Вертикальный ветрогенератор или ветроустановки с вертикальной осью вращения

Вертикальный ветрогенератор или ветроустановки с вертикальной осью вращения

Тот ветряк, который мыслят себе чаще всего и в первую очередь – это ветрогенератор в виде пропеллера. Многие даже не подозревают, что существуют какие-то другие. На самом же деле ветрогенераторы бывают и другого вида. Одни напоминают вращающуюся колонну, другие — цепочную карусель как в парке аттракционов. Только на месте цепочек располагаются вертикально расположенные лопасти. Такие ветрогенераторы называют вертикальными. Почему вертикальными? – Потому, что ось вращающегося генератора смотрит вверх, то есть, расположена вертикально.

Расчёт

Если известна средняя скорость ветра, то манипулируя величинами диаметра винта или его площади, можно вывести подходящую мощность установки, которая необходима.

Р = 2D*3V/7000, кВт, где
P — мощность;
D — диаметр винта в м;
V — скорость ветра в м/сек.

Данная формула расчёта эффективности ветрогенератора справедлива исключительно для крыльчатого — горизонтального типа.

На данный момент в серийном производстве существует 2 вида ветрогенераторов:

Но они имеют серьёзный недостаток — тихоходность. Для его преодоления применяют повышающие редукторы, что несколько снижает КПД.

Преимущества:

• Большая скорость вращения, это позволяет соединяться с генератором, что увеличивает КПД;
• Простота изготовления;
• Большое разнообразие моделей.

Недостатки:

• Высокий уровень шумового и ультразвукового загрязнения. Это может быть опасно для здоровья людей. Поэтому генерирующие промышленные мощности располагают в безлюдных местах;
• Необходимость применять стабилизатор и устройства наведения на поток ветра;
• Скорость вращения находится в обратной пропорции к количеству лопастей, поэтому в промышленных моделях редко используют более трёх лопастей.

Работы по преодолению последнего недостатка ведутся уже довольно давно. Было разработано и выпущено несколько небольших моделей ветрогенераторов. Их КПД довольно высокий для своего класса мощности, из-за оригинального строения лопасти.

Площадь сопротивления ветру в такой модели минимальна, она может работать при силе ветра и 2 м/с и выдавать при этом 30 Вт. Но учитывая, что на трение и иные потери, в моделях такого класса, уходит до 40% энергии, оставшихся 18 Вт не хватит даже на освещение одной лампочкой. Для использования на даче или в частном доме нужно, что-то серьёзнее.

Разновидности вертикальных генераторов (карусельный тип)

Вертикальные преобразователи силы ветра в энергию часто используются для бытовых нужд. Эти виды ветрогенераторов просты в обслуживании. Основные узлы, которые требуют внимания, находятся в нижней части установок и свободны для доступа.

1. Генераторы с ротором Савоуниса

Состоят из двух цилиндров. Постоянное осевое вращение и поток ветра не находятся в зависимости друг от друга. Даже при резких порывах он крутится с заданной изначально скоростью.

Отсутствие влияния ветра на скорость вращения, бесспорно, − его хорошее преимущество. Плохо то, что он использует силу стихии не на всю ее мощь, а только на треть. Устройство лопастей в виде полуцилиндров позволяют работать лишь в четверть оборота.

2. Генераторы с ротором Дарье

Имеют две или три лопасти. Легко монтируются. Конструкция простая и понятная. Начинают работать от запуска вручную.

Минус – турбины не отличаются мощной работой. Сильная вибрация становится причиной сильного шума. Этому способствует большое количество лопастей.

3. Геликоидный ротор

Вращение ветрогенератора происходит равномерно благодаря закрученным лопастям. Подшипники не подвержены быстрому износу, что значительно продляет срок эксплуатации.

Монтаж установки требует времени и сопряжен с трудностями сборки. Сложная технология изготовления отразилась на высокой цене.

4. Многолопастный ротор

Вертикально – осевая конструкция с большим количеством лопастей делает его чувствительным даже к очень слабому ветру. Эффективность таких ветрогенераторов очень высокая.

Это мощный преобразователь. Энергия ветра используется максимально. Стоит он дорого. Недостаток – высокий звуковой фон. Может давать большой объем электротока.

5. Ортогональный ротор

Начинает вырабатывать энергию при скорости ветра в 0,7 м/сек. Состоит из вертикальной оси и лопастей. Не производит много шума, отличается красивым необычным дизайном. Срок службы несколько лет.

Лопасти с большим весом делает его громоздким, что усложняет монтажные работы.

Положительные стороны вертикальных ветрогенераторов:

1. Использование генераторов возможно даже при слабом ветре.
2. Не настраиваются на ветровые потоки, так как не зависят от его направления.
3. Устанавливаются на короткой мачте, что позволяет производить обслуживание систем на земле.
4. Шум в пределах 30 дБ.
5. Разнообразный, приятный внешний вид.

Основной изъян – используют силу и энергию ветра не полностью из-за невысокой вращательной скорости ротора.

Какая конструкция лучше

Существует несколько принципиально разных конструкций вертикальных ветрогенераторов, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками.

Ветряк Савониуса — полукруглые лопасти

На ортогональный ротор устанавливают дополнительные статические экраны для увеличения производительности

Геликоидный ротор имеет сложную конструкцию

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения.Схема и конструкция роторных вертикальных ветрогенераторов

Общая характеристика вертикальных ветряков

Такие устройства имеют некоторые преимущества перед ветрогенераторными устройствами с горизонтальным расположением оси. У них отсутствуют узлы для ориентации на ветер, что упрощает конструкцию и снижает гироскопические нагрузки. Разработано большое количество разнообразных ветрогенераторов с вертикальной осью вращения (рис. 6.1),
Рис. 6.1. ветрогенератор с вертикальной осью вращения:в которых
для создания вращающего момента используются силы сопротивления и подъемная сила рабочих лопастей.
Это устройства с пластинчатыми, чашеобразными или турбинными элементами, а также роторами Савониуса с лопастями S-образной формы. Ветрогенераторы такого типа имеют большой начальный момент, но меньшую быстроходность и мощность но сравнению с ротором француза Дарье, который в 1920 году предложил эту конструкции». Этот ротор интенсивно разрабатывают, начиная с1970 года, специалисты во многих странах. В настоящее время ветрогенератор Дарье может рассматриваться в качестве основною конкурента ветрогенераторов кольчатого типа.[ad#строчный]
Ротор конструкции Дарье относится к Ветрогенератору с вертикальной осью вращения, использующим подъемную силу, которая возникает на выгнутых лопастях, имеющих в поперечном сечении профиль крыла. Его недостаток — малый начальный момент, преимущество большая быстроходность и в силу этого — относительно большая удельная мощность, отнесенная к ею массе. Для устранения главного недостатка и с целью увеличения начального момента ротор Дарье комбинируют с различными типами стартеров, например ветряк с ротором Савониуса.

1- ротор Савониуса; 2 — ротор Савониуса многолопастный; 3 — ротор пластинчатый; 4 — ротор чашечный: 5 — ротор Дарье Ø-образный;6 — ротор Дарье Δ-образный; 7 — ротор с прямыми крыловидными лопастями (Giromill) 8 -ветрогенератор с криволинейными пластинчатыми лопастями; 9 — роторы Дарье Ø-образный и Савониуса; 10 — ротор Савониуса щелевой; 11- ротор с использованием эффекта Магнуса; 12 -ротор с несущими парусными плоскостями; 13 — ветроколесо с рефлекторным устройством; 15 — ветроколесо с трубой Вентури; 16 — ветроколесо с
вихревым устройством.
В роторе другого типа с вертикальной осью вращения используется эффект Магнуса; к таким роторам с вращающимися цилиндрами можно отнести конструкции Мадараса и Флетшера. При набегании ветрового потока па вращающийся цилиндр в соответствии с эффектом Магнуса действует сила, перпендикулярная направлению потока.Эти устройства способны приводить в движение суда или сухопутные транспорте средства. Распределение силы показано на рис. 6.2 и 6.3.

В ряде случаев ветрогенератор улучшает отдачу мощности при наличии направляющего дефлектора (см. рис. 6.1) и эжектора в виде трубы Вентури (см. рис. 6.1: 15).
Известна также ветрогенераторы с ротором вертикально-осевого вращения, располагаемая на трубе (или башне), внутри которой генерируются восходящие вихри (см. рис. 6.1: 14). Одновременно в такой башне предусматривается нагрев воздуха путем непосредственного использования солнечного излучения или сжигания топлива с последующим расширением воздуха, вследствие чего создается эффект газовой турбины, которая вместе с ветрогенератором устанавливается на выходе башни. Для повышения экономичности ВЭУ с такими башнями и ветродвигателями, работающими с использованием подъемной силы в ветровом потоке, последние должны быть по возможности большой мощности: от 1000 до 20000 кВт.
При этом размеры ветрогенераторов ограничиваются напряжениями, возникающими в конструкции опор, лопастей и других нагруженных элементов.
Поэтому ветрогенераторы должны иметь возможно меньшую массу, а в качестве движущей силы — подъемную силу, чтобы иметь большую быстроходность при больших значениях коэффициента использования энергии ветра.

Преимущества ветряков с вертикальной осью вращения ,

[adsense_id=»1″]
которые дают более сильные и более устойчивые ветры, могут быть реализованы при размещении ветрогенераторов на береговой территории водоемов или в прибрежных водах. Ветроустановки башенного типа, предназначенные для образования и использования вихрей в целях увеличения скорости потока и градиента давления в зоне ветрогенераторного устройства могут использоваться после изучения законов скоростей при вихре образовании.

Конструктивные схемы ветрогенераторов с вертикальной осью вращении

В связи с перпендикулярным направлением действия ветра на ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения потребовалось применение системы ориентации и сравнительно сложных способов съема мощности. Это снизило их эффективность и усложнило конструкцию ветродвигателей.
Ветрогенератор с вертикальной осью вращения вследствие своей геометрии при любом направлении ветра находятся в произвольном положении. Кроме того, такая схема позволяет за счет удлинения вала расположить редуктор с генератором в основании башни (рис. 6.5).

рис. 6.5. Конструктивная схема ветрогенератора с вертикальной осью вращения типа Дарье»: 1- стартер (ротор
Савониуса); 2 — вал; 3 • электрогенератор; 4 — тормозное устройство; 5 — рабочая попасть; б — растяжки; 7 — рама; К преобразователь напряжения; 9 — аккумулятор

К наиболее распространенным типам вертикально-осевых ветроколес относится ротор конструкции Дарье.

В нем вращающий момент создается подъемной силой, возникающей на двух или трех тонких изогнутых несущих поверхностях, имеющих аэродинамический профиль. Подъемная сила максимальна в тот момент, когда лопасть с большой скоростью пересекает набегающий воздушный поток. Ротор Дарье раскручиваться самостоятельно не может, поэтому для его запуска обычно используется генератор, работающий в режиме двигателя, или стартер, носящий название ротора Савониуса. Это колесо также приводится в движение силой сопротивления.
Его лопасти выполнены из тонких изогнутых листов прямоугольной формы, отличаются простотой и дешевизной. Вращающий момент создастся благодаря различному сопротивлению, оказываемому воздушному потоку вогнутой и выгнутой лопастями ротора. Из-за большого геометрического заполнения это ветроколесо обладает большим крутящим моментом и используется для перекачки воды.

Разработано значительное количество схем ветрогенераторов с вертикальной осью вращения.

[adsense_id=»1″]
По ряду конструктивных признаков некоторые из них более предпочтительны даже по сравнению с пропеллерными установками, особенно для эксплуатации в регионах с высоким ветровым потенциалом. Например, весьма перспективны схемы ветрогенераторов, изображенные на рис. 6.6 — 6.11.

Рис. 6.6. Ветроэлектрический флюгера к планетарным колесам Рис. 6.7. Вариант крепления агрегат (общий вид)

Рис. 6.8. Кинематическая схема устройства поворота лопастей ветрогенератора с вертикальной осью

Ветрогенераторный агрегат содержит вертикальный вал -1, установленное на нем ветроколесо с поворотными лопастями- 2 и горизонтальными несущими траверсами-3, генератор устройства поворота, включающего
тяги- 2. Устройство поворота снабжено кривошипно-шатунными механизмами, шатун 6 каждого из которых с помощью рычагов 7 и шарниров связан с другими концами тяг 4 и 5 каждой пары. При выполнении ветроколеса с флюгером 8 устройство поворота имеет планетарную передачу, планетарные колеса 9 которой связаны с кривошипами 10 механизмов, а центральное колесо 11-е флюгером 8. При выполнении ветроколеса с другим креплением флюгера 8 устройство снабжено дифференциальной передачей, состоящей из двух соосных центральных колес 12 и 13 соответственно с внешним и внутренним зацеплением и входящими с ними в зацепление планетарными колесами 14, причем центральное колесо 11 внешнего зацепления связано с кривошипами 10 механизмов, а планетарные колеса 14 — с
флюгером 8.

Как сделать ветряк дома своими руками?

Покупка ветряка в полной комплектации слишком дорогое удовольствие. А по экспертным расчетам окупаемость таких затрат произойдет только через 7 лет, поэтому некоторые умельцы изготавливают ветряки для дома своими руками. Занятие это не простое, но зато вы получите экономию денежных средств.

Если вы изготавливаете ветряк с горизонтальной осью, то самым сложным элементом является изготовление пропеллерного винта диаметром 160-200 мм. Для этих целей применяют ПВХ трубы, которые крепят к пластине с отверстием для крепления вала генератора.

В качестве генератора используют мотор-колесо для скутера или велосипеда. Он полностью подходят к условиям работы ветряка, и развивает мощность до 1 кВт. Кроме того надо изготовить мачту, приобрести аккумулятор, инвертор, сделать разводку проводов и пульт управления.

Цена оборудования напрямую зависит от его типа, мощности и страны производства. Несколько примеров самых популярных моделей с мощьностью:

• Exmork (производство Китай) – 280 000 руб.
• ВЭУ-5000-7-3 (российское производство) – 282 000 руб.
• WH16.5-50000W (Германия) – 1 500 000 руб.
• EDS-GROUP FALCON EURO (с вертикальной осью) – 350 000 руб.

Как видите разброс цен очень большой. В среднем установка на 1 кВт обойдется от 25 000 до 300 000 рублей. Более дорогие модели имеют ряд значительных преимуществ, от более высокого КПД до различных дополнительных функций.

Данная таблица поможет выбрать наиболее эффективный и дешевый вид топлива. Здесь собраны все наиболее часто применяемые материалы для отопления частных .

Владельцев дачных, садовых, приусадебных участков всегда заботит вопрос, как сохранить результаты своего труда до будущего урожая. Традиционно хранилище для домашних .

Воздушные тепловые насосы относятся к категории современного оборудования, использующего в работе альтернативные источники энергии. Источником тепла для них является окружающая .

Главная особенность дачной или садовой мебели это тот факт что она будет эксплуатироваться под открытым небом большую часть времени. Именно .