Парусный…ветряк

Говорят, новое — прекрасно забытое старое. И энергетика тут, наверное, не есть исключением. Ожегшись на Чернобыле, столкнувшись в ряде мест с угрозой энергетического кризиса, человечество все чаще обращает собственный взгляд на технические ответы, незаслуженно списанные в прошлом в архив.

Применение даровой силы ветра — в числе как раз таких ответов. Приходят к ним в собственных творческих изысканиях и любители мастерить все собственными руками (см., к примеру, «М-К» № 4/84, 5/86, 6/90, 7/92|.

В данной связи предлагаемая публикация сделанная по данным американского издания «Механик иллюстрейтед», думается, воображает актуальность и особый интерес для многих отечественных читателей.

Мысль — обуздать ветер, обеспечив тем самым сеЬя даровой электроэнергией,— без сомнений, очень заманчива. Но производимые индустрией ветроэнергоустановки не всегда подходят для размещения их, к примеру, около загородного дома.

Да и цены на них астрономические.

Альтернативой может стать в полной мере дешёвая с позиций 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 узлов и деталей. Несложна (а следовательно, надежна в работе, легка в наладке и изготовлении) кинематика.

А энергетические возможности таковы, что при средней скорости ветра Увср=4,8 м/с. они с лихвой обеспечат потребность в электричества маленького дома с хозяйственными постройками и усадьбой.

«Изюминка» всей конструкции тут — ветровое колесо. Во-первых, оно лопастное.

Уступая несложному роторному некоей архаичностью собственного внешнего вида, напоминающего средневековые мельницы, с которыми сражался небезызвестный Дон-Кихот, данный ветряк побеждает в главном: мощности, отдаваемой в нагрузку. Во-вторых, в паре с ветром в этом случае трудится… 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 складывается из твёрдой передней кромки, ребер закрутки и соответствующего «сечения», снабжающих оптимальный режим работы концевой, средней основания и частей, и задней кромки, натяжение которой снабжает металлической трос. Парус лопасти — из пропитанного синтетическим лаком капрона. Он натянут на остов с закреплением прижимной планкой на распорке-основании (см. рис.), а благодаря тросу — неизменно упруг.

Ткань по окончании пропитки синтетическим лаком отнюдь не утратила собственной эластичности, и лопасть способна изменять форму в ответ на порывы ветра. Машинально принимает и наилучший для каждой конкретно складывающейся ветровой нагрузки угол тангажа.

Ну а произойди — налетит ураган. Что тогда?

Да ничего ужасного не случится. Трос, задающий натяжение задней кромке, напряжен так, что при скоростях ветра, превышающих рабочий диапазон, парус опадает, делается как бы недействующим: появляется режим самоограничения, причем — машинально.

Из вторых технических ответов, удачно вписавшихся в конструкцию данной ветроэлектроустановки, нельзя не отметить кроме этого надёжность и простоту исполнения опорно-поворотного узла, съем электричества в нагрузку, применение в кинематической схеме не углового редуктора, а простых цепных передач, успешное размещение фактически всей кинематики в капсуле обтекателя. Хорошо зарекомендовала себя в деле и сама капсула.

Особенности изготовления главных узлов, как и всей разглядываемой ветроэлектроустановки,— следствие ее оригинальности.

Забрать, например, переднюю кромку лопастного узла. По сути собственной 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 большие сосредоточенность и аккуратность, чистота разметки.

Рис. 1. Усадьба с независимым энергообеспечением (вверху):
1 — потребитель электричества (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 железных ферм, 8 — оттяжки.

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 железных ферм.

Рис. 3. Изготовление лопасти:
1 — планка прижимная (полоса сечением 3направляться25 мм, АЛ9-1), 2 — распорка-основание (отрезок склепанных и «эпоксидированных» совместно алюминиевых уголков 25X25 мм с приданием нужной конфигурации), 3 — парус (пропитанное синтетическим лаком капроновое полотно массой 113,4 г), 4 — громадная укосина (12-мм алюминиевый прокат), 5 —особенной конфигурации), 9 — ребро-«сандвич» (склепанные и «эпоксидированные» совместно заготовки из 6-мм страницы 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 совместно 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 в два раза:
1 — полоса усиления (75-мм ширины капрон) законцовочной части, 2 — припуск шва 20-мм, 3 — заготовка полотна паруса (капрон, сложенный в два раза), 4 — полоса усиления основания (75-мм ширины капрон).

Р и с. 5. Распорки для натяжения и удержания каната 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 подробность) распорка-середина, 5 — распорка-основание.

Рис. 1. Шаблоны для исполнения заготовок:
1 — формующий брусок (20-мм фанера), 2 — кронштейн стыковочный, 3 — контур древесного блока, а равняется — второго слоя у ребра-«сандвича», 4 — первый слой ребра-«саидвича».

Рис.

7. Стапель:
1 — базис, 2 — распорка, 3 — стойка-фиксатор лонжерона лопасти (2 шт.), 4 — шаблон для исполнения работ на основании паруса, 5 — плаика усиления (3 шт.), 6 — стойка-фиксатор середины паруса, 7 — стойка для работ на законцовке. Все подробности 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. Размещение деталей и узлов на несущей конструкции с трансмиссионной совокупностью:
1 — вал ведущий (диаметр 25 мм, протяженность 1500 мм, Сталь 45), 2 — кок ветроколеса (Д16), 3 — держатель (полоса сечения 3×25 мм, Ст3, 3 шт., 4 — спица ступицы приварная (металлический уголок 25 X 25 мм, 3 шт.), 5 — ступица {Сталь 20), 6 подшипниковый узел ведущего вала (2 шт.), 7 — горизонтальный кронштейн (металлической уголок 25X 25 мм, 2 шт.), 8 — труба опорная металлическая (в сечении — квадрат 50Х 50 мм, толшина стены 4 мм) с наварными квадратными металлическими 4-мм щечками на финишах, 9 — звездочка Z3=45 (Сталь 45), 10 — цепь ПР 12,7, II — кронштейн вертикальный (300-мм отрезок металлического швеллера № 8, приваренный к боковым стенкам опорной трубы), 12 — гайка М14 с шайбой Гровера (4 шт.), 13 — промежуточный вал (диаметр 20 мм, протяженность 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 металлическая внутренняя (протяженность 90 мм, внешний диаметр 60 мм, толшина стены 4,5 мм), 25 — укосина приварная (305 мм отрезок металлического 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 стены 3,5 мм, АЛ9-1, режим термообработки Т6, 3 шт. ), 30 — болт М12 (6 шт.).

Рис. 9. Капсула обтекателя:
1 — шпангоут главной (многослойная фанера, 3 шт.), 2 — продольная панель обшивки люка (12-мм фанера, 2 шт.), 3 — лонжерон (рейка из многослойной фанеры, вырезанная с изгибом по окончании 3-го шпангоута, 4 шт.), 4 — соединение болтовое М16 с самофиксацией (8 шт.), 5 — кронштейн-направляющая (100-мм отрезок металлического уголка 40Х Х40 мм, 4 шт.), 6 — полоса обшивки (фанера, суживающаяся по ширине по окончании прогиба на 3-м шпангоуте, 23 шт.), 7 — шпангоут переходной (20-мм фанера), 8 — шпангоут концевой, 9 — покрытие стеклопластиковое, 10 — насадка конусообразная (большой диаметр 386 мм, пенопласт) ,11 —поперечная панель обшивки люка (20-мм фанера).

Рис. 10. Опорно-поворотный узел:
1 — кронштейн приварной (металлической 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 металлическая 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 металлическая наружная, 18 — подпятник (БрАЖ9-4), 19 — болт М24 с фиксацией и гайкой затяжки.

Два шаблона (см. рис. 6, поз. 1) приклеивают к отрезку 20-мм фанеры. Следуя контуру, вырезают ножовкой либо лобзиком две образующие ребро фанерные подкладки. Просверливают 5-мм отверстия под разметки сборки и центр лонжерона.

Закругление радиусом 2,5 мм (для загибания фланца) и пятиградусный срез заднего угла делают посредством рашпиля.

Шаблон (поз. 4 рис. 6) с 15-мм кромкой под фланец приклеивают к 6-мм алюминиевому странице АЛ9-1, прошедшему термообработку Т4. Оказавшуюся заготовку бережно вырезают; просверливают лонжеронный центр, а для верной установки на стапеле — соответствующие отверстия.

Это необычный новый шаблон для изготовления еще восьми таких заготовок (по 3 шт. на каждую лопасть).

Ребра-«сандвичи» приобретают, «прослаивая» заготовки между двух формующих блоков (подкладок). Твёрдой фиксации получают, вставляя 5-мм болты через отверстие в отверстие и стапель лонжеронного центра в формующие блоки с заготовками.

А дабы «прослаивание» шло успешнее, будущие «сандвичи» зажимают в кузнечных тисках. Отгибания фланцев в необходимые стороны достигают, применяя резиновый молоток.

Формовку фланца завершают, применяя свинцовый мягкий припой. По окончании чего оказавшееся ребро вынимают, подрезают задний край, дабы максимально приспособить к лонжерону.

Сейчас дело за остальными подробностями лопасти.

Стыковочные кронштейны изготавливают из алюминиевого уголка 25X25 мм. Из него же делают распорки для натяжения и удержания каната задней кромки в основании, в середине и на законцовке лопасти.

Делают их очень необычно: не из одного, а их двух отрезков алюминиевого уголка, склепанных и «эпоксидированных» совместно. Протяженность таковой заготовки 2,4 м. В собственном сечении она напоминает букву Т. Высокий уровень качества шва достигается тщательной очисткой поверхностей до их соединения, для чего применяют сильные моющие средства с последующим «прополаскиванием протиранием и водой до блеска железной «путанкой».

Нужной формы у распорок получают, воспользовавшись ножовкой по металлу.

А вырез для лонжерона, заклепочные и тросовое отверстия высверливают электродрелью. Как, но, и отверстия в распорке-основании для прикрепления потом прижимной планки, дабы надежно удерживать парус на лопасти кроме того на протяжении самых громадных 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 эргономичнее это делать на особом приспособлении — стапеле, благодаря которому обеспечивается единообразное исполнение лопастей и верно 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, каковые сделаны как в стапеле, так и в самих ребрах).

После этого бережно 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-шаблона 6 и фиксатора 4 (см. рис. 7). Лопастный лонжерон продевают в появившиеся на стапеле отверстия, благо полукруглые углубления радиусом 25 мм для этого намерено и предусмотрены.

Делают разметку заклепочных отверстий в лонжероне.

Позже последний вынимают, сверлят в нем отверстия. А установив лонжерон снова в стапеле, приклепывают и «эпоксидируют» стыковочные кронштейны.

Алюминиевую обшивку передней кромки лопасти делают из 6-мм страницы АЛ9-1, предварительно изогнув его в виде параболы. Причем последнее лучше сделать на ровном полу посредством долгой доски, наложенной ребром по оси изгиба. Упершись коленями в доску, руками, всем телом создают нужное давление на страницу, получая получения желанной формы.

Следующая операция — прикрепление обшивки к лопастному скелету. Наряду с этим целесообразно воспользоваться особыми С-образными зажимами (на иллюстрациях не продемонстрированы).

Начиная с законцовки, просверливают заклепочные отверстия в покрытии, лонжероне и в ребрах.

Соединяемые подробности «эпоксидируют» и приклеивают. А по окончании того как «эпоксид» затвердеет совсем, делают обрезку «избыточного» алюминия с опиловкой появившихся острых краев.

Сейчас — пара слов о задней кромке лопасти. Монтируется она с 3-мм эластичным металлическим тросом, что продевают через предназначенные для него отверстия в распорках.

Трос устанавливают в хлорвиниловые трубки и закрепляют у законцовки, зажав его в свинцовой гильзе. По окончании чего на лопастный скелет натягивают парус.

Столь важную операцию лучше делать вдвоем.

Один человек поднимается на стол, удерживая в собственных руках лопасть так, дабы распорка-основание пребывала внизу, а трос задней кромки размешался вертикально с навешенной на финише двухпудовой гирей. Тогда второй (ассистент), убедившись, что требуемое натяжение достигнуто, запрессовывает на тросе вторую, находящуюся у распорки-основания свинцовую гильзу. гильзы и Излишек троса обтачивают.

А «открытый» финиш паруса заворачивают с последующим закреплением на распорке-основании посредством прижимной планки и болтов с гайками.

Остальные лопасти изготавливают подобным образом. Что касается вторых деталей и узлов, то их исполнение особенных трудностей, в большинстве случаев, ни у кого не вызывает. То же возможно сообщить и о сборке всей ветроэлектроустановки в целом.

Несложна и отладка. Дерзайте!

Материал подготовил к публикации Н. КОЧЕТОВ

Игромир

Парусный…ветряк

Рандомные статьи:

Роторный парусный ветряк, Архангельск

Похожие статьи, которые вам понравятся: