Устройство убежища: Немного о электроэнергии- турбины

  • Автор: paracels
  • Опубликовано: 16 августа 2010, 11:33
  • Итак, мы всё ещё в условиях глобального катаклизма, пытаемся приспособиться к новым условиям жизни/пригодиться для группы суровых выживальщиков 5 категории (и даже выше).
    Речь на этот раз пойдёт о турбинах которые будут улавливать рассеяную в воздухе и воде энергию. Важно понимать что устройство передачи движения воды/воздуха в механическое вращение ротора в генераторе составляет едвали не 50% КПД вашей гипотетической постядерной электро-установки :-)

    Итак каковы наши варианты?

    Поговорим для начала о ветро-генераторах.

    Основой основ принятия правильного решения при выборе устройства ветрогенератора можно считать анализ энергии, которую несет в себе ветер. Не отвлекаясь на пространные рассуждения я сразу приведу формулу расчета энергии ветра:

    P = 0,6 х S x V^3
    P — это мощность, в Вт
    S — площадь (М2) на которую перпендикулярно дует ветер.
    V — скорость ветра, в метрах в секунду (в формуле — в кубе).

    Т.е. мощность, энергия, что несет в себе ветер прямо пропорционально обдуваемой им площади и кубу его скорости.
    Например, ветер дующий на 1 кв. метр со скоростью 2 м/с «несет» в себе энергию 4,8 Ватт.
    Если скорость ветра увеличится до 8 метров в секунду, то мощность возрастет до 307 Ватт.

    Таким образом мы приходим к выбору устройства турбины. Существуют два основных типа ветротурбин: с вертикальной осью вращения и с горизонтальной. Горизонтальное вращение турбины основывается на вращении пропеллера типа как у самолётов старых, а вертикальное вращение за счёт разнообразных других механизмов (см. ниже).

    Вертикальные ветротурбины.
    Устройства вертикальных ветротурбин разнообразны и интересны :-) вот несколько примеров :-)





    В чём их приимущества:
    -легче в изготовлении, по сравнению с винтовыми
    -более надёжны при порывах ветра
    -работают при любых направлениях ветра
    -работает при слабом ветре
    -более оборотисты при слабом ветре (но не превышают 300-500 обротов в минуту даже при сильных ветрах)

    Недостатки:
    «передача большого тока через коллектор вызывает ощутимые потери энергии и может привести к неприятностям как из-за нарушения контактов при их окислении, так и из-за снижения упругости пластин щеточного устройства. И еще: ветроколесо такого типа обладает качествами гироскопа — волчка, стремящегося сохранить в пространстве ориентацию оси вращения. Именно поэтому при изменениях направления ветра возникает значительная нагрузка на подшипники, что сокращает срок их службы» вот собственно и всё что я смог найти из недостатков :-)

    Изготовление:
    Наиболее распространённые материалы для изготовления это бочки/вёдра/прочие емкости которые легки, прочны и могут быть распилены на две равные части, всяческие шины, а так же разнообразные пластиковые поверхности которые легки и есть в свободном доступе.
    Итак. Гайд по строению роторного ветрогенератора (с моими вставками) следует ниже. Как всегда я предупреждаю что это перепост, но ценность его от этого не уменьшается.

    " Эта ветроэлектростанция — роторного (так называются вертикальные турбины) типа. Несомненное достоинство ее конструкции — наличие оригинального автоматического устройства, устанавливающего лопатки ротора в оптимальное положение в зависимости от скорости ветра. Ветродвигатель можно использовать в качестве привода генератора или насоса. При скорости ветра до 30 км/ч его мощность составит около 700 Вт (при наличии двух установок получим вполне себе нормальную мощность, при наличии аккумулятора который бы накапливал энергию).

    Лопасти ротора делаются из 3-мм фанеры, слоистого пластика или дюралюминия толщиной 0,5…0,8 мм на деревянном или металлическом каркасе (а в принципе из чего угодно делаются, главное что бы материал был лёгкий и не особо хрупкий).

    Верхняя и нижняя крестовины крепления лопаток ротора изготавливаются из стальных полос толщиной 5 мм и собираются с помощью сварки. Нижняя крестовина для большей жесткости усиливается стальными 5-мм подкосами, которые привариваются снизу. Крестовины крепятся на валу двигателя стопорными винтами М8. (конечно тут нужна сварка и так далее, но мы, как опытные выживальщики, должны понимать- важно знать схему, а крепёж может быть любым)

    Автомат установки лопаток обеспечивает постоянную скорость вращения ротора вне зависимости от силы ветра. Он состоит из трех частей — крестовины, тяги и пружины.

    Принцип действия автомата прост. При небольшой скорости ветра пружина, сжимаясь, ставит лопатки ротора в положение, при котором максимально используется сила ветра. По мере увеличения частоты вращения ротора тяги, выполняющие одновременно функции грузов-балансиров, под действием центробежной силы начинают поворачивать лопатки ротора внутрь. Таким образом достигается стабильность вращения ротора (а значит и компенсируется один из минусов вертикальных турбин- износ подшипников).

    При изготовлении автомата главное внимание нужно уделить балансировке всей конструкции. Жескость пружины, работающей на растяжение, подбирается опытным путем. В случае необходимости устанавливаются дополнительные грузы на стороны лопаток, обращенные к оси ротора. Они обеспечивают срабатывание автомата при увеличении скорости вращения ротора.



    Ветровой Генератор:

    1 — верхняя крестовина, 2 — лопатки ротора, 3 — нижняя крестовина, 4 — тяга-балансир, 5 — крестовина автомата установки лопаток, 6 — пружина, 7 — вал ротора, 8 — основание ветродвигателя, 9 — шкив.







    Рама привода ветряного двигателя делается из стальных уголков сечением 5?50x50 мм. Площадки для установки корпусов подшипников вырезаются из стального листа толщиной 5 мм. Последние крепятся на площадке с помощью сварки, причем нижняя площадка делается подвижной — для центровки вала ротора. Подшипники можно использовать № 106 и № 206 (всяческие номера деталек как в механике так и в электронике обозначают типовые детальки, а цифры и буквы в номерах указывают характеристики деталек- вот ссылка на описание типов подшипников).

    Электрогенератор под ветродвигатель лучше использовать от легковой машины. Следует отметить, что такой ветродвигатель неплохо работает в паре с насосом, поднимая воду из скважины или колодца в водонапорную башню. Для этого понадобится автомобильный топливный насос либо водяная помпа от стиральной машины. Первый приводится в действие с помощью одного или нескольких кулачков, расположенных на валу ветродвигателя, вторая — с помощью клиноременной передачи.



    взято с energyfuture.ru "

    Вот в кратце и всё о роторных турбинах. В любом случае можно просто и без выпендрёжа распилить пластиковые баки и использвать их. Всё будет работать и при таких раскладах.



    Горизонтальные турбины.
    Исторически сложилось что такие виды турбин более популярны, возьмите хотя мельницы- они изначально использовали именно горизонтальное вращение. Ниже несколько примеров таких турбин.




    а вот небольшое видео наглядно демонстрирующее один из главных минусов горизонтальных турбин



    Поговорим о плюсах и минусах
    из плюсов у нас высокие обороты при сильном ветре т.е. потенциально из горизонтальной турбины можно выжать больше чем из вертикальной
    из минусов сложность изготовления лопастей, сильная уязвимость самих лопастей при сильном ветре, некоторая сложность при передаче вращения на ротор генератора

    Ниже последует небольшой гайд который снимет несколько вышеперечисленных минусов, а именно- сложность изготовления и уязвимость лопастей. Весьма находчиво на мой взгляд :-) и кстати именно такая технология использована в первом видео-примере о горизонтальных турбинах

    «Как изготовить лопасти для ветрогенератора из ПВХ труб.
    Эту статью я нашел вот тут www.reuk.co.uk/PVC-Wind-Turbine-Blades.htm.
    И ниже привожу перевод.

    Изготовление лопастей из ПВХ для ветрогенераторов становится все более и более частым явлением. ПВХ трубы легко найти, они сравнительно дешевы, легко обрабатываются, а эффективность лопастей, изготовленных из ПВХ труб более чем примлема для небольших простых ветрогенераторов. Закрепите лопасти из ПВХ на генераторе на постоянных магнитах или подходящем шаговом двигателе с помощью обычных болтов и вот вы уже имеете простой ветрогенератор.

    Одной из наиболее сложных частей в самодельном ветряке является изготовление подходящих лопастей. Лопасти ветрогенератора подвергаются огромным механическим напряжениям и должны быть изготовлены с очень малым геометрическими отклонениями, отбалансированы и не вызывать разрушающей вибрации на ветрогенератор.

    Как правило, лопасти вырезают из дерева, но это очень длительный и трудоемкий процесс, требующий разнообразных инструментов (пилы, дрели, шлифмашины, хомуты, работа стенде и т.д.). К счастью, есть альтернатива: ПВХ трубы, из которых можно вырезать лопасти необходимого размера. Самым главным преимуществом лопастей из ПВХ — их дешевизна. Если ветрогенератор будет поврежден во время урагана, лопасти можно очень быстро и дешево заменить.

    В сильные ветры гибкость ПВХ лопастей является полезным свойством, поскольку это позволяет уменьшить усилие на лопастях и предотвратить ветрогенератор от чрезмерной скорости вращения и повреждения. Очевидно, нужно позаботиться о том, чтобы обеспечить достаточную жесткость лопасти, во избежание удара о мачту.

    Лопасти ветряных турбин можно вырезать из труб с помощью электролобзика или куска полотна ножовки по металлу. Можно вырезать либо одну лопасть либо пару лопастей из одного куска трубы.
    Ниже приведен пример двухлопастного винта, выполненного из одного куска ПВХ трубы.

    Этот винт имеет не оптимальную форму. Джереми Парсонс говорит о том, что задняя кромка должна быть смещена от центральной оси трубы для улучшения подъемной силы (а следовательно и вращения), производимой винтом.

    Для изготовления трех и более лопастей для одного винта необходимо сделать ступицу, на которой с помощью болтов будут закреплены лопасти. Для небольших лопастей ступицу можно изготовить из фанеры, а для более крупных можно использовать металлический винт от автомобильного радиатора, к лопастям которо болтами прикручиваются ПВХ лопасти. Самый простой способ изготовить лопасти из ПВХ трубы — разрезать трубу вдоль на четыре части и сделать каждую лопасть из получившейся четверти.
    взято с subscribe.ru/archive/tech.tehspravka/200807/07075306.html
    Ещё раз напомню- первый пример горизонтальных турбин наглядно демонстрирует изготовление лопастей их ПВХ труб.
    Таким образом у нас есть доступный материал, значительно упрощённый вариант изготовления лопастей. Всё вместе это даёт нам возможность легко заменять испорченные лопасти.
    НО это ещё не всё :-) ниже будет ещё более интересный гайд :-) весьма остроумный способ построить ветрогенератор из… сканера(!) :-)
    перепост и… ну вы в курсе уже :-)
    “Ветряной генератор из старого сканера
    Разместил 22.06.2008 nik34
    Ниже предоставлена инструкция, с помощью которой вы сможете «переработать» старый сканер в впечатляющий генератор электричества.

    Нам понадобятся:
    — Старый сканер;
    — Выпрямляющие диоды (в проекте использовано 8 диодов 1N4007);
    — Конденсатор 1000 мкФ;
    LM7805;
    — Труба ПВХ;
    — Пластиковые детали (см. ниже);
    — Алюминиевые пластины (можно использовать любые другие).

    Помимо флуоресцентной трубы и электронных компонентов, в сканере есть шаговый двигатель, именно он нам и понадобится. На фото показан четырехфазный шаговый двигатель.

    Теперь, когда у нас есть все необходимые компоненты можно приступить к сборке выпрямителя. Для каждой фазы нам понадобится 2 диода, т.е. всего 8 диодов. Выходное напряжение будет стабилизировано с помощью конденсатора емкостью в 1000мкФ и регулятора напряжения LM7805. Заметка 1. Этот генератор может свободно вырабатывать напряжение более 5 вольт, однако в рамках этого проекта, для зарядки мобильных устройств, было достаточно 5 вольт. Заметка 2. Для зарядки по порту USB необходимо два сопротивления в 15 кОм на обеих шинах передачи данных. Более подробно смотрите в спецификации USB или в этой инструкции.




    Собираем лопасти.


    Конец! Теперь осталось дождаться ветряного дня и опробовать устройство, как видно на фотографии — устройство стабильно генерирует напряжение 4.95 В. Теперь вы можете бесплатно заряжать МР3 плеер или телефон!

    На английском языке: Wind Generator from Old Scanner
    Перевод: Ale)(ander, по заказу РадиоЛоцман
    Источник:
    www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=46283
    взято с mobipower.ru

    О ветротурбинах было уже достаточно сказано. Перейдём к энергии воды.

    Речь у нас пойдёт о миниГЭС.
    Издревле люди строили плотины и устраивали водяные мельницы. В наше время появились гидротурбины как вертикального так и горизонтального устройства.
    Таким образом важно понимать что устройство энергообеспечения от воды более надёжно, вы не завистие от непостоянного ветра, но в тоже время и привязывает вас к месту вашего обитания, что должно сказаться на стратегии вашего выживания. Учитывайте этот фактор.
    Так же устройство миниГЭС потребует большей материально-технической подготовки и технических умений и навыков нежели ветроустановка.

    Говорить о горизонтальных гидро-турбинах нету смысла, это сложное устрйоство требующее хорошего напора воды (такой можно сделать в длинной трубе в которой можно устроить хороший перепад высот) и умной системы передачи вращения на генератор. Потому я не буду рассматривать этот вариант в данном гайде. Если инетерсно- погуглите, есть пара интересных вариантов.

    Я хотел бы рассказать о двух довольно интересных и остроумных вариантах устрйоства миниГЭС. Первый вариант подойдёт для небольших рек с достаточно сильным течением и глубиной.
    Перепост
    “ Своими руками смонтировать маленькую гидроэлектростанцию. Ее двигатель устроен довольно просто. С одного берега реки на другой необходимо перекинуть трос, на котором подвесить несколько гидророторов (см. чертёж). Эти устройства будут вращаться потоком воды и в свою очередь вращать трос.

    Устройство мини-ГЭС:
    1, 8 — крюк; 2 — ролик; 3 — стяжки; 4 — металлический трос; 5 — гидроротор; 6 — место фиксирования роторов; 7 — свободная опора с упорным подшипником; 9 — стальная полоса


    Чертежи для изготовления деталей и узлов двигателя для мини-ГЭС

    Мощность двигателя будет складываться из скорости течения реки и числа гидророторов, а также их размеров. Это означает, что, присоединяя к тросу дополнительные пары роторов, можно увеличивать мощность. Двигатель для мини-ГЭС можно изготовить по чертежам, показанным на рис. 102.

    Для начала нужно подобрать соответствующий генератор и заготовить материалы (трос, доски, кровельное железо, стальной пруток и полосы). После этого тщательно подобрать место установки ГЭС. Оптимальным вариантом будет прямой участок реки с не заросшими кустарником берегами. На выбранном участке нужно наметить места двух створов и определить скорость течения. Если скорость составила не меньше 0,8 м/с, то можно строить электростанцию.

    Длина троса зависит от ширины реки. Каждый гидроротор состоит из двух полуцилиндров с ограничительными дисками, смещенными относительно друг друга. Гидророторы скрепляются попарно и монтируются на трос. В каждой паре один ротор повернут относительно другого на 90°. Это нужно для того, чтобы каждая пара вращалась равномерно, а трос не закручивался рывками. Доски и короткие бревна, вкопанные в землю, являются береговыми опорами. Между собой они связаны стальными тросами. На одном берегу устанавливается генератор, а на другом — свободная опора с упорным подшипником и крюком, дающим тросу возможность вращаться. Конец троса, идущий к генератору, пропущен через ролик и закреплен стяжками. К выходному валу редуктора ролик крепится при помощи крюка.
    Взято с www.mukhin.ru/stroysovet/electro/039.html

    Второй вариант более удобен для небольших речек и ручьёв. Считаю что нижеследующий вариант более актуален для выживания с точки зрения стратегии выживания т.к. на маленьких реках не будет загрязнений от разрешеных проедприятий, меньше технологического мусора, есть возможность устроить лагерь в неприметном для всех месте (в сутках пешего перемещения от ближайшего населённого пункта). Минусом данного варинта является устройство хоть какой-нибудь плотины, хотя можно поискать какой-либо естественный перепад высот.

    В целях уменьшения обьёма статьи я буду говорить только о ключевых моментах.
    Итак. Ищем возможность устройства перепада высот. Это может быть естественная или ускусственная запруда, от которой пойдёт труба.
    Вот пример

    На конце трубы должен быть специальный “адаптер» (не знаю как эту штуку назвать) который будет менять форму потока воды специально под нашу гидротурбину
    Вот пример

    Так же следует помнить что вода может нарушить электропроводку. потому генератор следует устраивать герметично. Наиболее распространённый вариант- генератор заливают в эпоксидку
    Вот пример



    Сама гидротурбина весьма проста в устройстве- это два «диска» между которыми на одинаковом расстоянии располагаются лопасти расположенные под некоторым углом.
    Вот пример


    Вот так примерно должна выглядеть самодельная гидротурбина


    А вот так она выглядит в действии


    Ну и наконец общий план


    При подобном устройстве важен и угол атаки воды на лопасти и расстояние между турбиной и выходящим потоком. Все эти расстояния вычисляются опытным путём.

    источник futureenergy.ru

    Это промежуточная статья посвящённая турбинам. Получилась она обьёмной и местами довольно сложной. Тем не менее считаю что все эти подробности нужны и важны для выживания в целом. Да и по жизни может вам пригодится. Ведь, согласитесь, неплохо иметь жилище независимое от энергокомпаний?

    Далее будет статья о конкретных примерах строительства гидро и ветро электрогенраторов. И на этом я закончу эту серию гайдов.
    • +15

    Комментарии (9)

    avatar

    16 августа 2010, 18:03
    +55.60 messor — Пермь
    Автору — уважение...!
    • v
    • +1
    avatar

    07 сентября 2010, 18:29
    Огромное спасибо за статью, доступно и информативно. Автору +1
    • v
    • 0
    avatar

    09 сентября 2010, 13:36
    +19.35 paracels — Владимир
    очень рад что получилось сделать сложную информацию доступной для понимания :-)
    avatar

    30 ноября 2011, 18:19
    +97.38 Nasmeshnik — город-герой Ангарск
    Единственный " штришок ". Вместо тщательно размеченной ( на снимке видны следы разметки ) и своими золотыми руками изготовленного блока лопаток гидротурбины, можно с той же эффективностью использовать совершенно так же выглядящий блок от воздушного холодильника ( воздушной вытяжки). Точность изготовления у фабричной вещи будет при этом явно выше, а забот у «золотых рук» гораздо меньше. И цена вопроса не велика. При чем, в продаже ассортимент этих лопастей — колес не узок, и можно подобрать нужное изделие согласно условиям задачи.
    • v
    • 0
    avatar

    06 апреля 2012, 21:13
    +140.81 Dmkdok — Санкт-Петербург
    Большое спасибо за компиляцию!
    • v
    • 0
    avatar

    06 апреля 2012, 21:20
    +97.38 Nasmeshnik — город-герой Ангарск
    Блин! Какие воспоминания! Это была первая публикация, с которой я и зашел ( а потом и зарегился) на сайт! В поисковике тыкнул про мини-ГЭС, интернет и выдал. ))))))
    • v
    • 0
    avatar

    15 ноября 2012, 00:27
    +3.41 gumo4ka — Макеевка
    Может быть несколько поздновато. Но свое мнения напишу.
    Три года назад задался целью провести «блага цивилизации» в дачный домик. ТП находился недалеко (всего 4км) поэтому такой вариант сразу отбросил.
    Полез по интернету искать инфу по «альтернативе»
    Много интересного, и как оказалось — бесполезного. Помог мне с этим папа. Недалеко от дашего домика — бежал ручеек. Вот от него и предполагалось наше питание. Но вот незадача: их чего саму турбинку то и строить.
    Из листа 4мм (что был в наличии) бестолково, поток воды маловат. Решили из жести. Помучались, но сделали (спасибо Дмитриенко С.П. — заводскому жестянщику)
    И вот момент истины — не крутится. По простой причине, что потока воды хватает чтоб раскрутить только «пустую» турбину, без генератора.
    С тех пор пользуемся аккумулятором.
    А теперь подумайте, если ли около Вас родники, с довольно большим потоком (около 3л/с) если же нет — забудьте про миниГЭСы.
    Ну и про первое — ветряки. Чтоб вертикальный крутился — его надо отбалансировать. А вы попробуйте впоймать баланс без лазера/УЗ да еще и в конструкции из покрышек.
    Лучший вариант — многолопастник. Крутится при малом ветре, да и большой он не нужен (диаметром 42см) для шагового двигателя из матричного принтера Epson.
    Так что думайте, господа выживальщики, чем освещаться будете
    • v
    • +2
    avatar

    15 ноября 2012, 10:33
    +19.35 paracels — Владимир
    спасибо за ответ наполненный личным опытом. такие слова- бесценны :-)

    по родникам и прочему могу внести только одну коррективу- гэс предпочтительнее ветряков из-за своей постоянности. потому не поленитесь, если ручей слабоват- постройте небольшую плотину с перепадом высот хотя бы метр. и тогда, уверен, всё будет работать.
    avatar

    15 ноября 2012, 03:54
    0.00 Magadanec — Магадан
    Молодец!+ за статью!
    • v
    • 0
    Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.