Парусный ветряк: принцип работы и самостоятельное конструирование

Первые ветряные мельницы придумали в Персии за 200 лет до н.э. Там с их помощью перемалывали зерно. А вот использовать ветрогенераторы как источник электрической энергии люди начали в XIX веке, когда один смекалистый фермер из Дании соединил два механизма: ветряную мельницу и электрогенератор. С тех пор ветряки используются не только в хозяйствах, но и в промышленности, а также в домашнем обиходе. Давайте разберемся в принципе работы такого источника энергии, его плюсах и минусах, а также рассмотрим способ сделать парусный ветряк своими руками.

Как работает парусный ветрогенератор

В качестве прототипа современных парусных ветрогенераторов выступал обычный ветряк-водокачка. Он преобразовывал ветряную энергию сначала во вращательное, а потом — в возвратно-поступательное движение. За счет этого двигалась помпа, которая подавала воду из скважины. Удивительно, но такие ветряки существуют и по сей день. Их популярность обусловлена надежностью и простотой конструкции.

Внешне старые и новые модели практически идентичны. Разница в материале, используемом для лопасти. У ветряков старого образца лопасти были cделаны из жестких материалов, а у современных — из мягких (брезент, парусина, нетканые слоистые материалы). По своему предназначению старые и новые ветряки тоже различаются: они выполняют разные функции. Водокачки использовались для подачи воды, а нынешние ветряки — для добычи электроэнергии.

Устройство и принцип работы современных парусников

Главная задача ветрогенератора парусного типа — превращать энергию ветра во вращение. Таким образом и получается электричество. На лопасти замкнутой или незамкнутой формы натягивается материал на манер лепестка. Сам парус представляет собой треугольник с вершиной у самого центра вращения. Одна из сторон этого треугольника должна примыкать к вершине и не присоединяться к раме.

Под силой давления ветра парус слегка прогибается, после чего начинает вращаться. В отличие от ветряков другого типа, парусник стартует даже при низких колебаниях ветра: генератор начинает работу со скорости ветра 3-4 м/сек. Даже при столь небольших скоростях генератор способен заряжать аккумуляторы!

Секрет эффективности парусников в форме лопастей. Они напоминают собой цветочные лепестки. Поэтому порыв ветра, попадая в такой раструб, «наращивает плотность» и действует на лопасти с максимальной силой. Вспомните детские игрушки-ветряки, способные вращаться при малейшем колебании ветра: парусник работает по тому же принципу.

Достоинства и недостатки

У парусного ветрогенератора множество плюсов:

• высокий КПД;
• экологичность;
• низкие показатели шума;
• легкость обслуживания и ремонта;
• простота изготовления своими руками;
• облегченная и компактная конструкция;
• эффективная работа при низкой скорости ветра.

Проанализируйте минусы парусников, чтобы понять, подойдет ли вам такой источник энергии:

• потеря мощности при сильном ветре;
• лопасти не выдерживают высокие нагрузки;
• медленный набор оборотов при смене направления ветра;
• остановка механизма при резкой смене направления ветра.

Если вы проживаете в регионе с постоянными сильными ветрами, которые часто меняют направления, тогда парусник — не ваш вариант. Также конструкцию не стоит возводить в местах, окруженных горами или высокими строениями. Подобные препятствия на пути ветра создают завихрения — парусник не сможет подстроиться под постоянную смену порывов, и в итоге выйдет из строя.

Парусный ветрогенератор своими руками

Сначала вам нужно изготовить мачту, на которую будет крепиться ветряк. Проще всего использовать схему ферменной мачты треугольной или четырехугольной формы. Под основание мачты выкопайте яму и сделайте закладки для крепежа мачты на бетон. После закладок и вставки мачты, залейте в яму бетон и дайте ему застыть. После такой основательной подготовки ваш ветрогенератор устоит даже при шквальном ветре.

Поворотную ось генератора можно изготовить из подручных материалов: например, из колесных дисков и разобранного моста. Чтобы не покупать генератор, используйте двигатель постоянного тока из старого механизма. Подойдут двигатели даже 60-х или 70-х годов выпуска. Достаточно будет, чтобы генератор выдавал напряжение около 50В. После этого соберите узлы привода от редуктора к генератору.

Чтобы поднять и установить детали на мачту, удобней всего воспользоваться лебедкой. Сначала поднимите поворотную конструкцию, а уже потом — генератор. Когда основные работы завершены, приступайте к конструированию колеса. Для него можно использовать любой поворотный механизм и нетяжелые рейки (в качестве спиц). Наденьте на каркас паруса, как показано на фотографии: в форме треугольных лепестков. Готовое колесо с парусами поднимите лебедкой на мачту и закрепите болтами. При первом порыве ветра ваш парусный ветряк придет в движение и начнет подавать энергию к аккумуляторам.

Как видите, сконструировать парусник легко. Если у вас нет под рукой материалов, описанных в статье, импровизируйте. Главные составляющие — мачту, двигатель и паруса — реально сделать из любых доступных запчастей и материалов, которые отыщутся в любом гараже или сарае. Соблюдайте правила безопасности и не забудьте протестировать ветряк перед вводом в эксплуатацию.