Ветрогенераторы как источники электроэнергии появились достаточно давно, чтобы успеть обрасти массой вариантов конструкции. Одним из старых, но до сих пор успешно применяющихся и развивающихся вариантов конструкции является парусный ротор. Долговечность конструкции вызвана высокой чувствительностью — большая площадь лопастей позволяет эффективно принимать энергию ветра.
На потоках с низкой скоростью, когда обычные лопастные турбины еще не запустились, парусники уже вращаются и вырабатывают энергию. Эти преимущества заставляют конструкторов постоянно совершенствовать конструкцию, создавать новые, более эффективные разработки.
Ветряк-водокачка
Прототипом нынешних парусных турбин был ветряк-водокачка. Он преобразовывал энергию ветра во вращательное, а затем — в возвратно-поступательное движение, заставляя двигаться помпу, подающую из скважины воду на поверхность. Конструкция была проста и весьма надежна, такие ветряки существуют до сих пор.
Примечательно, что внешний вид ветроколеса был практически таким же, что и на нынешних моделях, хотя со времени появления первых промышленных образцов прошло более 100 лет. Единственным отличием является жестяные лопасти у старых образцов и мягкие тканевые у современных.
Современные ветрогенераторы с парусным ротором
Нынешние конструкции выполняют несколько другую задачу. Они вырабатывают электроэнергию, хотя принцип действия остается прежним — превращение энергии ветра во вращательное движение.
С появлением новых технологий и материалов изменился и внешний вид парусного ротора. Лопасти теперь представляют собой рамы лепестковой формы из трубы. На нее натягиваются паруса из плотной синтетической ткани, не боящейся влаги или перепадов температуры. Иногда рама не имеет замкнутой формы, представляя собой подобие буквы «Г».
Обычно парус имеет треугольную форму с вершиной у центра вращения. Одна из сторон треугольника, примыкающая к вершине, не присоединена к раме. Под давлением ветра она несколько выгибается, образуя лопасть с оптимальным для данной силы ветра профилем. Вращение начинается при малых скоростях ветра — уже при 3-4 м/сек генератор способен заряжать аккумуляторные батареи.
Основное преимущество парусников — простота конструкции и возможность отремонтировать или целиком изготовить ее самостоятельно. По сравнению с лопастями, склеенными из стеклоткани или нарезанными из полипропиленовых труб, изготовление и замена не составляют никакого труда. При этом, существуют и промышленные образцы. Они, как правило, производятся небольшими коллективами, но конструкции весьма интересны. Так, есть модели, объединяющие парус и диффузор.
Лопасти расположены не в плоскости, а наподобие лепестков полураскрывшегося цветка. Поток ветра попадает в такой раструб, уплотняется и с максимальным усилием действует на основание лопасти. Давление на этот участок не опасно, а энергия передается наиболее эффективным образом.
Известны также парусники с вертикальной осью вращения. Они во многом повторяют обычные конструкции, в основном, карусельного типа. Строение паруса имеет специфический тип, исключающий одинаковое воздействие на рабочую и тыльную стороны лопастей.
Парусник своими руками
Высокие достоинства парусных ветрогенераторов побудили многих любителей заняться изготовлением подобных конструкций. Принципиальным отличием от других типов ветряков является только сам ротор, остальные элементы установки у всех разновидностей ветрогенераторов одинаковы.
Крыльчатка парусного типа имеет малую массу и вес. Это означает, что инерция покоя мала, нагрузка на опорные конструкции и подшипники также невелика. Еще одной особенностью является способность парусников самостоятельно наводиться на ветер, что снижает сложность создания ротора. Диаметр крыльчатки можно сделать достаточно большим, увеличивая способность принимать энергию потока с большей эффективностью.
Для изготовления лопастей используются металлические трубы. Распространенный вариант — изготовление замкнутой окружности наподобие обруча, от центра расходятся радиусные планки, являющиеся креплениями парусов. Их количество может быть разным, в зависимости от силы ветров в регионе — чем сильнее поток, тем большее число лопастей понадобится сделать. Такое соотношение делается для образования большего количества щелей в плоскости крыльчатки, пропускающих ветер и снижающих излишнюю нагрузку.
Крыльчатка должна быть качественно отбалансирована. Это особенно важно при больших диаметрах (для мощных ветряков, способных обеспечить весь дом, понадобится до 10 м диаметра). Кроме того, надо предусмотреть возможность торможения колеса и смены парусов при выходе их из строя. Установка ветряка производится на отдалении от дома или построек, высота мачты должна обеспечивать контакт с достаточно мощными потоками ветра.
Рекомендуемые товары
Как вам статья?
