Дефлектор з вітряною турбіною. Турбодефлектор для вентиляції своїми руками

Росія щодо вітроенергетичних ресурсів займає подвійне становище. З одного боку, завдяки величезній загальної площіі безлічі рівнинних територій вітру загалом багато, і він переважно рівний. З іншого боку – наші вітри переважно низькопотенційні, повільні, див. рис. З третьої, мало обжитих місцевостях вітри буйні. Виходячи з цього, завдання завести на господарстві вітрогенератор є цілком актуальним. Але щоб вирішити – купувати достатньо дорогий пристрій, або зробити його своїми руками, потрібно добре подумати, який тип (а їх дуже багато) для якої мети вибрати.

Основні поняття

1. КИЕВ – коефіцієнт використання енергії вітру. У разі застосування для розрахунку механістичної моделі плоского вітру (див. далі) він дорівнює ККД ротора ветросилової установки (ЗСУ).
2. ККД – наскрізний ККД ЗСУ, від вітру, що набігає, до клем електрогенератора, або до кількості накачаної в бак води.
3. Мінімальна робоча швидкістьвітру (МРС) – швидкість його, коли він вітряк починає давати струм у навантаження.
4. Максимально допустима швидкість вітру (МДС) – його швидкість, при якій вироблення енергії припиняється: автоматика або відключає генератор, або ставить ротор у флюгер, або складає його і ховає, або сам ротор зупиняється, або ЗСУ просто руйнується.
5. Стартова швидкість вітру (ССВ) – при такій швидкості ротор здатний провернутися без навантаження, розкрутитися і увійти в робочий режим, після чого можна включати генератор.
6. Негативна стартова швидкість (ОСС) – це означає, що ЗСУ (або ВЕУ – вітроенергетична установка, або ВЕА, вітроенергетичний агрегат) для запуску за будь-якої швидкості вітру вимагає обов'язкового розкручування від стороннього джерела енергії.
7. Стартовий (початковий) момент – здатність ротора, примусово загальмованого в потоці повітря, створювати крутний момент на валу.
8. Вітродвигун (ВД) – частина ЗСУ від ротора до валу генератора чи насоса, чи іншого споживача енергії.
9. Роторний вітрогенератор - ЗСУ, в якій енергія вітру перетворюється на момент обертання на валу відбору потужності за допомогою обертання ротора в потоці повітря.
10. Діапазон робочих швидкостей ротора – різниця між МДС та МРС під час роботи на номінальне навантаження.
11. Тихохідний вітряк - у ньому лінійна швидкість частин ротора в потоці значно не перевищує швидкість вітру або нижче її. Динамічний напір потоку безпосередньо перетворюється на тягу лопаті.
12. Швидкохідний вітряк – лінійна швидкість лопат істотно (до 20 і більше разів) вище швидкості вітру, і ротор утворює свою власну циркуляцію повітря. Цикл перетворення енергії потоку в складний тягу.

Примітки:

1. Тихохідні ЗСУ, як правило, мають КИЕВ нижче, ніж швидкохідні, але мають стартовий момент, достатній для розкручування генератора без відключення навантаження та нульову ССВ, тобто. абсолютно самозапускаються і застосовні при слабких вітрах.
2. Тихохідність та швидкохідність – поняття відносні. Побутовий вітряк на 300 об/хв може бути тихохідним, а потужні ЗСУ типу EuroWind, з яких набирають поля вітроелектростанцій, ВЕС (рис.) і ротори яких роблять близько 10 об/хв – швидкохідні, т.к. при такому їх діаметрі лінійна швидкість лопатей та їх аеродинаміка на більшій частині розмаху – цілком «літакові», див. далі.

Який потрібний генератор?

Електричний генератор для вітряка побутового призначення повинен виробляти електроенергію в широкому діапазоні швидкостей обертання і володіти здатністю самозапуску без автоматики та зовнішніх джерелживлення. У разі використання ЗСУ з ОСС (вітряки з розкруткою), які мають, як правило, високі КИЕВ та ККД, він повинен бути і оборотним, тобто. вміти працювати і як двигун. При потужностях до 5 кВт цій умові задовольняють електричні машини з постійними магнітамина основі ніобію (супермагнітами); на сталевих чи феритових магнітах можна розраховувати лише на 0,5-0,7 кВт.

Примітка: асинхронні генератори змінного струму або колекторні з ненамагніченим статором не годяться зовсім. При зменшенні сили вітру вони згаснуть задовго до того, як його швидкість впаде до МРС, і потім самі не запустяться.

Відмінне «серце» ЗСУ потужністю від 0,3 до 1-2 кВт виходить із автогенератора змінного струму з вбудованим випрямлячем; таких зараз більшість. По-перше, вони тримають вихідну напругу 11,6-14,7 В досить широкому діапазоні швидкостей без зовнішніх електронних стабілізаторів. По-друге, кремнієві вентилі відкриваються, коли напруга на обмотці досягне приблизно 1,4, а до цього генератор «не бачить» навантаження. Для цього генератор потрібно вже досить пристойно розкрутити.

У більшості випадків автогенератор можна безпосередньо, без зубчастої або ремінної передачі, з'єднати з валом швидкохідного ВД, підібравши оберти вибором кількості лопат, див. нижче. "Швидкоходки" мають малий або нульовий стартовий момент, але ротор і без відключення навантаження встигне достатньо розкрутитися, перш ніж вентилі відкриються і генератор дасть струм.

Вибір за вітром

Перш ніж вирішувати, як зробити вітрогенератор, визначимося з місцевою аерологією. У сіро-зелених(безвітряних) областях вітрової карти хоч якийсь толк буде лише від вітрильного вітродвигуна(І їх далі поговоримо). Якщо необхідне постійне енергопостачання, доведеться додати бустер (випрямляч зі стабілізатором напруги), зарядний пристрій, потужну акумуляторну батарею, інвертор 12/24/36/48 постійки в 220/380 В 50 Гц змінного струму. Обійдеться таке господарство не менше $20.000, і зняти довготривалу потужність понад 3-4 кВт навряд чи вийде. Загалом, при непохитному прагненні альтернативної енергетики краще пошукати інше її джерело.

У жовто-зелених, слабовітряних місцях, при потребі в електриці до 2-3 кВт, самому можна взятися за тихохідний. вертикальний вітрогенератор . Їх розроблено немає числа, і є конструкції, за КИЕВ та ККД майже не поступаються «лопатеві» промислового виготовлення.

Якщо ж ВЕУ для дому передбачається купити, то краще орієнтуватися на вітряк із вітрильним ротором. Спорів і їх багато, і теоретично поки що все ясно, але працюють. У РФ «вітрили» випускають у Таганрозі на потужність 1-100 кВт.

У червоних, вітряних регіонах вибір залежить від потрібної потужності.У діапазоні 0,5-1,5 кВт виправдані саморобні вертикалки; 1,5-5 кВт – покупні вітрильники. «Вертикалка» теж може бути покупною, але обійдеться дорожче за ЗСУ горизонтальної схеми. І, нарешті, якщо потрібно вітряк потужністю 5 кВт і більше, то вибирати потрібно між горизонтальними покупними "лопатями" або "вітрильниками".

Примітка: багато виробників, особливо другого ешелону, пропонують комплекти деталей, з яких можна зібрати вітрогенератор потужністю до 10 кВт самостійно. Обійдеться такий набір на 20-50% дешевше від готового з установкою. Але перш за покупку потрібно уважно вивчити аерологію передбачуваного місця встановлення, а потім за специфікаціями підібрати відповідний типта модель.

Про безпеку

Деталі вітродвигуна побутового призначення у роботі можуть мати лінійну швидкість, що перевищує 120 і навіть 150 м/с, а шматочок будь-якого твердого матеріалувагою 20 г, що летить зі швидкістю 100 м/с, при «вдалому» попаданні вбиває здорового мужика наповал. Сталева, або з жорсткого пластику, пластина товщиною 2 мм, що рухається зі швидкістю 20 м/с, розтинає його навпіл.

Крім того, більшість вітряків потужністю понад 100 Вт досить сильно шумлять. Багато хто породжує коливання тиску повітря наднизькою (менше 16 Гц) частоти – інфразвуки. Інфразвуки нечутні, але згубні здоров'ю, а поширюються дуже далеко.

Примітка: наприкінці 80-х у США був скандал – довелося закрити найбільшу на той момент у країні ВЕС. Індіанці з резервації за 200 км від поля її ЗСУ довели в суді, що різко почастішали в них після введення ЗЕЗ в експлуатацію розлади здоров'я обумовлені її інфразвуками.

Через зазначені вище причини встановлення ЗСУ допускається на відстані не менше 5 їх висот від найближчих житлових будівель. У дворах приватних домоволодінь можна встановлювати вітряки промислового виготовлення, сертифіковані відповідним чином. На дахах ставити ЗСУ взагалі не можна – при їх роботі навіть у малопотужних виникають знакозмінні механічні навантаження, здатні викликати резонанс. будівельної конструкціїта її руйнування.

Примітка: висотою ЗСУ вважається найвища точка диска, що омітається (для лопатевих роторів) або геомеричної фігури (для вертикальних ЗСУ з ротором на держаку). Якщо щогла ЗСУ або вісь ротора виступають вгору ще вище, висота вважається за їхньою топою - верхівкою.

Вітер, аеродинаміка, КИЕВ

Саморобний вітрогенератор підпорядковується тим самим законам природи, як і заводський, розрахований на комп'ютері. І саморобнику основи його роботи треба розуміти дуже добре – у його розпорядженні найчастіше немає дорогих суперсучасних матеріалів та технологічного обладнання. Аеродинаміка ж ЗСУ ох як непроста…

Вітер та КИЕВ

Для розрахунку серійних заводських ЗСУ використовується т. зв. плоскі механістичні моделі вітру. У її основі такі припущення:

• Швидкість та напрямок вітру постійні в межах ефективної поверхні ротора.
• Повітря – суцільне середовище.
• Ефективна поверхня ротора дорівнює площі, що омітається.
• Енергія повітряного потоку – суто кінетична.

За таких умов максимальну енергію одиниці об'єму повітря обчислюють за шкільною формулою, вважаючи густину повітря за нормальних умов 1,29 кг*куб. м. При швидкості вітру 10 м/с один куб повітря несе 65 Дж, і з одного квадрата ефективної поверхні ротора можна, при 100% ККД всієї ЗСУ, зняти 650 Вт. Це дуже спрощений підхід - всі знають, що вітер ідеально рівним не буває. Але це доводиться йти, щоб забезпечити повторюваність виробів – звичайне у техніці справа.

Плоскую модель не слід ігнорувати, вона дає чіткий мінімум доступної енергії вітру. Але повітря, по-перше, стискаємо, по-друге, дуже плинний (динамічна в'язкість всього 17,2 мкПа * с). Це означає, що потік може обтікати площу, що ометається, зменшуючи ефективну поверхню і КИЕВ, що найчастіше і спостерігається. Але в принципі можлива і зворотна ситуація: вітер стікається до ротора і площа ефективної поверхні тоді виявиться більше омітається, а КИЕВ - більше 1 щодо його для плоского вітру.

Наведемо два приклади. Перший - прогулянкова, досить важка, яхта може йти не тільки проти вітру, а й швидше за нього. Вітер мається на увазі зовнішній; вимпельний вітер все одно має бути швидшим, інакше як він судно потягне?

Другий – класика авіаційної історії. На випробуваннях МІГ-19 виявилося, що перехоплювач, який був на тонну важчий за фронтовий винищувач, за швидкістю розганяється швидше. З тими ж двигунами в тому ж планері.

Теоретики не знали, що і думати, і всерйоз засумнівалися у законі збереження енергії. Зрештою виявилося - справа в конусі обтічника РЛС, що виступає з повітрозабірника. Від його носка до обічайки виникало ущільнення повітря, яке ніби згрібало його зі сторін до компресорів двигунів. З того часу ударні хвилі міцно увійшли в теорію як корисні, і фантастичні льотні дані сучасних літаків значною мірою зумовлені їх умілим використанням.

Аеродинаміка

Розвиток аеродинаміки прийнято ділити на дві епохи – до Н. Г. Жуковського та після. Його доповідь «Про приєднані вихори» від 15 листопада 1905 р. стала початком нової ери в авіації.

До Жуковського літали на поставлених плашмя вітрилах: вважалося, що частинки потоку, що набігає, віддають весь свій імпульс передній кромці крила. Це дозволяло відразу позбавитися векторної величини – моменту кількості руху – породжувала зубодробну і найчастіше неаналітичну математику, перейти до куди зручнішим скалярним суто енергетичним співвідношенням, і отримати в результаті розрахункове поле тиску на несучу площину, більш-менш схоже на сьогодення.

Такий механістичний підхід дозволив створити апарати, здатні сяк-так піднятися в повітря і здійснити переліт з одного місця в інше, не обов'язково впавши на землю десь по дорозі. Але прагнення збільшити швидкість, вантажопідйомність та інші льотні якості дедалі більше виявляло недосконалість початкової аеродинамічної теорії.

Ідея Жуковського була така: вздовж верхньої та нижньої поверхонь крила повітря проходить різний шлях. З умови безперервності середовища (бульбашки вакууму самі по собі в повітрі не утворюються) випливає, що швидкості верхнього та нижнього потоків, що сходять із задньої кромки, повинні відрізнятися. Внаслідок нехай малої, але кінцевої в'язкості повітря там через різницю швидкостей має утворитися вихор.

Вихор обертається, а закон збереження кількості руху, настільки ж незаперечний, як закон збереження енергії, справедливий й у векторних величин, тобто. повинен враховувати напрям руху. Тому тут же, на задній кромці, повинен сформуватися вихор, що протилежно обертається, з таким же обертальним моментом. За рахунок чого? За рахунок енергії, що виробляється двигуном.

Для практики авіації це означало революцію: обравши відповідний профіль крила, можна було приєднаний вихор пустити навколо крила як циркуляції Р, що збільшує його підйомну силу. Тобто, витративши частину, а для великих швидкостей і навантажень на крило - більшу частину, потужності мотора, можна створити навколо апарату повітряний потік, що дозволяє досягти кращих льотних якостей.

Це робило авіацію авіацією, а не частиною повітроплавання: тепер літальний апарат міг сам створювати собі необхідне для польоту середовище і не бути іграшкою повітряних потоків. Потрібен тільки двигун потужніший, і ще й ще потужніший.

Знову КИЇВ

Але у вітряка двигуна немає. Він, навпаки, повинен відбирати енергію у вітру та давати її споживачам. І тут виходить – ноги витяг, хвіст ув'яз. Пустили надто мало енергії вітру на власну циркуляцію ротора – вона буде слабкою, тяга лопатей – малою, а КИЕВ та потужність – низькими. Віддамо на циркуляцію багато – ротор при слабкому вітрі буде на холостому ходікрутитись як шалений, але споживачам знову дістається мало: трохи дали навантаження, ротор загальмувався, вітер здув циркуляцію, і ротор став.

Закон збереження енергії " золоту серединудає саме посередині: 50% енергії даємо в навантаження, а на інші 50% підкручуємо потік до оптимуму. Практика підтверджує припущення: якщо ККД хорошого пропелера, що тягне, становить 75-80%, то КИЕВ так само ретельно розрахованого і продутого в аеродинамічній трубі лопатевого ротора доходить до 38-40%, тобто. до половини від того, чого можна досягти при надлишку енергії.

Сучасність

Нині аеродинаміка, озброєна сучасною математикою та комп'ютерами, дедалі більше уникає неминуче щось та спрощують моделей до точного описи поведінки реального тіла на реальному потоці. І тут, крім генеральної лінії – потужність, потужність, та ще раз потужність! - Виявляються шляхи побічні, але багатообіцяючі якраз при обмеженій кількості енергії, що надходить в систему.

Відомий авіатор-альтернативник Пол Маккріді ще у 80-х створив літак, з двома моторчиками від бензопили потужністю 16 к.с. що показав 360 км/год. Причому шасі його було триопорним, а колеса - без обтічників. Жоден з апаратів Маккріді не вийшов на лінію і не став на бойове чергування, але два – один із поршневими моторами та пропелерами, а інший реактивний – уперше в історії облетіли навколо земної кулі без посадки на одній заправці.

Вітрильників, що породили початкове крило, розвиток теорії теж торкнувся дуже суттєво. "Жива" аеродинаміка дозволила яхтам при вітрі в 8 вузл. стати на підводні крила (див. рис.); щоб розігнати таку гігант до потрібної швидкості гребним гвинтом, потрібен двигун не менше 100 к.с. Гоночні катамарани при такому вітрі ходять зі швидкістю близько 30 вузл. (55 км/год).

Є й знахідки зовсім нетривіальні. Любителі рідкісного та екстемального спорту – бейсджампінгу – одягнувши апеціальний костюм-крило, вінгсьют, літають без мотора, маневруючи, на швидкості понад 200 км/год (рис. праворуч), а потім плавно приземляються у заздалегідь обраному місці. У якій казці люди літають самі собою?

Дозволено й багато загадок природи; зокрема – політ жука. За класичною аеродинамікою він літати не здатний. Так само, як і родоначальник «стелсов» F-117 з його крилом ромбоподібного профілю теж не здатний піднятися в повітря. А МІГ-29 та Су-27, які деякий час можуть летіти хвостом уперед, і зовсім ні в які уявлення не вкладаються.

І чому тоді, займаючись вітродвигунами, не забавою і знаряддям знищення собі подібних, а джерелом життєво важливого ресурсу, потрібно танцювати неодмінно від теорії слабких потоків з її моделлю плоского вітру? Невже не знайдеться можливості рушити далі?

Чого чекати від класики?

Однак від класики відмовлятися в жодному разі не слід. Вона дає основу, не спираючись на яку не можна піднятися вище. Точно так, як теорія множин не скасовує таблицю множення, а від квантової хромодинаміки яблука з дерев нагору не відлетять.

Отже, на що можна розраховувати за класичного підходу? Подивимося на малюнок. Зліва – типи роторів; вони зображені умовно. 1 – вертикальний карусельний; 2 – вертикальний ортогональний (вітряна турбіна); 2-5 - лопатеві ротори з різною кількістю лопатей з оптимізованими профілями.

Праворуч по горизонтальній осі відкладена відносна швидкість ротора, тобто відношення лінійної швидкості лопаті до швидкості вітру. По вертикальній догори – КИЕВ. А вниз - знову ж таки відносний крутний момент. Одиничним (100%) крутним моментом вважається такий, що створює насильно загальмований у потоці ротор зі 100% КИЕВ, тобто. коли вся енергія потоку перетворюється на зусилля, що обертає.

Такий підхід дозволяє робити далекосяжні висновки. Скажімо, кількість лопатей потрібно вибирати не тільки і не стільки за бажаною швидкістю обертання: 3- і 4-лопастники відразу багато втрачають по КИЕВ і обертальний момент порівняно з 2- і 6-лопатниками, що добре працюють приблизно в тому ж діапазоні скоростей. А зовні схожі карусель і ортогонал мають принципово різні властивості.

В цілому ж перевагу слід віддавати лопатевим роторам, крім випадків, коли потрібна гранична дешевизна, простота, самозапуск без автоматики, що не обслуговується, і неможливий підйом на щоглу.

Примітка: про вітрильні ротори поговоримо особливо - вони, схоже, в класику не вкладаються.

Вертикалки

ЗСУ з вертикальною віссю обертання мають незаперечну для побуту перевагу: їх вузли, що потребують обслуговування, зосереджені внизу і не потрібне підйом нагору. Там залишається, і то не завжди, упорно-опорний самовстановлюваний підшипник, але він міцний і довговічний. Тому, проектуючи простий вітрогенератор, вибір варіантів потрібно починати з вертикалок. Основні їх типи представлені на рис.

НД

На першій позиції – найпростіший, найчастіше званий ротором Савоніуса. Насправді його винайшли в 1924 р. в СРСР Я. А. і А. А. Вороніни, а фінський промисловець Сігурд Савоніус безсовісно привласнив собі винахід, проігнорувавши радянське авторське свідоцтво, і розпочав серійний випуск. Але впровадження у долі винаходу означає дуже багато, тому ми, щоб не ворушити минуле і не турбувати порох померлих, назвемо цей вітряк ротором Вороніних-Савоніуса, або для стислості, ВС.

ВС для самороба всім хороший, крім «паровозного» КИЕВ у 10-18%. Однак у СРСР над ним працювало багато, і напрацювання є. Нижче ми розглянемо вдосконалену конструкцію, не набагато складнішу, але по КИЕВ, що дає фору лопаткам.

Примітка: дволопатевий НД не крутиться, а смикається ривками; 4-лопатевий лише трохи плавніший, але багато втрачає в КИЕВ. Для покращення 4-«коритні» найчастіше розносять на два поверхи – пару лопатей унизу, а інша пара, повернена на 90 градусів по горизонталі, над ними. КИЕВ зберігається, і бічні навантаження на механіку слабшають, але згинальні дещо зростають, і за вітру понад 25 м/с у такої ЗСУ на держаку, тобто. без розтягнутого вантами підшипника над ротором, зриває вежу.

Дар'ї

Наступний – ротор Дар'ї; КИЇВ – до 20%. Він ще простіше: лопаті – з простої пружної стрічки без жодного профілю. Теорія ротора Дар'ї ще недостатньо розроблена. Зрозуміло тільки, що починає він розкручуватися за рахунок різниці аеродинамічного опору горба та кишені стрічки, а потім стає начебто швидкохідним, утворюючи власну циркуляцію.

Обертальний момент малий, а в стартових положеннях ротора паралельно і перпендикулярно вітру взагалі відсутня, тому саморозкручування можливе тільки при непарній кількості лопатей (крил?) У будь-якому випадку на час розкручування навантаження від генератора потрібно відключати.

Є у ротора Дар'ї ще дві погані якості. По-перше, при обертанні вектор тяги лопаті описує повний оберт щодо її аеродинамічного фокусу, і не плавно, а ривками. Тому ротор Дар'ї швидко розбиває свою механіку навіть за рівного вітру.

По-друге, Дар'ї не те що галасує, а кричить і верещить, аж до того, що стрічка рветься. Відбувається це внаслідок її вібрації. І чим більше лопатей, тим сильніше ревіння. Так що Дар'ї якщо й роблять, то дволопатевими, з дорогих високоміцних звукопоглинаючих матеріалів (карбону, майлару), а для розкручування посередині щогли-древка пристосовують невеликий НД.

Ортогонал

На поз. 3 – ортогональний вертикальний роторз профільованими лопатями. Ортогональний тому, що крила стирчать вертикально. Перехід від ВС до ортогоналу ілюструє рис. зліва.

Кут установки лопатей щодо дотичної до кола, що стосується аеродинамічних фокусів крил, може бути як позитивним (на рис.), так і негативним, за силою вітру. Іноді лопаті роблять поворотними і ставлять на них флюгерки, які автоматично тримають «альфу», але такі конструкції часто ламаються.

Центральне тіло (блакитне на рис.) дозволяє довести КИЕВ майже до 50%. У трилопатевому ортогоналі воно повинно в розрізі мати форму трикутника зі злегка опуклими сторонами і округленими кутами, а при більшій кількості лопатей досить простого циліндра. Але теорія для ортогоналу оптимальна кількість лопатей дає однозначно: їх має бути 3.

Ортогонал належить до швидкохідних вітряків з ОСС, тобто. обов'язково вимагає розкручування при введенні в експлуатацію та після штилю. За ортогональною схемою випускаються серійні ВСУ, що не обслуговуються, потужністю до 20 кВт.

Гелікоїд

Гелікоїдний ротор, або ротор Горлова (поз. 4) - різновид ортогоналу, що забезпечує рівномірне обертання; ортогонал з прямими крилами «рве» лише трохи слабше за дволопатевий ВС. Вигин лопатей по гелікоїді дозволяє уникнути втрат КИЕВ через їхню кривизну. Хоча частина потоку крива лопать і відкидає, не використовуючи, зате й загрібає частину в зону найбільшої лінійної швидкості, компенсуючи втрати. Гелікоїди використовують рідше за інші вітряки, т.к. вони внаслідок складності виготовлення виявляються дорожчими за рівних за якістю побратимів.

Бочка-загребушка

на 5 поз. - Ротор типу ВС, оточений направляючим апаратом; його схема представлена ​​на рис. праворуч. У промисловому виконанні трапляється рідко, т.к. дороге відведення землі не компенсує приросту потужності, а матеріаломісткість і складність виробництва великі. Але саморобник, який боїться роботи – вже не майстер, а споживач, і, якщо потрібно не більше 0,5-1,5 кВт, то для нього «бочка-загребушка» ласий шматок:

• Ротор такого типу абсолютно безпечний, безшумний, не створює вібрацій і може бути встановлений будь-де, хоч на дитячому майданчику.
• Зігнути «корита» з оцинковки та зварити каркас із труб – робота нісенітна.
• Обертання – абсолютно рівномірне, деталі механіки можна взяти найдешевші або з непотребу.
• Не боїться ураганів - надто сильний вітер не може проштовхнутися в бочку; навколо неї виникає обтічний вихровий кокон (ми з цим ефектом ще зіткнемося).
• А найголовніше - оскільки поверхня «загребушки» в кілька разів більша за такий ротора всередині, КИЕВ може бути і надпоодиноким, а обертальним моментом вже при 3 м/с у «бочки» триметрового діаметру такий, що генератору на 1 кВт з граничним навантаженням, як кажуть, краще і не смикатися.

Відео: вітрогенератор Ленца

У 60-х у СРСР Є. С. Бірюков запатентував карусельну ЗСУ з КИЕВ 46%. Трохи пізніше В. Блінов досяг від конструкції на тому ж принципі КИЕВ 58%, але даних про її випробування немає. А натурні випробування ЗСУ Бірюкова було проведено співробітниками журналу «Винахідник і раціоналізатор». Двоповерховий ротор діаметром 0,75 м та висотою 2 м при свіжому вітрі розкручував на повну потужність асинхронний генератор 1,2 кВт та витримував без поломки 30 м/с. Креслення ВСУ Бірюкова наведено на рис.

1. ротор з покрівельної оцинковки;
2. самовстановлюваний дворядний кульковий підшипник;
3. ванти - 5 мм сталевий трос;
4. вісь-древко – сталева трубаіз товщиною стінок 1,5-2,5 мм;
5. важелі аеродинамічного регулятора обертів;
6. лопаті регулятора оборотів - 3-4 мм фанера або листовий пластик;
7. тяги регулятора оборотів;
8. вантаж регулятора оборотів, його вага визначає частоту обертання;
9. ведучий шків - велосипедне колесо без шини з камерою;
10. підп'ятник - упорно-опорний підшипник;
11. ведений шків - штатний шків генератора;
12. генератор.

Бірюков на свою ЗСУ отримав одразу кілька авторських свідоцтв. По-перше, зверніть увагу на розріз ротора. При розгоні він працює подібно до НД, створюючи великий стартовий момент. У міру розкручування у зовнішніх кишенях лопатей створюється вихрова подушка. З погляду вітру, лопаті стають профільованими, і ротор перетворюється на швидкохідний ортогонал, причому віртуальний профіль змінюється відповідно до сили вітру.

По-друге, профільований канал між лопатями у робочому діапазоні швидкостей працює як центральне тіло. Якщо ж вітер посилюється, то в ньому створюється вихрова подушка, що виходить за межі ротора. Виникає такий самий вихровий кокон, як навколо ЗСУ з направляючим апаратом. Енергія на його створення береться від вітру, тому на поломку вітряка її вже не вистачає.

По-третє, регулятор обертів призначений насамперед для турбіни. Він тримає її оберти оптимальними з погляду КИЕВ. Оптимум частоти обертання генератора забезпечується вибором передавального відношення механіки.

Примітка: після публікацій в ІР за 1965 р. ЗСУ Бірюкова канула в небуття. Відповіді від інстанцій автор так і не дочекався. Доля багатьох радянських винаходів. Кажуть, якийсь японець став мільярдером, регулярно читаючи радянські популярно-технічні журнали і патентуючи у себе все, що заслуговує на увагу.

Лопатники

Як у сказано, за класикою горизонтальний вітрогенератор із лопатевим ротором – найкращий. Але, по-перше, йому потрібен стабільний хоч би середньої сили вітер. По-друге, конструкція для саморобника таїть у собі чимало підводних каменів, через що нерідко плід довгих завзятих праць у найкращому випадкувисвітлює туалет, передпокій або ганок, а то й виявляється здатний лише розкрутити себе.

За схемами на рис. розглянемо докладніше; позиції:

• Фіг. А:

1. лопаті ротора;
2. генератор;
3. станина генератора;
4. захисний флюгер (ураганна лопата);
5. струмознімач;
6. шасі;
7. поворотний вузол;
8. робочий флюгер;
9. щогла;
10. хомут під ванти.

• Фіг. Б, вид зверху:

1. захисний флюгер;
2. робочий флюгер;
3. регулятор натягу пружини захисного флюгера.

• Фіг. Г, струмознімач:

1. колектор із мідними нерозрізними кільцевими шинами;
2. пружні міднографітові щітки.

Примітка: ураганний захист для горизонтального лопатника діаметром понад 1 м абсолютно необхідний, т.к. створити навколо себе вихровий кокон він не здатний. При менших розмірах можна досягти витривалості ротора до 30 м/с з лопатями з пропілену.

Отже, де на нас чекають «спотики»?

Лопаті

Розраховувати досягти потужності на валу генератора понад 150-200 Вт на лопатях будь-якого розмаху, вирізаних з товстостінної пластикової труби, як часто радять – надії безпросвітного дилетанта. Лопата з труби (якщо вона не настільки товста, що використовується просто як заготівля) матиме сегментний профіль, тобто. його верхня або обидві поверхні будуть дугами кола.

Сегментні профілі придатні для середовища, що не стискається, скажімо, для підводних крил або лопатей гребного гвинта. Для газів же потрібна лопать змінного профілю та кроку, наприклад див. рис.; розмах – 2 м. Це буде складний і трудомісткий виріб, що вимагає кропіткого розрахунку у всеозброєнні теорії, продувок у трубі та натурних випробувань.

Генератор

При насадці ротора прямо на його вал штатний підшипник швидко розіб'ється - однакового навантаження на всі лопаті у вітряках не буває. Потрібен проміжний вал із спеціальним опорним підшипником та механічна передача від нього на генератор. Для великих вітряків опорний підшипник беруть дворядний самовстановлюваний; у найкращих моделях – триярусний, Фіг. Д на рис. вище. Такий дозволяє валу ротора не тільки злегка згинатися, а й трохи зміщуватися з боку в бік або вгору-вниз.

Примітка: На розробку опорного підшипника для ЗСУ типу EuroWind пішло близько 30 років.

Аварійний флюгер

Принцип його показує Фіг. В. Вітер, посилюючись, тисне на лопату, пружина розтягується, ротор перекошується, обороти його падають і врешті-решт він стає паралельним потоку. Начебто все добре, але – гладко було на папері…

Спробуйте у вітряний день утримати за ручку паралельно вітру кришку від виварювання чи великої каструлі. Тільки обережно - вертлява залізяка може саданути по фізіономії так, що розквасить ніс, розсіче губу, а то й виб'є око.

Плоский вітер буває лише в теоретичних викладках і з достатньою для практики точністю в аеродинамічних трубах. Реально ж ураган вітряки з ураганною лопатою корежить більше, ніж беззахисні. Краще все-таки міняти зіпсовані лопаті, ніж робити знову все. У промислових установках – інша річ. Там крок лопатей, по кожній окремо, відстежує та регулює автоматика під керуванням бортового комп'ютера. І робляться вони із надміцних композитів, а не з водопровідних труб.

Струмознімач

Це – вузол, що регулярно обслуговується. Будь-який енергетик знає, що колектор із щітками потрібно чистити, змащувати, регулювати. А щогла – з водопровідної труби. Не залізеш, раз на місяць-два доведеться весь вітряк валити на землю і потім знову піднімати. Скільки він протягне від такої "профілактики"?

Відео: лопатевий вітрогенератор + сонячна панель для електропостачання дачі

Міні та мікро

Але із зменшенням розмірів лопатника проблеми падають по квадрату діаметра колеса. Виготовлення горизонтальної лопатевої ЗСУ своїми силами на потужність до 100 Вт вже можливе. Оптимальним буде 6-лопатевий. При більшій кількості лопат діаметр ротора, розрахованого на ту ж потужність, буде менше, але їх виявиться важко міцно закріпити на маточині. Ротори про менш ніж 6 лопатях можна не мати на увазі: 2-лопатникові на 100 Вт потрібен ротор діаметром 6,34 м, а 4-лопатникові тієї ж потужності - 4,5 м. Для 6-лопаткового залежність потужність - діаметр виражається наступним чином:

• 10 Вт - 1,16 м.
• 20 Вт - 1,64 м.
• 30 Вт - 2 м.
• 40 Вт - 2,32 м.
• 50 Вт - 2,6 м.
• 60 Вт - 2,84 м.
• 70 Вт - 3,08 м.
• 80 Вт - 3,28 м.
• 90 Вт – 3,48 м-коду.
• 100 Вт – 3,68 м-коду.
• 300 Вт - 6,34 м.

Оптимальним буде розраховувати на потужність 10-20 Вт. По-перше, лопать із пластику розмахом понад 0,8 м без додаткових заходів захисту не витримає вітер понад 20 м/с. По-друге, при розмаху лопаті до тих же 0,8 м лінійна швидкість її кінців не перевищить швидкість вітру більш ніж утричі, і вимоги до профілювання з круткою знижуються на порядки; тут вже цілком задовільно працюватиме «корытце» із сегментним профілем із труби, поз. Б на рис. А 10-20 Вт забезпечать живлення планшетки, підзарядку смартфона або засвітять лампочку-економку.

Далі вибираємо генератор. Відмінно підійде китайський моторчик - маточина колеса для електровелосипедів, поз. 1 на рис. Його потужність як двигуна – 200-300 Вт, але в режимі генератора він дасть приблизно до 100 Вт. Але чи підійде він нам за оборотами?

Показник швидкохідності z для 6 лопатей дорівнює 3. Формула розрахунку швидкості обертання під навантаженням – N = v/l*z*60, де N – частота обертання, 1/хв, v – швидкість вітру, а l – довжина кола ротора. При розмаху лопаті 0,8 м та вітрі 5 м/с отримуємо 72 об/хв; при 20 м/с – 288 об/хв. Приблизно з такою ж швидкістю обертається велосипедне колесо, так що свої 10-20 Вт від генератора, здатного дати 100, ми вже знімемо. Можна садити ротор прямо на його вал.

Але тут виникає така проблема: ми, витративши чимало праці та грошей, хоч би на моторчик, отримали… іграшку! Що таке 10-20, ну, 50 Вт? А лопатевий вітряк, здатний запитати хоча б телевізор, удома не зробиш. Чи не можна купити готовий міні-вітрогенератор, і чи не обійдеться він дешевше? Ще як можна, і ще як дешевше, див. 4 та 5. Крім того, він буде ще й мобільним. Поставив на пеньок – і користуйся.

Другий варіант – якщо десь валяється кроковий двигун від старого 5- чи 8-дюймового дисководу, або від приводу паперу чи каретки непридатного струминного чи матричного принтера. Він може працювати як генератор і приробити до нього карусельний ротор з консервних банок (поз. 6) простіше, ніж збирати конструкцію на кшталт показаної на поз. 3.

Загалом щодо «лопатників» висновок однозначний: саморобні – скоріше для того, щоб помайструвати досхочу, але не для реальної довготривалої енерговіддачі.

Відео: найпростіший вітрогенератор для освітлення дачі

Вітрильники

Вітрильний вітрогенератор відомий давно, але м'які полотнища його лопатей почали робити з появою високоміцних зносостійких синтетичних тканин і плівок. Багатолопатеві вітряки з жорсткими вітрилами широко розійшлися по світу як привід малопотужних автоматичних водокачок, але їх техдані нижче навіть у каруселів.

Однак м'яке вітрило як крило вітряка, схоже, виявилося не так простим. Справа не у вітростійкості (виробники не обмежують максимально допустиму швидкість вітру): яхсменам-парусникам і так відомо, що вітру розірвати полотнище бермудського вітрила практично неможливо. Швидше шкот вирве, або щоглу зламає, або весь посуд зробить поворот оберкіль. Справа в енергетиці.

На жаль, точних даних випробувань не вдається знайти. За відгуками користувачів вдалося скласти «синтетичні» залежності для встановлення ВЕУ-4.380/220.50 таганрозького виробництва з діаметром вітроколеса 5 м, масою вітроголовки 160 кг та частотою обертання до 40 1/хв; вони представлені на рис.

Зрозуміло, гарантій за 100% достовірність бути не може, але і так видно, що плоско-механістичної моделлю тут і не пахне. Не може 5-метрове колесо на плоскому вітрі в 3 м/с дати близько 1 кВт, при 7 м/с вийти на плато за потужністю і далі тримати її до жорстокого шторму. Виробники, до речі, заявляють, що номінальні 4 кВт можна отримати і за 3 м/с, але при встановленні їх силами за результатами досліджень місцевої аерології.

Кількісної теорії також не виявляється; пояснення розробників малозрозумілі. Однак, оскільки таганрозькі ВЕУ народ купує, і вони працюють, залишається припустити, що заявлена ​​конічна циркуляція та пропульсивний ефект – не фікція. Принаймні можливі.

Тоді, виходить, ПЕРЕД ротором, за законом збереження імпульсу, повинен виникнути також конічний вихор, але повільний, що розширюється. І така вирва зганятиме вітер до ротора, його ефективна поверхня вийде більше омітається, а КИЕВ – надпоодиноким.

Пролити світло це питання могли б натурні вимірювання поля тиску перед ротором, хоча б побутовим анероїдом. Якщо воно виявиться вищим, ніж із боків осторонь, то, дійсно, вітрильні ЗСУ працюють, як жук літає.

Саморобний генератор

Зі сказаного вище ясно, що саморобам краще братися або за вертикалки, або за вітрильники. Але ті та інші дуже повільні, а передача на швидкохідний генератор – зайва робота, зайві витратита втрати. Чи можна зробити найефективніший тихохідний електрогенератор самому?

Так, можна, на магнітах з ніобієвого металу, т. зв. супермагніти. Процес виготовлення основних деталей показано на рис. Котушки – кожна з 55 витків мідного 1 мм дроту у термостійкій високоміцній емалевій ізоляції, ПЕММ, ПЕТВ тощо. Висота обмоток – 9 мм.

Зверніть увагу на пази під шпонки половини ротора. Вони повинні бути розташовані так, щоб магніти (вони приклеюються до магнітопроводу епоксидкою або акрилом) після збирання зійшлися різними полюсами. «Млинці» (магнітопроводи) повинні бути виготовлені з магнітом'якого феромагнетика; підійде звичайна конструкційна сталь. Товщина «млинців» – не менше 6 мм.

Взагалі краще купити магніти з осьовим отвором і притягнути їх гвинтами; супермагніти притягуються зі страшною силою. З цієї ж причини на вал між «млинцями» одягається циліндрична проставка заввишки 12 мм.

Обмотки, що становлять секції статора, з'єднуються за схемами, також наведеними на рис. Спаяні кінці не повинні бути натягнуті, але повинні утворювати петлі, інакше епоксидка, якою залитиме статор, застигаючи, може порвати дроти.

Заливають статор у виливниці до товщини 10 мм. Центрувати та балансувати не потрібно, статор не обертається. Зазор між ротором та статором – по 1 мм з кожного боку. Статор у корпусі генератора потрібно надійно зафіксувати не тільки від зміщення по осі, а й від провертання; сильне магнітне поле при струмі в навантаженні тягне його за собою.

Відео: генератор для вітряка своїми руками

Висновок

І що ж ми маємо насамкінець? Інтерес до «лопатників» пояснюється скоріше їх ефектним зовнішнім виглядом, ніж дійсними експлуатаційними якостями у саморобному виконанні та на малих потужностях. Саморобна карусельна ЗСУ дасть "чергову" потужність для зарядки автоакумулятора або енергопостачання невеликого будинку.

А ось із вітрильними ЗСУ варто поекспериментувати майстрам із творчою жилкою, особливо у міні-виконанні, з колесом 1-2 м діаметром. Якщо припущення розробників вірні, то з такого можна буде зняти, за допомогою описаного вище китайського двигуна-генератора, його 200-300 Вт.

Андрій сказав(ла):

Дякую за вашу безкоштовну консультацію ... А ціни "від фірм" не реально дорогі, і я думаю, що майстрові люди з глибинки зможуть зробити генератори подібні до вашого. синусом). А вітрила, лопаті або ротори - це черговий привід для польоту думки наших рукастих Російських мужиків.

Іван сказав(ла):

питання:
Для вітряків з вертикальною віссю (позиція 1) і варіанта "Ленця" можна додати додаткову деталь - крильчатку, що виставляється за вітром, і закриває від нього ж непотрібну сторону (що йде в бік вітру). Тобто вітер не лопатиме гальмувати, а цей “екран”. Постановка за вітром "хвістом", що знаходиться за самим вітряком нижче і вище лопатей (гребенів). Читав статтю та народилася ідея.

Натискаючи кнопку «Додати коментар», я погоджуюсь із сайту.

У статті описано різні видидефлекторів, особливості їх устрою, принцип роботи та відмінності від інших видів підсилювачів тяги. Ми розповімо про необхідність їх встановлення, наведемо таблицю з цінами, а також розглянемо покрокову інструкціюзі збирання дефлектора своїми руками.

Дефлектор - пристрій, що оптимізує потік повітря для посилення тяги в трубі димаря або димоходу. У буквальному перекладі deflector- Відбивач, що направляє пристрій. Це повною мірою описує його функцію та призначення.

Принцип роботи та різновиди дефлекторів

Напрямок потоку повітря відбувається завдяки створенню області низького тискуу нижній частині пристрою. Коли дефлектор обтікається повітряним потоком, у нижній частині утворюється завихрення, яке, проходячи простір, обмежене стінками, створює додаткову тягу. Чим сильніший потік повітря, тим потужніша тяга всередині пристрою. Іншими словами, дефлектор спрямовує вітер паралельно трубі повітроводу, чим посилює тягу за рахунок перепаду тиску.

Такий ефект можливий при розташуванні стінок, що визначається базовим аеродинамічний розрахунок. В даний час експериментальним шляхом виведено декілька моделей дефлекторів, що мають оптимальні пропорції.

ЦАГИ- Розробка Центрального аерогідродинамічного інституту ім. Жуковського. Цей дефлектор посилює тягу рахунок теплового і повітряного напорів, і навіть перепаду тиску на висоті 2 м від покрівлі. Ця конструкція припускає приховану установкуу канал, тому її використовують в основному для вентиляційних систем (чистка від продуктів горіння утруднена).

Дефлектор Ханженкова.Є додатковою стінкою навколо труби і «тарілку-дощовик», яка служить також витяжною парасолькою. Ця парасолька занурена на певну відстань всередину окружної стінки.

Дефлектор Вольперта Григоровича.Відрізняється простішою конструкцією — «тарілка» з двох парасольок розташована над стіною, що надягає.

Поворотний дефлектор(«Капюшон» або «Сачок»). Є напівкруглим жолобом-уловлювачем повітря, закріпленим на поворотному штоку, встановленому всередині каналу. При вітровому навантаженні виникає турбулентність і посилюється тяга. Виконує роль флюгера.

«Дефлектор-капюшон» на відео

Крім цих моделей існує безліч інших конструкцій, які часто не піддаються класифікації. Серед них можна виділити як сучасні варіанти зі збільшеними спіральними лопатями на базі підшипника (вони обертаються під час роботи), так і прості «парасольки-кришки» зі шматка оцинковки, які також посилюють тягу.

Оскільки розрахунки продуктивності та підбір конструкції дефлектора для систем вентиляції – справа професіоналів, ми звернемо увагу на відбивачі для пічних та камінних димоходів.

Навіщо потрібний дефлектор

Крім головної своєї мети - відведення продуктів горіння, дефлектор виконує ще кілька корисних функцій:

1. Значне посилення тяги. Тяга приваблює більше кисню і це позитивно позначається на економії палива в піролізних котлах та печах – воно повністю прогоряє.
2. Гасіння іскор. Ця проблема знайома тим, хто має короткий димохід для твердопаливного реактора*. Іскри з димоходу — ознака гарячого джерела, що горить, і потужної тяги — може призвести до займання. Дефлектор дозволяє зупинити іскру і дати можливість безпечно вигоріти.
3. Захист від атмосферних опадів. За ідеєю, з цим завданням справляється звичайна «парасолька», але вона не дає двох перших плюсів.

* Реактор - місце проходження реакції горіння, вогнище, джерело продуктів горіння (піч, камін, буржуйка, казан і т. д.).

Усі міркування щодо доцільності модернізації димаря зводяться до питання, що вибрати: «парасолька» чи дефлектор? Простота першого не дає ефекту другого, але складність дефлектора в порівнянні з парасолькою змушує задуматися багатьох.

Скільки коштує дефлектор

Вентиляційні пристрої розраховуються разом із системою. Дефлектори конкретної моделі можна придбати під потрібний діаметр труби.

Таблиця. Ціни на дефлектори

Дефлектори часто виготовляють у кустарних майстернях та невеликих цехах (у цьому випадку продукт може не мати конкретної назви та прив'язки до моделі). Показником якості роботи фірми буде паспорт виробу із зазначенням розмірів деталей, марки сталі та інших подробиць.

Дефлектор своїми руками (Вольперта-Григоровича)

Зрозуміло, домашні умільці не залишилися осторонь і почали робити дефлектори для потреб у своїх майстернях. Це виявилося вигідно — маючи аркуш оцинкування, інструмент та підручний метал, можна заощадити до 40 у. е. на установці дефлектора.

Для роботи знадобиться інструмент:

1. Лінійка, рулетка, маркер, набір креслень.
2. Ножиці по металу, киянка, заклепочник або свердлові саморізи з пресшайбою 15 мм.
3. Дриль із свердлами.

Матеріал:

1. Листовий метал 0,3-0,5 мм (оцинкування, нержавіюча сталь, алюміній і т. д.).
2. Підручний метал для жорстких кріплень - шпилька, алюміній, смуга і т.д.

Розрахунок розмірів дефлектора

Це найважливіший етап усієї роботи. Формули розрахунку були виведені та відпрацьовані на практиці в аеродинамічній трубі та прив'язані до актуального параметра – діаметру каналу D.

Ці дані поміщені в таблиці, на основі якої можна розрахувати простий дефлектор під будь-який розмір, виходячи з діаметра каналу D.

Хід роботи

Після того, як всі розрахунки виконані, необхідно перенести креслення на лист і зробити розкрій деталей виробу:

1. Вирізати ножицями по металі деталі.
2. Згорнути корпус дифузора і засвердлити обидва краї. Потім скріпити цю справу клепками.
3. Склепати верхній та нижній конуси. Верхній буде більший за нижній і його крайку можна використовувати для кріплення «тарелок» між собою. Для цього потрібно вирізати та загнути лапки (6 шт.) у кромці верхнього конуса.
4. Перед тим, як зібрати парасольку, не забудьте встановити в нижньому конусі шпильки для монтажу до дифузора, якщо кріплення робиться на лапки, їх можна встановити зовні на клепки.
5. Закріпити парасольку до дифузора можна за допомогою шпильок або алюмінієвих пластин. Якщо є шпильки, для них потрібно виготовити петлі на корпус дефлектора - обігнути шпильку клаптем оцинкування та зробити в ній монтажні отвори.
6. Після збирання пристрою встановлюємо його. Для цього найкраще зняти верхню ділянку труби та змонтувати конструкцію на верстаті, а потім встановити назад. Спосіб кріплення – шпильки або лапки.

Пам'ятайте, що з'єднання повинні бути надійними, оскільки дефлектор піддається значним вітровим навантаженням.

Саморобний відбивач не має декоративної цінності, але користь від його встановлення очевидна – посилення тяги на 20-25%, захист покрівлі від іскор. До того ж, він замінює додаткові 1,5-2 метри висоти труби. Який би дефлектор ви не вибрали, вигоду від його встановлення ви відчуєте вже найближчого опалювального сезону.

Надмірна вологість та запахи створюють нездорову атмосферу і навіть стають причинами захворювань. Якість вентиляції в будинку, офісі чи виробництві безпосередньо впливає рівень комфорту, ви з цим згодні?

Саме тому грамотно влаштована вентиляціяє найважливішою умовоюпід час запуску в експлуатацію будівельних об'єктів. Налагодити якісний повітрообмін допомагає турбодефлектору для вентиляції. Але який вибрати та правильно встановити, щоб не викликати фахівців?

Постараємося докладно відповісти на всі питання – у цьому матеріалі розглянуто принцип роботи, існуючі різновиди турбодефлекторів, особливості монтажу. А також приділено увагу питанням обслуговування та ремонту.

Для кращого розуміння викладеної інформації підібрано наочні фото та схеми пристрою ротаційних дефлекторів, наведено відеорекомендації щодо усунення поломок. Інформація структурована і навіть недосвідченому домашньому умільцю нескладно розібратися з тонкощами вибору, монтажу та ремонту ротаційного дефлектора.

Робота турбодефлектора ґрунтується на наступних принципах: використовуючи енергію вітру, пристрій створює розрідження повітря в шахті вентиляції, збільшує тягу та витягує забруднене повітря з приміщення, вентиляційного каналу, підпокрівельний простір.

Як би не змінювалися напрям і сила вітру, головка (крильчатка), що обертається, завжди крутиться в один бік і створює в шахті вентиляції частковий вакуум.

Галерея зображень

Правила монтажу турбіни

Вентиляційні турбіни можуть встановлюватися безпосередньо на скатну або пряму покрівлю, виліт димаря або вентиляційної шахти. Місце розташування залежить від сфери застосування турбіни.

Дефлектори кріплять на виходи труб природної вентиляціїнад дахами невеликих підприємств, громадських будівель, житлових будинків. Використовуючи тиск вітру, дефлектори спонукають тягу у вертикальних вентканалах. Друга важлива функція дефлекторів це захист від потрапляння у вентиляційні шахти дощу та снігу. Розроблено десятки моделей вентиляційних дефлекторів, пристрій деяких описується нижче. Найпростіші варіанти дефлекторів можна зробити своїми руками.

Влаштування вентиляційного дефлектора

Будь-який вид дефлекторів вентиляції містить стандартні елементи: 2 склянки, кронштейни для кришки та патрубок. Зовнішня склянка розширюється донизу, а нижня рівна. Циліндри надіті один на одного, над верхнім прикріплена кришка. Вгорі кожного циліндра розташовані відбої у вигляді кілець, які змінюють напрямок повітря у вентиляційному дефлекторі будь-якого розміру.

Відбої встановлюються таким чином, щоб вітер на вулиці створював підсмоктування через простори між кільцями та прискорював виведення газів з вентиляції.

Пристрій дефлектора вентиляції такий, що при напрямі вітру знизу, механізм спрацьовує гірше: відбиваючись від кришки, він прямує назустріч газам, що виходять у верхній отвір. Цей недолік більшою чи меншою мірою має будь-який вид вентиляційних дефлекторів. Щоб його усунути, кришку роблять у формі 2-х конусів, скріплених основами.

Коли вітер збоку, відпрацьоване повітря приділяється одночасно і зверху, і знизу. Коли вітер спрямований згори, відтік відбувається знизу.

Інший пристрій дефлектора вентиляції – самі склянки, але дах у формі парасольки. Саме дах відіграє важливу роль у перенаправленні вітрового потоку.

Принцип дії дефлектора вентиляції

Принцип дії дефлектора витяжної вентиляціїдуже простий: вітер ударяється в його корпус, розсікається дифузором, в циліндрі знижується тиск, а значить посилюється тяга у витяжній трубі. Чим більший опір повітря створює корпус дефлектора, тим краще у вентканалах тяга. Вважається, що якісніше працюють дефлектори на трубах вентиляції, встановлених злегка під нахилом. Ефективність роботи дефлектора залежить від висоти над рівнем даху, розміру та форми корпусу.

Вентиляційний дефлектор в зимовий період на трубах обмерзають. У деяких моделей із закритим корпусом зовні не видно. А ось при відкритій зоні протоки льоду з'являється із зовнішньої частини нижньої склянки і помітна відразу.

Правильно підібраний дефлектор може підвищити коефіцієнт корисної діївентиляції до 20%.

Найчастіше дефлектори використовуються у витяжній вентиляції природної тяги, але іноді посилюють примусову. Якщо будівля розташовується в районах з рідкісними та слабкими вітрами, головне завдання пристрою запобігти зниженню або «перекиданню» тяги.

Види дефлекторів

Підбираючи вентиляційний дефлектор можна розгубитися від різноманітності.

Найбільш поширені сьогодні види дефлекторів вентиляції:

• ЦАГИ;
• Григоровича;
• у формі зірки "Шенард";
• ASTATO відкритий;
• кулястий «Волпер»;
• Н-подібний.

Пластикові вентиляційні дефлектори використовуються рідко, тому що вони недовговічні та крихкі. Дозволяється встановлення пластикових дефлекторів на вентиляцію підвалів, цокольних поверхів. Широко використовуються пластикові дефлектори лише як автомобільні аксесуари.

Деякі споживачі помилково називають розподільні пристрої вентиляції натяжних стель дефлекторами. Вентиляційні дефлектори встановлюються лише на кінці витяжних каналів. Вентиляція витяжних стель забезпечується дифузорами і анемостатами, якими повітря поступово й у необхідних кількостях проникає у приміщення.

Дефлектор ASTATO

Модель вентиляційного дефлектора, що обертається, яка використовує і механічну, і вітрову тягу. За достатньої сили вітру двигун вимикається і ASTATO працює за принципом дефлектора витяжної вентиляції. У штиль запускається електродвигун, що ніяк не впливає на аеродинаміку в системі вентиляції, але забезпечує достатнє розрідження (не більше 35 Па).

Електродвигун дуже економічний, включається він за сигналом датчика, що вимірює тиск на виході вентканалу. У принципі більшу частину року дефлектор вентиляції працює на вітровій тязі. У пристрій дефлектора вентиляції ASTATO входять датчик тиску та реле часу, які автоматично запускають та вимикають двигун. За бажання це можна робити вручну.

Статичний дефлектор з вентилятором, що ежектує.

Дефлектор вентиляції, що частково обертається, - це новинка, яка дуже успішно працює вже кілька років. На виходи вентканалів встановлюються дефлектори ДС, трохи нижче розташовуються низьконапірні вентилятори зі зниженою шумовіддачею. Вентилятори запускаються датчиком тиску. Склянка виконана з оцинкованої сталі з термоізоляцією. До нього підведені повітропроводи з шумоізоляцією, дренаж. Вся конструкція прикривається знизу підвісною стелею.

Дефлектор-флюгер

Пристрій відноситься до категорії активних вентиляційних дефлекторів. Його обертає сила потоків повітря, що рухаються. Обертаються корпус з кришками за рахунок підшипникового модуля. Під час руху між козирками вітер формує зону зниженого тиску. Перевага цього виду вентиляційного дефлектора у можливості «підлаштуватися» під будь-який напрямок вітру та гарний захист димоходу від вітру. Недолік дефлектора вентиляції, що обертається, в необхідності змащувати підшипники і стежити за їх станом. У сильні морози флюгер обмерзає та погано виконує свою функцію.

Ротаційна турбіна

У тиху погоду турбодефлектор для вентиляції у вигляді турбіни є абсолютно непотрібним. Тому ротаційні турбіни негаразд широко поширені, попри привабливий вигляд. Встановлюють їх лише у місцевостях із стабільним вітром. Ще одне обмеження – такий турбодефлектор не можна використовувати для димоходів печей на твердому паливі, оскільки він може деформуватися.

Вентиляційний дефлектор своїми руками

Найчастіше власними руками для вентиляції виготовляють дефлектор Григоровича. Пристрій досить простий, а робота цього виду дефлектора вентиляції безперебійна.

Щоб виготовити своїми руками дефлектора вентиляції Григоровича знадобляться:

• оцинкована або листова нержавіюча сталь;
• заклепки, гайки, болти, хомут;
• електродриль;
• ножиці по металу;
• рисунка;
• лінійка;
• олівець;
• циркуль;
• кілька листів картону;
• ножиці з паперу.

Крок 1. Розрахунок параметрів дефлектора

На цьому етапі потрібно обчислити розміри вентиляційного дефлектора та накреслити схему. Усі первинні розрахунки ґрунтуються на діаметрі вентиляційного каналу.

Н=1,7 х D,

де Н- Висота дефлектора, D- Діаметр димоходу.

Z = 1,8 x D,

де Z- Ширина ковпака,

d=1,3 x D,

d- Ширина дифузора.

На картоні створюємо схему елементів дефлектора вентиляції, своїми руками та вирізаємо.

Якщо у вас немає досвіду виготовлення дефлекторів, рекомендуємо потренуватися на картонному макеті.

Крок 2. Виготовлення дефлектора

Обводимо креслилкою на листі металу лекала і за допомогою ножиць отримуємо частини майбутнього пристрою. Деталі з'єднуємо між собою маленькими болтами, заклепками чи зварюванням. Для встановлення ковпака вирізаємо кронштейни у ​​формі зігнутих смуг. Закріплюємо їх зовні дифузора, зворотний конус кріпимо на парасольку. Всі комплектуючі готові, тепер прямо на димарі збирається весь дифузор.

Крок 3. Монтаж дефлектора

На трубу димоходу встановлюємо нижню склянку та кріпимо болтами. Поверх надягаємо дифузор (верхня склянка), затискаємо хомутом, прикладаємо до кронштейнів ковпак. Закінчується робота зі створення дефлектора вентиляції своїми руками установкою зворотного конуса, який допоможе функціонувати пристрою навіть при небажаному напрямку вітру.

Вибір дефлектора вентиляції

Будь-який господар хоче підібрати для вентиляції дефлектор якомога ефективніший.

Найкращими моделями дефлекторів витяжної вентиляції вважаються:

• тарілчастий ЦАГІ;
• модель ДВ;
• ASTATO.

Робота дефлектора при розрахунках визначається двома параметрами:

• коефіцієнт розрядження;
• коефіцієнт місцевих втрат.

Коефіцієнти залежить тільки від моделі, а чи не від розмірів вентиляційного дефлектора.

Наприклад, для ДС коефіцієнт місцевих втрат становить 1,4.

Неймовірно! Але незабаром це станеться. Альтернативні джерела енергії третього покоління перевернуть світ загалом. Початок уже закладено. Вітряні турбіни – ось електроенергетичне майбутнє людства.

Вступ

Незважаючи на те, що альтернативним видам енергетики, таким як вітряні турбіни, наприклад, все ще незаслужено мало приділяється уваги, вони продовжують посилено розвиватися. Можливо, незабаром сильні світу цього зрозуміють, що неосудний видобуток корисних копалин більше завдає шкоди, ніж користі, і природні види енергетики міцно увійдуть у нашу. повсякденне життя. Така надія тісно пов'язана з тим, що якийсь час тому було оголошено про появу вітрогенератора третього покоління.

Що таке вітряний генератор третього покоління

Традиційно прийнято вважати, що пристроями першого покоління, які перетворювали енергію вітру, були звичайні корабельні вітрила та млинові крила. Трохи більше століття тому з розвитком авіації з'явився вітрогенератор другого покоління - механізм, в основі роботи якого лежали принципи аеродинаміки крила.

То був прорив того часу! Хоча, якщо взяти загалом, то вітряки другого покоління малопотужні, бо через конструктивних особливостейне можуть працювати за сильних вітрів. Тому для того, щоб отримувати більше електроенергії, доводилося збільшувати в розмірах, що тягло за собою додаткові фінансові витрати на розробку, виробництво, встановлення та його експлуатацію. Звичайно, що довго так залишатися не могло.

На початку 2000-х років готові фахівці-розробники оголосили про появу вітрогенератора третього покоління - вітротурбіни. Конструкція, принцип роботи, установка, а найголовніше потужність нового пристрою докорінно відрізняється від його попередників.

Пристрій

Простота. Це саме те слово, яким можна охарактеризувати конструкцію вітротурбінного генератора. Порівняно з лопатевими вітрогенераторами, вітряна турбіна має набагато меншу кількість робочих вузлів і набагато більше нерухомих елементів, завдяки чому стійкіше переносить різні статичні та динамічні навантаження.

Влаштування вітротурбіни:

• обтічник, буває внутрішній та зовнішній;
• обтічник вузла турбогенератора;
• гондола;
• турбіна;
• генератор;
• динамічний кріпильний вузол.

З додаткових систем вітрогенератор оснащений блоками інвертування, акумуляції та управління. Відсутні традиційні для лопатевого вітрогенератора системи регулювання лопатей та орієнтації на вітер. Останню заміняє обтічник, який також виступає у ролі сопла, вловлює вітер та збільшує його потужність. Якщо врахувати, що енергія вітряного потоку дорівнює його швидкості в кубі V3, завдяки наявності сопла ця формула виглядає наступним чином: V3х4 = Eх64. При цьому завдяки своїй циліндричній конструкції обтічник має властивість самоналаштовуватись на напрям вітру.

Переваги

Будь-який новий продукт або винахід завжди повинні істотно виділятися на тлі своїх попередників, і обов'язково в кращий бік. Все це можна сказати і про новий вітрогенератор із турбоконструкцією. Одна з головних переваг вітротурбіни – це її стійкість до сильним вітрам. Її конструкція влаштована таким чином, що вона буде ефективно та безпечно працювати за межами, які для звичайних лопатевих вітряків є критичними: від 25 м/сек до 60 м/сек. Але це не єдина перевага, якими володіє вітряна турбіна, їх кілька:

1. Відсутність інфразвукових хвиль. Нарешті вченим вдалося вирішити одну з важливих проблем, які мають вітрогенераторні установки. Саме через існування такого побічного ефектуВСУ (ветросилова установка) піддавалася критиці з боку противників альтернативної енергетики, інфразвук негативно позначається на живому середовищі. Але тепер вітрогенератор турбінного типу завдяки відсутності інфразвукових хвиль можуть встановлювати навіть у межах міста.



2. Відсутність лопат знімає відразу кілька завдань, які стояли перед конструкторами та виробниками вітрогенератора. Перше, знімаються значні витрати сил та коштів на експлуатаційний контроль лопатевих вітряків. Друге, лопать вітряного колеса - це найскладніший елемент вітрогенератора у виготовленні. Левову частку вартості звичайної ВЕУ складають витрати саме на виготовлення лопат. До того ж відомі випадки, коли за сильних поривів вітру, лопать ламалася, розкидаючи уламки на сотні метрів.
3. Простота складання та встановлення. Усе складні конструкціїабо вузли виготовляє та збирає завод-виробник, на місці відбувається лише останній етапскладання та встановлення на щоглу. Плюс легкість конструкційних елементів, дозволяє використовувати при монтажі вітрогенератора звичайнісіньку вантажопідйомну техніку.
4. Схема підключення. На відміну від лопатевої ЗСУ турбіна підключається по стандартною схемою. На цей факт ніяк не впливають ті технічні умови, які висуває майбутній власник ВЕУ.
5. Великий термін експлуатації обумовлений матеріалами, у тому числі виготовляється вітрогенератор та її окремі частини. Враховуючи профілактичні роботи, які є обов'язковими при експлуатації вітротурбіни, термін служби пристрою може становити до 50 років.



Географія експлуатації турбінної ЗСУ

Найреальнішим і найоптимальнішим місцем установки турбінного вітрогенератора буде берег озера або моря. Поруч із водоймищами такий вітрогенератор працюватиме практично цілий рік, тому що завдяки своєму сопельному пристрої він є дуже чутливим до легких бризів та інших найменших проявів вітру швидкістю від 2 м/сек.

З таким же успіхом ВСТ працюватимуть і в межах міста, там, де звичайний вітрогенератор працюватиме, нездатний з певних причин:

1. Небезпека лопатевих ВЕУ.
2. Інфразвук, що вони видають.
3. Мінімальна швидкість вітру для роботи лопатевого вітрогенератора 4 м/с.

Цікавий факт, який доводить перевагу ВТУ

Одним із наріжних каменів, на яких базується позиція противників альтернативної енергетики, полягає в тому, що вітряні електростанції перешкоджають роботі локаційного обладнання. Під час роботи вітрогенератор створює перешкоди для проходження радіохвиль. Враховуючи розміри окремих вітроелектростанцій, а вони можуть становити від кількох десятків до сотень квадратних кілометрів, зрозуміло, чому уряди багатьох країн почали блокувати проекти альтернативної енергетики на державному рівні – це пряма загроза національній безпеці.


З цієї причини французька компанія, що виробляє комплектуючі на вітрогенератор, взялася за непросте завданняз погляду виконання - зробити невидимими для радарів безпосередньо ветросиловые установки, а чи не простір навколо вітрогенератора. Для цього використовуватиметься досвід, отриманий при виготовленні літаків Стелс. Нові комплектуючі планують випустити на ринок уже 2015 року.

Але де ж факт, що доводить перевагу ВСТ перед лопатевою ВЕУ? А факт полягає в тому, що вітротурбіни не створюють перешкод для роботи локаційного обладнання і без дорогої технології Стелс.

Перспективи розвитку альтернативної вітроенергетики

Перші спроби почати використовувати вітрогенератор в промислових масштабахробилися ще в середині минулого століття, але виявилися невдалими. Це було зумовлено тим, що нафтові ресурси були порівняно дешеві, а будівництво вітроенергетичних станцій було нерентабельно витратним. Але буквально через 25 років ситуація докорінно змінилася.

Альтернативні джерела енергії посилено почали розвиватися у 70-х роках минулого століття, після того, як у світі різко зросли темпи машинобудування та країни зіткнулися з дефіцитом нафти, що призвело до нафтової кризи 1973 року. Тоді вперше сектор нетрадиційної енергетики у деяких країнах отримав державну підтримку та вітрогенератор став використовуватись у промислових масштабах. У 80-х роках світова вітроенергетика почала виходити на самоокупність, і сьогодні такі країни як Данія, Німеччина та Австралія майже на 30% забезпечують себе за рахунок альтернативних джерел енергії, серед яких і вітроелектростанції.


На жаль, а можливо, і на щастя, торішня тенденція нафтового ринку з нестабільною ціною на нафту змушує всерйоз задуматися про те, що часи, коли дешева нафта - це було добре залишилися в минулому. Сьогодні для багатьох країн чим дешевше нафта, тим вигідніше розвивати нетрадиційну енергетику насамперед це стосується країн СНД. Тому передумови для того, що вітроенергетика розвиватиметься – є. Як це буде – побачимо.