ВЕТРОГЕНЕРАТОР

II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

ВЕТРОГЕНЕРАТОР

Горелкин А.В. 1
1
Поваляев Б.А. 1Австриевских Н.М. 1
1
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.

Одним из альтернативных экологически чистых способов получения электрической энергии занимается ветроэнергетика. Ветроэнергетика специализируется на преобразовании энергии ветра в электрическую энергию, а в качестве преобразующих устройств используются ветрогенераторы. Энергия ветра воздействует на лопасти ветрогенератора и приводит их в движение. Вращательное движение лопастей через вал и механический редуктор приводит в движение генератор переменного или постоянного тока низкого напряжения. Полученное постоянное напряжение с генератора постоянного тока поступает на зарядное устройство, которое и заряжает аккумуляторы необходимой мощности. Напряжение, полученное с генератора переменного тока предварительно нужно выпрямить, например, с помощью диодного моста (двух полу периодное выпрямление). Работа содержит новизну по конструкции и применению тросового узла мачты.

ЭНЕРГИЯ ВЕТРА

Энергия ветра на земле неисчерпаема. Возникновение ветра происходит благодаря неравномерному распределению атмосферного давления. Из-за того, что атмосферное давление постоянно меняется, меняется и направление, и скорость ветра. Как показала практика и опыт многих стран, использование энергии ветра крайне выгодно, потому, что стоимость ветра равна нулю - это, во-первых, а во-вторых для ее получения не требуются другие источники энергии кроме самого ветра. На сегодняшний день ветроэнергетика получила огромное распространение, особенно в странах с ограниченными природными ресурсами. Что привело их к развитию альтернативных источников энергии. Большое количество примеров использования данной отрасли энергетики можно наблюдать в Европе. Отрасль, занимающаяся преобразованием энергии ветра (кинетической энергии) в электрический ток, называется ветроэнергетика. Наиболее популярным на сегодняшний день является применение ветрогенераторов. Они широко применяются как в крупных масштабах, это огромные электростанции, так и в малых, для частного пользования.

Россия в данном сегменте рынка альтернативных источников занимает пока одно из последних мест среди равных себе стран при этом имея все неисчерпаемые возможности для развития данного рынка.

В России валовой потенциал ветровой энергии - 80 трлн. кВт/ч в год, а на Северном Кавказе - 200 млрд. кВт/ч (62млн. т условного топлива). Эти величины существенно больше соответствующих величин технического потенциала органического топлива. Большинство регионов нашей страны совсем не имеют линии электропередач в силу крайней удаленности. Ветроэнергетика в России имеет большие перспективы, но на сегодняшний день только начинает свое развитие.

С 1990 г. производство солнечных элементов (СЭ) увеличилось более чем в 500 раз. Мировой оборот в этой индустрии составил в 2010 г. 82 млрд долл. В свою очередь, непрерывно растут инвестиции в солнечные технологии — с 40 млрд евро в 2010 г. до (как ожидается) более чем 70 млрд евро в 2015 г.

Устройство ветрогенератора.

Преимущества:

  1. Генератор установлен не вверху в узле конического редуктора со стабилизатором, что резко увеличивает силовую нагрузку на узел мачты, а внизу в основании ветрогенератора.

  2. Возможность применения генератора большего веса и размера.

  3. Упрощенное обслуживание генератора.

  4. Дополнительная возможность использования механической энергии ветрогенератора по типу ветряной мельницы.

Цель работы:

Разработать и изготовить ветрогенератор с применением современных технологий.

Задачи:

  1. Для передачи горизонтального вращательного кругового и вертикального движения лопастей применить конический зубчатый редуктор.

  2. С вала конического редуктора сделать передачу вращательного движения с помощью стального троса, заключенного внутри мачты, которую закрепить к основанию ветрогенератора.

  3. Применить генератор переменного тока, который должен устанавливаться не вверху рядом с механическим редуктором, (что утяжеляет конструкцию на мачте), а внизу – в основании ветрогенератора.

  4. Для передачи вращательного движения с троса на вал генератора разработать и изготовить одно пальцевую поводковую муфту.

  5. Разработать и изготовить пластину стабилизатора (флюгарку) для свободного поворота лопастей без ограничений по кругу ветрогенератора к ветру.

  6. Разработать схему и конструкцию отдельного блок-контроллера.

Гипотеза:

Может ли работать ветрогенератор в нашем регионе?

Методы:

• Эксперимент и наблюдение

• Сборка устройства по схеме, а также теоретический анализ научной литературы по данной проблеме.

Детали, узлы, конструкция.

Лопасти-3шт.; длина 1шт. L=470мм, ширина в= 75мм с одной стороны, с другой 50мм, толщина: s=2.5мм. Материал – гетинакс s=2,5мм.

Бобышка – 1шт.- цилиндр со сквозным центровым отверстием и резьбой М10, большими глухими тремя отверстиями О29, расположенными по окружности через 120 . Материал: дерево – липа. В отверстия запрессовываются три пробки от пластиковых бутылок, предварительно смазанные суперклеем. Готовая бобышка тщательно пропитывается масляным лаком.

Держатели лопастей – 3шт.- отрезанные горлышки от пластиковых бутылок длиной L=33мм, в которых проделываются вертикальные прорези для крепления лопастей с помощью шести полукруглых скоб, изготовленных из листовой жести. Скобы одинаковые с двумя отверстиями О3,2 в каждой.

Узел лопастей – сборка. В продольные прорези горлышек вставляем лопасти, надеваем на горлышки по две скобы на каждую. По отверстиям скоб отмечаем центры отверстий в лопастях. В лопастях сверлим по два отверстия О3,2 в каждой при полном совмещении: скоба 1 – лопасть- скоба2. Крепление делаем винтами М3х8, гайками М3, с гравёрными шайбами 3.

Вкручиваем держатели с лопастями в пробки бобышки. В правильно изготовленной конструкции держатели с лопастями вкручиваются туго и хорошо фиксируются при работе и регулировке углов наклона лопастей относительно горизонтальной оси.

Узел лопастей готов. (Фото1).

Узел конического редуктора со стабилизатором (флюгаркой).

Узел изготовлен из ручной дрели с последующей доработкой. Сняты: сверлильный патрон, ручка, упор, дополнительная шестерня с валом на большие обороты. Оставлены: алюминиевый корпус, боковые стенки (для гермитизации), конический редуктор из двух шестерней. Вместо патрона ввинчена дюралюминиевая ось с резьбой для последующего крепления к узлу лопастей. Вместо упора закреплена скобами, винтами, гайками с гроверными шайбами, пластина стабилизатора (флюгарка). Пластина изготовляется из листового пластика, толщиной s=2.5мм. (Фото 6).

Узел мачты – самый сложный, самодельный, состоит из металлической трубы трех подшипников, по концам с посадочными местами под подшипники, металлического троса (от спидометра мотоцикла), двух болтов М8х55, присверленных по центру осей насквозь сверлом О4,0 и доработанных под посадочные внутренние отверстия подшипников.

Сборку узла мачты начинаем с запрессовки болтов в подшипники. В верхней части на одном болту запрессовываем два подшипника для верхней части мачты, для надежности, на другом – один. Затем подшипники с болтами запрессовываем в верхнее и нижнее отверстия трубы. Трос пропускаем через сквозные отверстия, предварительно сделанные в болтах, натягиваем и запаиваем его с двух сторон к торцам болтов с помощью припоя, кислоты для паяния. (Фото 2).

Основание – прямоугольное (Фото 3), изготовлено из полированных досок. В верхней панели по центру просверливается отверстие под трубу (штангу). В панели также закрепляется шурупами зажимное устройство для фиксации трубы (мачты). Внутри к мачте устанавливается генератор переменного тока, (шаговый двигатель от дисковода первого выпуска). Вал генератора соединяется с нижним болтом штанги с тросом самодельной одно пальцевой поводковой муфтой (Фото 4). С боковой стенки основания выводится соединительный шнур от генератора на блок-контроллер.

Блок-контроллер - отдельный (схема, рис.1), предназначен для контроля работы ветрогенератора, снятия постоянного вырабатываемого напряжения, для чего предусмотрены две клеммы Х2, Х3. Внутри блок-контроллера установлена печатная плата. В ней запаяны: диодный мост VD4 для выпрямления переменного напряжения в постоянное, предохранитель FU1-0.5A, резистор для ограничения зарядного тока аккумулятора R2. Контрольные цепы выхода напряжения с генератора (светодиоды сверх яркого свечения VD1, VD2, диод VD3), дополнительные резисторы R1, R3, тумблер SA1- отключения аккумулятора от зарядной цепи установлены на верхней панели корпуса. Корпус блок-контроллера прямоугольный, изготовлен из листового полистирола путём склеивания. (Фото 5).

Рис.1.

Схема электрическая принципиальная.

А1 – ветрогенератор

А2- блок-контроллер

Х1 – разъём РШ-3.

Конструкция ветрогенератора разборная и состоит из:

  1. Узла лопастей

  2. Узла конического редуктора со стабилизатором (флюгаркой)

  3. Узла мачты

  4. Основания

  5. Блок-контроллера.

Это удобно при перевозке ветрогенератора. При необходимости можно снять и узел мачты с основания.

Сборка ветрогенератора проводится в следующем порядке.

  1. Привернуть с помощью гаечных ключей 13-14 узел конического редуктора со стабилизатором к узлу мачты, зафиксировать контргайкой.

  2. Узел лопастей навернуть на входной вал с резьбой узла конического редуктора со стабилизатором до упора. Закрепить бабёшку с помощью гайки обыкновенной и гравёрной шайбы.

  3. Подсоединить шнур с разъёмом к блок-контроллеру.

Осталось установить ветрогенератор на открытом ветряном месте, отрегулировать оптимальные углы наклона лопастей к ветру и он готов к работе.

Ветрогенератор прошел испытание и показал хорошие результаты.

Выводы:

Эффективность использования ветрогенераторов-альтернативных источников энергии напрямую зависит от региона, в котором необходима установка. Качественный мониторинг энерго-потенциала позволяет определять наиболее подходящую технологию и рассчитывать ее окупаемость на годы вперед, а также исключает ошибки, связанные с региональными особенностями. Конечно, первоначальную цену энергонезависимого дома, с экологически чистыми, возобновляемыми источниками энергоснабжения, сегодня нельзя назвать низкой, но по истечении двух - пяти лет эксплуатации альтернативные источники энергии полностью окупают свою стоимость и приносят ощутимую финансовую выгоду в течении многих лет. Не стоит забывать о экологичности альтернативных технологий добычи энергии. Солнечные, ветровые и гелиоустановки не производят вредных выбросов в атмосферу, не загрязняют воду и безопасны для человека. Новизна данной работы заключается в том, что для ветрогенераторов используется ветер, а также генератор установлен не вверху в узле конического редуктора со стабилизатором, что резко увеличивает силовую нагрузку на узел мачты, а внизу в основании ветрогенератора. Наша работа содержит новизну по конструкции и применению тросового узла мачты.

В своей работе мы использовали различные источники информации (научная и учебная литература, Интернет). Проводя эксперимент, мы пришли к выводу, что, используя в своих опытах устройство ветрогенератора можно использовать в экстренных случаях, когда нет других источников энергии. Оригинальность нашей работы была в создании модели по схеме, в интеграции предметов (физики, электротехники, экологии). Создав модель и проводя эксперименты, мы более глубоко изучили техническое содержание темы, более детально изучили некоторые физические явления (альтернативные источники энергии). То есть была доказана взаимосвязь теории с практикой. Знания и умения, которые мы получили в ходе работы с измерениями оставили огромный след в нашей жизни и чувство эстетического наслаждения. То есть была доказана взаимосвязь теории с практикой.

Литература:

1. И.В.Левин «Справочник конструктора точных приборов» издание третье, Издательство «Машиностроение», Москва.

2. В.О. Шпаковский, «Для тех, кто любит мастерить», Москва, Просвещение

3. Р.И. Гжиров, Краткий справочник конструктора, Санкт- Петербург, «Машиностроение»

4. В.Г. Белкин, Справочник радио конструктора, Москва, «Радио и связь».

Фото 1. Узел лопастей.

Фото 2. Узел мачты.

Фото 3. Основание.

Фото 4. Поводковая муфта.

Фото 5. Блок-контроллер.

Фото 6. Узел конического редуктора со стабилизатором (флюгаркой).

Фото 7. Фото общего вида.

Фото 8. Фото автора с работой.

Просмотров работы: 1597