Ветряки парусные: Парусные ветрогенераторы своими руками — статьи

История проэкта Парусный ветряк часть 1

История проэкта Парусный ветряк часть 2

Все началось с построения действующей модели парусного ветрогенератора, чтобы изучить и понять как это все работает, а далее ветрогенератор начал воплощаться в металле, первые лопасти были сшиты из простыней.

>

Парусный ветряк — «Водокачка» для подъема воды

Парусный ветрогенератор для подъема воды. Конструкция максимально простая, насос для подъема воды полностью самодельный, мембранного типа. Ветряк сделан как можно проще, так сказать проверить работоспособность ветряной водокачки, кочает на ветру 6м/с около 10 литров за 15 минут.

>

Парусный ветрогенератор своими руками.

Ветрогнератор своими руками, парусный ветрогенератор в фотографиях. Небольшой фото-отчет о том как делался и монтировался ветряк, данных особых нет. Известно что максимальная мощность при нагрузке на лампы достигала 4кВт*ч. Пока ветрогенератор заряжает аккумулятор 155Ач 12вольт.

>

Парусный ветрогенератор 4Кв.

Небольшой фото отчет и описание создания ветрогенератора парусного типа для зарядки аккумуляторов. Ветроголовка собрана из мультипликатора и двух автомобильных генераторов на 24 вольта. Привод с вала мультипликатора ременной, на каждый генератор по отдельности. Диаметр ветрокрлеса 5 метров, паруса сделаны из банерной ткани.

Парусный ветряк. Анализ конструкции парусного ветряка, примеры использования, мощность.

Продолжение статьи. ( начало статьи ). ( Часть 2 статьи ). ( Часть 3 статьи ). Часть 4 статьи ). Часть 5 статьи ). Часть 6 статьи ).

Ну что же, если предыдущие 6 статей с описаниями проблем, с которыми вам придется столкнуться при постройке ветроэлектростанции еще не отбили у вас охоту с ней связываться, приступим к описанию конкретных моделей ветряков. Начнем с самых простых.

Парусный ветряк.

Человечество использует паруса с незапамятных времен, уже много тысяч лет. Вобщем, сколько себя помнит. Когда о аэродинамике еще и понятия не имели. Но ветряные мельницы уже крутились и лодки под парусами уже плавали. Правда в те времена пользовались обычно плоскими парусами. В средние века были изобретены паруса более совершенные, что тут же повлекло резкий скачок в развитии мореплавания, и как следствие — наиболее громкие географические открытия. Но до сих пор парус продолжает служить и будет служить людям до тех пор, пока дует ветер.

Как выглядит парусный ветряк вам должно быть понятно из фотографий. Не вдаваясь в дебри аэродинамики, можно сказать, что парусный ветряк один из самых простых, но в тоже время один из самых неэффективных существующих ветряков. КИЭВ парусного ветряка не может быть выше 20% даже теоретически. Это означает, что вы будете получать только 1/5 часть мощности ветрового потока, попадающего на лопасти парусного ветряка. Например, если ветер дует со скоростью 5 м/с, а ветряк у вас 5 метров в диаметре, то мощность ветрового потока будет ок. 1500 Ватт. Вы же реально можете снять с ветряка только 300 Ватт (в лучшем случае). И это с пятиметровой конструкции!

К счастью только низким КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) недостатки парусного ветряка и ограничиваются. Дальше идут только достоинства.

Парусный ветряк — самый тихоходный ветряк. Его быстроходность редко приближается к 2, а обычно находится в диапазоне от 1 до 1,5. И все из за его чудовищной аэродинамики.

С другой стороны, парусный ветряк — один из самых чувствительных ветряков. Он работает с самого низа диапазона скоростей ветра, начиная буквально от штиля, с 1-2 метров в секунду. А это намаловажный фактор в условиях центральной России, где ветер редко бывает больше 3-5 метров в секунду. Тут, где более быстроходные ветряки по большей части бьют баклуши, парусный ветряк будет хоть что то выдавать. Хотя, как вам наверное известно, Россия не славится ветряными мельницами, тут не приморская Голландия и ветра нас не балуют. Зато было много водяных мельниц.

Еще одним достоинством парусного ветряка является удивительная простота его конструкции. Вал ветряка, на подшипниках, естественно, на валу — ступица. К ступице прикреплены «мачты», обычно из от 8 до 24-х. А от мачт отходят косые паруса из прочной тонкой материи, как правило, синтетической. Другая часть паруса крепится шкотами, которые выполняют и роль регуляторов угла поворота парусов и роль противоштормовой защиты. Т.е. самое примитивное парусное вооружение, проще, чем на самой простой яхте.

Именно эта простота конструкции и не позволяет отправлять парусный ветряк в архив технических достижений человечества. Для переносного, перевозного, походного, аварийного варианта парусный ветряк — достаточно достойная конструкция. В собранном варианте он представляет собой упаковку не больше, чем палатка. Паруса свернуты, мачты сложены. Даже 2-х метровый парусный ветряк на ветре в 5 метров/сек даст верных 25-40 Ватт энергии, чего с лихвой хватит для зарядка аккумуляторов и связной и навигационной аппаратуры, да и для незамысловатой системы освещения на мощных светодиодах хватит.

Невысокая по определению мощность парусного ветряка наводит на мысль о применении в качестве генератора шагового двигателя аналогичной мощности ( 30-40 Ватт). Ему тоже не требуются высокие обороты, 200-300 в минуту вполне хватит. Что идеально согласуется с частотой оборотов ветряка. Ведь он при быстроходности 1,5, будет выдавать эти 200 оборотов уже при ветре 4-5 метров в секунду. Используя готовый шаговый двигатель вы тем самым избавите себя от достаточно серьезной мороки по изготовлению электрогенератора. Поскольку изначально подразумевается наличие редуктора или мультипликатора, то легко можно согласовать обороты парусного ветряка и генератора.

Если сделать вариант с жесткими (пластиковыми парусами), то можно будет несколько увеличить быстроходность, правда за счет некоторого снижения мобильности. В разобранном виде ветряк будет занимать больше места.

Поэтому если ваши амбиции по запряганию ветра в свою телегу ограничиваются мощностью в пару-тройку десятков Ватт для зарядки небольших и средних аккумуляторов, (до 100 А.ч), организацией простого освещения с помощью инвертора до 220 вольт и энергосберегающих ламп, то парусный ветряк — весьма и весьма достойный вариант. Это будет пусть и не самый эффективный в плане использования энергии ветра, но очень бюджетный и быстро окупаемый вариант. 2-3 метровый ветряк будет выдавать вам до 1 КВт энергии в сутки.

В качестве походного, парусный ветряк будет дешевле самого дешевого бензинового электрогенератора и окупит себя изначально.

Стационарные парусные ветряки строят изначально большие именно из-за их невысокого КИЭВ. Не менее 5-6 метров диаметром, иначе нет смысла. Такой ветряк уже стабильно будет выдавать до 2-3 Квт энергии в сутки. И при рачительном ее использовании, их можно превратить в 3-5 Квт осветительной энергии (например для освещения теплицы или парника). А при использовании теплового насоса — в 5-6 Квт тепловой энергии, что позволит отапливать небольшой садовый домик в 20-30 кв. метров и серьезно экономить топливо.

Поэтому парусный ветряк, несмотря на свою архаичность конструкции остается способом использования ветра все еще заслуживающим внимания. Особенно в зоне слабых ветров.

Верхний предел рабочей скорости ветра у парусного ветряка не более 10-12 метров в секунду. И то у самых надежных ветряков. Поэтому при конструировании парусного ветряка следует серьезно озаботиться штормовой защитой. Например сделать «ломающиеся» мачты, на основе конструкции антенны Куликова, или придумать устройство расслабляющие шкоты, что бы превратить паруса во флаги, или складывать мачты при помощи тросов –растяжек, и т.д.

Возвращение к делу о силовой установке ветряной мельницы

файл фото

Опубликовано
26 окт. 2019 г., 1:30

На протяжении веков паруса составляли основу движения судов с помощью ветра, пока немецкий авиационный инженер Антон Флеттнер не разработал роторы Magnus с вертикальной осью, которые использовали эффект пограничного слоя для преобразования энергии ветра в движение судов. В конце 20-го века канадский профессор физики доктор Брэд Блэкфорд построил лодки с ветряными мельницами, способные плыть прямо против ветра. В начале 19Во время лодочной гонки 80-х годов в Галифаксе его лодка шла против ветра с большей скоростью, чем парусные конкуренты.

Введение

В настоящее время реализуются многочисленные инициативы по снижению выбросов углерода судовыми двигателями. В связи с этим существует постоянная заинтересованность в более широком использовании энергии ветра для движения судов с использованием комбинации воздушных парусов на основе воздушных змеев для захвата энергии параллельных нисходящих и боковых ветров, дующих под углом 90 градусов или более при измерении от носа. Некоторые современные суда, такие как Танкер Maersk Pelican несет пару 30-метровых роторов Magnus с вертикальной осью, установленных над его палубой, и во время эксплуатации это снижает выбросы с корабля на 10 процентов.

Интерес к корабельным двигателям с помощью ветра побуждает к изучению исследований и разработок Блэкфорда, который к 2010 году построил судно-катамаран на подводных крыльях, приводимое в движение одним трехлопастным ветряным двигателем с горизонтальной осью, установленным на вершине мачты и использующим механическую связь для управлять пропеллером. Двигаясь вдоль восточного побережья Северной Америки, судно достигло скорости 8 узлов по ветру и 12 узлов по ветру. Существует возможность объединить исследования Блэкфорда с последними достижениями в области технологии преобразования энергии ветра для разработки более крупных судов или, возможно, более быстрых судов.

Ветряные турбины

В то время как последняя лодка Blackford с ветряной мельницей представляет собой катамаран на подводных крыльях, вопрос, который необходимо изучить, заключается в том, есть ли возможности для расширения концепции и в какой степени? General Electric разработала трехлопастные ветряные турбины мощностью 12 МВт или 16 000 лошадиных сил. Калифорнийский разработчик ветряных турбин Дуг Селсам размещает ряд ветряных турбин, расположенных вдоль единого приводного вала удлиненной длины, который работает под углом к ​​преобладающему направлению ветра. Можно было бы установить параллельную пару многороторных супертурбин Selsam на вершине мачты с подвижным Т-образным элементом для крепления приводных валов.

Один приводной вал увеличенной длины потребует двух наборов шестерен с углом поворота 90 градусов для передачи мощности на приводной вал с вертикальной осью, установленный внутри мачты из полых труб, с тремя наборами шестерен для параллельных валов. Чтобы приспособиться к более сильному ветру, каждый приводной вал наклонялся, при этом передние турбины двигались вниз, а задние турбины поднимались выше. Параллельные многотурбинные приводные валы будут включать турбины небольшого диаметра, способные вращаться при сильном ветре, обеспечивая при этом движение судна. Единые сверхразмерные трехлопастные турбины будут применимы к большим судам, плывущим на малой скорости до восьми узлов против ветра.

Сочетание инноваций

Бывший профессор бизнеса Мичиганского университета доктор Си Джей Прахалад представил теорию новых возможностей для бизнеса, возникающих в результате конвергенции новых технологий. И суда на подводных крыльях, и катамараны плывут по неспокойной воде с уменьшенной качке и качке. Перенос авиационных технических инноваций в морское применение будет включать установку гребного колеса с поперечной осью (ветряного двигателя) на верхнюю поверхность подводного крыла, чтобы перевести судно на подводное крыло, плывущее с меньшей скоростью по неспокойной воде. Цилиндрический ролик с приводом от водяного потока, встроенный в верхнюю поверхность подводного крыла, дал бы сравнимый результат.

В то время как целью увеличения ветровой тяги для больших грузовых судов является сокращение выбросов углерода, сочетание различных технических инноваций также может привести к созданию туристического катамарана на подводных крыльях с приводом от ветряной мельницы, способного плавно плыть по неспокойной воде, перевозя от 50 до 200 гостей. Доказанная способность гребных винтов, приводимых в действие ветряными мельницами, двигать судно прямо против ветра с более высокой скоростью, чем парусные суда эквивалентного размера и веса, расширяет перспективы установки такой технологии над носовой частью как больших, так и малых судов. Небольшие пассажирские суда, используемые в туристических целях, могут использовать несколько турбин на одном приводном валу.

Механическая передача мощности

В то время как трехлопастные турбины с горизонтальной осью обеспечивают более высокий КПД, чем ветряные турбины с вертикальной осью, последняя конструкция упрощает передачу тяговой мощности на винт(ы). Достижения в технологии шарниров равных угловых скоростей обеспечивают плавную передачу мощности под углом 45 градусов, при этом пара таких муфт способна передавать мощность от ветряной турбины с вертикальной осью, расположенной высоко над палубой, к гребному винту с горизонтальной осью. Из-за высокого крутящего момента при малых оборотах от больших трехлопастных турбин преобладает дорогая передача электроэнергии. Однако существуют новаторские методы передачи мощности между установленной в корме трехлопастной турбиной и гребным винтом лодки.

Представляется возможным совместить кормовой трехлопастный ветродвигатель с зубчатой ​​системой привода азимутального винта, нейтрализующей реакцию рулевого момента. Для применений, требующих турбины меньшего диаметра, компания Selsam построила двухлопастные турбины с двумя роторами, расположенными под углом 90 градусов друг к другу на удлиненном приводном валу с возможностью наклона, которые, как доказано, обеспечивают высокую мощность и работают при сильном ветре. В тех случаях, когда требуются ветряные турбины еще меньшего диаметра, необходимо использовать многотурбинную систему Selsam в кормовой части, чтобы большинство турбин находились вдали от пассажиров и позади них на борту круизного судна с ветровой тягой.

Мобильные плавучие ветряные турбины

Более высокая скорость ветра над океаном, чем над сушей, повышает привлекательность разработки морских плавучих ветряных турбин. Ветряные турбины с горизонтальной и вертикальной осью были адаптированы для приведения в движение лодок, что расширило перспективы комбинирования разработки стационарных и мобильных плавучих ветряных турбин в интересах как сектора производства электроэнергии, так и сектора морского транспорта. Есть несколько судоходных маршрутов, где тяга воздуха не ограничена, что позволяет использовать ветряные турбины максимально возможного размера для обеспечения движения судов. Судоходные маршруты с ограниченной воздушной осадкой потребуют технических инноваций для разработки технологии регулируемой по высоте ветровой энергии для движения судов.

Буксир/силовая установка ветряной мельницы

Физическая конфигурация круизных судов и полностью загруженных контейнеровозов ограничивает размещение на борту ветряных турбин. Крупногабаритный многокорпусный буксир может включать в себя пару ветряных турбин, соединенных шарнирами с плавучими башнями. В то время как судно будет заходить в порты, размер супербуксира требует, чтобы он оставался на якоре за пределами портов. Когда судно выходит из порта с помощью буксира, оно будет соединено с судном с ветряной турбиной большого размера с внешними корпусами и ветряными башнями, расположенными на расстоянии до 300 метров друг от друга, с надстройкой корабля, обеспечивающей устойчивость ветровой установки по тангажу и крену.

Такое расположение может позволить паре ветряных турбин мегаразмера вырабатывать электроэнергию, когда судно плывет прямо против встречного ветра. Пара ветряных турбин мощностью до 16 000 лошадиных сил каждая (12 МВт) будет поставлять электроэнергию на электродвигатели и гребные винты судна. Крупногабаритные плавучие ветряные установки, соединенные как с носовой, так и с кормовой частью, могут включать в себя три турбины, преобразующие энергию диагонального встречного ветра для контейнеровоза или круизного лайнера, что дает потенциал, приближающийся к 36 МВт, в то время как меньшая высота балкерных судов может позволить использовать энергию четырех ветряных турбин для выработки электроэнергии. мощность для движения корабля.

Технические возможности

Телескопический ротор Magnus может работать на высоте 30 метров над палубой в порту и выдвигаться на высоту 50 метров над палубой при переходе через океан. Шарнир, установленный в верхней части мачты ветряной башни, позволит трехлопастной турбине вращаться вокруг горизонтальной оси при движении через океан, а затем расцепляться и складываться в положение вертикальной оси, чтобы пройти под мостом, например, вдоль Суэцкого канала. . В будущем может появиться возможность разработать телескопические мачты ветряных башен, которые заключают в себе телескопические шлицевые концентрические приводные валы, чтобы еще больше уменьшить высоту над водой втянутых трехлопастных ветряных турбин.

Увеличенная по высоте или телескопическая сверхмачта двойного назначения с шарниром могла нести наклонную трехлопастную турбину на большой высоте. На более низкой высоте над палубой он будет поддерживать аэродинамический профиль или аэродинамический профиль с цилиндрами, вращающимися в противоположных направлениях, для улавливания энергии ветра, дующего на судно под углом от 20 градусов от носа до 90 градусов, чтобы дополнить ветряной двигатель и бортовой двигатель. воздушный змей-парус. При экстремальной скорости ветра ветряные турбины необходимо наклонять, чтобы уменьшить площадь поперечного сечения по отношению к направлению ветра, или закрепить лопасти в нейтральном положении, чтобы предотвратить разрушение лопастей при высоких оборотах.

Бортовая ветроэнергетика

Скорость ветра увеличивается с высотой, что привело к развитию различных проявлений воздушного преобразования энергии ветра. Одна из версий технологии включает воздушного змея или воздушный шар с ветряной турбиной и генератором, а линия электропередач встроена в ограничительный трос. Другая версия сочетает в себе технологию воздушного змея с преобразованием механического движения в электрическую энергию на уровне земли. Эта технология все еще находится на ранних этапах разработки и обещает в будущем тяговую силу для небольших лодок, плывущих против встречного ветра, с установленным на корме тросом для технологии преобразования энергии ветра в воздухе.

Такое преобразование энергии ветра с бортовой технологией, закрепленной тросом на корме, подходит для небольших круизных судов на подводных крыльях, перевозящих туристов. Технология производства энергии будет находиться за судном на большой высоте, вдали от пассажиров и с минимальным уровнем шума, достигающим кормовой части судна. Некоторые варианты технологии, вероятно, могут включать в себя несколько тросов, соединенных с системами шкивов, которые приводят в движение приводной вал и гребной винт (-ы). Полностью механическая система снизит высокую стоимость электрического генератора (генераторов) и двигателя (двигателей) с потенциалом обеспечения более высокой эффективности преобразования энергии встречного ветра в движущую силу.

Комбинированная авиационная ветроэнергетика

Комбинация бортовой энергии ветра, прикрепленной к носу и корме судна, может обеспечить движение. Доказано, что убирающиеся бортовые воздушные змеи-парусы, размещенные в носовой части и сматываемые при необходимости, обеспечивают движение судов, используя параллельную энергию попутного и бокового ветра под углом до 90 градусов к центральной оси корабля. Для плавания прямо против встречного ветра или по диагонали против встречного ветра бортовая технология преобразования энергии ветра, закрепленная с помощью троса в кормовой части судна, может обеспечить значительную движущую силу, при этом технология буксируется за судном, когда это не требуется.

Выводы

По материалам соревнований по парусному спорту, проводившихся в начале 1980-х годов в Галифаксе, Канада, профессор физики Университета Далхаузи доктор Брэд Блэкфорд построил лодку с ветряной мельницей, которая плыла прямо против ветра с большей скоростью, чем конкурирующие лодки с парусным двигателем. Его исследование позволяет грузовым судам с ветряными мельницами плыть прямо против пассатов, что снижает затраты на топливо и выбросы углерода. Существует возможность использовать более ранние инновации Blackford с использованием современных технологий ветряных турбин и инноваций на подводных крыльях, чтобы разработать туристические круизные суда с ветряными двигателями, способные плавно плыть по неспокойной воде.

Будущие морские ветродвигатели, вероятно, будут включать в себя независимые суда с ветряными турбинами большого размера, которые будут работать за пределами портовых зон, которые будут соединены с большими контейнеровозами, сухогрузами и даже круизными судами для преобразования энергии ветра в электрическую тягу, когда эти суда отправляются из порта в плавание через океан. Будущие суда с ветряными двигателями, вероятно, будут использовать комбинацию бортовых воздушных змеев и ветряных мельниц, которые могут быть установлены на палубе, на отдельных узлах, которые соединяются с кораблем, или даже с технологией преобразования энергии ветра с воздуха, которая приводит в движение гребные винты судов.

Мнения, выраженные здесь, принадлежат автору и не обязательно принадлежат The Maritime Executive.

Парус ветряной мельницы — Различные типы парусов ветряной мельницы

Парус ветряной мельницы — Различные типы парусов ветряной мельницы

• Общие паруса
  — Чаще всего используется на европейских ветряных мельницах, которые могут быть натянуты на паруса в нескольких различных конфигурациях, которые могут точно улавливать
  количество силы ветра, чтобы ветряная мельница работала с максимальной эффективностью. Эти различные конфигурации паруса могут быть свернутыми, острием меча, кинжалом.
  Point, First Reef и Full Sail.
• Стреловые паруса
  – Очень простой тип паруса, состоящий из простого деревянного каркаса и парусины в форме треугольника. Этот треугольник можно составить несколькими различными способами.
  размеров, а смена ткани (как и у многих других типов парусов) возможна только при остановленной ветряной мельнице. Этот тип паруса чаще всего
  используется в Средиземноморье.
• Весенние паруса
  — Весенние паруса используют концепцию разделения парусов на количество отсеков, которые можно открывать и закрывать створками. Ставни можно соединять
  вместе в стержни или другие формы, при этом каждый отдельный стержень имеет свой набор пружин, которые могут открывать ставни, если ветер слишком сильный.
  Таким образом, оператор ветряной мельницы может создать парус, который может автоматически уменьшить поверхность паруса, если ветер вдруг станет слишком сильным. Устанавливать
  пружины и заслонки в исходное положение, парус необходимо остановить.

• Роллерные паруса
  — По функциям аналогичны весенним парусам, за исключением того, что вместо отдельных пружин, которые контролируют открытое/закрытое состояние отдельных жалюзи, здесь одна
  центральный стержень контролирует количество лонжеронов с намотанной на них тканью, что позволяет операторам ветряных мельниц контролировать размер парусов во время вращения ветряной мельницы.
• Патентованные паруса
  — Тип паруса Windmill, который сочетает в себе технологии парусов Spring Sails и Roller Reefing.
• Голландские паруса
  – Голландские ветряные мельницы прославились многочисленными типами парусов. Самые известные из них — паруса Деккера (паруса аэродинамической формы со стальным покрытием, которые извлекали
  больше силы ветра), паруса Beckers (в которых использовалась серия центробежных грузов, которые могли изменять размер парусов на лету), система Fok
  (регулируемые концы парусов, которые могут увеличивать или уменьшать их эффективность), система Ван Риета и некоторые другие.