Проект вітрогенератора Виконав учень 11-А класу Бережанської ЗОШ I-III ступенів

Дудик В. Ю., 2015

вітрогенераторів
Вітрогенератор з горизонтальною віссю обертання
Вітрогенератор з вертикальною віссю обертання
Вертикальні

проти горизонтальних вітрогенераторів
Мета проекту
Вироби-аналоги
Виготовлення проекту
Використані матеріали та деталі
Розрахунок потужності ротора вітряка Розрахунок необхідних характеристик генератора
Технологічно - конструкційні особливості виготовлення вітряка
7. Експериментальні дані роботи вітрогенератора
8. Висновок
9. Висловлюю подяку за допомогу проекту

галузей відновлюваної енергетики. У Програмі ООН із розвитку світової енергетики,

зокрема, підкреслено, що в XXI сторіччі розвиненими будуть ті країни, в яких інтенсивно розвивається вітроенергетика. Відповідно до оцінок Всесвітньої енергетичної ради з “мінімального” і “максимального” варіантів розвитку відновлюваної енергетики, внесок вітрової енергетики в загальне виробництво енергії в світі у 2020 році становитиме 122 і 307 млн. т умовного палива відповідно. Наразі вітроенергетика розвивається у більш ніж 30 країнах. Великі вітроенергетичні проекти реалізовують у Китаї, Швеції, Ірландії, Новій Зеландії, Швейцарії, Канаді, Німеччині, США, Іспанії, Данії. Після 2001 року встановлена потужність вітрових електростанцій у світі збільшилася більш ніж у 6,6 разів: із 24 322 МВт до 159 213 МВт (на кінець 2009 року).

горизонтальною віссю обертання ведучий вал ротора розташований горизонтально. У робочому

стані відносно напрямку повітряного потоку ротор турбіни може перебувати перед опорою – так званий навітряний ротор, або за опорою – підвітряний ротор. Найчастіше турбіни з горизонтальною віссю обертання мають дві або три лопаті, хоча є і моделі з великим числом лопатей. Останні вітряки являють собою диск з великою кількістю лопатей. Вони отримали назву “монолітних” установок. Для найбільш ефективної роботи вітряка його лопаті повинні максимально взаємодіяти з вітровим потоком, що проходить через площу обертання ротора. Вітряки з великою кількістю лопатей зазвичай працюють при низьких швидкостях обертання. У той час як установки з двома або трьома лопатями повинні обертатися з дуже високою швидкістю, щоб максимально “охопити” вітрові потоки, що проходять через площу ротора.

Лопаті такої турбіни – довгі, зазвичай дугоподібні. Вони прикріплені до

верхньої і нижньої частин вежі. Завдяки вертикальному розташуванню ведучого вала ротора турбіни “захоплюють” вітер, що дме в будь-якому напрямку, і для цього їм не потрібно змінювати положення ротора при зміні напрямку вітряних потоків. Вітрогенератори з вертикальною віссю обертання коштують дорожче, ніж такі ж з горизонтальною віссю, мають більш складну конструкцію, але більш пристосовані до місцевості з частою зміною напряму вітру. Вітрогенератори з вертикальною віссю обертання є більш компактними. Є два основні види вітрогенераторів з вертикальною віссю обертання: ротор Савоніуса і ротор Дар’є.

Вітрогенератор з вертикальною віссю обертання

горизонтальних (25-35%) вітрогенераторів приблизно однаковий. Не дивлячись на те, що

у вітряків з горизонтальною віссю обертання ККД вищий і швидкість запуску нижча, вони практично компенсуються коефіцієнтом використання енергії вітру (КВЕВ), який дещо вищий у вертикальних вітряків.
Вертикальні вітряки завжди знаходяться «за вітром» і їм не потрібно повертатися при зміні напрямку вітру. А ось горизонтальні повинні розвернутися. У момент розвороту продуктивність падає, так як сила потоку вітру загасає.
Деякі компанії використовують для виробництва вертикальних вітряків постійні (неодимові) магніти замість підшипників. Це дозволяє збільшити продуктивність системи до 15%. Тобто загальна продуктивність виростає на 3-5% від сумарного ККД.

придатний для використання в міських умовах
Основні критерії під час розробки

вітрогенератора були: 1. Старт при низькій швидкості вітру
2. Компактні розміри
3. Конструкційно проста та міцна конструкція
4. Можливість запуску серійного виробництва

дана формула: P=k*S*V^3 P - потужність (Ват) S - площа омітання лопастей

(кв.м.) V^3 - швидкість вітру в кубі (м/с) k=0.6 - коефіцієнт втрат швидкості вітру. Вітер, що рухається в просторі, приймається за 1. При огинанні перешкоди він втрачає свою швидкість і силу. Для вітряків з вертикальним ротором загальноприйняті втрати швидкості вітру 33%, тому обрахований коефіцієнт втрат швидкості вітру становить 0.6.

P=0.6*S*V^3;
Р=0.6*0.415*0.280^2*V^3 Р=0.6*0.1162*171.879
Р=11.983 Ват

Ширина ротора
0.415 м

Середня швидкість вітру в Бережанах станом на Березень 2015 року становить 5.56 м/с

ротора вітряка, швидкість вітру при якій він розвиває дану потужність,

швидкість обертання ротора.

Рротора=11.983 Ват
Ширина ротора=0.415 м Висота ротора=0.28 м
Vвітру=5.56 м/с

Рекомендовані генератори – 2600 об/хв при 0.6 Ват, або 130 об/хв при 12 Ват

Щоб вирахувати оберти ротора розміром 415х280мм, де ширина ротора 415мм, потрібно дізнатися довжину кола ротора: 0.415*3,14 = 1.3031 метра, тобто за один оберт кінчик лопаті проходить шлях в 1.3031 метра. Це означає, що в ідеалі повний оберт ротор зробить коли проходить потік вітру довжиною 1.3031 метра. Але якщо енергія витрачається на обертання, на трансмісію, та ще й на обертання генератора, який навантажений акумулятором, то оберти впадуть, в середньому, ще в два рази. Отже, повний оберт ротор зробить за 2.6062 метрів потоку вітру. Тоді виходить так: якщо вітер 5.56 м/с, то при цьому вітрі за секунду ротор зробить 2.133 обертів, а за хвилину при вітрі 5.56 м/с буде 60*2.133 = 127.98 об/хв.
Враховуючи, що на вітряку стоїть пасова передача з коефіцієнтом 20:1 (без врахування проковзування), то ми отримуємо швидкість на виході 2559.6 об/хв при потужності 0.599 Ват

через пружність ПВХ труб, були усунені почерговим фіксуванням країв за

допомогою саморобних гнучких кутників з жерсті.

При експериментальних запусках виявилась недостатня стійкість основи вітряка, проблема усунена заміною фанери на плити ДСП з товщиною 2см

На стадії розробки та проектування планувалось використати трансмісію пасового типу з передаточним числом 23:1 та ведучим шківом, який був виготовлений з фанери. Через технологічні властивості фанери, а саме здатність до зміни рівності площини під дією температур, було прийнято рішення про заміну ведучого шківа на металевий, що призвело до зміни передаточного числа з 23:1 до 20:1.

Виготовлення проекту
Технологічно-конструкторські особливості виготовлення вітряка

потрібний за розрахованими характеристиками генератор, тому був використаний, замість нього,

електродвигун з магнітофона.

вітру
2. Компактні розміри
3. Конструкційно проста та міцна конструкція
4. Можливість запуску

серійного виробництва

практичного матеріалу, який я використав при розробці вітряка.
Віктору Дмитровичу, вчителю

фізики Бережанської ЗОШ I-III cт. №2, за активне кураторство під час розробки та виготовлення проекту.