст3) гребенчатая с двумя установочными винтами, 16 — подшипник радиальный самосмазывающийся (АФГМ), 17—стойка-труба стальная наружная, 18 — подпятник (БрАЖ9-4), 19 — болт М24 с гайкой и фиксацией затяжки.
 
Два шаблона (см. рис. 6, поз. 1) приклеивают к отрезку 20-мм фанеры. Следуя контуру, вырезают ножовкой или лобзиком две образующие ребро фанерные подкладки. Просверливают 5-мм отверстия под центр лонжерона и разметки сборки. Закругление радиусом 2,5 мм (для загибания фланца) и пятиградусный срез заднего угла выполняют с помощью рашпиля.
 
Шаблон (поз. 4 рис. 6) с 15-мм кромкой под фланец приклеивают к 6-мм алюминиевому листу АЛ9-1, прошедшему термообработку Т4. Получившуюся заготовку аккуратно вырезают; просверливают лонжеронный центр, а для правильной установки на стапеле — соответствующие отверстия. Это своеобразный новый шаблон для изготовления еще восьми таких заготовок (по 3 шт. на каждую лопасть).
 
Ребра-«сандвичи» получают, «прослаивая» заготовки между двух формующих блоков (подкладок). Жесткой фиксации добиваются, вставляя 5-мм болты через отверстие в стапеле и отверстие лонжеронного центра в формующие блоки с заготовками. А чтобы «прослаивание» шло успешнее, будущие «сандвичи» зажимают в кузнечных тисках. Отгибания фланцев в нужные стороны достигают, используя резиновый молоток.
 
Формовку фланца завершают, используя свинцовый мягкий припой. После чего получившееся ребро вынимают, подрезают задний край, чтобы максимально приспособить к лонжерону. Теперь дело за остальными деталями лопасти."
 
Стыковочные кронштейны изготавливают из алюминиевого уголка 25X25 мм. Из него же выполняют распорки для удержания каната и натяжения задней кромки в основании, в середине и на законцовке лопасти. Делают их весьма своеобразно: не из одного, а их двух отрезков алюминиевого уголка, склепанных и «эпоксидированных» вместе. Длина такой заготовки 2,4 м. В своем сечении она напоминает букву Т. Высокое качество шва достигается тщательной очисткой поверхностей до их соединения, для чего используют сильные моющие средства с последующим «прополаскиванием водой и протиранием до блеска металлической «путанкой».
 
Нужной формы у распорок добиваются, воспользовавшись ножовкой по металлу. А вырез для лонжерона, заклепочные и тросовое отверстия высверливают электродрелью. Как, впрочем, и отверстия в распорке-основании для прикрепления впоследствии прижимной планки, чтобы надежно удерживать парус на лопасти даже во время самых больших ветровых нагрузок.
 
Что касается стыковочных кронштейнов, то они приклепываются и «эпоксидируются» и к распоркам (см. иллюстрации), и к ребрам-«сандвичам», и к лонжерону лопасти. Причем удобнее это делать на специальном приспособлении — стапеле, благодаря которому обеспечивается единообразное выполнение лопастей и правильно устанавливаются углы тангажа.
 
Вот одна из таких операций.
 
Ребра-«сандвичи» прикрепляют болтами к стапелю на предусмотренные для них места (в направлениях, указанных на рис. 7 соответствующими стрелками, и по установочным отверстиям, которые сделаны как в стапеле, так и в самих ребрах). Затем аккуратно укладывают, начиная с законцовки, «боковые полочки» тросовых распорок на предназначенные для них «постаменты», располагающиеся под требуемыми углами к базису торцы фанерных выступов: стойки 7, стойки-фиксатора 6 и шаблона 4 (см. рис. 7). Лопастный лонжерон продевают в образовавшиеся на стапеле отверстия, благо полукруглые выемки радиусом 25 мм для этого специально и предусмотрены.
 
Выполняют разметку заклепочных отверстий в лонжероне. Потом последний вынимают, сверлят в нем отверстия. А установив лонжерон вновь в стапеле, приклепывают и «эпоксидируют» стыковочные кронштейны.
 
Алюминиевую обшивку передней кромки лопасти выполняют из 6-мм листа АЛ9-1, предварительно изогнув его в виде параболы. Причем последнее лучше сделать на ровном полу с помощью длинной доски, наложенной ребром по оси изгиба. Упершись коленями в доску, руками, всем телом создают необходимое давление на лист, добиваясь получения желанной формы.
 
Следующая операция — прикрепление обшивки к лопастному скелету. При этом целесообразно воспользоваться специальными С-образными зажимами (на иллюстрациях не показаны).
 
Начиная с законцовки, просверливают заклепочные отверстия в покрытии, лонжероне и в ребрах. Соединяемые детали «эпоксидируют» и приклеивают. А после того как «эпоксид» затвердеет окончательно, выполняют обрезку «избыточного» алюминия с опиловкой образовавшихся острых краев.
 
Теперь — несколько слов о задней кромке лопасти. Монтируется она с 3-мм гибким стальным тросом, который продевают через предназначенные для него отверстия в распорках. Трос устанавливают в хлорвиниловые трубки и закрепляют у законцовки, зажав его в свинцовой гильзе. После чего на лопастный скелет натягивают парус.
 
Столь ответственную операцию лучше выполнять вдвоем. Один человек встает на стол, удерживая в своих руках лопасть таким образом, чтобы распорка-основание находилась внизу, а трос задней кромки располагался вертикально с навешенной на конце двухпудовой гирей. Тогда другой (помощник), убедившись, что требуемое натяжение достигнуто, запрессовывает на тросе вторую, находящуюся у распорки-основания свинцовую гильзу. Излишек троса и гильзы обтачивают. А «открытый» конец паруса заворачивают с последующим закреплением на распорке-основании с помощью прижимной планки и болтов с гайками.
 
Остальные лопасти изготавливают аналогичным образом. Что касается других узлов и деталей, то их выполнение особых трудностей, как правило, ни у кого не вызывает. То же можно сказать и о сборке всей ветроэлектроустановки в целом. Проста и отладка. Дерзайте!
 
Материал подготовил к публикации Н. КОЧЕТОВ




Рекомендуем почитать
  • ЗА ПАРУСНИКОМ НА ЛЫЖАХ

    ЗА ПАРУСНИКОМ НА ЛЫЖАХОтправляясь в дальнее путешествие, лыжник, как правило, надеется лишь на собственные силы. Однако вполне возможно призвать на помощь ветер, соорудив для этого парусный буксировщик. Собрать такой буксировщик совсем несложно, использовав вооружение от парусной доски — мачту, гичок-уишбон и парус с комплектом лат Правда, всё это можно изготовить самостоятельно. Начать работу удобнее всего с колёс, предварительно подобрав пару камер от грузовика или колёсного трактора — от их габаритов будут зависеть размеры колёсных ступиц и дисков.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.