Ветроэлектростанция - малютка

     Сегодня речь пойдет об одном интересном, на наш взгляд, предложении. Его прислал в редакцию школьник из Курской области Сережа Курнев.
     Вот что он пишет:
     "Пробовали вы запрячь ветер, чтобы заставить его работать на себя! Ведь энергия ветра - одна из самых дешевых и легкодоступных! Я не предлагаю строить ветряные мельницы, как это делали в старину, или сложный современный ветродвигатель. А вот построить ветроустановку для выработки электроэнергии, пусть небольшую, маломощную, думаю, сможет каждая семья, живущая в сельской местности, каждая школа.
     Энергии, выработанной ветроустановкой, хватит, чтобы включить насос для поливки огорода или сада, чтобы осветить дом или класс. "
     В письме он прислал эскизы своей будущей установки. Мы показали их инженеру Вячеславу Николаевичу Шумееву, он внимательно изучил эскизы, доработал и теперь предлагает их на суд читателей.

     Сережа Курнев использовал известную еще в давние времена схему ветроустановки с самовращающимся барабаном.
     Устройство представляет собой две половинки полого цилиндра, которые после его разрезки раздвигались в стороны от общей оси (см. рис. 1А). Образовавшееся тело обладало ярко выраженной аэродинамической несимметричностью. Набегающий поперек его оси поток воздуха как бы соскальзывал с выпуклой стороны одного полуцилиндра. Зато другой, обращенный к ветру своеобразным карманом, оказывал значительное сопротивление. Барабан поворачивался, полуцилиндры менялись местами все быстрее и быстрее, и вертушка таким образом быстро раскручивалась.
     Вот этот принцип, возможно и не зная о нем, и взял за основу своей будущей ветроэлектростанции Сережа Курнев.
     Подобная схема выгодно отличается от ветроустановки с пропеллерной вертушкой. Во-первых, она не требует при изготовлении большой точности и дает широкий выбор применяемых материалов. Во-вторых, она компактна.

Принцип действия ветроустановки

     Судите сами. Мощность генератора, приводимого в действие барабаном диаметром всего около метра, будет такой же, как при использовании трехлопастного пропеллера диаметром 2,5 м! И если пропеллерную вертушку нужно устанавливать на высокой штанге или на крыше дома (этого требует техника безопасности), то вертушку-барабан можно ставить прямо на земле, под навесом. Есть у барабана и еще ряд достоинств: большой крутящий момент при малых оборотах (значит, можно обойтись либо совсем без редуктора, либо использовать простейший одноступенчатый), отсутствие щеточного токосъемного механизма.
     Сережа предлагает двухлопастный барабан, мы же советуем увеличить количество лопастей до четырех (рис. 1Б). Тяговые характеристики такой установки значительно улучшатся.
     Итак, начнем с изготовления барабана (рис. 2). Лопасти можно сделать из фанеры, кровельного железа, дюралюминиевого листа или листового пластика подходящих размеров. В любом варианте старайтесь избегать применения излишне толстых заготовок - ротор должен быть легким. Это уменьшит трение в подшипниках, а значит, барабан будет легче раскручиваться ветром.
     Если вы воспользуетесь кровельным железом, вертикальные края лопастей усильте, подложив под отбортовку металлический пруток диаметром 5-6 мм. Если вы решили сделать детали вертушки из фанеры (ее толщина должна быть 5-6 мм), не забудьте пропитать заготовки горячей олифой. Щеки барабана можно изготовить из древесины, пластмассы или легкого металла. Собирая барабан, не забудьте промазать места стыков густой масляной краской.

Конструкция ветроустановки. На рисунке 3: 1 - резистор; 2 - обмотка статора генератора; 3 - ротор генератора; 4 - регулятор напряжения; 5 - реле обратного тока; 6 - амперметр; 7 - аккумулятор; 8 - предохранитель; 9 - выключатель

     Крестовины, соединяющие отдельные лопасти в ротор, лучше сварить или склепать из стальных полос сечением 5 x 60 мм. Можно использовать и древесину: толщина заготовки не менее 25 мм, ширина - 80 мм.
     Ось для вертушки проще всего сделать из двухметрового отрезка стальной трубы с внешним диаметром около 30 мм. Перед тем как подбирать заготовку для оси, найдите два шарикоподшипника, желательно новые. Согласовав размеры трубы и подшипников, вы избавите себя от лишней работы по подгонке трубы к внутренним обоймам подшипников. Стальные крестовины ротора привариваются к оси, деревянные крепятся эпоксидным клеем и стальными штифтами диаметром 5- 6 мм, проходящими одновременно через каждую крестовину и трубу. Лопасти смонтируйте на болтах M12. Внимательно проверьте расстояния от лопастей до оси: они должны быть одинаковыми - 140-150 мм. Собрав барабан, снова покройте стыки деталей густой масляной краской.
     Главный элемент установки готов, остается изготовить станину, сварив или склепав ее из металлического уголка (годится и деревянный вариант). На готовую станину установите шарикоподшипники. Проследите, чтобы не было перекоса, иначе ротор не сможет легко вращаться. Все детали установки дважды покройте масляной краской, на нижнем конце оси закрепите набор шкивов различного диаметра. Перекинутый через шкив вертушки ремень соедините с генератором электрического тока, например автомобильным. Построенный образец ветросиловой установки при скорости ветра 9-10 м/с сможет обеспечить мощность, передаваемую на генератор, равную 800 Вт.
     Ну а если стоит безветренная погода или ветер слишком слаб, чтобы давать необходимую электроэнергию? Перебоев в выработке электричества не будет, если воспользоваться накопителем энергии - аккумулятором. Ветер есть - пускайте электричество напрямую к потребителю, ветра нет - включайте заряженные от ветроустановки аккумуляторы. На рисунке 3 мы показали схематическое устройство электрической цепи такой ветроустановки.
     Если ветряк будет использоваться для поливки огорода или сада, его нужно смонтировать прямо над источником воды.