Компактный ветряк для сельского дома. Личный опыт.

[Юрек]

В своё время соорудил на даче небольшую солнечную электростанцию, чисто ради бесперебойного вечернего освещения и зарядки гаджетов от телефона до ноутбука включительно. Всё работало прекрасно... летом. Когда длинный день и много солнца. С наступлением пасмурной осени эффективность системы падала почти до нуля, а облачная погода могла стоять месяцами... И я решился дополнить солнечную электростанцию ветряной.

Теперь немного истории. Ветряк я мечтал сделать очень давно, 30 с лишним лет назад. Другой вопрос, что кроме как из автомобильного генератора, делать было не из чего. Мечта так и осталась мечтой, но кое-что из тогда приготовленного позже пошло в работу. Второй всплеск идеи случился, когда появилось описание самодельного тихоходного генератора на неодимовых магнитах. Серьёзно тогда решил сделать вертикальный ветряк (как более простую конструкцию), купил магниты, тормозные диски, ступицу от ВАЗ, эмалированный провод и много чего ещё... но в какой-то момент понял, что не потяну. Продал всё вышеназванное, "много чего ещё" оставил, так как годилось для других целей. И снова надолго забыл о своей мечте. Но тут в продаже появились мотор-колёса для велосипедов. Это - готовый тихоходный генератор, вот только крепить его нужно в двух точках, как любое велоколесо. Опять тупик... Но, увидев однажды гироскутер, понял: это то что нужно! Осталось найти отдельно продающееся колесо, и вуаля.



Мотор-колесо от детского гироскутера диаметром пять дюймов и мощностью 250 W при 36 V. Алюминиевая пластина на фото справа имеет толщину 12 миллиметров. Чёрные болтики честно пытался открутить, сидят мёртво. Плюнул, потом просверлил отверстия в алюминиевой детали.

Приобретя основной компонент ветряка, сформулировал требования к проектируемому изделию. Это должен быть горизонтальный ветрогенератор с мачтой не выше шести метров, чтобы при необходимости укладывать её на землю силами одного человека и легко демонтировать генераторную часть. Зачем? Чтобы зимой, когда на даче никого нет, генератор не стащили плохие люди. Да, уже обносили и много чего полезного унесли. Больше не хочу. Стоимость изделия должна быть сравнима со стоимостью солнечной электростанции минус аккумулятор. Полезная мощность изделия также должна быть сравнима с мощностью СЭС - около 100 ватт. Напряжение аккумулятора 12 вольт.

 

[Юрек]

Теперь мачта. Очевидное решение - металл - отмёл из-за непрактичности. Сколько выйдет доставка на дачу одной единственной шестиметровой трубы? А в кузов/фургон она влезет вообще? Покупать короткие - значит связываться с фланцами и сваркой, это дополнительные расходы... Дерево тоже не подойдёт, оно будет намокать, как ни лакируй его или ни крась. Значит, делаем мачту непромокаемой.



Это трубы для наружной канализации диаметром 110 мм. Понятно, сами по себе они никакую нагрузку не потянут. Потому внутрь вставляем крашеные антисептиком доски-вагонку (не евровагонку), оставшиеся после строительства бытовки. Профиль у них кривой, применить их для чего-то ещё затруднительно. Можете кидаться тапками, но я посчитал этот вариант наилучшим для себя.



Доски должны быть расположены внутри не одна на другой, а вертикально. Это повышает жёсткость мачты в момент её подъёма (и в момент укладывания на землю тоже). В качестве опоры применяем вот эту деталь.



В центральных отверстиях будет резьбовая шпилька М10, проходящая одновременно сквозь нижнюю часть мачты. Три растяжки сделал из металлического троса диаметром 4 мм, он был куплен много раньше для других целей. Растяжки составные, они держат мачту на высоте 3 и 5 метров. На всякий случай поставил по паре антенных изоляторов на каждую, хоть и не планирую использовать генератор во время грозы.



Бетонирование растяжек решил не делать, забил металлические трубы и прикрепил к ним рым-болты. А вот опору посадил на бетон, это святое)



На сегодня достаточно, продолжу в следующий раз.

 

[Юрек]

на самом интересном месте...

Тогда ещё небольшой комментарий, хоть и не планировал сегодня. Выше написал, что "кое-что из ранее подготовленного пошло в дело". Кое-что - это поворотный механизм на подшипниках.



Деталь справа это выточенный на заказ стальной штырь с отверстиями для крепления к мачте. Деталь слева от какого-то механизма, она насаживается на штырь. Снизу болтами и алюминиевой пластиной фиксируется большой подшипник, он виден на снимке. Сверху второй подшипник (не виден), он в 2 раза меньше и крутится на верхней узкой части штыря. К верхней алюминиевой кругляшке с отверстиями (6 было и 6 когда-то просверлил, пришлось сверлить ещё), будет крепиться генератор на стальных уголках и диодный мост снизу и хвостовик сверху. И много чего ещё. Считаю, что масса поворотного механизма для создаваемого устройства чрезмерна, можно было сделать раза в два легче. Но с нуля. Новый изобретать не стал, оставил этот.

 

[Юрек]

По разным причинам за один сезон закончить работу не удалось. Привинченная к забетонированной опоре мачта с хомутами и штырём поворотного механизма осталась зимовать на участке, а почти сделанные растяжки - в сарае. Что удалось сделать за зиму. Прикрепил на верхнюю алюминиевую кругляшку мотор-колесо (теперь это генератор) и смонтировал на ней же трёхфазный диодный мост. Диоды КД202В (максимальный постоянный ток 5А, импульсный - 9А) на небольших радиаторах (металлических уголках). В центре кругляшки невидимый ранее малый подшипник механизма поворота.



Испытания выпрямителя прошли успешно.

Мачта перезимовала просто замечательно (апрельское фото). За исключением штыря на противоположном конце. Обмазанный осенью солидолом, к весне он всё-же заржавел. Не беда, вылечил наждачкой.



Справа от мачты виден гофрированный шланг от душа, внутри которого проходит двухжильный провод от генератора к контроллеру. Я некоторое время думал, какой провод вести, двухжильный или трёх. Трёх позволил бы разместить выпрямитель у контроллера, а не наверху мачты. Но всё же сделал двухжильный. Сейчас бы сделал трёх. Не из-за выпрямителя, лишний провод никогда не помешает. Контроллер можно было купить на Али, поставить его наверху и обойтись без диодного моста, но я решил сделать известную схему на автомобильном регуляторе напряжения и твердотельном реле.



Наступило лето, пора было форсировать строительство...

 

[Юрек]

Важная деталь любого ветрогенератора это лопасти. В кустарных условиях изготовление аэродинамического профиля малореально. Потому народ приспособился пилить лопасти из оранжевых канализационных труб. Этим же путём двинулся и я. Рассчитывать ничего не стал, взял готовый расчёт исходя из длины лопасти и вычисленной по известной формуле быстроходности винта.



Внёс только одно изменение: вместо трубы диаметром 110 мм использовал трубу 160 мм. Почему? Потому что в самой широкой части труба 110 загибается более чем на 90 градусов, а это не естественно и подозрительно. Использовал 160 мм - всё стало ОК.



Лопасти выпилил электролобзиком из трубы метровой длины. Позже выпилил ещё три, но об этом чуть позже. Края обработал напильником по инструкции.



Далее пошло взвешивание на электронных весах (пружинные не подойдут) для определения массы. Необходимо добиться в идеале одинаковой массы всех трёх.



Опытным путём установлено, что лопасть нельзя взвешивать, просто положив её на весы. Потому что давление должно быть строго на центр площадки, иначе сбиваются показания. Может быть, на других весах иначе, но на тех что купил я это оказалось так. Выход нашёл в завинчивающейся крышечке от стеклянной банки. Положил крышку в центре площадки, а на неё - лопасть, стараясь, чтобы центр тяжести лопасти был в центре крышки. Потому все показания на 12 граммов больше, чем есть на самом деле. Измерения шокировали разбросом масс в 20 г. Поскольку площадь деталей примерно одинаковая, причину вижу в разной толщине стенки трубы. Что делать? Навешивать металл категорически не хотелось. В итоге выпилил ещё три лопасти и уже из шести штук подобрал три с примерно одинаковой массой, разница составила 3-5 г.

 

[ionuchin]

важна не столько масса лопасти, сколько её распределение по площади. Момент при вращении зависит, как от массы, так и от расстояния до центра масс. В этом случае, не только вес лопастей должен быть одинаковым, но и та точка, которой они на крышечку ложились у всех трех должна была совпасть.

 

[Юрек]

Да. Каждая лопасть взвешивалась не менее пяти раз. Ошибка маловероятна. Теоретически можно было добиться совпадения до грамма, но я понимал: лопасти это ещё не всё. Ещё есть стальные пластины, да не цельные, а резаные... Там проблемы попёрли одна за другой, о решении некоторых расскажу.

Началось с того (выше писал), что мне не удалось снять толстую алюминиевую пластину, а значит, невозможно было снять заднюю крышку мотор-колеса. Зачем снимать? Она закреплена 6-ю винтиками М4. Что более чем достаточно для фиксирования этой крышки на месте, но абсолютно мало для крепления трёх стальных пластин, на которые садятся лопасти. Другими словами, винтики может сорвать со всеми вытекающими. Сними я пластину, можно было нарезать хотя бы М5... Как решил проблему. Взял широкие полосы и частично распилил их вдоль.



Идея была в том, чтоб узкие полоски загнуть вперёд и свинтить их "треугольником". Кроме этого, полосы соединены меж собой попарно. Для этого пришлось сделать вырезы (там проходит ось) и слегка изогнуть пластину левее выреза, чтобы получился нахлёст. На фото это должно быть видно.



После привинчивания полос (каждую держит два винтика на крышке мотор-колеса) получилось вот это:



Считаю, что теперь срыва винтиков можно не опасаться. Осталось закрепить лопасти. Крепил тремя болтами М5 каждую. Хватило бы двух, но я решил делать не гайки, а барашки. Чтобы откручивать руками. Третий болт - резервный, вдруг случайно открутится барашек во время работы. Пропеллер в собранном виде:



Были ещё проблемы, но об этом в следующий раз.

 

[ionuchin]

вдруг случайно открутится барашек во время работы

Все что может открутиться, - открутится. Там обязательно будет вибрация, - это очень сильно помогает любым гайкам откручиваться. Для предотвращения этого можно использовать шайбу Гровера, либо с пластиковой начинкой. Эластичные свойства этих деталей будут брать вибрацию на себя, и на долю откручивания её будет оставаться значительно меньше.

 

[Юрек]

На испытании ветряк вертелся час, ничего за это время не открутилось. Впрочем, за информацию спасибо. Продолжаю.

После того как доделал растяжки, пришло время первого подъёма мачты. Перед этим вбил столбик с Y-образным верхом, чтобы, кладя туда мачту, иметь возможность цеплять на верхушку генераторную часть. Пока мачта лежит на земле, на неё ничего повесить нельзя. На фото видно, что жёсткость изделия довольно приличная.



Вечером прикрепил скобами к рым-болтам две боковые растяжки и, когда уже начало темнеть, поднял. Как ни странно, мачта встала практически вертикально. Возможно, потому что заранее сделал чертежи в масштабе и уже по этим чертежам делал растяжки определённой длины. Пипец подкрался с другой стороны. Мачта поднималась (а поднимал её я один) очень тяжело. И тут я понял, что с нацепленной генераторной частью (а это ещё около 6 кг) тупо не хватит сил. Потому что в точке приложения силы (треть длины мачты) эти 6 кг превращаются в 18. Рычаг, будь он неладен. Проект повис на волоске...



Были потрачены деньги, много времени и сил. Сворачивать проект не хотелось, стал думать. Решение оказалось простым. Необходимо было сделать противовес. Принцип работы на рисунке ниже.


У противовеса две функции. Первая - он облегчает подъём мачты. А если сделать не так, как на рисунке, а сдвинуть противовес влево, то он начнёт работу уже в момент укладывания мачты на Y-образный столбик. Вторая функция - противовес надёжно фиксирует мачту в вертикальном положении, пока я хватаю третью растяжку и креплю её на рым-болт. В качестве противовеса использовал две тротуарные плитки 40х40, просверлив в центре каждой отверстия и насадив обе на 10-мм резьбовую шпильку. Потребовалось сделать ещё один хомут у нижнего края мачты и четыре стойки. Масса противовеса примерно 36-37 килограммов. Как я один эти плитки устанавливал, лучше не вспоминать... Кстати, "сдвинул противовес влево", в результате пришлось копать для него канавку, в рабочем положении он наполовину утоплен. С противовесом "пустая" мачта поднялась, в сравнении с "без", очень легко. В этот момент я осознал: ветряку быть!



Если подобную ветроэлектростанцию будут обслуживать более одного человека, противовес не нужен. Вдвоём мачту поднять легко и есть кому держать, пока второй цепляет растяжку. Ещё отмечу, что опускать мачту намного легче, чем поднимать. Наклоняю её на себя, хватаю в охапку и укладываю на Y-образный столбик. Всё.

В следующий раз расскажу об испытании изделия. И покажу, будет видосик.

 

[ionuchin]

вертелся час,

это, конечно же, не час, - но несколько дней , по чуть-чуть, незаметно, от тряски, вибрации, различных случайностей, - потихоньку будут ослабевать. Гайка затянута, - есть сила, постоянно действующая вдоль оси стержня. Она по углу резьбы переходит в силу на откручивание гайки. Любая вибрация дает возможность сдвинуться гайке на микроны, но нет силы, возвращающей её обратно. А "пружинка", как раз эту силу добавляет. Можно пластиковую гайку поставить. . (кстати, ТУТ семиминутный видосик на эту тему)

По растяжкам, - заранее определяется длина двух растяжек (плюс талрепы на них, для подтяжки). За хвост третьей растяжки мачта поднимается и, тут же, цепляется за подготовленный анкер. После чего, пройтись по всем растяжкам и талрепами подтянуть. Заранее определенная длина растяжек, сразу после подъема выведет мачту в вертикальнеое положение, - далее, только регулировка.

 

[Юрек]

За хвост третьей растяжки мачта поднимается и, тут же, цепляется за подготовленный анкер.

Это для лёгкой мачты подходит. И надо трос через стойку пропускать, хотя бы метра три высотой. Чтобы угол был.


Я сделал по-другому.

 

[Юрек]

Будь у меня сварка, болгарка и знакомые в гараже с аргоном, возможно, так и сделал бы. Сейчас сделал иначе.
Металлические лопасти нежелательны. При поломке отлетят на сотню метров, и не факт что не попадут кому-то в голову.
Ручная лебёдка тянет медленно и на малое расстояние, метра три-четыре. Дальше что делать? Чем-то фиксировать, как-то перецеплять?
Я свою мачту поднимаю руками за 10 секунд. Может даже быстрее, специально не замерял.
45К за радиоприёмник с антенной, которые, очень возможно, не пригодятся? Потрачу эти деньги на тушняк. Он точно съестся.

Где взять точное лекало лопасти?

Как сделать ветрогенератор своими руками - расчеты

В разделе все для начинающих ветроловов, о создании генераторов для ветряков, расчет и изготовление лопастей, мощность ветроколеса

e-veterok.ru

 

[Белгород]

Отличная тема и своевременная!
Жду дальнейших публикаций с испытаниями и характеристиками в цифрах!
Вольтметр, Амперметр и Ваттметр помогут понять, что по сути получилось сделать.

Ну и интересно, насколько будет бить конструкцию от неточности изготовления винта, и как это скажется.

 

[Юрек]

Поскольку мачту с ветрогенератором в течение минуты можно уложить на землю, я обошёлся как без заземления мачты, так и без ветрозащиты генератора. Повозившись, можно было сделать ветрозащиту, принцип её прост и понятен (увод от штормового ветра сгибанием хвостовика в сторону), но не хотелось возиться и усложнять устройство. Кстати, о хвостовике. Мудрить не стал, прикрепил алюминиевую рукоятку от старой швабры, на конце которой закреплён кусок пластиковой панели для ванной комнаты. Легкий хвостовик, тем не менее, немного перевешивает тяжёлый генератор с пропеллером. Опять принцип рычага... Для доводки генераторной части ветряка я соорудил простой стенд.



Насаженный на круглую деревянную палку (и подключённый к розетке на мачте) ветряк поймал свой первый ветерок, а я проверил наличие напряжения на входе контроллера и его полярность. Теперь предстояло дождаться ветреного дня и наконец испытать изделие в работе.

Ветреного дня дождался и специально ради испытания рванул на дачу. Пока ехал, пока собирал генераторную часть, пока цеплял растяжки к мачте... ветер начал стихать. Но поднятый ветряк успел поймать несколько хороших порывов. Ток заряда достигал 2 А, это то что видел лично. Какой-либо вибрации или биений не замечено. Испытания снял на видео и дома смонтировал небольшой ролик.

Пара слов про светящийся справа вольт-ампер-метр. Была задумка контролировать одним прибором и зарядный ток, и напряжение на аккумуляторе. Но амперметр подключить не удалось, там хитрая схема с электрически разведёнными "землёй" и минусом генератора. А у меня они соединены. Плюнул, поставил небольшой аналоговый амперметр. Цифровой во время испытаний показывал какую-то чушь, чтоб не смущать, пришлось его замазать. Ваттметра в наличие не было, качаемую мощность можно легко посчитать по известной формуле. На не самых сильных порывах мощность достигала 25 Вт.



Вольтметр пока не настроен, занижает показания на 0,1-0,2 В. Но разница в итоге небольшая.
Резюмирую. Проект компактного ветряка с укладываемой на землю 6-метровой мачтой реализован и успешно испытан. Есть незначительные недочёты, подлежащие исправлению. Например, провисающий провод от генератора нужно будет дополнительно закрепить у основания хвостовика, чтобы при порывах вера он не доставал до крутящихся лопастей. Общую стоимость проекта оценить сложно, потому что доски, трос, аккумулятор и многое другое уже были. Приобретать пришлось мотор-колесо, ПВХ-трубы, провод 2х1,5 мм (25 метров), стальные пластины с отверстиями и уголки, зажимы для троса, коуши, скобы, карабины и талрепы. А также компоненты контроллера на автомобильном регуляторе напряжения.



Теперь немного о будущем. Дело в том, что я тогда купил сразу два мотор-колеса. При цене одного 600 рублей грех было не взять пару. Так вот, второй пока лежит и скучает. Но уже появилась идея, куда его применить. Заранее ничего говорить не буду, вот когда реализую, тогда сразу сообщу. В этой же теме.

 

[Белгород]

Вопросики:
1. "можно было сделать ветрозащиту, принцип её прост и понятен - увод от штормового ветра сгибанием хвостовика в сторону"
- А как его сгибать? Силовй ветра - пружину ставить на сочленение?
2. А что по поводу сильного дождя с ветром, как там с гидрозащитой?
3. А как сделана передача электричества на провод. Оно же там крутится. Контактную пружинную передачу делал?
4. У тебя там забор есть? Как будешь хранить, чтобы не украли?
5. Где покупал мотор-колеса - дай ссылку!

 

[Юрек]

1. На хвостовик ставится т. н. "лопата", отгибаемая ветром назад. От "лопаты" привод на механизм складывания хвостовика. Наверное, пружины, точной схемы я не нашёл
2. Гидрозащиты нет, диодный мост на нижней поверхности, туда дождь не попадёт.
3. На фото/видео и из текста понятно. На мачте розетка, на генераторной части провод с вилкой. Контактная пружина не пойдёт, мачта лежит в траве, грязи итп. Заворота провода вокруг мачты не боюсь, т. к. она укладывается за 10 сек. И всё исправляется.
4. Увозить или надёжно прятать буду только генератор. Остальное интереса для воришек не представляет.
5. Покупал на Авито. Объява, понятно, давно закрыта. https://www.avito.ru/moskva/sport_i_otdyh/motro_koleso_dlya_giroskutera_2330237713

Мотор-колёса он всё ещё продаёт, попробуйте связаться.

https://www.avito.ru/moskva/sport_i_otdyh/motor-koleso_dlya_giroskutera_1914442895

 

[Omega]

Мотор-колёса он всё ещё продаёт, попробуйте связаться.

https://www.avito.ru/moskva/sport_i_otdyh/motor-koleso_dlya_giroskutera_1914442895

А какая у вас производительность? Я давно смотрел данные по ветрянкам, но тогда прочитал статью, мол, надо делать огромные ветрянки, а не маленькие, маленькие малопроизводительные. Поэтому поставил солнечные панели с батареей. Я, вот смотрю свои данные - я потребил 1360 кВч как поставил солнечные панели и батарею в июле, а произвел 2.6 мВч = 2600 кВч. Думаю мое потребление высокое ибо использовал кондиционер много летом, ну и бассейн обогревал

 

[Юрек]

А какая у вас производительность?

Какая производительность? Не знаю, по результатам испытания оценить её сложно. Я вообще не гонюсь за производительностью, иначе вместо КОМПАКТНОГО ветряка, который можно в любой момент спустить вниз и увезти, стояло бы что-то другое.

Я давно смотрел данные по ветрянкам, но тогда прочитал статью, мол, надо делать огромные ветрянки, а не маленькие, маленькие малопроизводительные.

Всё верно. Среднегодовая скорость ветра в средней полосе РФ как бы об этом говорит. Хочешь получить гарантированный киловатт - ставь десять! Цифры условные. Другой вопрос что 10 кВт это совсем другой уровень цен и совсем другая высота мачты. О компактности, понятно, уже речи нет.

Поэтому поставил солнечные панели с батареей.

Я вверху написал, что СЭС не способна решить все проблемы. Её эффективность в холодные полгода близка к нулю, но, по печальному совпадению, именно в это время дни короткие, а ночи длинные.

 

[Omega]

У меня сейчас энергопотребление почти в два раза меньше, чем летом. Я бы объяснил это использованием энергосберегающих лампочек: 5,3–6 кВч — мое ежедневное потребление, когда никого нет дома, сейчас 10–19 кВч (больше, если жена пользуется стиральной машиной, дегидратором, посудомоечной машиной и т. д.). Поэтому я подозреваю, что он останется низким до следующего лета, когда я снова начну пользоваться кондиционером. Да, моя выработка электроэнергии тоже упала, но в этом месяце я по-прежнему вырабатываю значительно больше, чем потребляю. Если бы у меня было больше батарей, то мне вообще не понадобилась бы электрическая сеть. Я знаю, что китайцы сейчас делают гидрогенераторы для чабанов в горах - они компактные и вырабатывают достаточно энергии. Вопрос, есть ли у вас рядом горная река или водопад

 

[Юрек]

Да, моя выработка электроэнергии тоже упала, но в этом месяце я по-прежнему вырабатываю значительно больше, чем потребляю.

Вы б хоть уточнили, где живёте. В Московском регионе осенью обычно задница, недавно был год, когда пасмурная погода стояла 3 (три) месяца. С октября по декабрь. Сколько панелей ни поставь, максимум наскребёшь на освещение.