![Generador de viento casero para el hogar y casas de verano: principios de funcionamiento, esquemas, qué y cómo hacer.](/imagesvopr/6_35.jpeg)
Contenido
- Conceptos básicos
- ¿Qué tipo de generador necesitas?
- Elección por el viento
- Sobre seguridad
- Viento, aerodinámica, KIEV
- ¿Qué esperar de un clásico?
- Vertical
- APU Biryukov
- Cuchillas
- Mini y micro
- Veleros
- Generador casero
- Producción
- Video: tecnología de producción de turbinas eólicas
Rusia tiene una posición doble en relación con los recursos de energía eólica. Por un lado, debido a la enorme superficie total y la abundancia de áreas planas, generalmente hay mucho viento y es mayormente llano. Por otro lado, nuestros vientos son en su mayoría de bajo grado, lentos, ver fig. En el tercero, los vientos son violentos en áreas escasamente pobladas. En base a esto, la tarea de poner en marcha un aerogenerador en la granja es bastante relevante. Pero, para decidir si comprar un dispositivo bastante caro o hacerlo usted mismo, debe pensar detenidamente qué tipo (y hay muchos) para qué propósito elegir.
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Recursos de energía eólica de Rusia
Conceptos básicos
- KIEV – coeficiente de uso de energía eólica Si se usa para calcular un modelo mecánico de un viento plano (ver más abajo), es igual a la eficiencia del rotor de una planta de energía eólica (APU).
- Eficiencia: eficiencia de extremo a extremo de la APU, desde el viento que se aproxima a las terminales del generador eléctrico o hasta la cantidad de agua bombeada al tanque.
- La velocidad mínima operativa del viento (MWS) es la velocidad a la que la turbina eólica comienza a suministrar corriente a la carga.
- La velocidad máxima permitida del viento (MDS) es la velocidad a la que se detiene la generación de energía: la automatización apaga el generador o coloca el rotor en una veleta, o lo pliega y lo esconde, o el rotor se detiene solo, o el APU simplemente colapsa.
- Velocidad del viento inicial (SWV): a esta velocidad, el rotor puede girar sin carga, girar y entrar en el modo de funcionamiento, después de lo cual se puede encender el generador.
- Velocidad de arranque negativa (OSS): esto significa que la APU (o turbina eólica – planta de energía eólica, o VEA, unidad de energía eólica) para arrancar a cualquier velocidad del viento requiere un arranque obligatorio de una fuente de energía externa.
- Par de arranque (inicial): la capacidad de un rotor, desacelerado a la fuerza en el flujo de aire, para crear un par en el eje.
- Turbina eólica (VD): una parte de la APU desde el rotor hasta el eje del generador o bomba, u otro consumidor de energía.
- Generador de viento rotativo – APU, en el que la energía eólica se convierte en par en el eje de toma de fuerza al girar el rotor en la corriente de aire.
- El rango de velocidad de funcionamiento del rotor es la diferencia entre MDS y MPC cuando se opera a carga nominal.
- Turbina eólica de baja velocidad: en ella, la velocidad lineal de las partes del rotor en la corriente no excede significativamente la velocidad del viento o por debajo de ella. El cabezal de flujo dinámico se convierte directamente en empuje de la hoja.
- Turbina eólica de alta velocidad: la velocidad lineal de las palas es significativamente (hasta 20 veces o más) más alta que la velocidad del viento, y el rotor forma su propia circulación de aire. El ciclo de conversión de la energía del flujo en empuje es complejo.
Notas:
- Las APU de baja velocidad, por regla general, tienen un KIEV más bajo que las de alta velocidad, pero tienen un par de arranque suficiente para hacer girar el generador sin desconectar la carga y cero TCO, es decir, Totalmente autoencendido y aplicable con los vientos más suaves.
- La lentitud y la velocidad son conceptos relativos. Una turbina eólica doméstica con 300 rpm puede ser de baja velocidad y poderosas APU del tipo EuroWind, de las cuales los campos de las plantas de energía eólica, los parques eólicos (ver Fig.) Y cuyos rotores producen aproximadamente 10 rpm, son de alta velocidad, porque con tal diámetro, la velocidad lineal de las palas y su aerodinámica en la mayor parte de su envergadura son bastante “similares a las de un avión”, ver más abajo.
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¿Qué tipo de generador necesitas?
Un generador eléctrico para una turbina eólica doméstica debe generar electricidad en una amplia gama de velocidades de rotación y tener la capacidad de arrancar automáticamente sin automatización ni fuentes de energía externas. En el caso de utilizar una APU con OSS (aerogeneradores con hilado), que, por regla general, tienen un KIEV y una eficiencia elevados, también debe ser reversible, es decir Ser capaz de funcionar como motor. Con potencias de hasta 5 kW, esta condición la cumplen las máquinas eléctricas con imanes permanentes a base de niobio (superimanes); en imanes de acero o ferrita, no puede contar con más de 0,5-0,7 kW.
Nota: los alternadores asíncronos o los generadores de colector con un estator no magnetizado no son adecuados en absoluto. Cuando la fuerza del viento disminuye, «se apagan» mucho antes de que su velocidad baje al MPC, y entonces ellos mismos no arrancarán.
Un excelente «corazón» de la APU con una capacidad de 0.3 a 1-2 kW se obtiene de un alternador con un rectificador incorporado; estos son ahora la mayoría. En primer lugar, mantienen el voltaje de salida de 11,6-14,7 V en un rango bastante amplio de velocidades sin estabilizadores electrónicos externos. En segundo lugar, las compuertas de silicio se abren cuando el voltaje a través del devanado alcanza aproximadamente 1,4 V, y antes de eso, el generador «no ve» la carga. Para hacer esto, el generador necesita estar bastante bien encendido.
En la mayoría de los casos, el autogenerador puede conectarse directamente, sin engranajes ni transmisión por correa, al eje HP de alta velocidad, seleccionando la velocidad y eligiendo el número de palas, ver más abajo. Los «caminadores rápidos» tienen un par de arranque pequeño o nulo, pero el rotor tendrá tiempo suficiente para girar lo suficiente sin desconectar la carga antes de que las válvulas se abran y el generador dé corriente.
Elección por el viento
Antes de decidir qué aerogenerador fabricar, decidamos la aerología local. En las áreas gris verdosas (sin viento) del mapa eólico, al menos algo de sentido solo vendrá de una turbina eólica de vela (y hablaremos de ellas más adelante). Si necesita una fuente de alimentación constante, deberá agregar un amplificador (un rectificador con un estabilizador de voltaje), un cargador, una batería potente, un inversor 12/24/36/48 V CC a 220/380 V 50 Hz CA . Tal economía costará no menos de $ 20,000, y es poco probable que sea posible eliminar una potencia a largo plazo de más de 3-4 kW. En general, con una lucha inflexible por la energía alternativa, es mejor buscar otra fuente de ella.
En lugares de color amarillo verdoso, con viento débil, con una necesidad de electricidad de hasta 2-3 kW, puede comprar un generador de viento vertical de baja velocidad usted mismo . Se han desarrollado innumerables, y hay diseños que en términos de KIEV y eficiencia casi no son inferiores a las «palas» industriales.
Si se supone que se va a comprar una turbina eólica para una casa, entonces es mejor centrarse en una turbina eólica con un rotor de vela. Hay muchas disputas y, en teoría, aún no todo está claro, pero funcionan. En la Federación de Rusia, los «veleros» se producen en Taganrog con una capacidad de 1 a 100 kW.
En regiones rojas y ventosas, la elección depende de la potencia requerida. En el rango de 0,5 a 1,5 kW, se justifican las «verticales» de fabricación propia; 1,5-5 kW – «veleros» comprados. También se puede comprar «vertical», pero costará más que una APU horizontal. Y, finalmente, si se requiere una turbina eólica con una potencia de 5 kW o más, entonces debe elegir entre «palas» compradas horizontales o «veleros».
Nota: muchos fabricantes, especialmente los de segundo nivel, ofrecen kits de piezas a partir de los cuales puede montar usted mismo una turbina eólica con una capacidad de hasta 10 kW. Tal conjunto costará entre un 20 y un 50% más barato que uno listo para usar con instalación. Pero antes de comprar, debe estudiar cuidadosamente la aerología del sitio de instalación propuesto y luego, de acuerdo con las especificaciones, seleccionar el tipo y modelo adecuados.
Sobre seguridad
Partes de una turbina eólica doméstica en funcionamiento pueden tener una velocidad lineal superior a 120 o incluso 150 m / s, y una pieza de cualquier material sólido que pese 20 g, vuele a una velocidad de 100 m / s, con un golpe «exitoso». mata a un hombre sano en el acto. Una placa de acero o plástico duro de 2 mm de espesor, que se mueve a una velocidad de 20 m / s, la corta por la mitad.
Además, la mayoría de los aerogeneradores de más de 100 W son bastante ruidosos. Muchos generan fluctuaciones de presión de aire ultrabajas (menos de 16 Hz): infrasonidos. Los infrasonidos son inaudibles, pero destructivos para la salud y se propagan muy lejos.
Nota: a finales de los 80, hubo un escándalo en los Estados Unidos, el parque eólico más grande del país en ese momento tuvo que ser cerrado. Los indígenas del resguardo a 200 km del campo de sus Fuerzas Armadas demostraron en la corte que los desórdenes de salud que se han incrementado fuertemente en ellos luego de la puesta en funcionamiento del WPP se deben a su infrasonido.
Por las razones anteriores, se permite la instalación de la APU a una distancia de al menos 5 de sus alturas de los edificios residenciales más cercanos. En los patios de viviendas particulares, se pueden instalar aerogeneradores de fabricación industrial, debidamente certificados. En general, es imposible instalar una APU en los techos; durante su funcionamiento, incluso con los de baja potencia, surgen cargas mecánicas alternas que pueden causar una resonancia de la estructura del edificio y su destrucción.
Nota: la altura de la APU es el punto más alto del disco barrido (para rotores de palas) o figura geomérica (para APU vertical con un rotor en el eje). Si el mástil de la APU o el eje del rotor sobresalen hacia arriba aún más, la altura se calcula desde su parte superior: la parte superior.
Viento, aerodinámica, KIEV
Un aerogenerador casero obedece a las mismas leyes de la naturaleza que uno de fábrica, calculado en una computadora. Y el constructor de viviendas debe comprender muy bien los conceptos básicos de su trabajo; la mayoría de las veces no tiene a su disposición materiales y equipos tecnológicos supermodernos caros. La aerodinámica de la APU es tan difícil …
Viento y KIEV
Para calcular la APU de fábrica en serie, el llamado. modelo de viento plano mecanicista. Se basa en los siguientes supuestos:
- La velocidad y la dirección del viento son constantes dentro de la superficie efectiva del rotor.
- El aire es un medio continuo.
- La superficie efectiva del rotor es igual al área barrida.
- La energía del flujo de aire es puramente cinética.
En tales condiciones, la energía máxima por unidad de volumen de aire se calcula de acuerdo con la fórmula de la escuela, asumiendo que la densidad del aire en condiciones normales es de 1,29 kg * metros cúbicos. m) A una velocidad del viento de 10 m / s, un cubo de aire transporta 65 J y se pueden eliminar 650 vatios de un cuadrado de la superficie efectiva del rotor, con una eficiencia del 100% de toda la APU. Este es un enfoque muy simplista: todos saben que el viento nunca es perfectamente plano. Pero esto debe hacerse para garantizar la repetibilidad de los productos, una práctica común en la tecnología.
El modelo plano no debe ignorarse; proporciona un mínimo claro de energía eólica disponible. Pero el aire, en primer lugar, está comprimido y, en segundo lugar, es muy fluido (la viscosidad dinámica es de solo 17.2 μPa * s). Esto significa que el flujo puede fluir alrededor del área barrida, reduciendo la superficie efectiva y KIEV, que se observa con mayor frecuencia. Pero en principio, también es posible la situación opuesta: el viento fluye hacia el rotor y la superficie efectiva será entonces mayor que la superficie barrida, y el KIEV será mayor que 1 con respecto a la misma para un viento plano.
A continuación se muestran dos ejemplos. El primero es un yate de placer, bastante pesado, el yate puede ir no solo contra el viento, sino también más rápido que él. El viento se refiere al exterior; el viento aparente aún debe ser más rápido, de lo contrario, ¿cómo arrastrará el barco?
El segundo es un clásico de la historia de la aviación. Durante las pruebas del MIG-19, resultó que el interceptor, que era una tonelada más pesado que el caza de primera línea, aceleraba más rápido. Con los mismos motores en el mismo planeador.
Los teóricos no sabían qué pensar y dudaban seriamente de la ley de conservación de la energía. Al final, resultó que era el cono del carenado del radar que sobresalía de la entrada de aire. Desde su nariz hasta la carcasa, apareció un sello de aire, como si lo rastrillara desde los lados hasta los compresores del motor. Desde entonces, las ondas de choque se han establecido firmemente en teoría como útiles, y el fantástico rendimiento de vuelo de los aviones modernos se debe en gran parte a su hábil uso.
Aerodinámica
El desarrollo de la aerodinámica generalmente se divide en dos eras: antes de N. G. Zhukovsky y después. Su informe «Sobre los vórtices adjuntos» del 15 de noviembre de 1905 marcó el comienzo de una nueva era en la aviación.
Antes de Zhukovsky, volaban con velas planas: se suponía que las partículas de la corriente entrante daban todo su impulso al borde de ataque del ala. Esto hizo posible deshacerse inmediatamente de la cantidad vectorial, el momento angular, que dio lugar a matemáticas furiosas y, en la mayoría de los casos, no analíticas, para pasar a relaciones escalares puramente energéticas mucho más convenientes y, como resultado, obtener el campo de presión calculado. en el plano del rodamiento, más o menos similar al actual.
Este enfoque mecanicista hizo posible la creación de vehículos que, como mínimo, pueden despegar y volar de un lugar a otro, no necesariamente chocando contra el suelo en algún lugar del camino. Pero el deseo de aumentar la velocidad, la capacidad de carga y otras cualidades de vuelo reveló cada vez más la imperfección de la teoría aerodinámica original.
La idea de Zhukovsky era la siguiente: a lo largo de las superficies superior e inferior del ala, el aire viaja por un camino diferente. De la condición de continuidad del medio (las burbujas de vacío no se forman en el aire por sí mismas), se deduce que las velocidades de los flujos superior e inferior que descienden del borde de fuga deben ser diferentes. Debido a la viscosidad pequeña pero finita del aire, debería formarse un vórtice debido a la diferencia de velocidades.
El vórtice gira y la ley de conservación de la cantidad de movimiento, tan inmutable como la ley de conservación de la energía, también es válida para cantidades vectoriales, es decir, debe tener en cuenta la dirección del movimiento. Por lo tanto, allí mismo, en el borde de fuga, se debe formar un vórtice de rotación opuesta con el mismo par. ¿Por qué medios? Debido a la energía generada por el motor.
Para la práctica de la aviación, esto significó una revolución: eligiendo el perfil de ala apropiado, fue posible dejar el vórtice adjunto alrededor del ala en forma de una circulación G, aumentando su sustentación. Es decir, habiendo gastado una parte, y para altas velocidades y cargas de ala, una gran parte, la potencia del motor, es posible crear un flujo de aire alrededor del aparato, lo que permite lograr las mejores cualidades de vuelo.
Esto hizo de la aviación una aviación, y no una parte de la aeronáutica: ahora la aeronave podría crear por sí misma el entorno necesario para el vuelo y dejar de ser un juguete de las corrientes de aire. Todo lo que necesitas es un motor más potente y cada vez más potente …
KIEV de nuevo
Pero el molino de viento no tiene motor. Al contrario, debe tomar energía del viento y dársela a los consumidores. Y aquí sale: sacó las piernas, la cola se atascó. Se permitió muy poca energía eólica en la propia circulación del rotor: será débil, el empuje de las palas será bajo y el KIEV y la potencia serán bajos. Demos mucho por la circulación: con un viento débil, el rotor girará como loco en ralentí, pero los consumidores nuevamente obtienen poco: dieron un poco de carga, el rotor frenó, el viento sopló la circulación y el rotor se convirtió.
La ley de conservación de la energía da una «media dorada» justo en el medio: le damos el 50% de la energía a la carga, y para el 50% restante giramos el flujo al óptimo. La práctica confirma las suposiciones: si la eficiencia de una buena hélice de tracción es del 75-80%, entonces el KIEV, calculado con el mismo cuidado y soplado en un túnel de viento, el rotor de palas alcanza el 38-40%, es decir hasta la mitad de lo que se puede lograr con un exceso de energía.
Modernidad
Hoy en día, la aerodinámica, armada con las matemáticas y las computadoras modernas, se está alejando cada vez más de algo inevitable y simplificando los modelos hacia una descripción precisa del comportamiento de un cuerpo real en un flujo real. Y aquí, además de la línea general, ¡potencia, potencia y más potencia! – Se encuentran caminos laterales, pero prometedores solo con una cantidad limitada de energía que ingresa al sistema.
El famoso aviador alternativo Paul McCready creó un avión allá por los años 80, con dos motores de una motosierra con una capacidad de 16 hp. mostrando 360 km / h. Además, su chasis era de triciclo no retráctil y las ruedas no tenían carenados. Ninguno de los vehículos de McCready se conectó y se puso en alerta, pero dos, uno con motores de pistón y hélices, y el otro a reacción, dieron la vuelta al mundo por primera vez en la historia sin aterrizar en una estación de servicio.
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Yate de vela hidroala
El desarrollo de la teoría también afectó de manera muy significativa las velas que dieron origen al ala original. La aerodinámica «en vivo» permitió a los yates con un viento de 8 nudos. pararse sobre hidroalas (ver fig.); para acelerar tal enorme a la velocidad requerida con una hélice, se requiere un motor de al menos 100 hp. Los catamaranes de carreras navegan a unos 30 nudos con el mismo viento. (55 km / h).
También hay hallazgos completamente no triviales. Los fanáticos del deporte más raro y extremo, el salto base, usan un traje de ala especial, un traje de alas, vuelan sin motor, maniobran a una velocidad de más de 200 km / h (imagen de la derecha) y luego aterrizan suavemente en un pre -lugar seleccionado. ¿En qué cuento de hadas la gente vuela sola?
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Jersey de base en traje widgs
También se han resuelto muchos misterios de la naturaleza; en particular, el vuelo de un escarabajo. Según la aerodinámica clásica, no es capaz de volar. De la misma forma que el antepasado del «sigiloso» F-117 con su ala en forma de diamante tampoco puede despegar. Y el MiG-29 y el Su-27, que durante algún tiempo pueden volar con la cola hacia adelante, no encajan en ninguna idea.
¿Y por qué entonces, cuando se trata de aerogeneradores, no como una diversión y no como una herramienta para destruir los de su propia especie, sino como una fuente de un recurso vital, es imperativo bailar desde la teoría de las corrientes débiles con su modelo de viento plano? ¿No hay forma de ir más lejos?
¿Qué esperar de un clásico?
Sin embargo, en ningún caso se debe renunciar a los clásicos. Proporciona una base, sin apoyarse en la que uno no puede elevarse más. De la misma manera, como la teoría de conjuntos no cancela la tabla de multiplicar, y la cromodinámica cuántica no hace que las manzanas salgan volando de los árboles.
Entonces, ¿qué puede esperar con el enfoque clásico? Miremos la foto. Izquierda: tipos de rotores; se muestran de forma condicional. 1 – carrusel vertical, 2 – ortogonal vertical (turbina eólica); Rotores de 2 a 5 álabes con diferente número de álabes con perfiles optimizados.
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Comparación de la efectividad de APU de diferentes tipos.
A la derecha, a lo largo del eje horizontal, se traza la velocidad relativa del rotor, es decir, la relación entre la velocidad lineal de la pala y la velocidad del viento. Vertical hacia arriba – KIEV. Y hacia abajo, de nuevo, el par relativo. Se considera que un solo par (100%) es el que crea un rotor frenado a la fuerza en el flujo con 100% KIEV, es decir, cuando toda la energía del flujo se convierte en una fuerza giratoria.
Este enfoque permite conclusiones de gran alcance. Por ejemplo, el número de palas debe elegirse no solo y no tanto en función de la velocidad de rotación deseada: las 3 y 4 palas pierden inmediatamente mucho en términos de KIEV y par en comparación con las 2 y 6 palas que funcionan bien aproximadamente en el mismo rango de velocidad. Y el carrusel exteriormente similar y ortogonal tienen propiedades fundamentalmente diferentes.
En general, se debe dar preferencia a los rotores de palas, excepto en los casos en que se requiera la máxima economía, simplicidad, autoarranque sin mantenimiento y sin automatización, y la elevación al mástil sea imposible.
Nota: hablemos especialmente de los rotores de vela, no parecen encajar en los clásicos.
Vertical
Las APU con eje de rotación vertical tienen una ventaja indiscutible para el día a día: sus unidades que requieren mantenimiento se concentran en la parte inferior y no es necesario levantarlas. Queda, e incluso entonces no siempre, un cojinete de empuje autoalineable, pero es fuerte y duradero. Por lo tanto, al diseñar una turbina eólica simple, la selección de opciones debe comenzar con unidades verticales. Sus principales tipos se muestran en la Fig.
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Aerogeneradores verticales
sol
En la primera posición, el más simple, más a menudo llamado rotor Savonius. De hecho, fue inventado en 1924 en la URSS por Ya. A. y A. A. Voronin, y el industrial finlandés Sigurd Savonius se apropió descaradamente de la invención, ignorando el certificado de derechos de autor soviético, y comenzó la producción en serie. Pero la introducción en el destino de la invención significa mucho, por lo tanto, para no remover el pasado y no perturbar las cenizas de los muertos, llamaremos a esta turbina eólica rotor Voronin-Savonius, o, para abreviar, VS .
El avión es bueno para todos, excepto para la «locomotora» KIEV en un 10-18%. Sin embargo, en la URSS trabajaron mucho en eso y hay algunos avances. A continuación consideraremos un diseño mejorado, que no es mucho más complejo, pero que según KIEV da una ventaja a las palas.
Nota: el avión de dos palas no gira, sino que se sacude; El de 4 palas es solo un poco más suave, pero pierde mucho en KIEV. Para mejorar, los 4 canales se llevan con mayor frecuencia en dos pisos: un par de cuchillas en la parte inferior y otro par, girado 90 grados horizontalmente, por encima de ellos. El KIEV permanece y las cargas laterales sobre la mecánica se debilitan, pero las cargas de flexión aumentan ligeramente, y con un viento de más de 25 m / s, una APU en el eje, es decir, sin el cojinete sobre el rotor estirado por los obenques, «derriba la torre».
Daria
El siguiente es el rotor Darrieus; KIEV – hasta 20%. Es aún más sencillo: las palas están formadas por una simple banda elástica sin ningún perfil. La teoría del rotor de Darrieus aún no se ha desarrollado lo suficiente. Solo está claro que comienza a desenrollarse debido a la diferencia en la resistencia aerodinámica de la joroba y el bolsillo de la cinta, y luego se vuelve algo rápido, formando su propia circulación.
El par es pequeño, y en las posiciones de arranque del rotor no hay paralelo o perpendicular al viento, por lo que el auto-giro es posible solo con un número impar de palas (¿alas?). En cualquier caso, la carga de el generador debe estar desconectado durante el arranque.
El rotor Darrieus tiene dos malas cualidades más. Primero, durante la rotación, el vector de empuje de la pala describe una revolución completa en relación con su enfoque aerodinámico, y no suavemente, sino en sacudidas. Por lo tanto, el rotor Darrieus rompe rápidamente su mecánica incluso con viento uniforme.
En segundo lugar, Daria no solo está haciendo ruido, sino gritando y chillando, hasta el punto de que la cinta se rompe. Esto se debe a su vibración. Y cuantas más hojas, más fuerte es el rugido. Entonces, si Daria está hecho, es de dos palas, hecho de costosos materiales que absorben el sonido de alta resistencia (fibra de carbono, mylar), y un pequeño avión está adaptado para girar en el medio del mástil.
Ortogonal
En pos. 3 – rotor vertical ortogonal con palas perfiladas. Ortogonal porque las alas sobresalen verticalmente. La transición de VS a ortogonal se ilustra en la Fig. izquierda.
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Carrusel y rotores ortogonales
El ángulo de instalación de las palas con respecto a la tangente al círculo que toca los focos aerodinámicos de las alas puede ser positivo (en la figura) o negativo, de acuerdo con la fuerza del viento. A veces, las palas se hacen giratorias y se colocan furgonetas meteorológicas sobre ellas, sujetando automáticamente el «alfa», pero estas estructuras suelen romperse.
El cuerpo central (azul en la figura) permite llevar el KIEV a casi el 50%. En una ortogonal de tres palas, debe tener la forma de un triángulo en sección con lados ligeramente convexos y esquinas redondeadas, y con un número mayor. de palas, un simple cilindro es suficiente. Pero la teoría de lo ortogonal da el número óptimo de palas sin ambigüedades: debería haber exactamente 3 de ellas.
Ortogonal se refiere a turbinas eólicas de alta velocidad con OSS, es decir, Requiere necesariamente promoción durante la puesta en servicio y después de la calma. Las APU seriales desatendidas con una capacidad de hasta 20 kW se producen de acuerdo con el esquema ortogonal.
Helicoide
Rotor helicoidal, o rotor de Gorlov (pos. 4) – una especie de ortogonal, que proporciona una rotación uniforme; el ortogonal con alas rectas «desgarra» sólo un poco más débil que el BC de dos palas. La flexión de las palas a lo largo del helicoide permite evitar pérdidas de KIEV por su curvatura. Aunque la pala curva rechaza parte del flujo sin utilizarlo, también rastrilla parte del mismo en la zona de mayor velocidad lineal, compensando las pérdidas. Los helicópteros se utilizan con menos frecuencia que otras turbinas eólicas, porque debido a la complejidad de la fabricación, son más caras que sus homólogos de igual calidad.
Barril-zagrebka
5 pos. – un rotor del tipo BC, rodeado por unas paletas de guía; su diagrama se muestra en la Fig. a la derecha. Rara vez se encuentra en el diseño industrial, porque La costosa adquisición de tierras no compensa el aumento de capacidad, y el consumo de materiales y la complejidad de la producción son grandes. Pero un constructor de viviendas que le teme al trabajo ya no es un maestro, sino un consumidor, y si no se necesitan más de 0.5-1.5 kW, entonces un dato para él:
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Rotor vertical con paletas de guía
- Un rotor de este tipo es absolutamente seguro, silencioso, no genera vibraciones y se puede instalar en cualquier lugar, incluso en un parque infantil.
- Doblar artesas galvanizadas y soldar un marco de tuberías es un trabajo sin sentido.
- La rotación es absolutamente uniforme, las partes de la mecánica se pueden sacar de las más baratas o de la basura.
- Sin miedo a los huracanes – el viento demasiado fuerte no puede empujar en el «barril»; un capullo de vórtice aerodinámico aparece a su alrededor (encontraremos este efecto más adelante).
- Y lo más importante, dado que la superficie de la «cuchara» es varias veces más grande que la del rotor en el interior, el KIEV puede estar sobre-unitario, y el par ya es de 3 m / s en el «barril» de tres metros de diámetro. Es tal que un generador de 1 kW con una carga máxima se dice que es mejor no contraerse.
Video: aerogenerador Lenz
APU Biryukov
En los años 60 en la URSS, E.S.Biryukov patentó una APU de carrusel con 46% de KIEV. Un poco más tarde, V. Blinov logró el 58% del diseño basado en el mismo principio KIEV, pero no hay datos sobre sus pruebas. Y el personal de la revista Inventor and Rationalizer llevó a cabo pruebas a gran escala de las Fuerzas Armadas de Biryukov. Un rotor de dos pisos con un diámetro de 0,75 my una altura de 2 m en un viento fresco hizo girar un generador asíncrono de 1,2 kW a plena potencia y resistió 30 m / s sin romperse. Los dibujos de APU de Biryukov se muestran en la Fig.
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Posiciones:
- rotor de techo galvanizado;
- rodamiento de bolas de doble hilera autoalineable;
- cables – cable de acero de 5 mm;
- eje del eje: tubería de acero con un espesor de pared de 1,5-2,5 mm;
- palancas de control de velocidad aerodinámicas;
- cuchillas del regulador de velocidad: madera contrachapada de 3-4 mm o láminas de plástico;
- varillas del regulador de velocidad;
- el peso del controlador de velocidad, su peso determina la velocidad;
- polea motriz: una rueda de bicicleta sin neumático con cámara;
- cojinete de empuje – cojinete de empuje;
- polea conducida – polea generadora estándar;
- generador.
Biryukov recibió varios certificados de derechos de autor para su APU. Primero, observe el corte del rotor. Al acelerar, funciona como un avión, creando un gran momento de inicio. A medida que avanza el giro, se crea un cojín de vórtice en los bolsillos exteriores de las palas. Desde el punto de vista del viento, las palas se perfilan y el rotor se vuelve ortogonal de alta velocidad, con el perfil virtual cambiando según la fuerza del viento.
En segundo lugar, el canal perfilado entre las palas en el rango de velocidad de funcionamiento actúa como un cuerpo central. Si el viento aumenta, también se crea un cojín de vórtice en él, que se extiende más allá del rotor. El mismo capullo de vórtice aparece alrededor de la APU con las paletas de guía. La energía para su creación se toma del viento y ya no es suficiente para la avería del molino de viento.
En tercer lugar, el controlador de velocidad está diseñado principalmente para la turbina. Mantiene su rotación óptima desde el punto de vista de KIEV. Y la velocidad óptima del generador se obtiene mediante la elección de la relación de transmisión de los mecánicos.
Nota: después de las publicaciones en el RI de 1965, las Fuerzas Armadas de Ucrania Biryukova se hundieron en el olvido. El autor no recibió respuesta de las autoridades. El destino de muchos inventos soviéticos. Dicen que algunos japoneses se hicieron multimillonarios, leyendo regularmente revistas técnicas populares soviéticas y patentando todo lo que merece atención.
Cuchillas
Como se indicó anteriormente, una turbina eólica de rotor de paletas horizontal es la mejor de las clásicas. Pero, en primer lugar, necesita un viento estable, al menos de fuerza media. En segundo lugar, la construcción para el aficionado al bricolaje está plagada de muchas trampas, por lo que a menudo el fruto de un largo trabajo duro, en el mejor de los casos, ilumina el inodoro, el pasillo o el porche, o incluso resulta que solo puede desenrollarse.
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Según los diagramas de la Fig. miremos más de cerca; posiciones:
- HIGO. PERO:
- álabes del rotor;
- generador;
- cama del generador;
- veleta protectora (pala para huracanes);
- colector de corriente;
- chasis;
- nudo giratorio;
- veleta de trabajo;
- mástil;
- abrazadera para cables.
- HIGO. B, vista superior:
- veleta protectora;
- veleta de trabajo;
- regulador de tensión de resorte de la paleta protectora.
- HIGO. G, anillo colector:
- un colector con barras colectoras continuas de anillo de cobre;
- cepillos de cobre-grafito con resorte.
Nota: la protección contra huracanes para una paleta horizontal con un diámetro de más de 1 m es absolutamente necesaria porque no es capaz de crear un capullo de vórtice a su alrededor. Con dimensiones más pequeñas, se puede lograr una resistencia del rotor de hasta 30 m / s con palas de propileno.
Entonces, ¿dónde están los obstáculos?
Cuchillas
![Generador de viento casero para el hogar y casas de verano: principios de funcionamiento, esquemas, qué y cómo hacer.](/imagesvopr/6_37.jpeg)
Perfilado y torsión de la hoja APU
Esperar lograr una potencia en el eje del generador de más de 150-200 W en palas de cualquier tamaño, cortadas de una tubería de plástico de paredes gruesas, como se aconseja a menudo, son las esperanzas de un aficionado desesperado. Una hoja de tubería (a menos que sea tan gruesa que simplemente se use como pieza en bruto) tendrá un perfil segmentado, es decir, su parte superior, o ambas, serán arcos circulares.
Los perfiles de segmento son adecuados para un medio incompresible, como hidroalas o palas de hélice. Para los gases, se necesita una pala de perfil y paso variables, por ejemplo, ver fig .; luz – 2 m Será un producto complejo y lento que requiere un cálculo minucioso completamente armado con teoría, soplado en una tubería y pruebas a gran escala.
Generador
Cuando el rotor se monta directamente en su eje, el rodamiento estándar pronto se romperá; no ocurre la misma carga en todas las palas de las turbinas eólicas. Necesita un eje intermedio con un cojinete de soporte especial y una transmisión mecánica desde él hasta el generador. Para grandes aerogeneradores, el cojinete de apoyo se toma como una doble hilera autoalineable; en los mejores modelos: tres niveles, Fig. D en la Fig. sobre. Esto permite que el eje del rotor no solo se doble ligeramente, sino que también se mueva ligeramente de lado a lado o hacia arriba y hacia abajo.
Nota: Se necesitaron unos 30 años para desarrollar un cojinete de empuje para la APU EuroWind.
Veleta de emergencia
El principio de su funcionamiento se muestra en la FIG. C. El viento, aumentando, presiona la pala, el resorte se estira, el rotor gira, sus revoluciones caen y al final se vuelve paralelo al flujo. Todo parece estar bien, pero fue suave en el papel …
En un día ventoso, intente sostener una tapa para hervir o una cacerola grande por el mango paralelo al viento. Solo con cuidado: una pieza de hierro inquieta puede golpear la cara de tal manera que frote la nariz, corte el labio o incluso le caiga el ojo.
El viento plano se produce solo en cálculos teóricos y, con suficiente precisión para la práctica, en túneles de viento. En realidad, los aerogeneradores de un huracán con una pala de huracán destrozan más que los completamente indefensos. Después de todo, es mejor cambiar las hojas deformadas que hacer todo de nuevo. En las instalaciones industriales, la cosa es diferente. Allí, el paso de las palas, una a la vez, es monitoreado y ajustado por la automatización controlada por la computadora de a bordo. Y están hechos de compuestos de alta resistencia, no de tuberías de agua.
Colector de corriente
Este es un sitio con servicio regular. Cualquier ingeniero de energía sabe que un colector con cepillos debe limpiarse, lubricarse y regularse. Y el mástil está hecho de una pipa de agua. No entrarás, una vez al mes o dos tendrás que tirar todo el molino al suelo y luego volver a levantarlo. ¿Cuánto tiempo durará de tal «prevención»?
Video: aerogenerador de palas + panel solar para suministro de energía de la cabaña de verano.
Mini y micro
Pero con una disminución en el tamaño de la paleta, las dificultades caen a lo largo del cuadrado del diámetro de la rueda. Ya es posible fabricar una APU de hoja horizontal por sí sola para una potencia de hasta 100 W. Uno de 6 palas sería óptimo. Con más palas, el diámetro del rotor para la misma potencia será menor, pero será difícil asegurarlas firmemente en el buje. Se pueden ignorar los rotores de menos de 6 palas: un 2 palas de 100 W necesita un rotor de 6,34 my uno de 4 palas de la misma potencia necesita 4,5 m. Para un 6 palas, la relación potencia-diámetro se expresa de la siguiente manera :
- 10 W – 1,16 m.
- 20 W – 1,64 m.
- 30 W – 2 m.
- 40 W – 2,32 m.
- 50 W – 2,6 m.
- 60 W – 2,84 m.
- 70 W – 3,08 m.
- 80 W – 3,28 m.
- 90 W – 3,48 m.
- 100 W – 3,68 m.
- 300 W – 6,34 m.
Lo mejor será contar con una potencia de 10-20 vatios. En primer lugar, una hoja de plástico con una envergadura de más de 0,8 m no resistirá vientos superiores a 20 m / s sin medidas de protección adicionales. En segundo lugar, con una envergadura de pala de hasta los mismos 0,8 m, la velocidad lineal de sus extremos no superará la velocidad del viento en más de tres veces, y los requisitos para perfilar con torsión se reducen en órdenes de magnitud; aquí una «artesa» con un perfil segmentado de una tubería, pos. B en la Fig. Y 10-20 W proporcionarán energía a la tableta, recargarán el teléfono inteligente o encenderán la luz de limpieza.
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Mini y micro aerogeneradores
A continuación, seleccione el generador. Un motor chino es perfecto: un cubo de rueda para bicicletas eléctricas, pos. 1 en la fig. Su potencia como motor es de 200-300 W, pero en modo generador dará unos 100 W. Pero, ¿nos vendrá bien en términos de facturación?
El índice de velocidad z para 6 palas es 3. La fórmula para calcular la velocidad de rotación bajo carga es N = v / l * z * 60, donde N es la velocidad de rotación, 1 / min, v es la velocidad del viento y l es la circunferencia del rotor. Con una envergadura de palas de 0,8 my un viento de 5 m / s, obtenemos 72 rpm; a 20 m / s – 288 rpm. La rueda de la bicicleta gira aproximadamente a la misma velocidad, por lo que quitaremos nuestros 10-20 vatios de un generador capaz de dar 100. Puede colocar el rotor directamente en su eje.
Pero aquí surge el siguiente problema: nosotros, habiendo gastado mucha mano de obra y dinero, al menos en un motor, conseguimos … ¡un juguete! ¿Qué son 10-20, bueno, 50 vatios? Y no se puede hacer un molino de viento de palas capaz de alimentar al menos un televisor en casa. ¿Es posible comprar un mini generador de viento ya hecho y costará menos? Tanto como sea posible, e incluso lo más barato, consulte la pos. 4 y 5. Además, también será móvil. Colóquelo en el tocón de un árbol y úselo.
La segunda opción es si un motor paso a paso se encuentra en algún lugar de una unidad antigua de 5 u 8 pulgadas, o de una unidad de papel o un carro de una impresora de inyección de tinta o de matriz de puntos inutilizable. Puede funcionar como generador, y es más fácil acoplarle un rotor carrusel de latas (pos. 6) que montar una estructura como la que se muestra en la pos. 3.
En general, la conclusión sobre las «cuchillas» no es ambigua: hecha en casa, es más probable que se adapte al contenido de su corazón, pero no para una producción real de energía a largo plazo.
Video: el generador de viento más simple para iluminar una cabaña de verano.
Veleros
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Aerogeneradores de vela
El aerogenerador de vela se conoce desde hace mucho tiempo, pero los paneles blandos de sus palas (ver Fig.) Comenzaron a fabricarse con la llegada de telas y películas sintéticas de alta resistencia y resistentes al desgaste. Los molinos de viento de varias palas con velas rígidas están ampliamente distribuidos en todo el mundo como propulsor de bombas de agua automáticas de baja potencia, pero sus datos técnicos son inferiores incluso a los de los carruseles.
Sin embargo, una vela suave como el ala de un molino de viento, al parecer, resultó no ser tan simple. No es una cuestión de resistencia al viento (los fabricantes no limitan la velocidad máxima permitida del viento): los veleros ya saben que es casi imposible que el viento rompa las velas de las bermudas. Más bien, la lona se rasgará, o el mástil se romperá, o todo el barco hará un «vuelco excesivo». Se trata de energía.
Desafortunadamente, no se pueden encontrar datos de prueba exactos. Según las opiniones de los usuarios, fue posible elaborar dependencias «sintéticas» para la instalación de un aerogenerador-4.380 / 220.50 fabricado en Taganrog con un diámetro de rueda de viento de 5 m, un peso de cabeza de viento de 160 kg y una velocidad de rotación de hasta 40 rpm; se muestran en la Fig.
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Características de VEU-4.380 / 220.50
Por supuesto, no puede haber garantías de una fiabilidad del 100%, pero aun así está claro que aquí no hay indicios de un modelo mecánico plano. De ninguna manera una rueda de 5 metros con un viento plano de 3 m / s puede dar alrededor de 1 kW, a 7 m / s alcanzar una meseta de potencia y luego mantenerla hasta una fuerte tormenta. Los fabricantes, por cierto, declaran que se pueden obtener 4 kW nominales a 3 m / s, pero cuando se instalan por sus fuerzas de acuerdo con los resultados de los estudios de aerología local.
Tampoco existe una teoría cuantitativa; Las explicaciones de los desarrolladores son oscuras. Sin embargo, dado que la gente compra los aerogeneradores Taganrog y funcionan, queda suponer que la circulación cónica declarada y el efecto propulsor no son ficción. En cualquier caso, son posibles.
Entonces, resulta que, ANTES del rotor, de acuerdo con la ley de conservación del momento, también debería haber un vórtice cónico, pero en expansión y lento. Y tal embudo conducirá el viento hacia el rotor, su superficie efectiva resultará ser más barrida y KIEV: sobre-unidad.
La luz sobre esta cuestión podría arrojarse mediante mediciones de campo del campo de presión frente al rotor, al menos con un aneroide doméstico. Si resulta ser más alto que de los lados a los lados, entonces, de hecho, las APU de navegación funcionan como moscas de escarabajo.
Generador casero
Por lo que se ha dicho anteriormente, está claro que es mejor para los constructores de viviendas embarcarse en verticales o en veleros. Pero ambos son muy lentos y la transferencia a un generador de alta velocidad es un trabajo innecesario, costos y pérdidas innecesarios. ¿Puedes hacer tú mismo un generador eléctrico de baja velocidad eficiente?
Sí, se puede, con imanes de aleación de niobio, los llamados. super imanes. El proceso de fabricación de las piezas principales se muestra en la Fig. Bobinas: cada una de 55 vueltas de alambre de cobre de 1 mm en aislamiento de esmalte de alta resistencia resistente al calor, FEMM, PETV, etc. La altura de los devanados es de 9 mm.
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Detalles de un generador de fabricación propia en súper imanes.
Preste atención a los chaveteros en las mitades del rotor. Deben ubicarse de manera que los imanes (se pegan al circuito magnético con epoxi o acrílico) después del montaje se junten con polos opuestos. Los «panqueques» (núcleos magnéticos) deben estar hechos de un ferromaimán magnético blando; El acero estructural regular servirá. El grosor de los «panqueques» es de al menos 6 mm.
En general, es mejor comprar imanes con orificio axial y apretarlos con tornillos; los súper imanes atraen con una fuerza terrible. Por la misma razón, se coloca un espaciador cilíndrico de 12 mm de alto en el eje entre los «panqueques».
Los devanados que componen las secciones del estator están conectados de acuerdo con los diagramas que también se muestran en la Fig. Los extremos soldados no deben estirarse, sino que deben formar bucles, de lo contrario, el epoxi que llenará el estator, endureciéndose, puede romper los cables.
El estator se vierte en el molde hasta un espesor de 10 mm. No es necesario centrar y equilibrar, el estator no gira. El espacio entre el rotor y el estator es de 1 mm en cada lado. El estator en la carcasa del generador debe fijarse de forma segura no solo contra el desplazamiento axial, sino también contra el giro; un fuerte campo magnético con una corriente en la carga lo arrastrará.
Video: generador de turbina eólica de bricolaje.
Producción
¿Y qué tenemos al final? El interés por las «palas» se explica más por su espectacular apariencia que por el rendimiento real en un diseño casero y con poca potencia. Una APU de carrusel de fabricación propia proporcionará energía de «reserva» para cargar la batería de un automóvil o suministrar energía a una casa pequeña.
Pero con la APU de vela, vale la pena experimentar con maestros con una racha creativa, especialmente en una versión mini, con una rueda de 1-2 m de diámetro. Si las suposiciones de los desarrolladores son correctas, entonces será posible eliminar de esto, utilizando el motor-generador chino descrito anteriormente, todos sus 200-300 vatios.
No es difícil hacer un marco (mástil) para un rotor de vela. Además, las APU de navegación son seguras y no se detectan los sonidos que emiten, tanto por infrarrojos como audibles. Y no es necesario que comprenda mucho el rotor, solo un diámetro de rueda es suficiente.