Проектная работа "Походный ветрогенератор"

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования детей «Центр внешкольной работы» муниципального образования

«Лениногорский муниципальный район»

Республики Татарстан

Проектная  работа

«Ветрогенератор походный»

Работу выполнили:  ШигаповАйнур, обучающийся объединения                                   «Начальное техническое творчество и моделирование» МБУ ДОД «ЦВР»МО»ЛМР»РТ, Руководитель  проекта: педагог дополнительного образования МБУ ДОД  «Центр внешкольной работы»  - Шамсутдинов Р.И.

с.Шугурово

2014г.

Ветрогенератор походный.

 В формировании и развитии  личности подрастающего человека различные малые механизмы (особенно полезные) играют одну из основных ролей. Именно они служат тем тренажером, с помощью которого развиваются различные навыки и таланты подрастающего человека. Творческие способности  нуждаются в постоянном стимулировании для того, чтобы раскрыться и проявиться каким-то талантам.

Мир взрослых не стоит на месте, а вместе с ним динамично развивается и детский мир. Если раньше он был наполнен только сказочными героями, куклами и машинками, а позднее разного рода играми и конструкторами, то в наш век технических инноваций стали появляться и современные инновационные игрушки - механизмы.

Одной из таких  разработок является наш походный ветрогенератор - устройство с полезными для практического применения свойствами. Она представляет из себя источник для подзарядки аккумуляторов мобильных устройств: телефонов, фонарей и т. д.

Аналогами данного ветрогенератора являются стационарные ветрогенераторы промышленного типа.

Как же работает наш ветрогенератор?

Любой ветрогенератор, независимо от его размеров и предназначения, работает согласно следующим принципам:

1. Дует постоянный ветер.
2. Флюгер (хвост ветряка) поворачивается по ветру.
3. Лопасти, соединенные с генератором (напрямую или через редуктор) под силой ветра заставляют его вращаться.
4. Из-за вращения, генератор вырабатывает электричество.

Звучит не так уж и сложно, не правда ли? Итак перейдем к конкретике.

Инструмент

Для изготовления ветряка не нужен какой-либо специализированный инструмент. Я использовал следующие инструменты:
- ножовка
- дрель и сверла для нее
- рулетку
- разводной ключ
- транспортир
- наждачку (разной зернистости)

Необходимые детали

Все необходимые запчасти можно купить на любом строительном рынке или в магазине. Многие, возможно окажутся в вашем гараже или сарае.

Итак, вот что мы будем использовать:
- лист металла 25х35см
- 20-25мм квадратную трубу L=1м
- шкив алюминиевый  (для хаба)
- 8" x 4" ПХВ труба

-Стойка
- Шаговый двигатель (генератор)
- болты, шайбы, гайки
- саморезы по металлу
- диоды, конденсаторы, микросхема KIA7805A.

Генератор.

Состоит наш ветрогенератор из шагового двигателя ИЗОТ СДХ 1,8/40 со следующими параметрами: U=12В, N=400 об/мин, I=1.8А. (рис1)

Пульт управления и зарядки.

Пульт управления и зарядки аккумуляторов состоит из платы вытравленной из фольгированного текстолита размером 70х30 мм на которой размечаются следующие элементы: 1) Диодный мост (мост Ларионова) который служит преобразователем переменного тока в постоянный; 2) Батарея конденсаторов 2х2200мкФ, которые являются сглаживающим фильтром и емкостью для накопления части энергии; 3) Микросхема KIA7805A подключенная по типичной схеме,

которая является регулятором и стабилизатором напряжения 5В 1,5А. 4) Разъем USB, который является непосредственным разъёмом для подключения мобильной техники

    Для соединения генератора и потребителя используется USB кабель входящий в комплектацию мобильного телефона или другого устройства.

Изготовление лопастей

Самой важной частью ветряка вероятно являются лопасти. Большинство, делают их из дерева или композитных материалов (стеклоткань и эпоксидка). Но я думаю, что реально их сделать из обычной водопроводной ПХВ-трубы (по эффективности они будут ничем не хуже). Перед тем как продолжить, немного теории о лопастях ветряка…
- чем длиннее лопасти, тем легче они крутятся в слабый ветер, но у них будет низкая скорость вращения.
- на концах лопастей вращение будет больше чем у основания, поэтому необходимо рассчитывать отношение скорости вращения лопастей к скорости ветра (TSR) при их изготовлении (например старые ветряные мельницы круглый год вращаются с постоянной скоростью 40 об/мин.)
- мощность, которую можно получить из энергии ветра, равна скорости ветра в третьей степени. Т.е. P=k*v^3, где k-постоянная ветряка, v-скорость ветра.
- согласно закону Беца, только ~59.3% энергии можно получить от ветра. Т.е. в реальности наша формула примет вид: . P=0.593*k*v^3, где k – потери в ветрогенераторе на механические трения и т.п.
- чем выше ветряк установлен над уровнем земли, тем большее мощности можно извлечь из энергии ветра (рекомендуют 6-15 метров, но я установил на высоте 4 метра).

Сами лопасти изготовить из трубы очень легко. Нужно разрезать ПХВ-трубу на 3 секции: две по 150 град. и одна секция 60 град. Красные линии – это лини реза. Чтобы удобнее было видеть линию реза по всей длине, рекомендую наклеить изоленту, скотч или просто бумагу. Из отрезка трубы 150 град. получатся широкие лопасти, которые будут легко крутиться в слабый ветер, но медленно. Опытным путем вы сами можете подобрать оптимальный угол, исходя из практики, он находится где то между 75-150 град. Для начала вырежьте широкие лопасти, а потом если нужно будет, то подрежьте их сделав более узкими. И запомните: «Семь раз отмерь – один раз отрежь».

После того, как все вырезано, я скруглил края. Если следовать аэродинамике, то нужно скруглить главную кромку и выровнять заднюю, но на практике, при использовании ПХВ-трубы я не увидел никакой разницы. В общем, вы можете сделать лопасти как эти (см. рис.)…

Изготовление узла крепления лопастей (Хаба)

Следующей задачей является изготовления узла крепления лопастей (ступица винта, хаб). Существует много различных способов изготовления. Я рекомендую сделать его из диска для пилы, его легко можно найти и он легко поддается сверлению. При помощи дрели просверлите 3 группы отверстий (по 2 в кадой) со смещением в 120 градусов (здесь вам может понадобиться транспортир). Расстояние в группе между двумя отверстиями – 1 дюйм (см. рис.).

После того, как все просверлено и мы уверены в надежности и безопасности хаба, то можете прикрутить лопасти к нему при помощи болтов и гаек. Обязательно поставьте гроверную шайбу или используйте гайку с уплотнителем.

Изготовление флюгера и шарнира для поворота

Теперь мы должны изготовить поворотную платформу, на которой будет установлен наш генератор. Для этого используем квадратную трубу, стойку и небольшой лист металла. На рисунке ниже, можно посмотреть примерный набросок, как это будет выглядеть.

В первую очередь из куска железа необходимо вырезать хвост ветряка (флюгер). Форма не сильно важна и служит в основном для придания эстетического вида.

Далее, вдоль квадратной трубы мы делаем пропил (легче это сделать болгаркой). Длина не сильно важна, я рекомендую 20-25 см. Затем вставляем в прорезь наш флюгер и сверлим сквозные отверстия в трубе и листе. Закрепляем болтами.

Также необходимо предусмотреть какой-нибудь чехол для генератора, от непогоды. Для этого мы  используемкороб обтянутый карбоновой пленкой.

Изготовление мачты

Любому ветряку необходима мачта (башня). Я изготовил ее из труб и различной фурнитуры.

Мачта проста в изготовлении и получилось что-то похожее на это:

Далее, сажаем всю нашу конструкцию на получившуюся мачту.

Ветряк готов.