Что нужно чтобы сделать ветрогенератор: Как самому сделать ветрогенератор?

Как самому сделать ветрогенератор?

Построить ветрогенератор своими руками не так сложно, как кажется на первый взгляд. Если скорость ветра в вашей местности больше хотя бы 4 м/с, и в небольшом отдалении от вашего дома есть хорошо продуваемое пространство, вы можете организовать ветроэнергостанцию менее, чем за 100 долларов.

Ветряк, который изготовил автор данной статьи, конечно, требует многих доработок, и если у вас денег больше, чем времени, проще купить готовый генератор: их стоимость начинается примерно от 500 долларов. Но если вам хочется поэкспериментировать — эта статья для вас.

Пропеллер

Пропеллер для этого ветряка будет трехлопастным. Хотя двухлопастный пропеллер проще построить, у такого пропеллера есть свои недостатки, например, он не сразу стартует. Еще одним недостатком является тот факт, что при смене направления ветра двухлопастной пропеллер сильно вибрирует при повороте, а это плохо и для самого пропеллера, и для опоры генератора. Я сделал свой пропеллер из еловых досок размером 1″х4″ (Примечание: Реальный размер деловой древесины, продаваемой в Америке, меньше обозначаемой. В данном случае это ¾ на 3½ дюйма, т.е. примерно 2х9 см). Я постарался найти три доски без сучков, имеющие хорошие вертикальные волокна и имеющие примерно одинаковую плотность (это определялось по весу). Конечно, можно использовать и другие породы дерева, просто у меня нашлась под рукой только ель. Размер досок был подобран так, чтобы пропеллер был достаточно легким, чтобы быстро стартовать и не сильно нагружать опоры. На то, чтобы вырезать лопасти, ушло около 2 часов. Безусловно, если бы я потратил больше времени, пропеллер вышел бы лучше, размеры в основном определялись интуитивно (мой чертеж показан на Рисунке 1). Однако если вы хотите сделать все по правилам, в сети множество информации по аэродинамике, вырезанию по дереву и даже по изготовлению пропеллеров.

Рисунок 1. Поперечный срез лопасти.

 

После проверки лопастей на одинаковый размер я соединял их болтами по двое и проверял, хорошо ли сбалансирована получающаяся конструкция. Когда все три лопасти стали одинаковыми, я покрасил их и присоединил к ступице, в качестве которой использовал старую 8-дюймовую шестерню. После этого я смог насадить всю эту конструкцию на ось и попробовать покрутить, определив степень сбалансированности и подпилив слишком тяжелые части (конечно, потом их пришлось снова покрасить). В сумме процесс построения и балансировки пропеллера занял около 4 часов.

Следует заметить, что три лопасти после балансировки оказались разной толщины, в некоторых местах они отличались на 1/8 дюйма (~3 мм). Чтобы этого избежать, рекомендуется выбирать дерево лучших пород и уделять первоначальному выпиливанию больше внимания. Для выпиливания я пользовался в основном электрорубанком. Стоит также обратить внимание на то, что лопасти не закручены, то есть их угол наклона относительно оси всегда постоянный. Для пропеллера такого небольшого размера это вполне нормально.

Генератор

В качестве генератора для ветряка я использовал асинхронный электродвигатель в 2 л.с., который я вынул из старого тайваньского фрезерного станка. Я разобрал его на части и сделал насечки в якоре, чтобы можно было вставить 8 неодимовых магнитов, чтобы превратить асинхронный электродвигатель в низкоскоростной генератор с постоянными магнитами. Магниты имеют прямоугольную форму и изогнуты так, чтобы подходить к якорям большинства двигателей мощностью от 0.5 л.с. и выше. Насечки имеют такую глубину, чтобы край вставленного в них магнита находился на одном уровне с поверхностью якоря. Магниты приклеиваются эпоксидным клеем. Располагаются они парами по два магнита с одинаковой полярностью.

Подключенный генератор выдает 12В примерно на 160 об/мин. При другом способе подключения генератор мог достичь максимальной нагрузки при 80 об/мин, однако это могло значительно ограничить силу тока. Конечно, результирующий ток переменный, а для зарядки аккумулятора нам необходим постоянный, поэтому я использовал 40–амперный трансформатор.

Башня

Башня — это, возможно, самая важная часть ветряка, и чаще всего именно ею пренебрегают. Для ее размещения я срубил большую сосну, а в центре оставшегося пня сделал выемку. Мачта сделана из соснового древка. Я просверлил основание, чтобы она могла вращаться в пне. На вершину был насажен кусок стальной трубы, чтобы держать и вращать ветряк. Во время сборки мачту поддерживала небольшая сосновая тренога. Еще одна тренога большего размера была использована для подъема. Башня поддерживалась четырьмя проволочными растяжками диаметром 1/8″ (~3 мм) из авиационного кабеля с талрепами для регулировки.

Ходовая часть и хвост ветряка

Ветряк действительно было очень легко сделать. Я начал с кусков стали толщиной 3/8″ (~9,5 мм), к которым можно было прикрутить генератор. Для этого я сварил трубу, которая подходила по размеру к трубе на конце мачты, — на ней ветряк будет вращаться. В этой машине нет токосъемников, я просто использовал достаточное количество кабеля, чтобы она могла сделать несколько оборотов прежде чем остановиться. Линия электропередачи генератора чуть длиннее, чем кабель, чтобы ветряк мог остановиться, не вырвав шнур питания. Хвост закреплен железным треугольником в 4 ярдах (~4 метра) от центра вращения. Два 0.5″ (~1,27 см) стальных бруска служат для лучшего закрепления хвоста. Я слегка сдвинул хвост и генератор относительно оси, это было сделано исключительно интуитивно в надежде, что порывы ветра не закрутят его слишком быстро.

Запуск

Генератор хорошо запускается только на высоких скоростях ветра. Эту проблему можно устранить, сделав пропеллер большего размера, шире лопасти или даже больше лопастей. Зато после запуска генератора, лопасти достаточно хорошо закрутились даже на очень низкой скорости. Ветер в нашей местности порывистый, направление часто меняется, так что мне сложно связать полученное электричество со скоростью ветра. Лучший результат, который мне удалось замерить – 25 А при высокой скорости ветра, хотя обычно на моих 12–вольтовых батареях можно получить 5–15 А при низкой скорости. Возможно, имеет смысл построить регулятор с согласующим трансформатором или линейный усилитель потока, который лучше справится с нагрузкой на генератор и обеспечит значительно большую силу тока.

Проверка в действии

Через 8 недель безупречной работы ветряк сломался. По радио передали штормовое предупреждение. Я убедился, что кабель по-прежнему целый, и постарался сделать так, чтобы он оставался целым и дальше. Через некоторое время я услышал странный звук. Ветряк все еще крутился и даже выдавал 20 А, но было очевидно, что что-то случилось. Оказалось, что одна из лопастей отвалилась.

Я нашел обломки лопасти, похоже, она изначально была надтреснутая. Учитывая, что остальные две лопасти остались целыми, конструкция сама по себе была хорошей. Этот факт подтвердился тем, что ветряк проработал с двумя лопастями довольно долгое время при очень сильном порывистом ветре.

Вместо того чтобы чинить этот пропеллер, я сделал новый. Он был больше, для него использовалось более прочное дерево, кроме того, я слегка закрутил лопасти. Высота мачты осталась прежней. Новый пропеллер стартовал гораздо легче и работал гораздо тише.

Помимо прочего эта поломка доказала, что выбрал правильную конструкцию башни. Она легко опускается и поднимается при необходимости. Спуск старого пропеллера, изготовление нового и монтирование его на мачте заняло всего 4 часа. В результате при нормальной скорости ветра ветряк производит от 100 до 200 Вт.

При нормальной скорости ветра самодельный ветряк производит от 100 до 200 Вт.

Перепечатано с сайта «Энергоэффективная Россия»

Что нужно чтобы сделать ветрогенератор

Е-ветерок.ру
Энергия ветра и солнца

>Разделы сайта

Мой небольшой опыт

Разные мои самоделки

Расчёт и изготовление лопастей

Изготовление генераторов

Готовые расчёты ветряков

Дисковые аксиальные ветряки

Из асинхронных двигателей

Ветряки из авто-генераторов

Вертикальные ветряки

Парусные ветрогенераторы

Самодельные солнечные панели

Аккумуляторы

Контроллеры инверторы

Альтернативное эл. статьи

Личный опыт людей

Ветрогенераторы Ян Корепанов

Ответы на вопросы

>Последние записи

> Тест lifepo4, зависимость напряжения и ёмкости

> Активный балансир для литиевых АКБ

> Дешёвый электро-велосипед

> Контроллер ФОТОН 150/50 MPPT WI-FI

> Отчёт о состоянии электростанции весна 2019

> Инвертор SILA +MPPT

> Гибридные инверторы SILA

> Реле напряжения XH-M609

> DC 300V 100A ваттметр

> ZT-X RM409B True-RMS цифровой мультиметр

> Электровелосипед, передний привод на my1016

org/Breadcrumb»> Главная

>Расчеты ветряков

В этой статье я расскажу что нужно знать для самостоятельного изготовления ветрогенератора —

общую информацию. Ветрогенератор это устройство преобразующее энергию ветра в электроэнергию, и чтобы сделать такое устройство нужно знать как происходит процесс преобразования энергии ветра. Не достаточно просто знать что вот вращаются лопасти и вырабатывается энергия. Нужно понимать как именно и от чего это зависит этот процесс, почему именно такие лопасти используются, и вообще почему именно такая компоновка.

Ветрогенераторы известны уже давно и за последние десятилетия сильно эволюционировали. И внешний вид и устройство это всё не просто так получилось, это плоды многолетних трудов инженеров-проектировщиков, которые постоянно улучшали и оптимизировали свои творения. Это как эволюция автомобилей, можно сравнить авто 19-го века и авто 21-го века, так-же и с ветрогенераторами.

Если не понять суть того что хочешь сделать то получится просто пародия на ветрогенератор, которая лишь внешним видом будет напоминать ветряк, как и большинство самодельных ветряков, видео которых есть в интернете. На самом деле без знаний построить ветряк не получится, это как построить автомобиль начиная с изготовления двигателя, и если ты не знаешь как устроен двигатель, подвеска, то автомобиль построить не получится. Конечно можно просто скопировать и повторить уже готовую конструкцию, но и при этом если не понимать что делаешь, то многое ты сделаешь не так, как нужно, и в итоге получится не работоспособная пародия.

Чтобы самому сделать более-менее работоспособный ветрогенератор с КПД (КИЭВ) хотя-бы 30% понадобится некоторый багаж знаний, без которых строительство ветрогенератора не имеет смысла.

1. Нужно знать как рассчитывать лопасти. Нужно правильно рассчитывать под конкретный генератор аэродинамический профиль лопастей.

Нужно понимать какой диаметр винта нужен, сколько лопастей, какой ширины, крутки и прочее. А если делать по принципу как получится, то у вас по аналогии с автомобилем получится не современное колесо на литых дисках с качественной резиной, а деревянное колесо от колесницы, которое будет тяжёлое, с вибрациями, ненадёжное и не способное крутится быстро.

2. Нужно знать как устроен генератор. Нужно понимать почему и для чего генераторы бывают различных размеров, с различным количеством полюсов. Почему они наматываются по разному, что такое статор и ротор. Вообще нужно понимать саму суть появления энергии в генераторе. Только тогда вы сможете чётко понимать что вам надо, и по аналогии с автомобилем будете знать что для гоночного автомобиля двигатель от мопеда не совсем подойдёт, хотя автомобиль этот двигатель стронет с места. И то то что двигатель от гоночного не потянет грузовик, хотя в нём лошадиных сил в три раза больше.

Если вы изучите тему аэродинамики лопастей и принцип вращения винтов приводимых в движение ветром, то у вас не будет сомнений и вопросов. Вы будете чётко знать сколько лопастей вам нужно, какой длинны они будут, какой ширины, какой крутки. Вы будете знать какие обороты будут у винта, какая мощность (КИЭВ — коэффициент использования энергии ветра). И тогда вы сможете спроектировать и сделать винт именно под ваш генератор, чтобы всё работало эффективно. Так-же вы развеете многие мифы гуляющие по интернету о том что например вертикальные ветряки проще и эффективнее, что бывают вечные двигатели и бес-топливные генераторы.

Для начала вам нужно понять принцип работы ветроколеса, для этого можете почитать книги по этой тематике, и так-же я написал для начинающих несколько статей по винтам для ветряков, так-же там есть информация для очень любимых начинающими «Ветроловами» — по вертикальным ветрогенераторам. Статьи смотрите в разделе

Расчёт и изготовление лопастей и Изготовление генераторов

Так-же там есть информация по изготовлению генераторов. Думаю вам стоит сначала потратить пускай даже месяц на теорию и изучение основ строительства ветрогенераторов, прежде чем приступать к практике. Иначе вас ждёт как и многих сначала увлекательный процесс изготовления по принципу — наверно так нормально будет и думаю так должно быть. А когда сделаете и поставите на ветер, то вопросов столько появится что вы даже и не подозреваете — если конечно захотите заставить работать ваше изделие.

Я знаю людей, которые месяцами бились и переделывали свои ветряки (делали новые лопасти, перематывали генераторы, переделывали раму и узлы ветряка), но в итоге так ничего хорошего не добились. Как говорится ветряк крутится, просто крутится заставить ветряк не проблема — и потом ролик на ютюб выложить. Но вот получить реальную энергию от ветряка и заставить ветряк вырабатывать столько энергии, сколько он должен при его размерах мало у кого получается.

Сборка ветряной турбины от А до Я

Обычно мы видим окончательный вид ветряной турбины только тогда, когда проезжаем мимо шоссе, в сельской местности или, в редких случаях, на береговой линии. Несмотря на свои огромные размеры, ветряные турбины кажутся относительно простыми и несложными.

Тем не менее, создание ветряной турбины представляет собой долгий и утомительный процесс, в том числе связанные с обращением с огромными сложными деталями, такими как лопасти ротора.

Эта статья проведет вас через процесс от нуля до полной установки ветряной турбины. Если вы когда-нибудь задавались вопросом, как устроена ветряная турбина простыми словами, читайте дальше, вы находитесь в правильном месте.

Что такое энергия ветра? И почему это важно?

Энергия ветра растет во всем мире, поскольку более инновационные продукты и постоянно снижающиеся затраты делают ее более осуществимой и устойчивой. Ветряная турбина представляет собой систему, которая преобразует кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения, которая затем используется для выполнения определенной работы. В более продвинутых версиях энергия вращения преобразуется в электричество, самый надежный источник энергии, через генератор.

Основные компоненты ветряной турбины

Ветряная турбина состоит из трех основных частей: башни, гондолы и лопастей ротора. Башня представляет собой стальную решетчатую башню, аналогичную электрическим башням, или иногда стальную трубчатую башню с внутренней лестницей, ведущей к гондоле. При этом лопасти несущего винта соединены с гондолой.

Башня

Это либо стальная трубчатая башня с внутренней лестницей, ведущей к гондоле, либо стальная решетчатая башня, примерно сравнимая с электрической мачтой. Башня должна быть спроектирована таким образом, чтобы выдерживать большие статические нагрузки, возникающие из-за различной силы ветра.

Гондола

Гондола представляет собой сплошную полую оболочку, содержащую внутренние механизмы ветряной турбины. Гондола обычно изготавливается из стеклопластика и состоит из главного приводного вала и редуктора. Все турбинные машины находятся в гондоле. Он вращается по направлению ветра и соединен подшипниками с башней. Редуктор используется для преобразования вращения ротора с 18-50 об/мин в приблизительно 1500 об/мин, как это необходимо генератору.

Ротор и лопасти ротора

Ротор и лопасти ротора преобразуют энергию ветра во вращательное механическое движение. Трехлопастной ротор с горизонтальной осью в настоящее время является наиболее распространенным. Лопасти ротора в основном изготавливаются из армированного углеродного волокна пластика или стекловолокна. Конструкция лопасти исключительно похожа на конструкцию крыла самолета.

Прочее электронное оборудование и компоненты

Электрооборудование ветряной турбины состоит из системы подачи электроэнергии в сеть и ряда датчиков. Датчики направления ветра, температуры и скорости ветра расположены вокруг гондолы, что позволяет осуществлять мониторинг и управление турбиной. Ветряные турбины включают в себя другие компоненты дополнительного обогрева, охлаждения, направления ветра, подъемного оборудования и оборудования для пожаротушения.

Подготовка площадки

Прежде чем принимать какие-либо решения, производители отдельных ветряных турбин должны определить подходящую область для установки ветряных электростанций.

Значит, ветры должны быть надежными. Их скорость должна быть более 15,5 миль в час в день (25 километров в час) — если предположить, что в эти сезоны дуют более сильные ветры.

Другим фактором, к которому необходимо быть готовым, является повышение температуры из-за тепла, когда нагрев увеличивает потребление электроэнергии.

Ветряные электростанции лучше всего работают на открытых участках с пологой холмистой местностью, окруженной горами. Эти районы выбраны потому, что ветряные турбины могут быть установлены на гребнях и не будут загромождены деревьями и зданиями.

Горы концентрируют воздушный поток, создавая естественную аэродинамическую трубу с более сильным и быстрым ветром. Ветряные турбины также должны быть расположены вдоль линий электропередач, чтобы обеспечить поток энергии местной электростанции.

Кроме того, поскольку ветряные турбины имеют много экологических преимуществ, мы обычно предполагаем, что установка их на ветряной электростанции не будет проблемой. К сожалению, это не случай. Перед каждым проектом электростанции предлагаемый проект ветроэнергетики должен пройти процесс проверки площадки для получения разрешений и утверждений до начала строительства и эксплуатации.

В конце концов, когда будет построен ветряк; дороги перерезаны, чтобы освободить место для перевозки деталей. В каждом месте установки ветряной турбины земля выравнивается, а площадка выравнивается. Затем на площадке размещается бетонное основание, которому предшествует установка подземных кабелей. Эти кабели соединяют ветряные турбины последовательно и соединяют их с центром дистанционного управления, где контролируется ветровая электростанция. Энергия отправляется в энергокомпанию.

Процесс строительства ветряных турбин

Построить ветряную турбину для выработки энергии

Научные проекты

2626 отзывов

Аннотация

Альтернативные источники энергии сегодня очень актуальны. Одним из таких источников является ветер. Узнайте, как ветряная турбина может использовать силу ветра для выработки энергии в этом инженерном проекте научной выставки. Вы будете проектировать различные лопасти, чтобы выяснить, какие из них производят больше всего энергии, и заставите ветер работать на вас!

Сводка

Аэродинамика и гидродинамика

 

Краткосрочная (2-5 дней)

Нет

Доступно

Очень низкое (менее 20 долларов США)

Будьте осторожны при использовании дрели. Всегда надевайте защитные очки при работе с электроинструментом. Рекомендуется наблюдение взрослых.

Джастин Спан, Стажер, Научные друзья

Кэтрин Фоша, Инженер-авиатор/механик, Northrop Grumman

Elmer’s® является зарегистрированным товарным знаком Elmer’s Products, Inc.

Задача

В этом проекте выставки инженерных наук вы будете разрабатывать и исследовать конструкции роторов ветряных турбин, чтобы оценить, какие из них производят больше энергии при определенной скорости ветра.

Введение

В настоящее время потребность в надежных источниках энергии заставляет многих говорить о энергии ветра. Энергия ветра собирается с помощью ветряных турбин — высоких столбовых конструкций с машиной наверху, которая выглядит как очень большой вентилятор. Однако вместо того, чтобы выдувать воздух, турбины ловят воздух. Когда дует ветер, лопасти вентилятора, называемого 9,Роторы 0092,

вращаются вокруг, что приводит в движение турбину внутри и вырабатывает электричество. По сути, ветер производит работу на турбине, когда заставляет ее вращаться. Работа — это приложение энергии, которое заставляет что-то двигаться. Энергия работы ветра забирается турбиной и преобразуется в электричество для использования в домах и городах.

Что такого особенного в форме ротора ветряной турбины, благодаря которой он легко вращается на ветру? Это из-за аэродинамики ротора — его форма и кривизна? В этом научном выставочном проекте вы будете исследовать эффективность роторов турбины, создав небольшую модель турбины и несколько роторов, варьируя их форму и кривизну. Вы определите эффективность, измерив выхода энергии с помощью работы. Модель ветряной турбины будет выполнять работу с небольшим весом, поднимая его с земли на вершину турбины. Это будет представлять собой выходную мощность ветряной турбины. Вы будете измерять производительность каждой конструкции ротора по тому, какой вес он может нести — ротор, который тянет наибольший вес, является наиболее эффективной конструкцией. Чего же ты ждешь? Заставим ветер работать!

Термины и понятия

Вы должны быть знакомы с приведенными ниже терминами, а также названиями частей ветряной турбины.

• Энергия ветра
• Ветряная турбина
• Ротор
• Работа
• Аэродинамика
• Эффективность
• Энергия
• Башня
• Фундамент
• Гондола

Вопросы

• Как ветряная турбина вырабатывает энергию из ветра?
• Почему ветряная турбина должна иметь хорошую аэродинамическую конструкцию?
• Почему демонстрация работы (перетаскивание груза) — это то же самое, что выработка электроэнергии?

Библиография

Это детский научный словарь, который можно использовать для поиска терминов, перечисленных во введении:

• Кляйнедлер, Стивен. Детский научный словарь американского наследия. Бостон: компания Houghton Mifflin, 2003 г.

Это более стандартный научный словарь, который также можно использовать для поиска терминов, перечисленных во введении:

• Kleinedler, Steven, ed. Научный словарь американского наследия. 1-е изд. Бостон: Компания Houghton Mifflin, 2005.
.

На этом веб-сайте представлена ​​отличная картина аэродинамики ветряных турбин и дано объяснение ветровой энергии:

• Layton, J. (2008). Как работает энергия ветра. HowStuffWorks, Inc. Проверено 30 июля 2008 г.

Этот проект научной ярмарки основан на демонстрации на страницах 28-29 этой книги. Чем этот проект научной ярмарки отличается от демонстрации, приведенной в книге?

• Паркер, Стив. Наука о воздухе. Чикаго: Библиотека Хайнемана, 2005 г.

Вот веб-сайт с хорошим общим объяснением того, что такое ветряные турбины и как они работают:

• Alliant Energy. Ветровая энергия. Проверено 16 февраля 2012 г.
.

Материалы и оборудование

• Высокая 1-литровая бутылка для воды
• Короткая бутылка для воды 500 мл с крышкой
• Ножницы
• Мрамор (около 50)
• Бумага для принтера (несколько листов), нарезанная на кусочки размером 8 x 10 см
• Линейка
• Ножницы
• Лента
• Негнущиеся соломинки (около 30-40 шт.)
• Перманентный маркер
• Несколько больших скрепок (около 20)
• Веревка или нить
• Маленькие шайбы (3), примеры см. на рисунках 5, 6 и 7 на вкладке «Процедура»
• Клей общего назначения, такой как Elmer’s® Glue-All
• Плоскогубцы с тонкими губками
• Маленький вентилятор, который можно поставить на стол, хорошего размера
• Дрель со сверлом ¼ дюйма
• Лабораторный блокнот

Экспериментальная процедура

Сборка ветряной турбины

1. Убедитесь, что обе бутылки с водой сухие. Ознакомьтесь с названиями каждой части турбины, потому что эти термины будут использоваться в этой процедуре.
2. 1-литровая бутылка с водой будет опорой ветряной турбины и фундаментом . Отрежьте горлышко бутылки. Затем вырежьте что-то вроде держателя из верхней части, чтобы он мог удерживать меньшую бутылку с водой, когда она лежит горизонтально, отрезав две «стороны» и оставив две «стороны». См. рис. 1 ниже, где показан пример того, как обрезать бутылку — оставление двух боковых панелей — не единственный способ держать другую бутылку. Можете ли вы придумать другой способ?
3. Теперь, когда вы отрезали горлышко литровой бутылки, наполните ее шариками. Это делает градирню очень тяжелой в нижней части, чтобы вентилятор не сдул ее позже, когда вы будете тестировать роторы. Кроме того, в этом случае бутылка является и башней, и основанием, потому что она удерживает остальную часть турбины и прочно стоит на земле.
4. Теперь гондола , , которая будет сделана из короткой бутылки с водой. Во-первых, отложите колпачок в сторону. Затем вам нужно просверлить два отверстия в этой бутылке, так что взрослый вам поможет. Вам нужно одно отверстие в середине крышки и одно отверстие в середине дна, и оба должны быть достаточно большими, чтобы соломинка могла проходить через них и иметь возможность легко перемещаться. Используйте сверло диаметром ¼ дюйма. Позже вы будете вставлять соломинки в оба отверстия, и они должны легко прокручиваться в отверстиях.
5. Просверлив отверстия, установите гондолу в башню — см. рис. 2. Примечание: На рисунке крышка снята, но она понадобится вам позже.

Сборка ротора в сборе

В этом эксперименте вы испытаете различные типы роторов на турбине. У вас будет два ротора для каждой конструкции, а не три, как на настоящей турбине, так как последнюю сделать гораздо сложнее. Вы, конечно, захотите создать некоторые базовые конструкции, такие как плоские роторы, оба ротора изогнуты в одном направлении, каждый ротор изогнут в противоположных направлениях и т. д. Попробуйте придумать и другие идеи, например, разрезанные роторы. в закругленный, зазубренный или треугольный стиль. См. Рисунок 3 для примеров различных конструкций роторов.

1. Все роторы должны быть сделаны из листов бумаги одинакового размера. Таким образом, вы сможете контролировать различия между каждой конструкцией ротора и знать, какие различия заставляют ротор вращаться больше всего. Рекомендуемый размер 8 см х 10 см. Для каждого дизайна вам понадобится два листа бумаги такого размера. Вырежьте столько пар бумаги, сколько у вас есть дизайнов для проверки; например, если у вас есть восемь рисунков, вырежьте восемь пар бумаги (всего 16 квадратов).
2. Вам нужно сделать роторы похожими на крылья. Чтобы сделать один, аккуратно согните бумагу так, чтобы вы могли склеить два 10-сантиметровых края вместе, не сминая бумагу. У вас получится маленькое крыло, которое со стороны выглядит как слезинка. Проделайте это со всеми вырезанными листами бумаги и обязательно разложите роторы попарно.
3. Если у вас есть конструкции ротора, которые должны быть обрезаны (например, верхняя конструкция на рис. 3), отрежьте их, прежде чем склеивать концы вместе, а затем склеивайте их, когда у вас будет правильная форма. Если бы вы приклеили их скотчем перед тем, как разрезать, то вы бы обрезали края скотча.
4. Теперь вы соберете ось, которая будет сделана из соломки и будет крутиться, когда ветер попадает в крылья ротора. Вам понадобится в два раза длиннее соломинка, поэтому вы соедините концы двух соломинок вместе. Это делается путем зажимания конца одной из соломинок, а затем вставления защемленного конца в конец другой соломинки. Когда вы сделаете это, первая соломинка снова откроется во второй соломинке и застрянет внутри. Убедитесь, что двойная соломинка достаточно длинная, чтобы полностью пройти через гондолу, и что она не будет легко отделяться.
№
5. Отмерьте 10 см с каждого конца двойной соломинки и сделайте отметку перманентным маркером. У вас должно быть только две отметки. Эти метки показывают, где будут располагаться крылья ротора на двойной соломинке.
6. Аккуратно нанесите полоску клея на один конец двойной соломинки между концом и одной из сделанных вами 10-сантиметровых отметок. Этот клей удержит крыло ротора на соломе. Аккуратно пропустите этот конец соломинки через одно из крыльев ротора и убедитесь, что он касается клея. Держите крыло ротора на соломинке и дайте ему высохнуть в течение нескольких минут.
7. Когда первое крыло ротора высохнет, повторите шаг 5 для другого конца двойной соломинки. Убедитесь, что концы второго ротора с лентой обращены в том же направлении, что и конец первого ротора. См. рис. 3 — хотя крылья ротора сложены, все они по-прежнему направлены в одном направлении.
8. Теперь вы прикрепите еще одну соломинку к узлу ротора. Это соломинка, которая направлена ​​вниз на всех роторах на рис. 3, и она будет частью оси, поднимающей вес вверх, когда дует ветер. Эта соломинка крепится с помощью скотча и скрепки.
   1. Осторожно с помощью острогубцев (с помощью взрослых) разогните одну из скрепок и снова согните ее в форме буквы «Т». См. рис. 4 ниже. Убедитесь, что нижняя часть буквы «Т» достаточно тонкая, чтобы поместиться в соломинку.
   2. Теперь прикрепите эту скрепку в форме буквы «Т» к середине двойной соломинки с крыльями ротора. Убедитесь, что плечи «Т» приклеены к двойной соломинке и что нижняя часть «Т» направлена ​​вниз точно в том же направлении, что и заклеенные концы крыльев ротора.
   3. Теперь наденьте соломинку на нижнюю часть скрепки в форме буквы «Т», а затем прикрепите соломинку к двойной соломинке. Убедитесь, что все склеенные лентой части этого узла ротора прочны — не накладывайте слишком много ленты, но обязательно используйте достаточно, чтобы детали были надежно закреплены. Теперь ваш узел ротора должен выглядеть так, как показано на рис. 3.
9. Повторите шаги 1–8 для каждой имеющейся у вас пары роторов. Сначала может показаться, что это много работы, но после того, как вы сделали это несколько раз, все пройдет гладко и быстро.
10. Наконец, узлы ротора необходимо согнуть для проверки. Прямо сейчас они не должны сильно отличаться (за исключением тех, которые вы нарезали в разные формы). Чтобы ротор работал правильно, нужно согнуть крылья ротора в противоположные стороны. Это делается путем оборачивания одного крыла ротора по часовой стрелке, а другого крыла ротора против часовой стрелки вокруг соломинки. Здесь будьте осторожны — убедитесь, что вы смотрите прямо на соломинку, когда решаете, по часовой стрелке или против часовой стрелки. Вы должны представить себе циферблат на каждом конце соломинки, чтобы согнуть крылья ротора в правильном направлении. Когда вы оборачиваете каждое крыло ротора вокруг соломинки, держите его там в течение минуты, а затем отпускайте. Он развернется, но будет согнут в кривую. Будьте осторожны при сгибании! Не оборачивайте крылья ротора вокруг соломинок так сильно, чтобы оторвать их от клея!
11. Убедитесь, что у вас есть разные конструкции для каждого узла ротора — другими словами, убедитесь, что нет двух абсолютно одинаковых узлов ротора. Например, на рис. 3 все три крыла согнуты одинаково, но конструкция у них разная: у одного крылья нормального размера, у другого крылья большего размера, а у третьего крылья обрезаны. Если вы хотите иметь большие крылья несущего винта, см. раздел «Вариации» под этими инструкциями.

Изготовление оси и завершение гондолы

Чтобы продемонстрировать эффективность ваших конструкций ротора, турбине нужна ось, которая будет вращаться вместе с узлом ротора и поднимать вес на башню. Вы уже построили половину оси — нижнюю часть буквы «Т» каждого узла ротора. Каждая сборка вставляется в гондолу через отверстие в крышке бутылки и соединяется с другой соломинкой, которая вставляется в гондолу через отверстие с другой стороны.

1. Чтобы сделать вторую половину оси, согните внешнюю петлю скрепки так, чтобы она выглядела как скрепка на рисунке 5. Сделайте небольшой надрез рядом с концом соломинки, чтобы вы могли вставить скрепку — разрез должен быть небольшой щелью, не больше. Вставьте удлиненный конец скрепки и прикрепите ее скотчем к соломинке, чтобы она была хорошо прикреплена и не двигалась легко. Вам нужна дополнительная устойчивость, которую обеспечивает прорезь, потому что вы будете подвешивать к ней грузы, а лента сама по себе недостаточно прочна, чтобы удерживать зажим на оси.
2. Затем отрежьте веревку длиной примерно равной высоте башни и привяжите ее к скрепке двойным узлом, как показано на рис. 5. Возьмите шайбу и завяжите ее двойным узлом на другом конце веревки. Вы закончили заднюю половину оси — она будет использоваться в каждом тесте, а узлы ротора будут изменены для тестирования каждой конструкции.
3. Теперь вы соедините ось, которая завершает сборку ветряной турбины.
   1. Возьмите соломинку, к которой вы только что прикрепили канцелярскую скрепку, и зажмите другой ее конец, как вы делали это в шаге 4 сборки ротора. Держите его закрытым в течение минуты или около того, чтобы он согнулся таким образом и не открывался слишком быстро.
   2. Затем вставьте этот конец в отверстие на дне маленькой бутылки с водой (гондола). В то же время вставьте Т-образный конец одного из ваших узлов ротора в отверстие крышки бутылки в передней части гондолы. Теперь осторожно вставьте соломинку в нижней части гондолы в соломинку ротора, точно так же, как и соломинки из шага 4 сборки ротора. Этот шаг может быть сложным, потому что вы пытаетесь соединить их внутри гондолы. Продолжайте пробовать, пока у вас не получится. Если вам нужно, выньте соломинку из нижней части бутылки с водой и еще немного расплющите ее конец, чтобы она вошла в соломинку с ротором.
   3. Примечание: Вы будете отсоединять узел ротора и соединять его с другими узлами ротора при тестировании каждой конструкции, поэтому убедитесь, что вы знаете, как соединить две соломинки внутри гондолы!
4. Вы построили весь ветряк. Это должно выглядеть так, как показано на рисунке 6 ниже. Есть несколько вещей, которые нужно перепроверить:
   1. Убедитесь, что вы можете легко вращать ось (две соломинки, соединенные внутри гондолы). Сделайте это, аккуратно вращая ротор пальцем. Если ось плохо крутится, возможно, вам придется вынуть соломинки и попросить взрослого расширить просверленные отверстия на обоих концах гондолы.
   2. Также убедитесь, что стиральная машина свисает с гондолы и не опирается на землю. Если это так, вы можете разместить всю турбину поверх книги, чтобы сделать ее выше.
   3. Убедитесь, что шайба не настолько тяжелая, чтобы слишком сильно натягивать скрепку или ось в гондоле.

Проверка конструкции ротора

1. Освободите место на столе или прилавке. Убедитесь, что вокруг нет ничего, что может сдуться маленьким вентилятором. Установите вентилятор так, чтобы он был направлен прямо на ветряную турбину. Представьте, что это ветер, и убедитесь, что ветер дует прямо в ротор. Если турбина недостаточно высока, установите ее на несколько коротких книг, чтобы вентилятор мог дуть прямо в нее.
2. Когда вентилятор и турбина настроены, включите вентилятор на минимальную скорость. Если узел ротора начинает вращаться, он работает! Если нет, вам может понадобиться больше скорости ветра. Попробуйте каждую из скоростей на вентиляторе, пока не найдете ту, которая работает. Если турбина по-прежнему не работает, попробуйте изменить положение вентилятора, чтобы убедиться, что он дует прямо на ротор. Также проверьте все детали турбины — легко ли крутится ось в гондоле? Стиральная машина слишком тяжелая?
3. Когда вы определили оптимальную скорость вентилятора и установили его на подходящей высоте, чтобы дуть прямо в ротор, запишите все детали настройки в лабораторную тетрадь и используйте одни и те же настройки для каждого испытания.
4. Ваша цель в каждом испытании — определить, какой вес каждая конструкция ротора может поднять на всю высоту башни. Для каждой конструкции начните только с одной шайбы. См. рис. 7, чтобы увидеть вытащенную шайбу — веревка должна намотаться на скрепку и довести шайбу до оси. Затем привяжите вторую шайбу к веревке и посмотрите, сможет ли ротор вытащить ее. Если да, привяжите третью шайбу и так далее, если вам нужно больше шайб.
5. Когда ваша турбина больше не может тянуть шайбы, вы должны вместо этого продолжить свои испытания со скрепками. Снимите только последнюю добавленную шайбу (из-за чего она стала слишком тяжелой) и оставьте остальные шайбы привязанными к веревке. Затем добавьте к веревке скрепки, по пять за раз, и повторите попытку. Продолжайте добавлять скрепки, пока турбина не сможет больше тянуть вес. Запишите максимальное количество шайб и скрепок, которые может нести ваша турбина.
6. Повторите шаги 4-5 еще два раза — убедитесь, что вы продолжаете увеличивать вес, пока не достигнете максимальной мощности турбины! Для каждой конструкции ротора вам потребуется три испытания максимального количества, чтобы доказать, что оно действительно является максимальным при данной скорости ветра. Проверяйте это каждый раз, добавляя больше скрепок и следя за тем, чтобы он не мог их тянуть. Когда вы убедитесь, что конструкция ротора показала одинаковые результаты в трех испытаниях с максимальным весом, запишите средний максимальный вес в лабораторную тетрадь.
7. Теперь вы будете тестировать новую конструкцию ротора. Выньте узел ротора из гондолы и вставьте новый, внимательно следя за тем, чтобы ось-солома вставлялась в соломинку ротора. Повторите шаги 4-6, чтобы найти максимальное количество шайб и скрепок, которые может вытащить эта вторая конструкция ротора, а затем проверьте максимальное количество еще два раза, чтобы убедиться, наконец, вычислив среднее значение. Повторите эти тесты со всеми конструкциями роторов.
8. Какая конструкция вытащила наибольшее количество скрепок и шайб? Если у вас есть галстук, проверьте каждый, добавляя скрепки по одной вместо пяти за раз. Какая конструкция лучше всего подходит для настоящей ветряной турбины? Почему вы считаете его лучшим?

Задать вопрос эксперту

У вас есть конкретные вопросы о вашем научном проекте? Наша команда ученых-добровольцев может помочь. Наши эксперты не сделают всю работу за вас, но они сделают предложения, дадут рекомендации и помогут устранить неполадки.

Опубликовать вопрос

Варианты

• Попробуйте использовать в своих проектах крылья ротора разных размеров. Вместо 8 см х 10 см попробуйте 10 см х 10 см или 12 см х 8 см и т. д. Проявите творческий подход! Вы можете сделать весь второй набор таких же конструкций, которые вы использовали с крыльями ротора 8 x 10, и сделать второй набор точно таким же, но большего размера. Вы делаете такой же вывод с большими крыльями несущего винта? Или есть новый дизайн, который выдерживает наибольший вес?
• Попробуйте сделать узел ротора с тремя или четырьмя крыльями вместо двух. У вас может быть небольшой кусочек глины в центре, чтобы держать их вместе. Убедитесь, что глина не слишком тяжелая, и воткните в нее соломинки, чтобы сделать отверстия для соломинок крыла ротора и соломинки оси. Затем выньте соломинки и обожгите глину (с помощью взрослого). Когда глина остынет и затвердеет, вклейте соломинки в отверстия, которые вы сделали раньше, а затем протестируйте новый дизайн. Будет ли турбина тянуть больше веса, если у нее более двух лопастей ротора? Он меньше весит? Почему вы так думаете?

Вакансии

Если вам нравится этот проект, вы можете изучить следующие родственные профессии:

• Руководство по проекту научной ярмарки
• Другие подобные идеи
• Идеи проекта аэродинамики и гидродинамики
• Мои любимые

Лента новостей по этой теме

 

, ,

Процитировать эту страницу

Общая информация о цитировании представлена ​​здесь. Обязательно проверьте форматирование, включая заглавные буквы, для используемого метода и при необходимости обновите цитату.

Стиль MLA

Сотрудники научных друзей. «Заставь ветер работать на тебя!» Друзья по науке , 7 фев. 2023 г., https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Aero_p040/aerodynamics-hydrodynamics/wind-turbine-design.