Ветряки своими руками: Как самому сделать ветрогенератор?

Делаем ветряк из автомобильного генератора для частного дома своими руками

Ветроэнергетические ресурсы в российском сегменте занимает неоднозначное положение. Применение таких устройств рассматривается с двух сторон. С одной самодельный ветряк – это отличное решение для экономии электроэнергии механическим путем. Этому способствуют бескрайние равнины, где присутствует постоянная скорость ветра и набирается достаточная потенциальная энергия, превращаемая в дальнейшем с помощью ветряка в кинетическую. Однако в некоторых регионах необъятной страны ветра отличаются слабым потенциалом из-за неравномерного и медленного воздействия. В северных районах выделяют третью сторону, где бесчинствуют буйные и непредсказуемые ветра. Каждый владелец дома может содержать в хозяйстве собственный ветряк. Покупать такое устройство – дорогое удовольствие, поэтому лучше создать ветровой генератор для дома своими руками. Определимся: какой конкретный тип ветряка подойдет больше и с какими целями он выбирается?

Сделать ветрогенератор своими руками можно и из пустых бутылок

Содержание

  • Ветряк 1 — конструкция роторного типа
  • Ветряк 2 — аксиальная конструкция на магнитах

Независимо от того выберите ли вы ветрогенератор вертикальный, роторный ветряк или другой тип, схематическое устройство изделия имеет следующие схожие составные детали:

  • Генератор тока своими руками (используется доступный вариант).
  • Лопасти (изготавливаются из жесткого материала, неспособного к коррозии и деформациям в процессе работы)
  • Подъемник башенного типа необходимый для поднятия установки на нужный уровень.
  • Опционально устанавливаются дополнительные аккумуляторные батареи с системой электронного управления.

Легче и дешевле собирать ветрогенераторы своими руками с ротором или аксиальной конструкцией на магнитах. Чтобы выбрать подходящий, изучим устройство каждого.


Ветряк 1 — конструкция роторного типа

Самодельный ветрогенератор с роторной турбиной изготавливается из двух, реже четырех, лопастей. Отличается несложной конструкцией, ввиду чего изготавливается самостоятельно из подручных материалов. Такой ветрогенератор для дома не обеспечит необходимым количеством электроэнергии двухэтажный загородный коттедж. Мощности ветрового генератора хватит на снабжение электричеством маленького садового домика. Ветряк для частного дома используется для подачи освещения на прилежащие к домовладению хозяйственные постройки, придомовые фонари, светильники, бытовые приборы: обогреватель ветерок, фен, холодильник и прочие.


Подготовка деталей и расходников

В зависимости от того, на какую мощность рассчитывается ветряной генератор своими руками, подбирают соответствующий генератор для ветряка. Мы рассмотрим ветряки своими руками с мощностью до 5 Квт. Сделать ветрогенератор своими руками с ротором легко. Для этого подготовим следующие материалы:

  1. Автомобильный генератор на 12 вольт. Для создания устройства используют кислотный либо гелиевый аккумулятор от автомобиля.
  2. Регулятор напряжения для преобразования переменных токов: 12 –> 220 вольт.
    Самодельный регулятор напряжения для преобразования переменных токов: 12 –> 220 вольт
  3. Габаритная емкость. Подходящие варианты: кастрюля из нержавейки или ведро из алюминия.
  4. Зарядное устройство. Используем снятое с автомобиля реле.
  5. Выключатель на 12 вольт.
  6. Лампа заряда с контроллером.
  7. Болты М16×70 мм с гайками и шайбами.
  8. Простой вольтметр любой конфигурации из неиспользуемого измерительного устройства.
  9. Кабель электрический трехжильный с сечением не менее 2,5 мм2.
  10. Металлические хомуты с прорезиненной подкладкой. Понадобятся при креплении генератора к несущей матче.

Чтобы сделать электро генераторы на 220 своими руками понадобиться стандартный набор монтажных инструментов: болгарка с дисками, маркер, шуруповерт, дрель со сверлами, ножницы по металлу, набор накидных ключей, газовые ключи №1,2,3, кусачки, рулетка.


Ход конструкторских работ

Для создания конструкции ветряка изначально подготавливают ротор. На следующем этапе модифицируют шкив генератора. В роли ротора используется металлическая емкость: кастрюля или ведро. С помощью рулетки и маркера отмеряем четыре равные части. Затем проделываем отверстия на концах расчерченных линий, чтобы разделение на составные части было легче. Разрезаем емкость ножницами по металлу. При отсутствии таковых проделываем те же действия болгаркой. Из полученных частей вырезаем лопасти будущего ротора, но не до конца прорезая заготовку.

Не допускается резка емкостей из оцинкованных материалов или изделий с тонкими жестяными стенками, так как материал перегревается и деформируется.  

Лопасти ротора должны соответствовать между собой по размеру

Чтобы ветряк из автомобильного генератора правильно работал, лопасти ротора должны соответствовать между собой по размеру. Как вариант создают генератор из стартера своими руками. Поэтому замеры требуют тщательных проверок.

Теперь подготавливаем генератор для ветряка своими руками. В первую очередь определяем сторону вращения шкива. Для этого возвратно-поступательными движениями руки крутим его влево – вправо. По стандарту он вращается по часовой стрелке, но случаются исключения из правил. На следующем этапе соединяем роторную часть с генератором. С помощью дрели проделываем ровные отверстия в днище емкости и шкиве генератора.

Отверстия должны располагаться по симметрии. В противном случае возникает риск дисбаланса в движении ротора.

Края лопастей немного выгибаем для увеличения скорости вращения от ветра. Чем больше угол изгиба, тем эффективнее роторная установка воспринимает потоки воздуха. Лопасти ротора изготавливают не только из емкости. Можно сделать лопасти для ветрогенератора своими руками в виде отдельных деталей, которые соединяются с металлической заготовкой в форме окружности. В таких моделях легче проводить ремонтные работы по восстановлению отдельных крыльчаток.

Чтобы подключить генератор, берем емкость с изготовленными лопастями и надежно крепим к шкиву генератора ботами М16×70 мм или меньшего диаметра. Теперь собранная конструкция целиком устанавливается на мачте. Фиксируем в доступных местах металлическими хомутами. Монтируем электрическую проводку и собираем замкнутую цепь. Каждый контакт подсоединяется в соответствующий разъем. При необходимости предварительно записываем маркировку и цвет каждого провода в отдельности. Проволокой крепим проводку к мачте.

После полной сборки механической конструкции, остается лишь подсоединить инвертор (преобразователь напряжения), аккумулятор и нагрузку (приборная часть и освещение). Для подключения аккумулятора и инвертора используем электрический кабель сечением 3 мм2 длиною в 1 метр, а для остальных периферийных нагрузок подойдёт кабель с сечением в 2 мм2. Собранный ветряк своими руками готов к эксплуатации.

Маломощный ветрогенератор на основе дрели своими руками

Достоинства и недостатки такой модели

При правильной сборке всех составных элементов, ветрогенераторы своими руками из автомобильного генератора сослужат длительный срок без единой проблемы. Конструкция, запитанная 75-амперным аккумулятором с установленным преобразователем на 1000 W, выдаст количество электроэнергии для стабильной работы уличного освещения или приборов видеонаблюдения. К достоинствам также относят: сравнительно низкая цена на комплектующие для ветряка, ремонтопригодность, отсутствие дополнительных условий для корректного функционирования и низкая шумность конструкции. К примеру, малошумные вертикальные ветрогенераторы 5 квт работают тише, чем современные холодильники.

Недостатки очевидны: слабая электрическая производительность, низкие показатели прочности, зависимость от резких изменений в скорости ветра, что приводит к частой поломке лопастей.

Ветряк 2 — аксиальная конструкция на магнитах

Ветрогенераторы на 220в своими руками с неодимовыми магнитами получили название аксиальные ветряки. Устройство таких конструкций основано на не железных статорах с прикрепленными магнитами. Ввиду того, что стоимость последних упала в несколько раз, изготовить генератор на магнитах своими руками стало проще. Модель этого ветряка позволит получить большее количество электрической энергии, нежели созданные роторные электрогенераторы своими руками.

Что необходимо подготовить?

Что такое ветровой генератор, устройство и принцип работы

Главный элемент механической конструкции аксиального генератора – ступица колеса легкового автомобиля вместе с тормозными дисками, которая станет будущим ротором. Если деталь использовалась раньше по своему предназначению, то следует ее подготовить. Для этого разбираем ступицу на составные части и металлической щеткой отчищаем внутренние и внешние стенки элемента от ржавчины. Каждый подшипник тщательно смазываем. Теперь собираем ступицу в обратном порядке.

Распределение и закрепление магнитов

Для закрепления неодимовых магнитов на тормозных дисках ротора, подготавливаем 20 единиц прямоугольной формы с размерами 25×8 мм.

В магнитах с круглой структурой магнитное поле расположено в центре, а у прямоугольных по длине.

Четное количество магнитов образует полюса. Располагаем их, по всей области дисков чередуя через один. Для того чтобы выяснить, где у магнита плюс и минус, берется один из них, а остальные прислоняем к нему сначала одной, а затем другой сторонами. Если они намагничиваются, то маркером ставим на этой стороне плюс и наоборот. При увеличении количества полюсов, руководствуемся следующим правилами:

  1. Для однофазных генераторов сумма полюсов равняется количеству магнитов.
  2. Для трехфазных соблюдается соотношение пропорции 4/3 по единицам магнитов и полюсов, а также 2/3 по полюсам к катушкам соответственно.

Магниты установлены перпендикулярно окружности диска

Чтобы точно распределить магниты по окружности тормозного диска используем шаблон, нарисованный на листе бумаги. Магниты клеим с помощью сильного клея, а затем фиксируем эпоксидной смолой.

Трехфазные и однофазные генераторы

Статор с одной фазой сравнительно хуже, нежели трехфазные аналоги. Ввиду непостоянства при отдачи тока, возникают высокие колебания амплитуды в электросети, поэтому однофазные устройства выдают вибрацию. В трехфазных генераторах происходит компенсация нагрузки тока из одной фазы в другую. Благодаря этому мощность в такой сети всегда постоянная. Вибрационные воздействия негативно влияют на конструкцию в целом, следовательно, срок использования однофазных генераторов значительно меньше, нежели у трехфазных. Еще одно преимущество трехфазной модели – отсутствие шума во время работы.

Процесс наматывания катушек

Прежде чем приступить к наматыванию провода на катушки генератора, делаем предварительные расчеты: момент начала заряжания аккумулятора в 12 вольт должно происходить при номинальной величине в 110 об/мин. Используя эти данные, вычисляем необходимое количество витков в отдельно взятой катушке: 12*110/N, где N – число катушек. Для обмотки используем исключительно провода с крупным сечением. Это уменьшит единицы сопротивления и увеличит силу тока.

Мачта и винт

Высотные показатели мачты должны составлять около 6-12 метров. Под основание мачты заливается опалубка, а затем бетонируется. К верхней части крепим винт, который можно изготовить из труб ПВХ диаметром 160 мм и длинной не менее 2 метров. Из нее вырезаем шесть двухметровых пластин. Фиксируем полученный финт на верху мачты. Саму мачту укрепляем с помощью тросов, прибитых с одной стороны к земле, а с другой – к телу конструкции.

Ветряки для дома своими руками будут удобны в использовании тем, кто хочет организовать полив своих огородов либо садов. Сельские школы также могут воспользоваться подобной установкой для бесперебойной подачи электроэнергии и прочее.  Сделай сам своими руками и получи от этого удовольствие.

Ветрогенераторы делятся на два основных типа: ветряк с горизонтальной осью вращения и ветряк с вертикальным направлением вращения оси. Выгоднее создать вертикальный ветряк своими руками, который если и не является настолько эффективным, как его горизонтальный побратим, но тем ни менее, данный тип ветряка имеет меньше требований к месту своей установки.

 


Дата публикации: 24 октября 2012




Оставить комментарий

Вы должны быть Войти, чтобы оставлять комментарии.

Как сделать ветряную мельницу из бумаги

Этот пост может содержать партнерские ссылки. Пожалуйста, ознакомьтесь с моей полной политикой раскрытия информации для получения подробной информации.

Этот пост может содержать партнерские ссылки. Пожалуйста, ознакомьтесь с моей полной политикой раскрытия информации для получения подробной информации.

Эта пошаговая инструкция о том, как сделать бумажный ветряк, который вращается, — одна из моих любимых забавных и простых идей для летних поделок для детей. Как и большинство других моих поделок, они станут отличными игрушками, которые можно взять с собой на улицу или на пляж.

Бумажные поделки дешевы и очень просты в изготовлении за короткий промежуток времени.

Эта летняя поделка-вертушка наверняка понравится детям. Мои дети всегда умоляют меня купить одну из них в магазине, прежде чем мы пойдем на пляж!

Им просто нравится смотреть, как он кружится на ветру! Они также дуют, чтобы заставить его двигаться, когда нет ветра!

Теперь мы можем сделать свой собственный и добавить любой дизайн, какой пожелаем!

Если вам нравится эта бумажная ветряная мельница, вы будете в восторге от моей домашней вертушки, которая по сути представляет собой крошечную ветряную мельницу!! Вы можете увидеть это ниже.

Как сделать ветряную мельницу из бумаги

Есть много летних поделок, которые могут сделать ваши малыши. Сегодня они сделают бумажный ветряк. Бумажные ветряки — это так весело!

Помню, когда я был ребенком, мне очень нравилось бегать, «дуя ветер» для своего бумажного ветряка. Поощряйте творчество вашего ребенка и предложите использовать картинку из журнала вместо обычной бумаги. Тогда возьмите его/ее и дайте им испытать свой летний ветряк!

Вместо простой бумаги используйте картинку или другой рисунок, который будет круто смотреться на ветру!

Внимательно следуйте инструкциям, чтобы ваш ветряк действительно вращался!

Инструкции

Шаг №1:

Возьмите лист бумаги и вырежьте из него идеальный квадрат.

Самый простой способ сделать это — сложить бумагу треугольником, взяв один угол и выровняв его по другой стороне. Это оставит лишнее на одной стороне, которая после разрезания даст вам квадрат!

Шаг 2:

Украсьте обе стороны листа любым рисунком по своему желанию.

Вы можете создать летнюю сцену или просто забавный дизайн — например, разноцветные сердца, которые мы создали.

Шаг №3:

Сложите бумагу по диагонали, чтобы она превратилась в треугольник, и слегка согните ее.

Повторите это и для противоположного направления. Затем вы развернетесь и на странице появится согнутая буква «X».

Шаг № 4:

Разрежьте по сгибам примерно на полпути к середине бумаги. Будьте уверены, чтобы не сократить до конца.

Шаг № 5:

Согните каждый угол к середине. Следите за тем, чтобы согнуть, а не согнуть.

Шаг #6

Когда все 4 угла окажутся посередине, протолкните через них канцелярскую булавку, а также соломинку или ластик.Будьте осторожны, чтобы не пораниться булавкой!

Если вы хотите купить что-то свое, вы тоже можете это сделать!

Другие идеи летних поделок для детей

У нас есть несколько отличных идей на лето, и это далеко не все.

Обязательно ознакомьтесь с нашими летними поделками для детей, чтобы узнать о наших замечательных идеях.

Большинство этих поделок мы сделали из простых материалов, таких как бумага и клей.

У нас есть отличные поделки, такие как:

  • вентилятор для охлаждения
  • немного веселья из папье-маше, чтобы создать бейсбольный мяч, который взорвется от конфет
  • забавных закладок для сохранения страницы любимой книги
  • фоторамка на тему природы, чтобы сохранить воспоминания о лете

Я подумал, что должен оставить вам несколько превью ниже, чтобы показать вам, как потрясающе выглядят эти летние поделки!

 

Симпатичный бумажный веер

Бейсбольная пиньята

Солнечные отпечатки ладоней — Солнечная бумажная тарелка

Легкая бумажная бабочка

Деревянная фоторамка

Закладка-скрепка в виде божьей коровки

Эти простые поделки для детей идеально подходят для развлечения детей, когда они возвращаются из школы в летние месяцы!

В некоторые дни летом слишком жарко?

Почему бы не подготовить несколько печатных форм и не дать малышам заняться поиском летних слов.

Последний совет, прежде чем вы отправитесь в путь, если вы живете в очень ветреной местности, вы можете попробовать сделать это из более прочной бумаги, и не забывайте крепко держаться… мы не хотим, чтобы наш корабль улетел ветром!

Возможно, вам придется сделать это с картой, если вы решите сделать ветряные мельницы на тему Хэллоуина или Рождества, поскольку погода в это время года не такая приятная!

Черно-оранжевая ветряная мельница с белыми призраками и черными пауками идеально подойдет для Хэллоуина!

Пожалуйста, поделитесь со мной своими собранными ветряными мельницами!!

Теперь вы знаете, как сделать ветряную мельницу из бумаги?

Закрепить, чтобы сохранить на потом

Как построить ветряную мельницу

Традиционно ветряные мельницы использовались на фермах для перекачивания воды или измельчения зерна.Современные ветряные мельницы или ветряные турбины могут использовать энергию ветра для выработки электроэнергии.

Ветряная мельница на ферме производит лишь небольшое количество электроэнергии. Чтобы производить достаточно электроэнергии для обслуживания большого количества людей, коммунальные предприятия строят ветряные электростанции с большим количеством ветряных турбин.

В этой статье мы перечислили 25 идей ветряной мельницы своими руками, некоторые из которых включают в себя игрушки, с которыми могут играть ваши дети. Итак, без лишних слов, давайте проверим список!

1. Ветряная турбина своими руками

Красивая ветряная мельница, которую можно сделать как игрушку для красивого ребенка, вашего ребенка, племянницы, племянника или братьев и сестер.Вы можете сделать это произведение искусства, используя только пластиковые бутылки. Они отлично получаются и хорошо работают. Попробуйте прямо сейчас.

2. Как сделать ветряную мельницу из бумаги

Обещаю, вы не ошиблись, вы на правильном пути. Итак, в этом видео вы узнаете, как сделать бумажный ветряк, используя лист бумаги 15 X 15, резинку, карандаш, линейку, сгибаемую соломинку и чертёжную кнопку. Выполняя шаги, вы можете быть уверены в получении этого результата.

4. Самодельный ветряк за 32 доллара

Используя катушку для двигателя и садовый ветряк, которые можно купить в магазине или на распродаже, вы можете сделать этот ветряк. Вы должны найти место в своем саду или выбрать место, где вы хотите, чтобы ваша турбина была изначально. Так что возьмите эти материалы, сопоставьте их и соберите детали.

5. Ветряная мельница Knex своими руками

В общем, поймите, как построить эту ветряную мельницу. Эта ветряная мельница сделана или построена из K’nex, почти так же, как вы делаете в своем здании Lego. Вот как это работает, так что следуйте предоставленным десяти шагам, а затем воспроизведите идею и получите свою ветряную мельницу.

Нажмите для получения более подробной информации

6.Самодельная ветряная мельница из ПВХ

Это ветряная турбина, которая показывает вам, что вы можете получать энергию, используя ветер. Это сделано с использованием ПВХ, и его легко построить за день. Следовательно, прежде чем приступить к строительству, убедитесь в наличии следующих материалов: (5) 1-дюймовые фитинги из ПВХ под углом 90°, (3) 1-дюймовые Т-образные фитинги из ПВХ, (5 футов) 1-дюймовая труба из ПВХ, (1) 1-дюймовая соединительная муфта из ПВХ. , (1) Motor 500 (Pitsco) и другие.

Щелкните для получения более подробной информации

7. Ветряная турбина для производства электроэнергии своими руками

Это не одна из тех длинных историй, но вы можете прочитать эту статью и увидеть, как этот ветряк был сделан с помощью не очень дорогого купленного в магазине турбина, но с самодельной, которая почти ничего не стоила.Если у вас есть навыки изготовления и некоторые ноу-хау в области электроники, вы тоже можете его построить.

Нажмите, чтобы узнать подробности

8. Как сделать ветряную мельницу для детей

Сделайте дома или в классе ветряную мельницу из бумажных стаканчиков и соломинки. Все, что вам нужно для начала, — это несколько простых принадлежностей, таких как 2 маленьких бумажных стаканчика, гибкая соломинка, зубочистка, ножницы, 4 монеты и скотч. Мы любим веселые, практические STEM-проекты для детей!

Нажмите для получения более подробной информации

9.

Ветряная мельница из бумаги своими руками

Хотите научиться увлекать детей? Что ж, я предлагаю вам решения для решения этой проблемы. Сделав этот супер красивый или, скорее, милый и красочный ветряк из бумаги, поверьте, любой ребенок полюбит вас за это. Хорошо, что это не сложный проект, через несколько минут вы закончите с этим.

10. Как сделать генератор ветряной турбины

Если ваш разум был готов сделать это, вы можете.Хотя это может показаться более сложным, учитывая его сложности и технические особенности. Вероятно, вам может понадобиться определенный уровень навыков, чтобы справиться с этим. Несмотря на это, есть чему поучиться, но будьте осторожны.

11. Мини ветряная турбина

Используя картон, вы увидите в этом видео, как можно сделать ветряк из этого куска. И не только ветряная мельница, используя картон, вы также создадите мини-дом или дом с ветряной мельницей рядом. К этой поделке можно привлечь детей.

13. Ветряная турбина своими руками

Изготовление ветряного генератора из подручных материалов помогает не допустить попадания этих материалов на местную свалку. Большинство предметов, которые вам нужны, можно найти в местном хозяйственном магазине, в собственном гараже или в одной из групп «Freecycle» в вашем районе.

Щелкните для получения более подробной информации

14. Небольшая ветряная турбина своими руками

Из этих материалов; Пять диаметром 1 дюйм. 90-градусные фитинги из ПВХ, три штуцера диаметром 1 дюйм. Тройники из ПВХ, один диаметр 1 дюйм. Муфта из ПВХ, шесть штуцеров диаметром 1 дюйм. Трубы ПВХ длиной 6 дюймов, одна труба диаметром 1 дюйм. Труба из ПВХ длиной 24 дюйма, одна труба диаметром 1 дюйм. Труба из ПВХ длиной 2 дюйма, два зажима типа «крокодил», плакатная доска для лопастей, 20-дюймовый коробчатый вентилятор или другие источники ветра, клейкая лента, горячий клей/клеевой пистолет, кусачки, дрель.Узнайте, как улавливать порывы воздушного потока с помощью этой прочной миниатюрной турбины из ПВХ.

Нажмите, чтобы узнать подробнее

15. Как сделать ветряную мельницу

Сделайте дома модель ветряной мельницы и проведите инженерное занятие с детьми! С шаблоном для печати создание собственной игрушечной ветряной мельницы — это быстрое и простое занятие по STEM. Вы можете собрать детей и начать этот проект.

Нажмите, чтобы узнать подробнее

16. Поделка «Ветряная мельница из бумаги» для детей

Пошаговая инструкция о том, как сделать вращающуюся мельницу из бумаги, — любимая забавная и простая летняя поделка для детей.Они станут отличными игрушками, которые можно взять с собой на улицу или на пляж. Вместо обычной бумаги используйте картинку или какой-нибудь рисунок, который будет круто смотреться на ветру! Теперь вы можете сделать свой собственный и добавить любой дизайн, который вы хотите!

Щелкните для получения более подробной информации

17. Ветряная турбина своими руками

Вы готовы к сварочным работам? Если да, давайте продолжим и посмотрим, как мы можем сделать собственную ветряную турбину своими руками. Это не детская игра, так как в этом рабочем процессе задействованы некоторые технические детали. Обязательно соблюдайте правила техники безопасности при выполнении этого проекта.

18. Как сделать ветряной генератор

Для изготовления ветряка можно использовать множество предметов, выберите то, что вам подходит, и придерживайтесь этого. В этом видео вы узнаете, как сделать что-то вроде электрического ветряного генератора с помощью потолочного вентилятора. Вам может быть интересно узнать. Утолите жажду знаний, просмотрев видео.

19. Как построить автономный ветряк

Вот как построить автономный ветряк из стали.Некоторым людям может быть сложно работать со сталью, поскольку они могут разрезать ее по своим размерам. Но это может сделать эксперт, чтобы избежать ненужных аварий.

20.

Домашний ветряной генератор своими руками

Использование лопастей старого стационарного вентилятора или настольного вентилятора — еще один более простой способ иметь дома ветряк. Это также более дешевый подход.

21. Как сделать ветряную мельницу

Это отличный проект по деревообработке, и он предназначен не только для профессиональных плотников.Имея средний уровень навыков, вы можете построить любой из обоих стилей ветряной мельницы, описанных в этой статье.

Нажмите, чтобы узнать подробнее

22. Ветряная мельница из бумаги своими руками

Ветряные мельницы из бумаги или вертушки станут отличным настольным украшением для вечеринок на свежем воздухе или даже на пляже. Необходимых расходных материалов не так много, и они не будут стоить вам целое состояние, поэтому просто возьмите бумагу двух оттенков, декоративные наклейки, булавку с плоским концом или канцелярскую кнопку, короткий тонкий дюбель. Отрежьте по размеру, сложите по диагонали и выполните другие шаги, чтобы добиться этого.

Щелкните для получения более подробной информации

23. Деревянная основа для ветряной мельницы своими руками

Чтобы продолжить работу над этим проектом, вам понадобятся циркулярная пила, дрель, суперклещи, электролобзик, скоростной угольник. , зажимы и зенковка.

24. Садовая ветряная мельница своими руками

Эта ветряная мельница действительно крутая, так как она может зажигать цепочку светодиодов при повороте днем ​​или ночью.

25.Как сделать ветряной генератор дома

Это особый и уникальный способ создания ветряного генератора. Это выглядит потрясающе, и это прекрасно работает.

Заключение

Эти исследовательские проекты обучают инженерному делу и моделированию и делают их подходящими для возраста и навыков. Ветряные мельницы — удивительные машины как с эстетической, так и с технологической точки зрения. На протяжении веков они использовались для преобразования энергии ветра в полезную работу — измельчение, подъем, перекачку, а в настоящее время — выработку электроэнергии.

Ветряная электростанция на заднем дворе — Марка:

Фотограф Ульрих Шмерольд. Перевод с немецкого оригинала Niq Oltman

Эта статья из Make Vol. 73! Подпишитесь сейчас, чтобы не пропустить ни одну из наших замечательных сборок.

Профессиональные установки ветряных турбин для маломощных установок вокруг дома и во дворе слишком дороги. Если все, что вам нужно, это немного сока для светодиодного освещения или проекта Raspberry Pi Zero, платить тысячи за небольшую ветровую энергетическую систему кажется несоразмерным. И для экспериментов в школе затраты и время также должны быть минимальными — школы часто испытывают нехватку денег. В этой статье мы покажем вам, как построить небольшую ветроэнергетическую установку своими руками из старых велосипедных запчастей и вещей из строительного магазина. Чуть больше, чем ветерок, он может обеспечить мощность около 1 Вт. Этого достаточно для зарядки небольшой батареи, так что у вас все еще будет питание, когда все спокойно.

Этот небольшой ветряк является скорее экспериментом, который научит вас основам; он не обеспечит вам 100-процентную надежную мощность.Здесь нет чудес! Также остерегайтесь сильных ветров и штормов: эта машина не рассчитана на такую ​​погоду и, скорее всего, сломается. Вы должны защитить его от такого потенциального повреждения, так как летящие обломки могут нанести травму.

В отличие от типичных трехлопастных коммерческих ветряных турбин, мы используем вертикальный вал ротора. Это устраняет необходимость отслеживания направления ветра и оставляет нам очень простую конструкцию. По сути, это просто вертикально установленное велосипедное колесо с динамо-втулкой.Для лопастей ротора мы используем восемь «полутрубок», вырезанных из дешевого пластика (ПВХ) водосточной трубы, вертикально прикрепленных к ободу.

Наша турбина начнет вращаться, как только скорость ветра достигнет 2 баллов по шкале Бофорта или 5 миль в час. При сильном ветре со скоростью 20 миль в час или 5 баллов по шкале Бофорта (см. таблицу преобразования ниже) он обеспечивает выходную мощность около 1 Вт (мы измерили 147 мА при 6,7 В).

Шкала скорости ветра, которую мы используем сегодня, восходит к 18 веку. Первоначально это было сделано для описания воздействия на лопасти ветряных мельниц.Британский мореплаватель сэр Фрэнсис Бофорт (1774–1857) отнюдь не был первым, кто опубликовал такую ​​шкалу; его работа произошла от работы инженера-строителя Джона Смитона (1759 г.) и географа / гидрографа Александра Далримпла (1790 г.). Еще более ранние шкалы были созданы астрономом Тихо Браге (1582 г. ), ученым-эрудитом Робертом Гуком (1663 г.) и торговцем, бунтовщиком, шпионом и писателем о Робинзоне Крузо Даниэлем Дефо (1704 г.). Но с 1829 года Бофорт, назначенный гидрографом Британского адмиралтейства, делился своими масштабами со всеми заинтересованными сторонами.С тех пор шкала Бофорта стала стандартом. (Источник: Википедия, en.wikipedia.org/wiki/шкала Бофорта)

Начнем с сборки роторно-генераторной установки. Вы будете использовать мачту, сделанную из стальной водопроводной трубы, вероятно, закрепленную в земле с помощью залитого бетона. Проверьте местные требования к фундаменту и высоте мачты и отрегулируйте их соответствующим образом. В зависимости от местных условий вам также может понадобиться закрепить мачту с помощью проволочных тросов.

1. Отрежьте лопатки турбины

Мы использовали тонкостенную дренажную трубу из ПВХ для изготовления лопаток турбины ( Рисунок A ).В Германии, где мы живем, этот материал оранжевый; в Северной Америке это обычно белый цвет.

Рисунок B

С помощью лобзика вы можете вырезать 4 лезвия из трубы длиной 6 футов или 2 м ( Рисунок B ). Всего нам понадобится 8 лезвий. Постарайтесь разрезать трубу точно по центру — в идеале все лезвия должны быть одинакового веса.

2. Прикрепите лопасти к генератору

. Рисунок C

В качестве генератора мы используем велосипедное колесо (обод), оснащенное динамо-втулкой ( Рисунок C ). Лучше всего подходят ободья из алюминия, так как их можно легко просверлить.Если вы берете детали с подержанного велосипеда, обязательно снимите шину, внутреннюю камеру и все тормозные диски.

Рисунок D

Прикрепите 8 лопастей турбины, как показано, используя по 2 винта, гайки и большие шайбы, равномерно разместив их (попробуйте сосчитать спицы) и отцентрировав их на ободе ( Рисунок D ).

3. Сделать мачту

Рисунок E

Изготовьте мачту из водопроводной трубы из оцинкованной стали с резьбой на обоих концах ( Рисунок E ). Просверлите отверстие диаметром 9 мм в торцевой крышке и затяните гайку ступицы на оси велосипедного колеса, чтобы прикрепить колесо к крышке (, рис. F ниже).Как только мачта будет надежно закреплена в земле (!), вы можете привинтить к мачте колпачок.

Рисунок F

Для возведения мачты может пригодиться резьба на другом конце. Вы можете надеть на него соответствующий тройник и заключить тройник в бетонный блок, который вы зальете землей. Бетон должен быть достаточно тяжелым, чтобы поддерживать и закреплять турбину, и должен быть прочно закреплен в земле. Затем, когда надвигается шторм, вы можете просто отвинтить мачту от бетонного блока и перенести турбину в безопасное место.

Не допускайте ошибки, недооценивая силы, создаваемые ветром. Они растут пропорционально кубу (третьей степени) скорости ветра! При необходимости растяните мачту тросами.

4. Соберите электронику

Рисунок G

Наше устройство предназначено для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора с помощью тока, генерируемого динамо-машиной ( Рисунок G ). Динамо-втулка вырабатывает переменный ток, который мы преобразуем в пульсирующий постоянный ток с помощью мостового выпрямителя.Чтобы его сгладить, пульсирующий постоянный ток подается на два электролитических конденсатора емкостью 2200 мкФ (микрофарад).

Затем сглаженный постоянный ток передается на повышающе-понижающий преобразователь (около 10 долларов на eBay), который мы будем использовать в качестве регулятора заряда. Это преобразует любое входное напряжение от 1,25 В до 30 В в регулируемое постоянное выходное напряжение. Мы установим выход преобразователя на 0,7 вольта выше конечного зарядного напряжения нашей батареи (компенсируя прямое напряжение диода). Диод 1N4007 необходим для предотвращения обратного тока от батареи к преобразователю.

Например, 6-вольтовая свинцово-кислотная батарея имеет зарядное напряжение 7,2 вольта. Добавляя прямое напряжение диода 0,7 В, преобразователь должен быть настроен на выходное напряжение 7,9 В.

Ваша электрическая нагрузка (все, что будет потреблять энергию, например светодиодная лампа) будет подключена к выходу батареи. Имейте в виду, что нагрузка должна выдерживать выходное напряжение, установленное для преобразователя. В то время как сам генератор может обеспечить только небольшое количество тока, батарея может выдавать несколько ампер.В случае короткого замыкания последствия могут быть плачевными (пожароопасно). Чтобы предотвратить несчастные случаи, вам необходимо соответствующим образом защитить любую цепь, которую вы подключаете к аккумулятору.

С собранной электроникой вы готовы привести свою установку в действие ветром! Наслаждайтесь новыми возможностями владельца ветряной турбины.

Эта ветряная турбина задумана как эксперимент, недорогая практическая демонстрация принципа работы ветряной турбины, например, в школьной среде. Он не предназначен для того, чтобы выдерживать сильный ветер или сильный шторм.Когда он не используется или когда скорость ветра превышает 6 баллов по шкале Бофорта, его следует демонтировать.

Велосипедное колесо и крепления лопастей ротора не рассчитаны на постоянную работу, особенно при сильном ветре. Мы рекомендуем вам предпринять собственные шаги по укреплению этой конструкции, если вы хотите сделать ее постоянной. (Тем не менее, конструкция оказалась более устойчивой, чем ожидалось. Я все время оставлял ее в саду, в любую погоду. Только когда не выдержала тросовая стяжка, мачта опрокинулась и одно лезвие разрушилось.)

Вы управляете ветряной турбиной? Мы хотели бы услышать от вас по адресу [email protected] (отправьте нам фотографии и спецификации, пожалуйста). Мы включим ваш вклад в будущий отчет.

В 2006 году поселенцы из Нью-Мексико Эйб и Джози Конналли написали в Make: Volume 05 отличное руководство по сборке ветрогенератора Chispito из трубы ПВХ и старого двигателя беговой дорожки. Три года спустя Джон Эдгар Парк построил проект национального телевидения для канала PBS Make: TV.

Chispito по-прежнему популярен сегодня — Эйб и Джози позже разместили проект на Instructables, где он собрал сотни комментариев, и на своем собственном сайте velacreations. com, где они документируют всевозможные замечательные автономные проекты DIY. Их сушилка для еды на солнечных батареях, улей с верхней перекладиной и полы из земляных блоков также были представлены в Make: .

Поднятый на мачте высотой 10–30 футов, Chispito будет генерировать 84 Вт энергии при скорости ветра 30 миль в час; обязательно следуйте обновленным инструкциям по формовке лезвий на velacreations.ком / чиспито.

Иллюстрация Тима Лиллиса

Больше проектов в области ветроэнергетики

Как сделать модель ветряной мельницы с шаблоном для печати

Сделай модель ветряка дома и проведи инженерное исследование с детьми! С шаблоном для печати создание собственной игрушечной ветряной мельницы — это быстрое и простое занятие по STEM.

Ветряные мельницы — удивительные машины как с эстетической, так и с технологической точки зрения. На протяжении веков они использовались для преобразования энергии ветра в полезную работу — измельчение, подъем, перекачку и, в настоящее время, производство электроэнергии.

Как это работает? Ветер вращает лопасти ветряных мельниц, и когда они вращаются на оси, он заставляет вращаться шестерни и зубья внутри мельницы. В ветряной мельнице, используемой для производства муки, вращаются точильные камни. В ветряной мельнице, используемой для перекачки воды, вращение оси приводит в движение поршень или винт. В ветряной мельнице, используемой для выработки электроэнергии, приводной вал через множество шестерен соединен с генератором, вырабатывающим электричество. Будучи такой универсальной и удивительной машиной, модель ветряной мельницы довольно легко построить, особенно если у вас есть шаблон для печати.

Итак, что там для детей?

  • Создание поделки, которая действительно движется, наверняка развлечет даже самых маленьких детей, и с помощью бытового вентилятора наш ветряк полетел. Даже наш малыш был в восторге: «У нас в доме ветряк! Теперь, какую куклу я могу положить внутрь?»
  • Ветряная мельница интересна для изучения как одна из простейших машин — она демонстрирует принцип колесно-осевого механизма.
  • Эксперименты с лезвиями предоставляют хорошую возможность для небольшого научного исследования.Как количество лопастей влияет на скорость вращения? Как шаг? И расстояние от вентилятора? Наше заключение вы найдете в конце поста.

Также попробуйте

Исследуйте природу с 10 печатными проектами STEAM для детей! Они узнают о природе, играя в игры, решая инженерные задачи, отправляясь на охоту за мусором и создавая произведения искусства из природных материалов.

Тебе понадобится:
  • кусок пенопласта (вместо него можно использовать картон, но пенокартон дает плоские поверхности для наклеивания рисунков и чистые края при резке)
  • 7 бамбуковых шампуров
  • наш дизайн для печати (есть цветная версия, которую мы построили, а также черно-белая версия для раскрашивания!)
  • нож для хобби и линейка
  • клей-карандаш и пистолет для горячего клея

Приблизительное время постройки одного ветряка: 30 минут.

1 — Распечатайте изображения и приклейте их к пенопласту с помощью клея-карандаша или другого подходящего клея, который у вас есть под рукой.

2 — Когда клей схватится, разрежьте пенопласт с помощью острого ножа, как указано на страницах шаблона. Если использовать острый нож и линейку, как показано на видео, то выходит очень быстро.

3 — Соберите строительную часть ветряной мельницы — переднюю, заднюю, две стороны и крышу — с помощью горячего клея.

4 — Проткните отмеченные отверстия для оси через ступицу, передний подшипник и заднюю сторону ветряка.

5 — Приклейте кронштейн переднего подшипника к передней части ветряка, затем приклейте к нему передний подшипник.

6 — Используйте бамбуковую шпажку в качестве оси. Приклейте к ней ступицу и три ее опорных кронштейна.

7 — Воткните заостренные концы 6 бамбуковых шпажек во внутренние концы лопастей вентилятора и отрежьте все выступающие шпажки, кроме 1-1/4″.

8 — Заострить выступающие концы вертела ножом, затем вбить их в ступицу в точках, отмеченных по ее краю.Лопасти не вклеены в ступицу, так что с их количеством и шагом можно экспериментировать. Как только вы достигли идеального числа и шага, вы можете решить приклеить их на место.

Построив ветряк, вы можете провести несколько экспериментов с лопастями, используя бытовой вентилятор в качестве источника ветра.

Какая разница в количестве лезвий? Или угол наклона лопастей? Или расстояние от вентилятора?

Мы составили таблицу для проведения эксперимента и посчитали, сколько раз ветряк провернется за полминуты, после того как мы отрегулировали лопасти.Чтобы облегчить подсчет, вы можете покрасить одно из лезвий маркером на обратной стороне.

Согласно нашему эксперименту, регулировка шага лопастей имеет большее значение, чем количество лопастей. Очаровательный! Раньше я бы предположил обратное. Вот еще одно короткое видео о том, как мы регулируем лезвия.

 

 

Помимо цветной версии, наш учебник включает в себя шаблон, который дети могут раскрасить сами. Если вы делаете цветной ветряк, поделитесь им с нами! Мы хотели бы это увидеть.

Как снова сделать энергию ветра устойчивой

Иллюстрация: Ева Микель для журнала Low-tech Magazine

Если мы построим их из дерева, большие ветряные турбины могут стать хрестоматийным примером экономики замкнутого цикла.

Насколько устойчива лопасть ветряной мельницы?

Ветряные турбины считаются чистым и устойчивым источником энергии. Однако, хотя они действительно могут производить электроэнергию с более низким уровнем выбросов CO2, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе, они также производят много отходов.Это легко упустить из виду, потому что примерно 90% массы большой ветряной турбины состоит из стали, в основном сосредоточенной в башне. Сталь обычно перерабатывается, и это объясняет, почему ветряные турбины имеют очень короткое время окупаемости энергии — переработанная сталь может использоваться для производства новых деталей ветряных турбин, что значительно снижает потребление энергии в процессе производства.

Однако лопасти ветряных турбин изготавливаются из легких пластиковых композитных материалов, объемных и не поддающихся переработке.Хотя масса лопастей ограничена по сравнению с общей массой ветряной турбины, ею нельзя пренебречь. Например, одна лопасть из стекловолокна длиной 60 м весит 17 тонн, а это означает, что ветряная турбина мощностью 5 МВт производит более 50 тонн пластиковых композитных отходов только из-за лопастей.

Лезвие из армированного стекловолокном пластика. Источник: Гурит.

Лопасть ветряной мельницы обычно состоит из комбинации эпоксидной смолы — нефтепродукта — с усилением из стекловолокна. Лопасти также содержат многослойные материалы сердцевины, такие как вспененный поливинилхлорид, вспененный полиэтилентерефталат, пробковое дерево (переплетенное в волокна и эпоксидную смолу) и полиуретановые покрытия.[1-4]  

Только в лопастях ветряной турбины мощностью 5 МВт содержится более 50 тонн неперерабатываемого пластика.

В отличие от стали в башне, пластик в лезвиях нельзя перерабатывать для изготовления новых пластиковых лезвий. Материал можно только «утилизировать», например, путем его измельчения, что повреждает волокна и делает их бесполезными для чего-либо, кроме армирующего наполнителя в производстве цемента или асфальта. Изучаются и другие методы, но все они сталкиваются с одной и той же проблемой: никому не нужен «переработанный» материал.Некоторые архитекторы повторно использовали лопасти ветряных мельниц, например, для строительства скамеек или игровых площадок. Но мы не можем построить все из лопастей ветряных турбин.

Из-за ограниченных возможностей переработки и повторного использования лопасти ветряных мельниц обычно вывозятся на свалку (в США) или сжигаются (в ЕС). Последний подход не менее неустойчив, потому что сжигание лезвий лишь частично уменьшает количество материала, подлежащего захоронению (60% лома остается в виде золы), а остальное превращает в загрязнение воздуха. Кроме того, учитывая, что стекловолокно является негорючим, теплотворная способность лопастей настолько ограничена, что мощность практически не может быть выработана. [1-4]

Работа с отходами – 25 лет спустя

Большинство из примерно 250 000 ветряных турбин, находящихся сейчас в эксплуатации по всему миру, были установлены менее 25 лет назад, что соответствует ожидаемому сроку их службы. Однако быстрый рост ветроэнергетики за последние два десятилетия вскоре отразится на отсроченных, но постоянно увеличивающихся и бесконечных поставках отходов.Например, в Европе доля установленных ВЭУ старше 15 лет увеличивается с 12% в 2016 году до 28% в 2020 году. В Германии, Испании и Дании их доля увеличивается до 41-57%. Только в 2020 году каждой из этих стран придется утилизировать от 6 000 до 12 000 лопастей ветряных турбин. [5]

Старомодные ветряные мельницы имели паруса, полностью сделанные из перерабатываемых материалов. Изображение: Расбак (CC BY-SA 3. 0)

Выброшенных лопастей станет не только больше, но и больше, что отражает постоянную тенденцию к увеличению диаметра ротора.Ветряные турбины, построенные 25 лет назад, имели длину лопастей около 15-20 м, тогда как сегодняшние лопасти достигают длины 75-80 м и более. [3] Оценки, основанные на текущих показателях роста ветроэнергетики, предполагают, что композитные материалы из лопастей во всем мире будут составлять 330 000 тонн отходов в год к 2028 году и 418 000 тонн в год к 2040 году. [1]

Быстрый рост ветроэнергетики за последние два десятилетия вскоре отразится в отсроченном, но постоянно растущем и бесконечном поступлении отходов.

Это консервативные оценки, поскольку сообщалось о многочисленных отказах лезвий, а также потому, что постоянная разработка более эффективных лезвий с более высокой мощностью генерации приводит к замене лезвий задолго до их расчетного срока службы. [1] [6] Кроме того, такое количество отходов возникает из-за ветряных турбин, установленных в период с 2005 по 2015 год, когда энергия ветра обеспечивала не более 4% мирового спроса на электроэнергию. Если бы ветер обеспечивал более желательные 40% (текущего) спроса на электроэнергию, ежегодно было бы от трех до четырех миллионов тонн отходов.

Лопасти ветряных мельниц сквозь историю

Тем не менее, взгляд на историю ветроэнергетики показывает, что пластик не является основным материалом. Использование ветра для производства механической энергии восходит к античности, а первые ветряные мельницы, вырабатывающие электроэнергию, теперь называемые ветряными турбинами, были построены в 1880-х годах. Однако лезвия из стекловолокна стали популярными только в 1980-х годах. Около двух тысяч лет ветряные мельницы любого типа полностью подлежали вторичной переработке.

Старомодные ветряные мельницы имели башни из дерева, камня или кирпича.Их «лопасти» или «паруса» обычно изготавливались из деревянного каркаса, обтянутого парусиной или деревянными досками. В более поздние века детали все чаще делались из железа, также пригодного для вторичной переработки.

Первые ветряные турбины в Европе, построенные Полем Ла Куром в Дании, имели традиционные решетчатые деревянные паруса. Изображение: Музей Поля Ла Кура.

Когда в восемнадцатом и девятнадцатом веках были изобретены новые типы парусов (такие как пружинные, патентные и рефрижераторные паруса), а также в двадцатом веке (паруса Dekkerized и Bilau), дизайн изменился, но материалы остались прежними. то же самое (в конечном итоге включая алюминий).[7] Кроме того, в отличие от современных ветряных турбин, которые необходимо регулярно и полностью заменять, устаревшие ветряные мельницы могут прослужить многие десятилетия или даже столетия при регулярном ремонте и обслуживании.

Взгляд на историю ветроэнергетики показывает, что пластик не является основным материалом.

Первая ветряная турбина в США, построенная Чарльзом Ф. Брашем, имела кольцевой парус диаметром 17 м со 144 тонкими лопастями из кедрового дерева. Первый ветряк в Европе, построенный Полом Ла Куром в Дании, имел четыре традиционных реечных деревянных паруса с диаметром ротора 22. 8 м. Дизайн Ла Кура был скопирован местными предприятиями в Дании, в результате чего в период с 1900 по 1920 год на датских фермах работали тысячи ветряных турбин. В первой половине двадцатого века были построены десятки экспериментальных ветряных турбин, в том числе некоторые со стальными лопастями, такие как ветряная турбина Смита-Патнэма 1939 года в США. [8]

Трехлопастная ветряная турбина Gedser опиралась на надстройку планера для придания жесткости лопастям.

В 1957 году Йоханнес Юул – ученик Поля Ла Кура – ​​построил трехлопастную ветряную турбину Gedser.Он имел диаметр несущего винта 24 м и опирался на надстройку планера из стальной проволоки для усиления несущего винта и лопастей. Лопасти были построены из стальных лонжеронов с алюминиевыми оболочками, поддерживаемыми деревянными нервюрами.

Турбина Гедсера оставалась самой успешной ветровой турбиной до середины 1980-х годов. Он проработал 11 лет без обслуживания, вырабатывая до 360 000 кВтч в год, но не ремонтировался из-за выхода из строя подшипника. Когда турбина была отремонтирована и испытана в конце 1970-х годов, она работала лучше, чем первые ветряные турбины с лопастями из стекловолокна.[8-9]

Размер имеет значение

Первая ветряная турбина с лопастями из стекловолокна была установлена ​​в 1978 году в Дании, где она приводила в движение школу. Турбина Tvind с ротором диаметром 54 м была в то время самой большой ветряной турбиной из когда-либо построенных. После 1980 года лезвия из стекловолокна стали стандартом в Дании, а «датский дизайн» позже был скопирован во всем мире. Пластмассовая лопасть, похоже, является отличительной чертой современной ветряной турбины. Это ставит нас перед дилеммой.

Переход на лопасти из стекловолокна в основном был вызван желанием построить более крупные ветряные турбины. Большие ветряные турбины снижают стоимость киловатт-часа вырабатываемой электроэнергии по двум причинам: ветер увеличивается с высотой, а удвоение радиуса ротора увеличивает выходную мощность в четыре раза. Желание строить более крупные ветряные турбины с тех пор является движущей силой ветроэнергетики. Диаметр ротора увеличился примерно с 50 м в 1990-х годах до 120 м в 2000-х годах. На сегодняшний день крупнейшие морские ветряные турбины имеют диаметр ротора более 160 м, а в Нидерландах строится турбина мощностью 12 МВт с диаметром ротора 220 м.[3][6][10]

Усовершенствованная лопасть ветряной мельницы 1940-х годов, построенная и спроектированная П.Л. Фауэль. Изображение: Расбак (CC BY-SA 3.0)

Однако с увеличением размера увеличивается и масса лопасти несущего винта, что требует более легких материалов. В то же время более крупные лопасти больше отклоняются, поэтому жесткость их конструкции приобретает все большее значение для поддержания оптимальных аэродинамических характеристик и предотвращения ударов лопасти о башню. Короче говоря, более крупные ветряные турбины с более длинными лопастями предъявляют все более высокие требования к используемым материалам, и они превышают возможности перерабатываемых материалов. [11-12] Ветряные турбины стали более эффективными, но менее экологичными.

Более крупные ветряные турбины с более длинными лопастями предъявляют все более высокие требования к используемым материалам.

В настоящее время эта тенденция подтверждается все более широким использованием пластика, армированного углеродным волокном, который еще прочнее, жестче и легче, чем пластик, армированный стекловолокном. [11] Использование углеродных волокон, что еще больше усложняет возможную переработку, стало стандартом для самых больших лопастей ветряных турбин, в основном в местах с высокой нагрузкой, таких как основание лопасти или крышки лонжеронов.Следовательно, мы снова вступили в новую эру, когда лопасти теперь настолько велики, что их больше нельзя делать только из композитов, армированных стекловолокном.

Новое изобретение лопасти ветряной мельницы

Отрасль, которая называет себя устойчивой и возобновляемой, не может ежегодно отправлять миллионы тонн пластиковых отходов на свалки. Следовательно, можем ли мы вернуться к производству лопастей ветряных турбин только из перерабатываемых материалов? И насколько большими мы могли бы их построить? В какой степени можно примирить эффективность и устойчивость?

Усовершенствованная лопасть ветряной мельницы 1930-х годов, разработанная Куртом Билау.Башня сделана из камня, паруса из дерева и алюминия. Изображение: Фрэнк Винсенц (CC BY-SA 3.0).

В большинстве исследований конструкции лопастей ветряных турбин в качестве основного материала используется пластик. Термопласты можно расплавлять и использовать повторно, что позволяет перерабатывать лопасти в новые лопасти ветряных турбин даже на месте. Однако из-за более низкой прочности и жесткости материала эти лопасти пока не производятся более 9 м. [1][13]

Другой областью развития является замена стекловолокна на древесное или льняное волокно.Эти лезвия могут быть больше, но они имеют лишь небольшие преимущества в плане устойчивости по сравнению с лезвиями из стекловолокна и эпоксидной смолы. [14-15] Эпоксидная смола на нефтяной основе более вредна, чем стекловолокно, а композитные материалы на основе натурального волокна поглощают ее больше. [16-17][12]

Небольшой ветряк с массивными деревянными лопастями и башней. Изображение: InnoVentum.

Некоторые инженеры и ученые идут разными путями и возвращаются к более традиционному деревянному строительству. Для небольших ветрогенераторов лопасти можно вырезать из цельного дерева.Для более крупных ветряных турбин лопасти могут состоять из полой аэродинамической оболочки и внутреннего каркаса из нервюр и стрингеров, поддерживаемых балкой, называемой лонжероном, — все это построено из досок, балок и панелей из ламинированного шпона.

Ламинированный брус из шпона

Ламинированные пиломатериалы из шпона, в которых древесина отделяется от дерева, а затем снова склеивается тонкими слоями, представляет собой продукт из древесины, появившийся в 1980-х годах и обладающий важным преимуществом по сравнению с компонентами из цельной древесины. Консистенция древесины может варьироваться в пределах одного дерева. Таким образом, длина деревянных лонжеронов, использовавшихся в доиндустриальных ветряных мельницах, была ограничена наличием больших стволов деревьев неизменного качества.

Самая большая традиционная ветряная мельница из когда-либо построенных — мельница Мерфи 1900 года в Сан-Франциско — имела диаметр ротора 35 м. Напротив, в процессе облицовки дефекты, такие как сучки, расширяются, что дает лучшие и более предсказуемые свойства жесткости. Это позволяет создавать более крупные деревянные лопасти.[12]

Патентованные паруса с передними кромками Dekker, 1940-е гг. Изображение: Ребелье.

Древесные ламинаты предлагают существенное снижение стоимости и веса по сравнению со стекловолокном. Хотя прочность и жесткость ниже, большая часть нагрузки, которую лезвие должно выдерживать, является следствием его собственного веса, поэтому деревянное лезвие не обязательно должно быть таким прочным, как лезвие из стекловолокна. [12] Тем не менее, низкая жесткость древесины затрудняет ограничение упругих прогибов для очень больших лопастей ротора.

Лопасть, изготовленная в основном из клееного бруса, но усиленная лонжеронами из углеродного композита, может быть построена длиной более 60 м.

В ходе исследования ветряной турбины мощностью 5 МВт с лопастями длиной 61,5 м, проведенного в 2017 году в Университете Массачусетса в Амхерсте в США, было подсчитано, что для того, чтобы быть достаточно жесткой и выдерживать воздействующие на нее силы, лопасть изготовлена ​​из ламинированного деревянного шпона. панели будут в 2,8 раза тяжелее пластикового полотна (48 тонн против 17 тонн) и иметь толщину ламината более 50 см.[12] Хотя это говорит о том, что технически возможно построить деревянный отвал длиной более 60 м, это не очень практично. С более тяжелыми лопастями ветряная турбина должна быть намного прочнее, что увеличивает затраты и использование ресурсов.

Меньшие ветряные турбины?

Есть два способа решить эту проблему. Первый заключается в разработке лопасти, в основном изготовленной из клееного бруса, но усиленной лонжеронами из углеродного композита и покрытого внешним слоем из стекловолоконного композита.В вышеупомянутом исследовании было обнаружено, что такая деревянно-углеродная гибридная лопасть достаточно жесткая, чтобы достигать длины 61,5 м для турбины мощностью 5 МВт, и может быть построена на 3 тонны легче, чем лопасть из стекловолокна. [12] Другое исследование для древесно-углеродного лезвия той же длины пришло к аналогичному выводу, хотя в этом случае древесно-углеродное лезвие немного тяжелее пластикового лезвия. [14]

Древесно-углеродные лезвия содержат меньше пластикового композитного материала, а пластик не переплетается с деревом по всему лезвию, а четко отделяется от него, что делает повторное использование, переработку или сжигание лезвия более привлекательным.Однако, согласно упомянутым выше исследованиям, древесно-углеродная лопасть по-прежнему содержит от 2,5 тонн [14] до 6,2 тонны [12] пластиковых композитов, а это означает, что трехлопастная ветряная турбина мощностью 5 МВт будет производить от 7,5 до 18,4 тонн неперерабатываемых отходов. – по сравнению с 50 тоннами для обычного отвала.

Лопасть из клееного дерева с карбоновыми наконечниками лонжеронов. Источник: [14]

Экологический ущерб углеродно-эпоксидных лонжеронов можно рассматривать как приемлемый по сравнению с большим ущербом, причиняемым обычными лопастями ветряных турбин.Тем не менее, проблема отходов не будет решена, и дальнейший рост ветровой энергии по-прежнему будет приводить к увеличению потоков отходов.

В качестве альтернативы мы могли бы определить устойчивость в более амбициозных терминах и снова изготовить лопасти ветряных турбин полностью из дерева, даже если это означает, что нам придется делать их меньшего размера. Есть еще один аргумент, ставящий под сомнение наше внимание к эффективности: снижение экологичности проявляется не только в лезвиях. Другие части ветряных турбин также все чаще изготавливаются из пластиковых композитов, в первую очередь носовой обтекатель и крышка гондолы (корпус, защищающий трансмиссию и вспомогательное оборудование от непогоды). [1-4]

Другими тенденциями являются более широкое использование электроники, которая не подходит для вторичной переработки, и генераторов с постоянными магнитами на основе редкоземельных материалов, которые экономят затраты по сравнению с механической коробкой передач, но только за счет более разрушительной добычи. Более крупные ветряные турбины также убивают больше птиц и летучих мышей. [19]

Пожертвовав некоторой эффективностью, мы могли бы значительно повысить устойчивость.

Пожертвовав некоторой эффективностью, мы могли бы значительно повысить устойчивость.Сторонники ветроэнергетики могут не согласиться, потому что это сделало бы энергию ветра менее конкурентоспособной по сравнению с ископаемым топливом. Однако более дорогой энергии ветра всегда можно противопоставить более высокие цены на ископаемое топливо. Что действительно проблематично, так это выбор дешевого ископаемого топлива в качестве эталона для определения жизнеспособности ветровой энергии. Стремясь конкурировать с ископаемым топливом — и, таким образом, стремясь обеспечить энергией образ жизни, основанный на ископаемом топливе, — ветряные турбины наносят все больший ущерб окружающей среде.Если бы мы сократили спрос на энергию, меньшие по размеру и менее эффективные ветряные турбины не были бы проблемой.

Первая ветряная турбина в США, построенная Чарльзом Ф. Брашем, имела кольцевой парус диаметром 17 м со 144 тонкими лопастями из кедрового дерева.

Насколько большие лопасти ветряных турбин мы могли бы построить только из клееного бруса? Никто не знает. Я спросил Рэйчел Кох, ученого, которая рассчитала требования к 61,5-метровой лопасти, состоящей только из дерева, но она не смогла мне помочь: «Я запускала модель только для лопастей турбины мощностью 5 МВт.Гипотетически можно было бы провести еще одно исследование, чтобы ответить на ваш вопрос, но это непростая задача». Она также отмечает, что с помощью производственных инноваций можно еще больше повысить жесткость древесно-слоистых пластиков.

Лес ветряных турбин

Независимо от того, выбираем ли мы большие древесно-углеродные лопасти или меньшие лопасти только из дерева, в обоих случаях мы также можем построить башню и крышку гондолы из ламинированных деревянных изделий. В 2012 году немецкая компания TimberTower построила башню из клееного бруса высотой 100 м для одного человека.Ветрогенератор мощностью 5 МВт. Деревянная башня, кажется, не имеет значения, потому что она заменяет часть ветряной турбины, которая уже полностью перерабатывается. Однако ветряная турбина, конструкция которой почти полностью построена из дерева, дает дополнительные преимущества.

Иллюстрация: Ева Микель для журнала Low-tech Magazine

Древесина может сделать производство ветряных турбин полностью независимым от добытых материалов и ископаемого топлива, за исключением зубчатых передач и электрических компонентов (но дальнейшие выгоды могут быть достигнуты, когда это возможно, за счет использования энергии ветра для прямого механического или прямого производства тепла) . [18] Кроме того, деревянные ветряные турбины могут стать поглотителями углерода, поглощая CO2 из атмосферы в своих деревянных компонентах.

Наконец, пространство между ветряными турбинами на ветряной электростанции, которое не подходит в качестве жилого района, должно быть использовано для выращивания леса, который обеспечит древесину для ветряных турбин следующего поколения. Пиломатериалы можно распиливать, обрабатывать и собирать на месте, что исключает потребление энергии, связанное с транспортировкой деталей ветряных турбин. Энергия, необходимая для производства ламината и строительства турбин, может поступать от ветряных мельниц, а также от лесной биомассы.Деревянный ветряк может стать хрестоматийным примером экономики замкнутого цикла.

Как насчет солнечных батарей?

В готовящейся статье исследуется устойчивость солнечных батарей. Являются ли токсичные и неперерабатываемые отходы неотъемлемой частью солнечной фотоэлектрической энергии? Можем ли мы построить солнечные батареи, используя экологически чистые материалы? И что это будет означать для доступности и эффективности солнечной энергии?

Крис Де Декер


Каталожные номера:

[1] Рамирес-Техеда, Катерин, Дэвид А. Теркотт и Сара Пайк. «Неустойчивая практика утилизации лопастей ветряных турбин в Соединенных Штатах: аргумент в пользу политического вмешательства и технологических инноваций». НОВЫЕ РЕШЕНИЯ: Журнал политики в области охраны окружающей среды и гигиены труда 26.4 (2017): 581-598.

[2] Уилберн, Дэвид Р. Энергия ветра в Соединенных Штатах и ​​материалы, необходимые для производства наземных ветряных турбин с 2010 по 2030 год. Министерство внутренних дел США, Геологическая служба США, 2011.

[3] Дженсен, Джонас Паг.«Оценка воздействия утилизации ветряных турбин на окружающую среду». Энергия ветра 22.2 (2019): 316-326.

[4] Мартинес, Эдуардо и др. «Оценка жизненного цикла ветряной турбины мощностью в несколько мегаватт». Возобновляемая энергия 34.3 (2009): 667-673.

[5] Ziegler, Lisa, et al. «Продление срока службы наземных ветряных турбин: обзор, охватывающий Германию, Испанию, Данию и Великобританию». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии 82 (2018): 1261-1271.

[6] Lefeuvre, Anaële, et al. «Ожидание используемых запасов полимеров, армированных углеродным волокном, и связанных с ними потоков отходов, образующихся в коммерческом авиационном секторе, до 2050 года.» Ресурсы, сохранение и переработка 125 (2017): 264-272.

[7] Де Декер, Крис. «Ветряные заводы: история (и будущее) промышленных ветряных мельниц». Журнал низких технологий. Барселона (2009).

[8] Рост современной энергии ветра: энергия ветра для мира. Издательство Pan Stanford, 2013.

.

[9] Лундсагер П., Стен Тронес Франдсен и Карл Йорген Кристенсен. «Анализ данных ветряной турбины Гедсер 1977-1979 гг.». (1980).

[10] Гупта, Ашвани К. «Эффективное преобразование энергии ветра: переход к современному дизайну.Журнал технологий энергоресурсов 137.5 (2015): 051201.

[11] Брондстед, Повл, Ханс Лильхольт и Оге Листруп. «Композиционные материалы для лопастей ветроэнергетических установок». Анну. Преподобный Матер. Рез. 35 (2005): 505-538.

[12] Ко, Рэйчел. «Лопасти ветряных турбин на биологической основе: возобновляемая энергия и экологически чистые материалы для чистой, зеленой энергии». (2017).

[13] Мюррей, Робинн и др. Изготовление 9-метровой лопасти ветряной турбины из термопластичного композита. № НРЕЛ/СР-5000-68615.Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), Голден, Колорадо (США), 2017 г.

[14] Боррманн, Расмус. «Конструктивный проект модели лопасти ветряной турбины из дерева и углепластика». (2016)

[15] Спера, Дэвид. «Технология ветряных турбин: основные концепции проектирования ветряных турбин, второе издание». (2009)

[16] Corona, Andrea, et al. «Сравнительная оценка экологической устойчивости волокнистых армирующих материалов на биологической основе для лопастей ветряных турбин». Ветроэнергетика 39.1 (2015): 53-63.

[17] Использование древесины для строительства ветряных турбин. Мид Гужон, НАСА.

[18] Де Декер, Крис. «Обогрейте свой дом механическим ветряком». Журнал низких технологий. Барселона (2019).

[19] Лосс, Скотт Р., Том Уилл и Питер П. Марра. «Оценки смертности от столкновений с птицами на ветровых установках в прилегающих Соединенных Штатах». Биологическая консервация 168 (2013): 201-209.

Энергетический хакерский проект подростка дает африканской деревне новую надежду

«С ветряной мельницей я мог бы не спать по ночам и читать, вместо того чтобы ложиться спать в семь вместе с остальной частью Малави», — пишет он.Но что еще более важно, «с ветряной мельницей мы, наконец, избавились бы от проблем тьмы и голода… Ветряная мельница означала больше, чем просто мощность, это была свобода».

Он начал с маленького прототипа. Затем, с помощью двоюродного брата и друга, провел много недель, собирая самодельные детали, чтобы построить настоящую вещь.

План состоял в том, чтобы прикрепить лопасти к задней оси велосипеда и вырабатывать электричество с помощью велосипедной динамо-машины. Когда ветер дул в лопасти, звездочка и велосипедная цепь вращали велосипедное колесо, которое заряжало динамо-машину и посылало ток по проводу в дом.

Для лопастей ветряной мельницы Камквамба разрезал банную трубу из ПВХ на две части, затем нагрел куски над раскаленными углями, чтобы сгладить изогнутые края. Чтобы просверлить отверстия в лезвиях, он воткнул гвоздь в половину кукурузного початка, нагрел металл докрасна и прокрутил его через лезвия. Потребовалось три часа, чтобы повторно нагреть гвоздь и просверлить необходимые отверстия.

Затем он прикрепил длинные пластиковые лопасти к более коротким металлическим лопастям большого тракторного вентилятора, найденного на свалке, и вынул поршень из большого амортизатора, который служил валом ветряка.Чтобы прикрепить пластиковые лезвия к металлическим, он использовал соответствующие гайки и болты. Но шайбы заменили 16 пробками от пивных бутылок Carlsberg, собранными за пределами Центра выпивки Ofesi.

Динамо-машины, подключенной к самодельному трансформатору, было достаточно для питания 12-вольтовой батареи, питающей небольшой светильник в его спальне, где он соорудил розетку и кнопочный настенный выключатель, используя розетку переменного тока из розетки. радиоприемник, медный провод, пластиковое настенное крепление из сплющенной трубы ПВХ и детали от резинового шлепанца.

Когда все было готово, размах крыльев ветряной мельницы составлял более восьми футов, и она располагалась на вершине шаткой башни высотой 15 футов, которая сильно раскачивалась во время сильных порывов ветра. В конце концов он заменил башню на более прочную, высотой 39 футов.

Ветряная мельница мгновенно принесла Камквамбе местную известность. Жители деревни, которые называли его сумасшедшим, курящим марихуану, когда он выискивал запчасти, совершали паломничества, чтобы полюбоваться храмом ветра в действии. Но в 2006 году, когда урожай кукурузы был неурожайным, а засуха и голод снова были на горизонте, некоторые обвиняли его колдовство ветряной мельницы в том, что он сдул дождевые тучи.Разговоры стихли только после того, как правительство и группы помощи начали раздавать еду.

Несмотря на достижения Камквамбы, он все еще не мог вернуться в школу из-за дороговизны. Но ситуация начала меняться в конце 2006 года. Представитель отдела образования, который слышал о ветряной мельнице, пришел в гости и был поражен, узнав, что Камквамба не ходит в школу уже пять лет. Он организовал для Камквамбы посещение средней школы за счет государства и привел журналистов на ферму, чтобы они увидели ветряную мельницу.История, опубликованная в газете Malawi Daily Mail , привлекла внимание блоггеров, которые, в свою очередь, привлекли внимание организаторов конференции Technology Entertainment and Design.

Как собрать игрушечный ветряк своими руками для детей

Этот забавный проект «Сделай сам» достаточно легко сделать вместе с детьми, и это отличный способ заинтересовать их возобновляемыми источниками энергии. Он не производит тонны энергии, но дети будут поражены своей способностью зажигать лампочку самостоятельно.

1. Что вам понадобится

Некоторые детали можно найти дома или в хозяйственном магазине:

  • 5 Фитинги 1″ из ПВХ 90°
  • 3 Тройник из ПВХ 1″
  • 1 Муфта 1″ из ПВХ
  • 6 6-дюймовые отрезки 1-дюймовой трубы из ПВХ
  • 1 24″ Кусок 1″ ПВХ трубы
  • 1 2-дюймовый кусок 1-футовой трубы из ПВХ
  • 2 зажима типа «крокодил»
  • Не менее 3 15-18-дюймовых листов пробкового дерева, тарелок для пирогов, каталожных карточек или бумажных тарелок
  • Инструмент для зачистки проводов
  • Клейкая лента
  • Клей
  • Дрель

Некоторые детали необходимо заказывать:

  • 1 Генератор ветряной турбины (состоит из небольшого двигателя постоянного тока, но модели, сделанные своими руками или из хозяйственного магазина, не подойдут)
  • 4 фута, 22 калибра, соединительный трос
  • 1 Обжимная втулка
  • Топольовые дюбеля диаметром не менее 6 1/4 фута

Некоторые из этих деталей можно заказать в KidWind.

2. Сделать дно

Возьмите 4 фитинга из ПВХ под углом 90°, 2 Т-образных фитинга из ПВХ и 4 отрезка трубы из ПВХ по 6 дюймов. Соедините их вместе, чтобы получились боковые перекладины и «ножки». Просверлите отверстие в одном из оставшихся Т-образных фитингов и используйте его в качестве средней части, чтобы провода можно было спрятать внутри ПВХ.

3. Изготовление вращающейся части

Двигатель необходимо подключить к проводам. Оберните двигатель клейкой лентой, чтобы он оставался в ПВХ. Возьмите 1 фитинг под углом 90°, 1 соединительную муфту из ПВХ и 1 2-дюймовый отрезок ПВХ и соедините их, чтобы получилась единая L-образная деталь.Затем двигатель можно поместить в муфту, а провода пропустить через только что изготовленную трубку из ПВХ.

4. Собираем все вместе

Теперь возьмите провода и продолжайте протягивать их через основание через отверстие, которое вы просверлили ранее. Сверху наденьте Г-образную трубку. Прикрепите основу из ПВХ к башне с помощью Т-образных фитингов.

 

5. Изготовление лопаток

Вырежьте форму лезвия из пробкового дерева или бумажных пластин.Прикрепите их к дюбелям и вставьте дюбели в обжимную втулку. Убедитесь, что ступица затянута.

6. Проверь!

Возьмите рождественскую светодиодную лампочку, зачистите провода и подключите их к тем, которые используются в турбине. Этот проект одновременно и веселый, и отличная возможность рассказать детям о силе, переносе энергии и электричестве.

Подробнее о конструкции можно узнать здесь.

Изображения (с) KidWind

(Посетили 4195 раз, сегодня посетили 1 раз)

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.