Как своими руками сделать ветряной генератор: Как самому сделать ветрогенератор?

Ветрогенератор своими руками | Как сделать самому?

Сергей Васильевич, вложив в дело всего 300 долларов, качает электричество из ветра.

Мы познакомились с Сергеем Васильевичем, когда его ветроэлектростанция была только в проекте.

Ветрогенератор своими руками

«Линия электропередач рядом, – говорит Сергей Васильевич, – но «свободной мощности» нет. Предложили ставить свой трансформатор по цене легкового автомобиля».

«Незачем тратить такие деньги», – резонно решил хозяин. Задачу для себя Сергей Васильевич поставил так: получать достаточное количество энергии в доме площадью 80 квадратных метров зимой и летом.

Вначале хозяин приобрел солнечную батарею общей мощностью 120Вт. Через импульсную схему она заряжает кислотную аккумуляторную батарею на 200 Ампер-часов.  Летом этого хватает, однако зимой одной лишь солнечной энергии недостаточно.

На хозяйстве есть бензиновый генератор мощностью 2 киловатта. Но он предназначен для особых случаев: работы болгаркой, дрелью или аварийной подзарядки аккумуляторной батареи. Зимой использовать бензин невыгодно.

Решению сделать ветрогенератор самому альтернативы не было.

Участок Сергея Васильевича расположен в Киево-Святошинском районе. Здесь, по данным Укргидрометцентра среднегодовая скорость ветра меньше 4,5 метров в секунду. Достаточно ли такого слабого ветра для того, чтобы покрыть нужды хозяйства изобретателя?

Инженер по образованию и профессии, Сергей Васильевич подошел к процессу постройки ветряка с особой тщательностью. Вначале сделал уменьшенный макет, на котором тестировал силу ветра, действующую на лопасти. Остановился на вертикальной схеме ветрогенератора. Ее основное преимущество –ветрогенератор будет давать ток уже при скорости ветра от 1-2 метров в секунду. Кроме того, вертикальный ветрогенератор значительно менее малошумный, чем ветряк, построенный по горизонтальной схеме.

«Фундамент построил со значительным запасом, – говорит Сергей Васильевич, – для обустройства опор вполне достаточно 2-4 мешков цемента, 10 ведер песка и 30 ведер щебня. Каждый «куб» фундамента, в который помещается опора, получится размером почти с кухонную плиту. Этого более чем достаточно».

Крутящий момент лопастей ветряка передает на редуктор шестерня от болгарки:

Конечно, копать фундамент нужно на глубину, большую, чем глубина промерзания для вашего региона (в Украине это 80 сантиметров – округленно метр).

В цементный раствор замурованы уголки-сороковка. Изобретатель советует вначале собрать основу конструкции – прямоугольник на болтах – а затем уже заливать опоры бетоном. Так удастся избежать перекосов.

Итак, основание ветрогенератора – металлическая конструкция из уголка-сороковки, скрепленная болтами, высотой 5 метров. Лопасти ветрогенератора занимают в ней 2 метра высоты.

Через месяц на этом надежном основании изобретатель установил самодельные лопасти ветряка и подключенный к ним через планетарный редуктор от старой болгарки генератор мощностью 370 Ватт.

Редуктор с генератором в сборе:

Верхнее крепление лопастей:

Датчик ветра из донышек пивных жестянок (впоследствии Сергей Васильевич усовершенствовал его, добавив еще пару лопастей):

На данном этапе стоимость всех материалов конструкции ветрогенератора составила:

1. Цемент – 4 мешка по 50 грн – 200 грн ($25 ).
2. Песок, щебень – бесплатно.
3. Редуктор – бесплатно, запчасть от старой болгарки.
4. Генератор – около 250 грн ($30), это обычный б/у электродвигатель во всепогодном исполнении мощностью 370 ватт.
5. Металлический уголок – 50 м. х 20 грн/м – около 1000 грн ($125).
6. Болты с шайбами и гайками – 200 грн ($25).
7. Доски (50-ка), 0,5 м. куб (идут на настил и на создание козырька) – 200 грн ($25).
8. Бляха (4 листа) – 400 грн ($50).
9. Электрокабель – 50 грн ($6).
10. Краска – 30 грн ($4).

Итого: 2300 грн  (приблизительно $290).

Продолжительность работ для одного человека: 

1. выкапывание ям фундамента — 1 день;
2. создание конструкции опоры (порезка уголков, сверление отверстий под болты) – 2 дня;
3. покраска – 0,5 дня;
4. заливка четырех блоков фундамента – 0,5 дня;
5. создание лопастей ветрогенератора (каркас, порезка оцинкованной бляхи, укрепление дисков и редуктора) – 4 дня;
6. создание деревянного настила на высоте 3 метра – 0,5 дня;
7. монтаж конструкции ветряка (заносится на высоту в разобранном состоянии) – 1 день;

Однако, ветряк и генератор – далеко не полный комплект устройства для превращения в электричество энергии ветра. Как эффективно снимать с ветрогенератора мощность? Ответ на этот вопрос читайте в продолжении НАМТЕПЛО.

Про интересную конструкцию самодельного ветрогенератора, созданного британскими энтузиастами, можно узнать в следующем материале НАМТЕПЛО.

Как сделать ветрогенератор - правила изготовления домашнего ветрогенератора своими руками

Если у вас нет доступа к общей электрической сети, либо вы решили обзавестись автономным источником энергии, то целесообразно установить домашний ветрогенератор. Сила потока воздушных масс позволит вам своими руками наладить поступление электроэнергии для бытовых нужд.

Как работает ветрогенератор?

Прежде, чем самому собирать и устанавливать ветрогенератор, необходимо определить, имеет ли это смысл. Для этого необходимо измерить скорость ветра в той местности, где вы решили выполнить установку.  Если окажется, что ветровой силы недостаточно, то устанавливать генератор невыгодно.

Помимо скорости ветра, нужно определить, какой уровень мощности генератора необходим. Конечно же, не стоит полагать, что генератор данного типа будет функционировать круглосуточно без перебоев, ведь скорость ветра может сильно меняться в течении дня, и это повлияет на возникновение энергетических проблем.

Возможную мощность генератора вы сможете определить с помощью расчета коэффициента использования энергии ветра. Он позволяет оценить часть энергии воздушного потока, которая будет использоваться ветроколесом.  Данный показатель зависит от различных внешних параметров.

Если вы делаете ветрогенератор своими руками, то следует знать его основные составляющие:

• ветроколесо с определенным количеством лопастей
• редуктор, который отвечает за круговое движение колеса
• мачта, при помощи которой ветряные потоки поступают в инвертор, чтобы превратиться в ток

Само электричество берется из энергии ветра, которая приводит в движение лопасти с колесом. Круговые манипуляции передаются с помощью редуктора в генераторный вал. Именно там происходит превращение энергии механического типа в электрическую.

Из каких элементов состоит домашний ветрогенератор?

Чтобы сделать генератор в домашних условиях, необходимо приобрести все его комплектующие:

• аккумулятор на кислотной или гелиевой основе
• ротор
• генератор
• ведро или бочка из металла большого размера
• полугерметичная кнопка (выполняет роль выключателя)
• специальные болты
• реле для подзарядки аккумулятора
• реле лампы заряда
• вольтметр
• мачта
• нержавеющая проволока
• провода
• специальная коробка для наружных проводов

С помощью данного оборудования и запчастей у вас получится сделать ветрогенератор своими руками.

Сколько лопастей должно быть у ветрогенератора?

Одним из самых важных этапов в создании ветрогенератора является этап подбора и прикрепления лопастей. Количество, качество и габариты каждой лопасти оказывают сильное влияние на будущую работу всего устройства. Существует несколько основных принципов, которые необходимо учитывать при сборке конструкции данного типа:

• при установке двух-трех лопастей большого размера неправильно считать, что мощность генератора равна показателю с пятью-шестью небольшими лопастями
• при устройстве генератора с малым количеством лопастей необходимо уделять большое внимание балансу, лопасти большей площади дают сильную вибрацию
• от размеров лопастей напрямую зависит уровень шума, издаваемого установкой, чем больше будет скорость и окружность вращения лопастей, тем сильнее вы будете это слышать, а при установке такого генератора в частном доме вы будете часто просыпаться по ночам
• если вы создаете быстроходные лопасти, то необходимо учитывать особые требования к их конструкции, лучше всего сделать лопасти из разрезанной трубы КИЭВ

При использовании габаритных лопастей достаточно много нагрузки приходится на ось генератора, мачту и все его составляющие. Использование такой установки небезопасно, поскольку при сильном ветре лопасти разгоняются до огромной скорости, а мачта или крепления, скорее всего, этого не выдержат. Если же вы все-таки решили сделать ветрогенератор именно такого типа, то лучше всего использовать дерево в качестве материала лопастей. Однако, их изготовление из этого материала является достаточно затруднительным.

Мощность ветрогенератора напрямую зависит от размера колеса с лопастями, скорости воздушных масс и высоты мачты. Нужно понимать, что энергии будет больше того после того, как вы найдете идеальный баланс для всей конструкции. Если устанавливать две-три лопасти большого размера, то мощность будет небольшой, а сама конструкция будет достаточно хрупкой.  Наиболее удобным и правильным вариантом является установить своими руками пять или шесть лопастей умеренного размера.

Этапы создания ветрогенератора своими руками

После того, как большая часть конструктивных элементов мелкого типа подобрана, можно приступать к сборке ветрогенератора:

• сначала необходимо выбрать тип генератора, нужно опередить, будет у вас горизонтальный или вертикальный тип двигателя, сделать своими руками проще ветрогенератор вертикального типа, поскольку в нем значительно легче налаживать балансировку
• при покупке генератора нужно смотреть на его мощность
• после проведения всех расчетов нужно выбрать аккумулятор, он должен быть герметического типа и предназначаться специально для энергетических установок
• прежде, чем устанавливать все устройство, нужно залить фундамент, он должен соответствовать особенностям внешней среды
• мачта устанавливается после полного затвердевания фундамента
• собирается ротор - предварительно ротор необходимо подбирать в зависимости от средней скорости ветра, скорость влияет на диаметр данного элемента
• к ротору приделывается шкив
• лопасти можно сделать, как из трубы, так и из бочки, расчет их площади сугубо индивидуален
• провода из алюминия присоединяются к генератору
• необходимо собрать цепь в дозе
• осуществляется крепление генератора к мачте, а после и проводов
• генератор и аккумулятор собираются в единую цепь, и к ним подключается нагрузка через провода

Хороший запуск генератора получается выполнить только в условиях высокой скорости ветра. Чтобы увеличить выработку энергии, можно сделать своими руками трансформатор с регулятором. Это обеспечит большую силу тока.

Основные условия эксплуатации самодельного ветрогенератора

Как и за любым прибором, за ветряным генератором требуется регулярный уход. Благодаря грамотному уходу за самодельной станцией вы сможете эксплуатировать генератор очень долго. Существуют ключевые виды работ, которые необходимо выполнять каждый год:

• уход за всеми подвижными элементами системы путем их смазывания
• проверка лопастей и подшипников с целью своевременного обнаружения их повреждений
• регулировка всех электрических соединений
• проверка механизмов ветрогенератора на отсутствие коррозии
• регулировка ослабленных растяжек и подкрутка расшатанных болтов
• осуществление покраски металлических деталей генератора
• проверка щетки токоприемника

При оптимальных условиях эксплуатации и качественной сборке самодельный ветрогенератор может прослужить более 10-15 лет. Нужно понимать, что для создания прибора такого типа очень важны первоначальные исследования и расчеты. Ведь именно по ним будет создаваться вся установка.

Конструируем ветряной генератор своими руками

> Конструируем ветряной генератор своими руками

Ветряной генератор за городом уже никого не удивляет. Многие видели исполинские белые ветряки, вращающие лопастями над полями и селами. Энергия ветра хороша по нескольким причинам. Но самое приятное то, что она бесплатна. а если сделать ветряной генератор своими руками, то все затраты выльются только в стоимость материалов и быстро окупятся.

Именно поэтому мы предлагаем вам подробное описание изготовления ветрогенератора. Всего несколько несложных шагов — и ваш загородный дом будет питаться экологически чистой бесплатной электроэнергией.

Что такое ветрогенератор: устройство и преимущества

Точно так же, как колодец во дворе, теплица из поликарбоната на огороде, вольер для собаки и пр. это устройство приносит пользу и выгоду, особенно, если это связано с коммунальными экономиями.

Ветряным генератором называют механически-электрическое устройство, которое вырабатывает энергию за счет силы движения воздуха, или просто ветра. Технология такова, что даже слабого ветра (до 4 м/с) достаточно для производства электроэнергии.

При этом мощность ветрогенератора может варьироваться от 5 КВт до 4 500 КВт. Поэтому экономическая эффективность ветряного генератора высока, а само устройство становится все более популярным. Как правило, небольшой самодельный генератор устанавливают на приусадебных участках.

Работа ветрового генератора происходит по тому же принципу, что работа ветряной мельницы. Лопасти ветряка вращаются за счет давления потоков ветра. В свою очередь, ветряк приводит в движение ротор, а ротор сообщает энергию движения (кинетическую) электрическому генератору.

Для максимальной эффективности этого процесса лопасти имеют изогнутую форму и ориентированы под углом. Кроме того, ветрогенераторы снабжают стабилизаторами и/или системой ориентации по ветру. Полученная от генератора электрическая энергия может быть направлена непосредственно в электросеть (дома, участка или др.) или запасаться в аккумуляторных батареях.

У ветрогенератора как у локального источника энергии для частного использования много преимуществ.

1. По сравнению с другими (т.н. “традиционными”) источниками энергии, затраты на электричество, полученное от энергии ветра, гораздо ниже. Вложения нужны на этапе установки, затем ветрогенератор начинает себя окупать.
2. Затраты на техническое обслуживание — единственные затраты, которых требует ветрогенератор после начала работы.
   Установка занимает минимум времени. Ввод в эксплуатацию большого ветрогенератора охватывает пару месяцев. В случае изготовления ветрогенератора своими руками, процесс займет у вас 1-2 дня.
3. Использование энергии ветра полностью экологично. Работа ветрового генератора не наносит вреда окружающей среде. Производство электроэнергии не расходует природные ресурсы.

Разумеется, работа ветряного генератора напрямую зависит от внешних факторов — то есть, от силы ветра. Но, в то же время, по сравнению с условно “независимыми” дизельными генераторами, ветряк процентов на 80 экономит ваши средства. Речь идет о покупке, транспортировке, хранении дизтоплива.

Даже вы не рискнете сделать ветрогенератор единственным источником энергии для частного дома, есть большой резон установить его в качестве дополнительного источника.

к оглавлению ↑

Из чего можно сделать ветряной генератор

На первый взгляд может показаться, что главное в ветрогенераторе — это, собственно, ветряк с вертушкой-лопастями. На самом деле, основное устройство ветрового генератора скрывается внутри.

1. Генератор с валом, вырабатывающий переменный ток. Производительность генератора (напряжение и сила тока) находится в прямой зависимости от силы и скорости ветра.
2. Контроллер, превращающий переменный ток в постоянный, стабилизирующий напряжение и регулирующий заряд аккумуляторов.
3. Аккумуляторная батарея, накапливающая произведенную электроэнергию. Это обеспечивает запас тока в то время, когда ветра нет.
4. Инвертор, получающий запас энергии от аккумуляторной батареи и преобразующий (инвертирующий) этот постоянный ток снова в переменный, для питания электрической техники.
5. Ветряк с лопастями, вращающимися при движении воздуха. Лопасти установлены на оси, вращающей вал генератора.

Еще одна заметная деталь ветрогенератора — это мачта. И она тоже, как лопасти, играет лишь вспомогательную роль. При помощи мачты конструкция ветрового генератора поднимается как можно выше над уровнем земли или крышей дома, чтобы захватить как можно более сильные потоки ветра.

О бетонных столбах для забора мы подготовили для вас интересную статью.

Как соорудить беседку из бревна своими руками? С этими рекомендациям — легко.

к оглавлению ↑

Самостоятельное изготовление ветрогенератора для дома

Мы выяснили, что главная деталь, “сердце” агрегата — это генератор. Как сделать его своими руками? Судя по отзывам, именно этот этап вызывает больше наибольшие затруднения. Вот несколько вариантов решения задачи.

1. Компьютерный мотор Ametek напряжением 99 вольт. Найти его можно в магазине подержанной компьютерной техники, на радиорынке или на интернет-аукционе Ebay.
2. Двигатель от бытовых приборов (например, вентилятора).
3. Любой бытовой двигатель с максимальным обратным соотношением между количеством оборотов и высотой напряжения (низкие обороты и высокое напряжение).

Что касается лопастей ветрогенератора, то здесь простор для творчества еще больший. Но зачем тратить время на эксперименты, которые могут оказаться неудачными, если есть положительный опыт изготовления “крыльев” ветряка из водопроводной пластиковой трубы. Оптимальный размер: 60 см в длину и 15 см в диаметре.

Разрежьте отрезок трубы вдоль на две продолговатые половины. Теперь каждую половину трубы разрежьте по диагонали, чтобы получить четыре одинаковые изогнутые треугольные лопасти. Для аккуратности обработайте края среза мелкой наждачной бумагой.

Три из четырех (четвертая — запасная) лопасти неподвижно прикрепите на равных расстояниях к диску, который будет передавать движение ротору. Желательно использовать готовый шкив с зубцами по периметру окружности. Шкив передает энергию движения генератору, который устанавливается за вертушкой.

Вертушка устанавливаются на одном конце осевой балки (ее можно сделать из деревянной палки или тонкой трубы). На противоположном конце балки устанавливается вертикально стоящий “хвост” из металлической пластины 25х25 см. Он нужен, чтобы регулировать направление оси и поворачивать ветрогенератор по ветру.

Найдите точку на оси, опираясь на которую конструкция уравновешивает хвост и вертушку. В этой точке закрепите металлический штырь, направленный вертикально вниз. Толщина штыря должна быть такой, чтобы свободно входить и вращаться внутри трубы, служащей мачтой ветрогенератора.

Провода от генератора тоже пропускаются сквозь трубу-штангу. Они выходят с другой стороны (снизу) и соединяются с инвертором и аккумуляторной батареей. Можно сказать, что вы уже сделали ветряной генератор своими руками. Но для начала эксплуатации его нужно установить как можно выше.

Крыша дома — подходящее место, чтобы разместить ветряной генератор. Выбирайте открытый для ветра участок, подальше от веток деревьев. Убедитесь, что штанга надежно закреплена и стоит строго вертикально. Теперь и в вашем дом есть источник экологически чистой доступной энергии.

А самым любопытным, предлагаем ознакомиться с видео о ветрогенераторе для дома

Загрузка...

Изготовление ветрогенератора в домашних условиях используя автомобильный генератор — ALTENEX.RU

Исследования в области ветроэнергетики, а именно разработка новых способов преобразования ветряной энергии в электрическую, ведется уже довольно давно. Существуют серийно выпускаемые промышленные ветрогенераторы, которые способны обеспечивать электроэнергией целые поселки. В связи с этим многие домовладельцы с интересом изучают это направление получения альтернативной энергии и задаются вопросом приобретения либо интересуются как сделать ветрогенератор в домашних условиях. Можно сделать ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора, надо только выполнить определенную переделку.

Вариант, который мы рассмотрим в этой статье — это сборка ветрогенератора из автомобильного генератора. В этом случае используется уже готовый узел (хотя он и требует некоторой модификации). Также потребуется винт, аккумулятор, преобразователь, мачта и элементы крепления. При выборе конструкции ветрового генератора традиционно отдают предпочтение ветрякам с горизонтальной ориентацией пропеллера ввиду более высокого КПД и менее сложной конструктивной части.

Переделка автомобильного генератора

Процесс сборки ветряка из автомобильного генератора начинается c выбора самого генератора. Можно использовать любой автомобильный генератор, однако предпочтение отдается наиболее мощным устройствам с грузовых машин, сельскохозяйственной техники. Многие умельцы используют тракторные генераторы АТ700, Г700, Г.964. Мощность генератора этого класса позволяет вырабатывать достаточное количество энергии.

Принимая за основу конструкции ветряка автомобильный генератор, нужно помнить, что он рассчитан на работу при частототах вращения ротора 1200 — 6000 об/м. Домашний ветрогенератор таких оборотов просто не требует, поэтому автогенератор нуждается в некоторой переделке и доработке: требуется установить понижающий редуктор либо произвести перемотку статора. Делается это более тонким проводом с увеличением количества витков в 5-7 раз. Смысл этой процедуры заключается в увеличении генерации энергии при низких оборотах.

Флюгер

Эта деталь является неотъемлемой частью ветрогенератора и обеспечивает вращение лопастей по ходу ветра. Она должна быть собрана из прочного материала. Как вариант — это может быть алюминиевый квадратный профиль. На одном из его концов устанавливают генератор в сборе, на другом — хвостовик. Также его можно изготовить и из оцинкованной жести. Обычно генератор крепят при помощи хомутов, лучше, если они будут выполнены из нержавеющей стали.

Для изготовления хвостовой части можно использовать тот же алюминиевый лист, его достаточно зафиксировать на несущем профиле с помощью уголков.

Заметим, что нужно так же рассчитать местонахождение центра тяжести, через который должен пройти стержень из нержавеющей стали. Эта деталь должна быть выполнена в виде болта, длиной порядка 300 мм и диаметром около 30 мм. В середине стержня должно быть высверлено отверстие, через которое будет пропущен провод.

Делаем ветровое колесо

Для изготовления лопастей винта можно использовать алюминиевую трубу с поперечным сечением в 200 мм и длиной от 0,7 до 1 метра. Ее разрезают вдоль оси на четыре равных куска, из которых изготавливают необходимое количество лопастей. На самом деле, алюминий довольно легко подвергается обработке, поэтому вырезать эти детали не так и сложно. Куда как сложнее подготовить необходимые расчеты и создать шаблон.

Заметим, что для изготовления лопастей можно также использовать:
— листовое железо, в этом случае вырезать придется болгаркой;
— обычную цилиндрическую емкость (бочку), 3 либо 4 лопасти вырезаются в боковой части, однако не отделяются, а отгибаются (такой вариант применяется для ветряков с вертикальной осью).

Либо, в качестве готового винта для бытовой установки вполне может подойти крыльчатое колесо, которое устанавливают в домашних сплит-системах или автомобильный вентилятор системы охлаждения.

Итак, лопасти, которые были получены из трубы, или какого-либо другого материала, необходимо скруглить, обработать на предмет заусенцев и, скрепив между собой, установить на вал генератора. При выполнении этой работы необходимо четко соблюсти баланс, иначе пропеллер может пойти в разнос.

Для создания центра (выполняется, как правило, в форме диска), на котором будут установлены лопасти, можно нарезать круглых алюминиевых пластин и спрессовать друг с другом (к примеру, эпоксидным клеем). После того, как клей схватиться, диск необходимо просверлить по центру и выработать место под шпонку, которая установлена на генераторном валу.

Сборка ветряка

Установка ветрогенератора должна выполняться в безветренную погоду. Сборку домашней ветряной электростанции начинают с соединения генератора и флюгера. Генератор закрепляют к основанию флюгера при помощи хомутов. После этого, флюгер необходимо установить в подшипники, которые обеспечат его вращение. На этом узле должен стоять ограничитель, который не даст вращаться на угол больший, чем 360 градусов.

При выборе места установки необходимо учитывать, что ветрогенератор должен находиться не ближе 20 м к жилым домам. При монтаже конструкции ветряка необходимо проложить силовой кабель. Поднятый на мачте флюгер (высота порядка 5 — 6-ти метров) закрепляют при помощи тросовых растяжек, надежность установки которых надо регулярно проверять. Нижняя часть мачты крепится болтами к металлическому основанию, которое готовится заблаговременно (желательно, чтобы это была забетонированная конструкция, т.к. при сильных ветрах возможны значительные напряжения). В качестве мачты удобно брать обычную металлическую трубу (диаметром 50 мм).
По окончании работ, подготовленные концы кабеля можно подключить к приемнику электроэнергии, как правило, для этого используют аккумуляторы. Но подключение аккумуляторов напрямую приведет к их выходу из строя (при высоких оборотах большая величина зарядного тока), поэтому в схеме подключения ветряка должен быть предусмотрен контроллер напряжения. Также необходим инвертор, преобразующий энергию.

Некоторые особенности проектирования

Заметим, что минимальная скорость ветра, при которой начинает крутиться винт ветрогенератора составляет 2 м/сек, а оптимальная скорость ветра — это 10-12 м/сек. При проектировании и сборке генератора могут быть допущены ошибки, которые могут привести его к разрушению. Одна из самых распространенных ошибок, которую допускают мастера, это пренебрежение таким узлом, как модуль торможения. В стандартном исполнении большинство автомобильных генераторов им не оснащено. В этом случае генератор необходимо «доводить до ума». Этот модуль, своего рода предохранитель, который не дает ротору раскрутиться до больших скоростей. Подшипники, которые не рассчитаны на высокие обороты, могут просто не выдержать.

К такой же недоработке можно отнести и отсутствие ограничителя на флюгере. В случае возникновения сильного ветра генератор может начать вращаться вокруг оси флюгера. В лучшем случае произойдет разрыв проводов, в худшем разрушение всей конструкции.

В качестве заключения отметим, что без определённого опыта сделать эффективный ветрогенератор своими руками довольно сложно, и если позволяет финансовая сторона вопроса – лучше купить надежный серийный агрегат.

Делаем для дачи вертикальный ветрогенератор своими руками

Пожалуй, ни один дачник не будет спорить с тем, что сегодня необходимо иметь какой-либо альтернативный источник электроэнергии, ведь свет могут отключить в любую минуту. Большую популярность, как источник бесплатной энергии, сегодня получили самодельные ветрогенераторы. Разнообразные модели таких устройств предлагаются на рынке, а в интернете можно увидеть схемы, чертежи и видео, позволяющие собрать их своими руками.

Стоит отметить, что самодельный ветрогенератор будет очень полезен даже при его небольшой мощности. Уже одно то, что среди кромешной тьмы дача будет освещена, и можно будет без проблем посмотреть телевизор или зарядить мобильное устройство, подстрахует от неприятностей и поднимет престиж перед соседями.

к содержанию ↑

Три маленьких секрета

Первый секрет заключается в том, на какую высоту будет установлен самодельный ветрогенератор. Понятно, что проще смонтировать его на высоте нескольких метров от земли, но и толку от него тогда будет не особенно много. Следует учитывать, что чем выше ветрогенератор, тем сильнее ветер, быстрее крутятся его лопасти, и тем больше энергии можно получить от сделанной своими руками электростанции.

Второй секрет заключается в выборе АКБ. В интернете советуют не мудрить и ставить автомобильный аккумулятор. Да, это проще и, на первый взгляд, дешевле. Но, необходимо знать, что автомобильные аккумуляторы следует устанавливать в хорошо проветриваемом помещении, они требуют ухода, а их срок службы не превышает 3-х лет. Будет лучше приобрести специальный аккумулятор. Хотя он и стоит дороже, но это себя оправдает.

Третий секрет, какой ветрогенератор лучше подходит для изготовления своими руками — горизонтальный или вертикальный? У каждого варианта свои достоинства и недостатки. Мы рассмотрим ветрогенераторы вертикального типа, принцип работы которых показан на рис.2.

Сначала о недостатках: вертикальный ветрогенератор имеет низкий КПД по сравнению с горизонтальными моделями, на его сборку уходит больше материалов, что, соответственно, ведёт к удорожанию конструкции. С другой стороны, вертикальные ветряки могут работать при более слабом ветре, чем их горизонтальные аналоги, что компенсирует их невысокий КПД. Их не требуется поднимать на слишком большую высоту, они проще и дешевле при монтаже и установке, что сводит на нет разницу в стоимости материалов.

Немаловажным фактором является и то, что вертикальный ветрогенератор надёжнее при резких порывах ветра и ураганах, так как его устойчивость растёт с повышением скорости вращения. Кроме того, вертикальные конструкции практически бесшумны, что позволяет устанавливать их в любом месте, вплоть до крыши жилого дома. Всё вышеперечисленное ведёт к тому, что эти установки пользуются растущим спросом и выпускаются в различных модификациях, применительно к требуемой мощности и ветрам, преобладающим в определённых регионах, с чем, кстати, можно ознакомиться на видео ниже.

к содержанию ↑

Простейшая конструкция

Маломощный вертикальный ветрогенератор нетрудно собрать своими руками из, без преувеличения, бросовых материалов: большой пластиковой бутылки или жестяной банки, стальной оси и старого электромотора. Достаточно пополам разрезать банку или бутылку и закрепить эти половины на связанной с генератором оси вращения (рис.3). Такой вертикальный ветряк несложно сделать разборным и брать его с собой на рыбалку или в поход, где он не только осветит место ночлега, но и позволит подзарядить телефон или другое мобильное устройство.

к содержанию ↑

Собственная электростанция для дачи

А вот изготовление более мощного ветрогенератора придётся начать с покупки ведра и это не розыгрыш. Да, для начала, придётся купить обычное оцинкованное ведро. Это, конечно, в том случае, если такое прохудившееся ведро не завалялось где-либо в сарае. Размечаем его на четыре части и делаем ножницами по металлу прорези, так, как это показано на рис.4.

Ведро крепится за днище к шкиву генератора. Крепить следует четырьмя болтами, расположив их строго симметрично и на одном расстоянии от оси вращения, что позволит избежать дисбаланса.

Итак, практически всё готово, осталось выполнить следующие действия:

1. Отогнуть металл на прорезях, чтобы получить лопасти. Если чаще всего господствует сильный ветер, достаточно слегка отогнуть бока. Если ветер слабый, отогнуть можно и посильнее. В любом случае, величину изгиба можно отрегулировать позднее;
2. Соединить все необходимые приборы (кроме генератора) так, как это показано на рис.5;
3. Закрепить генератор с идущими от него проводами на мачте;
4. Укрепить мачту;
5. Подсоединить провода, идущие от генератора, к контроллеру.

Всё. Изготовленный своими руками ветрогенератор готов к работе.

к содержанию ↑

Электрическая схема

Рассмотрим подробнее электрическую схему. Понятно, что ветер может в любую минуту прекратиться. Поэтому ветрогенераторы не подключают напрямую к бытовым приборам, а вначале заряжают от них аккумуляторные батареи, для обеспечения сохранности которых, применяется контроллер заряда. Далее, учитывая то, что АКБ дают постоянный ток малого напряжения, в то время как практически все бытовые приборы потребляют переменный ток напряжением 220 вольт, устанавливается преобразователь напряжения или, как его ещё называют, инвертор и только потом подключают всех потребителей.

Для того чтобы ветрогенератор обеспечивал работу персонального компьютера, телевизора, сигнализации и нескольких энергосберегающих ламп достаточно установить аккумулятор ёмкостью 75 ампер/час, преобразователь напряжения (инвертор) мощностью 1,0 кВт, плюс генератор соответствующей мощности. А что ещё нужно, когда отдыхаешь на даче?

к содержанию ↑

Подведём итоги

Вертикальный ветрогенератор, который можно сделать по приведённым выше инструкциям, может работать при довольно слабом ветре и независимо от его направления. Его конструкция упрощается за счёт того, что в ней отсутствует флюгер, разворачивающий по ветру винт горизонтального ветрогенератора.

Основным недостатком вертикально-осевых ветряных турбин является небольшой КПД, но это искупается рядом других преимуществ:

• Скорость и простота сборки;
• Отсутствие ультразвуковой вибрации, характерной для горизонтальных ветрогенераторов;
• Нетребовательность к техническому обслуживанию;
• Достаточно тихая работа, позволяющая установить вертикальный ветряк практически в любом месте.

Конечно, сделанный своими руками ветряк может не выдержать излишне сильного ветра, который окажется способным сорвать ведро. Но это не проблема, просто придётся купить новое или приберечь где-либо в сарае отслужившее свой срок старое.

На видео ниже можно посмотреть как запитываются бытовые приборы на даче. Правда, ветрогенератор здесь сделан не из ведра, но тоже своими руками.

ВЕТРОГЕНЕРАТОР СВОИМИ РУКАМИ

   Многие из нас выезжают за город на экскурсии или в долговременные поxоды на несколько дней. Как право мы берем с собой различные батарейки, фонари и различные аккумуляторы для питания электро устройств. Но аккумуляторы не вечные и приxодит время когда у ниx заканчивается заряд и надо чем то заряжать. Именно для этого можно использовать естественные ресурсы - энергию солнца, воды или ветра. Сегодня мы с вами рассмотрим один из простейшиx вариантов ветрогенератора, который будет преобразовать энергию ветра в меxаническую энергию вращению вала, который в свою очередь вращает электрогенератор малой мощности и в конечном итоге получаем электрический ток который пригоден для зарядки аккумуляторов и питания различныx устройств. Роторный двигатель представляет собой два полуцилиндра, которые обращены вогнутыми сторонами друг к другу и укрепленныx на вертикальном валу между деревянными дисками. Можно и использовать 4 полуцилиндра. 

   Полуцилиндры сдвинуты на определенное расстояние между собой и это расстояние приблизительно равно иx радиусу так, что между иx вогнутыми поверxностями свободно может проxодить ветер. Вертикальный вал вращается в подшипникаx, закрепленныx на прямоугольной деревянной башни - основания, сделанного из деревянныx брусков. В верxней части башни укреплена площадка, на которой смонтирована маленькая коробка передач которая соединяет общий вал двигателя с валом электрогенератора. Ротор состоит из двуx деревянныx дисков и закрепленныx между ними двуx полуцилиндров, являющиxся лопастями ветродвигателя. Для изготовлении дисков на листе фанеры толщиной 12 - 15мм (если такой фанеры нет можно склеить несколько слоев) большим циркулем вычерчивают две окружности диаметром 360 мм. По этим окружностям выпиливают диски роторов. На одной стороне каждого из дисков циркулем, согласно рисунку вычерчивают полуокружности радиусом 100 мм. линия полученныx полуокружностей указывает место прикрепления деревянныx полукружков - оснований для прикрепления лопастей ротора. 

   Из досок с толщиной не менее 20 мм вырезают два полукруга радиусом 100 мм и с его помощью клея и гвоздей укрепляют по линиям размеченныx полуокружностей. Вместо сплошныx полукружков можно использовать деревянные накладки или пластмассовые листки, в крайнем случае можно использовать стальные листы с толщиной 1 мм. После изготовления ротора нужно на него надеть вал ветродвигателя. В качестве вала можно использовать отрезок водопроводной трубы длиной 1400 мм и с диаметром 25 30 мм. Для более прочной установки дисков в местаx иx крепления на валу применяют втулки, имеющие фланцы с отверстиями под болты и удерживающиеся провертывания на валу при помощи сквозныx шпонок. Надетые на вал диски привертываются болтами к фланцам втулок. Верxний диск надевается на вал так чтобы деревянные кружки для лопастей были внизу, а нижний так, чтобы полукружки были вверxу. Расстояние между надетыми дисками 800 мм. После ротор устанавливают на шариковые подшипники. Для нормальной работы ветрогенератора следует установить его на мачту с высотой порядка 4 метра, но ветростанция вполне прилично работает и на высоте 1 метр от земли, если есть возможность можно установить на крыше зданий. Передача вращение ротора можно передать на генератор различными способами в зависимости от наличии материала который есть у вас под рукой. Основная задача иметь предаточное число 1/20, то есть если ротор делает один оборот - генератор должен делать 20 оборотов. Данное соотношение устанавливаем по следующим расчетам - при средней скорости ветра 5м/сек ротор вращается со скоростью 40 - 60 оборотов в минуту. Для получения от генератора нормального напряжения нужно чтобы его вал вращался со скоростью 800 - 1000 оборотов в минуту. Следовательно соотношение передач должно быть 1/20. Предаточные меxанизмы можно сделать самому или взять готовые, можно использовать цепную, ремневую или шестроночную передачу но советую использовать последнюю, поскольку у нее высокое кпд и сравнительно малые потери по сравнению с другими видами передач. 

   Силовая часть ветрогенераторной станции - это генератор переменного тока. Поскольку наша станция не расчитана на большую мощность то и генератор у нас не очень мощный, но вполне устраивает для поxодныx ситуаций. Генератор имеет мощность 30 ватт, напряжение 12 - 16 вольт, что вполне xватит для зарядки мобильного телефона, ноутбука, плееров и даже для работы небольшого телевизора. Генератором может служить буквально все моторчики, где присутствует постоянный магнит, в данном случае применен генератор дискового типа, где вращающая часть - статор это постоянный магнит. То есть генератор у нас вырабатывает переменной ток который нужно выпрямлять диодами, а если у вас есть генераторы где вращается ротор с обмоткой - постоянный магнит, то вам вместо диодного моста нужно ставить всего один диод для того, чтобы ток от аккумуляторов не стал обратно течь в генератор. В таком случае генератор будет вращаться как обычный электродвигатель. Генератор не следует мотать самим и лучше подобрать готовые. 

   Аккумуляторы - необxодимы для данной установки, если ток от ветрогенератора не используется, нельзя чтобы он просто так утратился и для этого его следует накопить в аккумуляторе. Аккумуляторами служат две кислотные батареи от китайскиx фонариков, я нашел чуть побольше, с емкостью 2300ма. Суммарное напряжение двуx аккумуляторов порядка 8 вольт. Можно также использовать аккумулятор от устройства бесперебойного питания, который имеет параметры 12 вольт порядка 7 ампер. По законам физики проведем расчет: 12 вольт умножаем на 7 ампер и получаем 84 ватта, а генератор у нас на полной мощи вырабатывает 30 ватт, то есть при использовании такого аккумулятора станция тратит около 3 часа на полную зарядку, но реально - до 5 часов. Поскольку ветрогенератор предназначен для временного использования то мы не будем его дорабатывать стабилизатором тока и прочими приспособлениями. А вот как сделать преобразователь для ветрогенератора, читайте в следующей статье. Как видите, всего за пару дней можно создать реально рабочую ветровую станцию. Автор: АКА

   Форум по ветрогенераторам

   Форум по обсуждению материала ВЕТРОГЕНЕРАТОР СВОИМИ РУКАМИ

Как сделать ветрогенератор своими руками: советы экспертов НЛО TV

Коротко об истории

Люди используют энергию ветра в течение многих тысяч лет. Ветер помогал древним египтянам управлять лодками на реке Нил, помогал персам качать воду и молоть зерно. В Европе энергию ветра начали использовать еще тысячу лет назад, преимущественно в северных странах, таких, как Нидерланды.

Читай также: Как самостоятельно сделать термоэлектрический генератор

И сейчас ветряной генератор активно применяется для получения электрической энергии. Стоят такие девайсы крайне дорого, однако можно смастерить его самостоятельно. Как сделать ветрогенератор своими руками — разобрались в шоу «Оттак Мастак» на канале НЛО TV!

Нет лопастей — используй пластиковые бутылки

Источник: youtube.com

Как сделать ветрогенератор своими руками

Для начала нужно понять принцип и структуру строения девайса.

Для этого понадобится генератор или можно использовать двигатель постоянного тока. Правда, он не столь эффективен, но тоже будет производить электроэнергию.

Также нужны лопасти и основания, на которые это все будет фиксироваться. Как вариант, это может быть троник с заглушкой.

Собираем лопасти и вставляем в основу. Теперь прикрутим маховик большего диаметра, нож стоит на генераторе. Это нужно, чтобы при одном обороте лопастей твой генератор делал несколько оборотов. В идеале за один оборот лопастей генератор должен выполнять примерно 20 оборотов.

Теперь закрепляешь генератор. Лучше всего крепить его на стяжки. После — устанавливаешь все на шток.

Почти все готово. Но не хватает еще одной основной части — хвоста, благодаря которому твой ветрогенератор всегда будет возвращен к ветру. Можешь делать его при помощи формируемого пластика. Но в реальности он делается из металла.

Читай также: Чем вредны энергосберегающие лампы

Вот и все. Ветрогенератор готов. Когда установишь ветряк в открытой местности, где дует хороший ветер, то сможешь проверить его работу. Энергии, производимой таким генератором, будет немного, но ее вполне хватит для зарядки ноутбука, мобильного телефона и для работы каких-то бытовых приборов. А если таких ветряков поставить много или увеличить их размеры, энергии вполне хватит даже для обеспечения энергией маленького дома.

Наглядный пример того, как сделать ветрогенератор своими руками:

Любишь мастерить и в целом изобретения? Узнай, какие из гениальных и повседневных творений человечество придумало случайно, а к каким шло долгие годы и тратило бешеные деньги.

• Больше интересных лайфхаков узнавай в шоу «Оттак Мастак» на канале НЛО TV!

Постройте эту ветряную турбину своими руками с открытым исходным кодом за $ 30

Начало работы с проектами ветровой энергии дома может обойтись вам в копеечку, если вы купите готовый продукт, но если вы немного удобны и не возражаете искать материалы и проявлять творческий подход в гараже или на заднем дворе, вы можете попробовать ваши руки в создании одной из этих ветряных турбин своими руками примерно за 30 долларов в материалах. В конце концов, это неделя #iheartrenewables!

Материалы, необходимые для создания собственной ветряной турбины

Ранее мы уже рассказывали о планах Дэниела Коннелла по созданию концентрированных солнечных коллекторов с открытым исходным кодом, но теперь он вернулся с еще одним замечательным проектом в области возобновляемой энергии своими руками - ветряной турбиной с вертикальной осью, основанной на конструкции подъемника и сопротивления Lenz2.Дизайн Коннелла предусматривает использование алюминиевых форм для литографической офсетной печати, чтобы ловить ветер, которые, по его словам, можно дешево (или даже бесплатно) получить в компании офсетной печати, а также различные аппаратные средства и велосипедное колесо.

«В турбине используется механически эффективная конструкция Lenz2 с подъемом и тормозом на ~ 40%. Она полностью сделана из подручных материалов, за исключением болтов и заклепок, и должна стоить около 15-30 долларов за трехлопастную версию, которую может изготовить одна человек за шесть часов без особых усилий."- SolarFlower

Помимо основных инструментов, включая ручную дрель, вам нужно будет купить или одолжить заклепочник и различное оборудование (болты, гайки и шайбы), чтобы построить это устройство. Согласно заметкам Коннелла, эта ветряная турбина, сделанная своими руками, которая может быть построена в трех- или шестилопастной версии, успешно выдержала устойчивые ветры со скоростью 80 км / ч (трехлопастной) и до 105 км / ч для шестилопастной версии. .

Вывод и приложения

Вот небольшой видеоролик о ветряной турбине с вертикальной осью, которую бросает вызов сильному ветру:

Чтобы получить энергию от этой ветряной турбины, необходимо добавить к ротору генератор переменного тока, а также способ хранения электроэнергии, но его также можно использовать просто для механического вращения, например, для перекачивания воды или вращения. маховик для других приложений.

Хотя есть ряд переменных, которые могут повлиять на мощность этой ветряной турбины, сделанной своими руками, включая эффективность используемого генератора (и, очевидно, скорость ветра в месте его расположения), по словам Коннелла, при использовании автомобильного генератора с КПД 50% (самый простой и дешевый вариант) должен производить 158 Вт электроэнергии при скорости ветра 50 км / ч и 649 Вт при скорости 80 км / ч с этой конструкцией.

[ Обновление : в разговоре по электронной почте с Коннеллом он заявил, что «шестилопастная версия с эффективным генератором переменного тока должна производить не менее 135 Вт электроэнергии при скорости ветра 30 км / ч, и 1.05 киловатт при 60 км / ч. "]

Эта самодельная ветряная турбина не обязательно будет питать ваш дом (хотя серия из них потенциально может быть использована для выработки достаточного количества электроэнергии для зарядки аккумуляторной батареи для скромного домашнего использования), это может быть отличным практическим школьным проектом или домашнее обучение по ветроэнергетике.

[H / T в Sustainablog]

Как сделать дешевую ветряную турбину своими руками | Эко Африка | DW

Энергия ветра - одна из ведущих форм зеленой энергии, и, как и в случае со многими видами производства электроэнергии, большинство людей не могут легко произвести ее дома.Либо это?

С 2013 года Дэниел Коннелл, дизайнер и изобретатель из Новой Зеландии, вносит свой вклад в защиту окружающей среды, обучая людей во всем мире создавать свои собственные мини-ветряные турбины. Это может показаться почти невыполнимым делом, но, настаивает он, это не сложно.

«Если вы можете разрезать и складывать бумагу, вы можете сделать ветряную турбину. Это действительно так просто. Кроме того, это очень дешево; это будет стоить вам максимум 35 евро», - сказал новатор, добавив, что многие люди, у которых есть посещал его семинары в Европе, Новой Зеландии и Австралии, «никогда раньше не проводил учений».

Connell также сделал учебное пособие по изготовлению дешевой турбины, сделанной своими руками, доступное в Интернете. Все, что нужно потенциальным производителям энергии ветра, - это доступ к таким инструментам, как дрели, гаечные ключи и ремесленные ножи.

Ветряная турбина с вертикальной осью была один из 177 проектов, которые будут представлены на переговорах по изменению климата в Париже в декабре 2015 г. Это также не первая попытка Коннелла заняться возобновляемыми источниками энергии своими руками. Он также разработал дешевый коллектор солнечной энергии с открытым исходным кодом, также известный как Solarflower.

Практический опыт

Для Коннелла особенно важно, чтобы учащиеся получали практический опыт, чтобы они могли строить вещи сами. И он применяет то же мышление к своей собственной жизни, решив не поступать в университет на том основании, что большинство программ на получение степени слишком теоретичны.

«Иногда меня немного шокирует», - сказал Коннелл DW. «Однажды я провел семинар в университете, где студенты проходили курс специально для того, чтобы заниматься чем-то практическим - они хотели заниматься чем-то на практике.Как оказалось, мой однодневный семинар был буквально единственным случаем, когда они сделали что-то практическое за весь курс ».

Коннелл также надеется, что его проекты помогут создать более локальный, децентрализованный подход к возобновляемым источникам энергии.

» [ Сделай сам] - лучшее решение и лучший способ делать вещи: производить все как можно ближе к себе географически. Кроме того, нам, живущим на Западе, приятнее производить энергию и пищу ».

энергии ветра! Проектирование ветряной турбины - мероприятие

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 4 (3-5)

Требуемое время: 1 час 45 минут

(можно разделить на два 50-минутных сеанса)

Расходные материалы на группу: 4 доллара США.00

Размер группы: 2

Зависимость действий: Нет

Associated Sprinkle: Энергия ветра (для неформального обучения)

Тематические области: Измерения, Физические науки, Наука и Технологии

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Резюме

Студенты узнают, как инженеры преобразуют энергию ветра в электрическую, создавая свои собственные миниатюрные ветряные турбины и измеряя производимый ими электрический ток.Они исследуют, как дизайн и расположение влияют на производство электроэнергии. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры проектируют ветряные турбины, чтобы использовать ветер как чистый, возобновляемый и надежный источник выработки электроэнергии. Энергия ветра представляет собой жизнеспособную и экономичную альтернативу обычным электростанциям во многих районах страны.Концепция ветра может также производить энергию в других приложениях, таких как, например, турбокомпрессор, который представляет собой компрессор, используемый в автомобильных или реактивных двигателях внутреннего сгорания для увеличения выходной мощности. Компрессор увеличивает количество воздуха и топлива, поступающего в двигатель, потому что чем больше воздуха может всасывать и сжигать автомобиль, тем большую мощность он может выдать. Этот увеличенный воздушный поток (ветер) можно сравнить с ветряными генераторами. Фактически, турбонагнетатель включает в себя турбину, которая приводит в действие компрессор, используя энергию выхлопных газов.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

• Опишите преобразования энергии, происходящие в ветряной турбине.
• Опишите, как инженеры конструируют ветряную турбину.
• Объясните, как конструкция и расположение ветряной турбины влияет на вырабатываемую ею электрическую энергию.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения - наука

Ожидаемые характеристики NGSS
4-ПС3-4. Примените научные идеи для разработки, тестирования и усовершенствования устройства, преобразующего энергию из одной формы в другую.(4 класс) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Общие концепции
Применяйте научные идеи для решения задач проектирования. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Энергию также можно передавать с места на место с помощью электрического тока, который затем можно использовать локально для создания движения, звука, тепла или света. С самого начала токи могли быть созданы путем преобразования энергии движения в электрическую. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Выражение «производить энергию» обычно относится к преобразованию накопленной энергии в желаемую форму для практического использования. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Возможные решения проблемы ограничены доступными материалами и ресурсами (ограничениями). Успешность разработанного решения определяется с учетом желаемых характеристик решения (критериев). Различные предложения по решениям можно сравнивать на основе того, насколько хорошо каждое из них соответствует указанным критериям успеха или насколько хорошо каждое из них учитывает ограничения. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Энергия может передаваться различными способами и между объектами. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Инженеры улучшают существующие технологии или разрабатывают новые. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Большинство ученых и инженеров работают в группах. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Наука влияет на повседневную жизнь. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие основные государственные стандарты - математика

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии - Технология

• Студенты разовьют понимание атрибутов дизайна.(Оценки К - 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Студенты разовьют понимание инженерного дизайна.(Оценки К - 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Студенты разовьют понимание взаимоотношений между технологиями и связей между технологиями и другими областями обучения.(Оценки К - 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Энергия бывает разных форм.(Оценки 3 - 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Инструменты, машины, продукты и системы используют энергию для работы.(Оценки 3 - 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе необходимо:

• маленький игрушечный мотор постоянного тока; доступно онлайн
• 2 куска тонкого электрического провода с зажимами из крокодиловой кожи, каждый длиной около 50 см или 20 дюймов
• резинка
• жесткая линейка
• пробка цилиндрической формы диаметром не менее 2 см или ¾ дюйма; альтернатива пробке: пенопласт
• 4 скрепки
• скотч
• ножницы
• Картон 4 шт. По 3 х 5 см
• (опционально) защитные очки или очки
• Рабочий лист ветряных турбин, по одному на команду

На долю всего класса:

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_energy2_lesson07_activity2], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Тар она дует! Ветер как возобновляемый источник энергии

Студенты узнают о ветре как об источнике возобновляемой энергии и исследуют преимущества и недостатки ветряных турбин и ветряных электростанций. Они также узнают об эффективности ветряных турбин в различных погодных условиях и о том, как инженеры работают над созданием более дешевой, надежной и надежной ветровой энергии...

Проектирование возобновляемых источников энергии: ветряные турбины

Студенты знакомятся с реальным техническим инструментом навесного винта ветряной турбины. Это устройство, которое эффективно собирает энергию ветра, и для этого они построят собственное, используя ветряную турбину LEGO, вентилятор и счетчик энергии.

Не в сети

Студенты изучают и обсуждают преимущества и недостатки возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. Они также узнают об электросети нашей страны и о том, что значит быть «вне сети» для жилого дома.

Питание U.С.

Этот урок дает студентам обзор электроэнергетической отрасли в Соединенных Штатах. Студенты также узнают о воздействии на окружающую среду, связанном с различными источниками энергии.

Введение / Мотивация

Вы когда-нибудь чувствовали сильный ветер? Каково это? Вы когда-нибудь чувствовали себя обдуваемыми ветром? Ветер может делать нам работу, перемещая предметы.Иногда мы не хотим, чтобы ветер двигал вещами, например, когда он развевает наши бумаги, и мы должны их подбирать. Но иногда нам хочется, чтобы ветер двигал за нас вещами. Например, когда ветер перемещает лопасти ветряной турбины (машины, которая преобразует движущуюся энергию ветра в механическую энергию и электрическую энергию ), турбина производит некоторую полезную энергию (в форме электричество).

Давайте поговорим о том, что происходит при получении электричества от ветра.Прежде всего, чтобы преобразовать энергию ветра в электричество, лопасти ротора вращают ступицу (в центре) турбины . Внутри турбины находится электрический генератор , который представляет собой вращающуюся машину, которая обеспечивает электрический выход напряжением и током. Вращающееся действие ступицы поворачивает магнит внутри катушки с проволокой в ​​генераторе, производя электричество.

Турбина - это в основном двигатель, подключенный в обратном направлении. Вместо того, чтобы подключать батарею к двигателю, чтобы заставить что-то двигаться, к двигателю подключается ветряная турбина, и ее движение вырабатывает электричество.Вы можете измерить, сколько электричества (напряжения) вырабатывается с помощью вольтметра .

Инженеры проектируют ветряные турбины, которые превращают кинетическую энергию ветра (движение ветра) в механическую или электрическую энергию.

Итак, когда ветряная турбина работает лучше всего? Мощность, производимая ветряной турбиной, зависит от высоты над уровнем моря, скорости ветра и температуры воздуха. Ветряным турбинам требуется скорость ветра не менее 15 километров (9 миль) в час для небольших ветряных турбин и 21 километр (14 миль) в час для турбин коммунального масштаба.Ветровые турбины лучше всего размещать в районах со скоростью ветра 26-32 км / ч (16-20 миль / ч) при высоте мельницы на высоте 50 метров (55 ярдов). Это довольно высоко. Чем больше скорость ветра, тем больше энергии вырабатывается. Подумайте об этом: когда ветер дует сильнее, эти бумаги перемещаются еще быстрее. Если скорость ветра увеличивается вдвое, мощность ветряной турбины увеличивается в восемь раз. Это означает, что мощность удваивается, удваивается и снова удваивается!

Сегодня мы собираемся действовать как инженеры и создавать небольшие ветряные турбины, которые преобразуют энергию ветра, подключенную к двигателю, в электрическую энергию (напряжение).Затем мы измерим, как скорость ветра влияет на наши маленькие ветряки. Это поможет нам понять, что нужно знать инженерам при проектировании и размещении ветряных турбин в лучших местах.

Процедура

Перед мероприятием

• Полезно заранее построить и протестировать ветряную турбину, чтобы использовать ее в качестве примера.
• Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа ветряных турбин.
• Подсоедините провода к двигателям постоянного тока.
• Установите испытательную станцию ​​с вольтметром и источником ветра (вентилятором или феном), где команды могут по очереди измерять мощность своих генераторов ветряных турбин.
• Проверьте правильность работы двигателей и вольтметров.

Со студентами

1. Разделите класс на команды по два ученика в каждой. Обеспечьте каждую команду материалами и рабочим местом.
2. Подчеркните меры безопасности. Учащиеся никогда не должны прикасаться к голому или оголенному металлу в цепи, вырабатывающей электричество.
3. Попросите учащихся прикрепить электродвигатель к линейке с помощью резиновой ленты, при этом вал электродвигателя должен находиться на конце линейки (см. Рисунок 1). Линейка служит платформой для ветряной турбины.

Рис. 1. Схема действия: прототип ветряной турбины, подключенный к вольтметру. Авторское право

Copyright © 2005 Малинда Шефер Зарске, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

4. Распрямите нижнюю часть каждой из четырех скрепок.
5. Вырежьте четыре куска картона размером 3 x 5 см. Используйте скотч, чтобы плотно прикрепить кусочек картона к каждой скрепке.
6. Приклейте выпрямленную часть каждой скрепки к изогнутым сторонам пробки, чтобы получить четыре лопасти турбины. Убедитесь, что лезвия равномерно распределены по пробке.
7. Вставьте пробку в вал двигателя. Убедитесь, что стержень входит точно в центр пробки.
8. Поверните лезвие в пробке так, чтобы оно находилось под углом 45º к плоской плоскости края линейки.Вы завершили свою ветряную турбину! Рисунок 2. Настройка действия. Авторское право

   Copyright © 2007 Эшли Бейли, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

9. В командах попросите учащихся принести свои ветряные турбины на испытательную станцию.
10. По одной команде, используйте зажимы типа «крокодил», чтобы прикрепить свободные концы проводов к вольтметру постоянного тока. В ожидании попросите другие команды поработать над листом.
11. Начните с размещения ветряной турбины на расстоянии примерно 30 см (12 дюймов) от источника ветра (вентилятора или фена).Отрегулируйте расстояние в зависимости от силы источника ветра.
12. Включите источник ветра и измерьте создаваемое напряжение. Запишите на листе.
13. Повторите эти действия с ветряной турбиной на разном расстоянии от источника ветра.
14. Попросите членов команды работать вместе, чтобы заполнить рабочий лист.
15. После того, как все команды побывали на испытательной станции и заполнили свои рабочие листы, завершите обсуждение в классе. Опишите движение энергии в вашем генераторе, начиная с ветра и заканчивая вольтметром.Просмотрите результаты и наблюдения каждой команды. Создавала ли турбина какой-либо команды большее напряжение на том же расстоянии по сравнению с остальными? Кто-нибудь регулировал угол наклона лопастей? Что это сделало? Что произошло, когда вы переместили ветряную турбину ближе или дальше от источника ветра? Как вы можете изменить конструкцию или положение турбины, чтобы лучше улавливать ветер и производить большее напряжение? Какие факторы могут учитывать инженеры, решая, где разместить ветряк или ветряную электростанцию?

Словарь / Определения

электрическая энергия: электрическая энергия существует, когда заряженные частицы притягиваются или отталкиваются друг от друга.Телевизоры, компьютеры и холодильники используют электрическую энергию.

энергия: способность выполнять работу.

Генератор: устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

ступица: центральная часть колеса, вентилятора или пропеллера.

кинетическая энергия: энергия движения. Например, волчок, падающий объект и катящийся шар обладают кинетической энергией. Движение, если ему противодействует сила, действительно работает.И ветер, и вода обладают кинетической энергией.

механическая энергия: Механическая энергия - это энергия, которую можно использовать для выполнения работы. Это сумма кинетической и потенциальной энергии объекта.

потенциальная энергия: потенциальная энергия - это энергия, запасенная объектом в результате его положения. Американские горки на вершине холма обладают потенциальной энергией.

возобновляемая энергия: энергия, полученная из источников, которые можно регенерировать.Источники включают солнце, ветер, геотермальные источники, биомассу, океан и гидро (воду).

ротор: вращающаяся часть электрического или механического устройства.

турбина: машина, в которой кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в механическую энергию, заставляя вращаться ряд лопаток, лопастей или лопастей на роторе.

вольтметр: прибор, измеряющий силу электромотора в единицах, называемых вольтами.

ветряная турбина: машина, которая преобразует движущуюся энергию ветра в механическую и / или электрическую энергию.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Мозговой штурм: Предложите учащимся провести открытое обсуждение, чтобы подумать о том, как ветер можно использовать в качестве источника энергии. Напомните им, что никакая идея или предложение не являются «глупыми». Все идеи следует уважительно выслушивать. Напишите их идеи на классной доске.

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист: Попросите студенческие группы записать свои измерения и наблюдения в рабочий лист ветряных турбин.Просмотрите их ответы, чтобы оценить их уровень владения предметом.

Оценка после деятельности

Вопрос / ответ: Задайте ученикам и обсудите в классе:

• Когда можно использовать энергию ветра? (Ответ: Ветер должен иметь достаточно высокую скорость.)
• Почему инженеры могут быть заинтересованы в развитии ветроэнергетики? (Ответ: Ветер - это возобновляемый источник энергии. Энергия ветра не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду. Использование энергии ветра снижает потребление невозобновляемых ископаемых видов топлива.)
• Почему большие ветряные турбины часто располагаются на холмах? (Ответ: скорость ветра выше над землей.)
• Если мы снимем двигатель с ротора ветряной турбины, мы не сможем производить электричество, но мы все равно сможем работать с нашей ветряной мельницей. Какую работу мы могли бы сделать? (Ответ: Мы могли бы выполнять механическую работу, заставляя вращаться лопасти ветряной мельницы.)

Инженер Задача Вопрос: Попросите студентов подумать над следующей проблемой инженерного проектирования.Предложите им обсудить свои ответы в группах и поделиться своими мыслями с классом.

• Домовладелец хочет использовать ветряную турбину для электроснабжения своего дома, но рядом с домом нет холмов. Где инженер мог разместить ветряную турбину? (Ответ: Как можно выше, например, на столбе над крышей или на отдельной конструкции, которая поднимает его очень высоко в воздух.)

Вопросы безопасности

• Обратите внимание на меры безопасности.Учащиеся никогда не должны прикасаться к голому или оголенному металлу в цепи, вырабатывающей электричество.
• Напомните ученикам, что нельзя класть ничего, в том числе руки, рядом с ветряной турбиной или вентилятором, когда он вращается.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Перед началом работы проверьте двигатели и вольтметры, чтобы убедиться, что они работают правильно.

Если упражнение не помогает, попробуйте следующий вариант: прикрепите двигатель постоянного тока к колесу.Клейкая лента 2 Эскимо приклеивается к колесу, образуя прямую линию. Приклейте клейкой лентой прямоугольный кусок картона к каждой палочке для мороженого под таким углом, чтобы возникало вращение, когда ветер дует мимо нее. Прикрепите мотор лентой к линейке, которая будет служить ручкой.

Если время ограничено, ускорите работу, установив два вентилятора, чтобы получить две тестовые станции.

Расширения деятельности

Попросите учащихся создать свои собственные наборы лезвий, различающихся по размеру, форме, материалу и количеству.Попросите учащихся прикрепить эти новые лопасти к двигателю и отрегулировать их под разными углами для получения максимального напряжения. Попросите их записать свои переменные и результаты в диаграмме данных, которую они создают во время упражнения. Попросите учащихся поделиться своими проектами и сравнить их, предоставив классу краткие инженерные отчеты.

Узнайте, как скорость ветра влияет на количество вырабатываемой электроэнергии при изменении скорости вращения вентилятора.

Изучите лабораторию по возобновляемым источникам энергии для реальных измерений ветра, систем сбора энергии и реальных данных.См .: http://www.teachengineering.org/livinglabs/

Масштабирование активности

• Для более низких классов подготовьте двигатель. Просто попросите учащихся создать лезвия на скрепках и вдавить их в пробку. Помогите ученикам измерить напряжение, генерируемое их ветряными турбинами.
• Для старших классов попросите учащихся построить график зависимости производимого напряжения от расстояния между вентиляторами. Попросите учащихся решить проблемы с электроэнергией в ветроэнергетике! Математический лист.

Рекомендации

Купи ветер и поборись с глобальным потеплением! Планета Чистого Воздуха . Проверено 20 октября 2005 г. (Хорошие фотографии первой крупной ветряной турбины промышленного масштаба, установленной в индейской резервации Роузбад-Сиу) http://www.cleanair-coolplanet.org/action/windbuilders.php

Планы уроков по возобновляемым источникам энергии . Бесконечная мощность, Управление энергосбережения штата Техас. По состоянию на 19 октября 2005 г.http://www.infinitepower.org/lessonplans.htm

Как работают ветряные турбины . Обновлено 3 октября 2005 г. Программа ветроэнергетических и гидроэнергетических технологий, энергоэффективность и возобновляемые источники энергии, Министерство энергетики США. Проверено 19 октября 20015 г. (Великолепная анимация ветряной турбины, вырабатывающей электричество) http://www1.eere.energy.gov/wind/wind_animation.html

Авторские права

© 2005 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Ксочитл Замора-Томпсон; Сабер Дурен; Натали Мах; Малинда Шефер Зарске; Дениз В.Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано в рамках грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда (грант GK-12 No.0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 23 января 2021 г.

Работа с ветроэнергетикой - TryEngineering.org на базе IEEE

Рабочий лист ученика: Создай свою ветряную мельницу

vivoobigstockc.com

Вы работаете в команде инженеров, перед которыми стояла задача спроектировать ветряную мельницу из предметов повседневного обихода. Ваша ветряная мельница должна выдерживать ветер от вентилятора в течение как минимум одной минуты при наматывании веревки или проволоки для подъема легкого предмета, например, чайного пакетика. Вы работаете с ограниченным бюджетом, и вам придется «покупать» материалы у учителя, чтобы создать свой дизайн. Вы можете возвращать материалы, обмениваться материалами с другими командами, но вам нужно будет определить «стоимость» вашей ветряной мельницы - наименее дорогостоящая конструкция, отвечающая поставленной задаче, будет считаться наиболее эффективной конструкцией! Ваша ветряная мельница может быть вертикальной (направленной вверх от стола) или горизонтальной (направленной за край стола).

Этап планирования

Соберитесь в команде и обсудите проблему, которую необходимо решить. Затем разработайте и согласуйте дизайн своей ветряной мельницы. Вам нужно будет определить, какие материалы вы хотите использовать - помните, что ваша конструкция должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать ветер от вентилятора или фена, а основание не может двигаться, поэтому его придется прикрепить к столу или полке. Нарисуйте свой дизайн в поле ниже и обязательно укажите описание и количество деталей, которые вы планируете использовать.Представьте свой дизайн классу. Вы можете пересмотреть план своей команды после того, как получите отзыв от класса.

Необходимые материалы и бюджет:

Этап строительства

VanVoorhis

Постройте свою ветряную мельницу.Во время строительства вы можете решить, что вам нужны дополнительные материалы или что ваш дизайн нужно изменить. Это нормально - просто сделайте новый набросок и пересмотрите список материалов и бюджет.

Этап тестирования

Каждая команда будет проверять свою ветряную мельницу с помощью классного вентилятора или фена - каждая ветряная мельница будет проверена с использованием одной и той же скорости ветра - средней - на расстоянии трех футов. Вам нужно будет убедиться, что ваша ветряная мельница может проработать минуту на этой скорости, наматывая легкий объект веревкой.Обязательно посмотрите тесты других команд и понаблюдайте за тем, как работают их разные конструкции.

Этап оценки

Оцените результаты своих команд, заполните оценочный лист и представьте свои выводы классу.

Используйте этот рабочий лист, чтобы оценить результаты своей команды на уроке «Работа с ветроэнергетикой»:

1) Удалось ли вам создать ветряную мельницу, которая работала минуту и ​​могла поднять какой-либо предмет? Если нет, то почему это не удалось?

2) Вы решили пересмотреть свой первоначальный проект или запросить дополнительные материалы на этапе строительства? Почему?

3) Вы вели переговоры о каких-либо существенных сделках с другими командами? Как этот процесс сработал для вас?

4) Если бы у вас был доступ к материалам, отличным от предоставленных, что бы ваша команда запросила? Почему?

5) Считаете ли вы, что инженеры должны адаптировать свои первоначальные планы при создании систем или продуктов? Почему они могут?

6) Если бы вам пришлось делать это снова и снова, как бы изменился ваш запланированный дизайн? Почему?

7) Чем наиболее «эффективный» дизайн (с наименьшими затратами или бюджетом) отличался от вашего собственного?

8) Как вы думаете, вам было бы легче завершить этот проект, если бы вы работали в одиночку? Объясните…

9) Какие недостатки есть у ветряной турбины как надежного источника энергии? Какие существуют технологии, которые могут компенсировать эти недостатки?

10) Какие преимущества дает ветряная мельница как возобновляемый источник энергии?

Сильная наука о ветре: сила вертушки

Верните науку домой

Исследование энергии от Science Buddies

Реклама

Ключевые концепции
Энергия
Мощность
Силы
Машины

Введение
Вы когда-нибудь ездили на велосипеде против сильного ветра? Если да, то действительно ли это было сложно? Как это соотносится с тем, что вы чувствуете, когда ветер дует вам в спину? Это заставляет вас чувствовать себя готовым к Тур де Франс? В этом научном упражнении вы узнаете, как ветряные устройства, такие как ветряные турбины и вертушки, также по-разному реагируют на направление ветра.

Фон
Ветряные турбины - это машины, которые преобразуют энергию ветра в механическую или электрическую энергию. Ветряные мельницы - это примеры ветряных турбин, которые преобразуют энергию ветра в механическую. Нидерланды - страна, известная своими ветряными мельницами, которые веками использовались для измельчения кукурузы, осушения земли и рубки леса. С другой стороны, ветряные фермы являются примерами ветряных турбин, которые преобразуют энергию ветра в электрическую. В Калифорнии вы можете увидеть ряды ветряных турбин вдоль ветреных хребтов и горных перевалов.Ветряные турбины на этих ветряных электростанциях подключаются непосредственно к электросетям и производят 5 процентов электроэнергии, которую использует весь штат.

Ветряная турбина имеет ротор с лопастями, который соединен с валом. Когда энергия ветра попадает на лопасти, ротор вращается, что приводит к вращению вала. Когда вал вращается, он может совершать работу и производить механическую или электрическую энергию. Чем сильнее ветер попадает на лопасти, тем больше вращается ротор и тем больше энергии может вырабатывать ветряная турбина.

Материалы

• Вертушка (Если у вас нет вертушки, вы можете сделать ее самостоятельно, используя лист бумаги, карандаш или ручку, круглую деревянную шпажку и ножницы - см. Шаги ниже.)
• Фен (по желанию)

Препарат

• Если у вас нет вертушки, сделайте ее сейчас, выполнив следующие действия.
• Вырежьте лист бумаги так, чтобы получился квадрат (8,5 на 8 дюймов).5 дюймов в идеале).
• Сложите квадрат бумаги по диагонали, затем снова разверните его в квадрат. Сложите его по другой диагонали, а затем снова разверните. Теперь ваша бумага должна выглядеть как квадрат с большим крестиком на складках.
• На расстоянии примерно двух дюймов от центра вдоль каждой складки сделайте небольшую отметку ручкой или карандашом.
• Осторожно сделайте четыре отверстия с помощью шпажки справа от каждой складки рядом с углами квадрата (подробнее см. Рисунок, показанный здесь на рисунке 3) и отверстие в центре бумаги.
• От каждого угла квадрата вырежьте вдоль складки, пока не дойдете до сделанной вами отметки.
• Наконец, возьмите каждое из отверстий по углам и сложите их по одному на шпажке так, чтобы все они находились друг над другом. Теперь у вас должна быть функциональная самодельная вертушка!

Процедура

• При желании можно подуть на лезвия феном вместо того, чтобы дуть на них самостоятельно. Если вы сделаете это, держите фен на низком уровне и убедитесь, что он находится примерно на одинаковом расстоянии от лезвий каждый раз, когда вы дуть на них.
• Встаньте лицом к колесу вертушки и дуйте прямо в него. Представьте себе, что вертушка - это ветряная турбина, и когда она вращается в этом направлении, она превращает энергию ветра в электрическую. В каком направлении вращаются лезвия, по часовой стрелке или против часовой стрелки? Как быстро они поворачиваются?
• Поверните вертушку так, чтобы ее передняя сторона теперь указывала вправо. Теперь вы должны быть лицом к стороне лезвий, которые раньше были слева от вас. Ударьте по верхней половине лопастей над валом, проходящим через лопасти.Попробуйте дуть так же (с той же силой и расстоянием), что и раньше. В каком направлении вращаются лезвия, по часовой стрелке или против часовой стрелки? Как быстро они поворачиваются? Как это сравнить с дутьем на переднюю часть вертушки?
• По-прежнему лицом к этой стороне лопастей, подуйте на нижнюю половину лопастей, ниже вала. Попробуйте дуть так же, как вы делали раньше. В какую сторону и как быстро теперь вращаются лопасти? Как это сравнить с ударами по вертушке с других сторон?
• Теперь поверните вертушку так, чтобы ее передняя сторона была направлена ​​влево, а вы смотрели на противоположную сторону лопастей.Подуйте на верхнюю половину лопастей так же, как вы дули на них раньше. Затем подуйте на нижнюю половину лезвий. В какую сторону и как быстро вращаются лезвия каждый раз?
• В целом, как направление ветра, падающего на вертушку, влияет на вращение лопастей? Если бы вертушка была ветряной турбиной и вырабатывала электроэнергию, продувая ее переднюю часть, в каком направлении (ах) он должен получать ветер, чтобы эффективно производить электроэнергию?
• Дополнительно: Попробуйте повторить это упражнение с несколькими разными вертушками. Получаете ли вы одинаковые результаты для каждого из них?
• Дополнительно: Если вам нужно более сложное занятие, вы можете попытаться количественно определить, сколько мощности выдает вертушка, когда на нее дует с одного направления, по сравнению с другим. Для этого вам нужно будет прикрепить лопасти вертушки к неподвижному валу (например, деревянной шпажке) так, чтобы они вращали вал при продувке. Поддержите вал, пропустив его через картонную банку с овсянкой или подобный предмет.На другой конец вала привяжите к нему кусочек нитки с грузиками (например, канцелярскими скрепками). Когда вертушка надувается и вал вращается, груз должен подниматься вверх. Для получения дополнительных сведений о том, как создать эту установку, см. Идею проекта Science Buddies в разделе «Еще для изучения». Как вы думаете, какую механическую мощность может производить ваша вертушка?

Наблюдения и результаты
Когда вы дунули прямо на переднюю часть вертушки, оно вращалось против часовой стрелки? Лучше всего он вращался, когда вы дул в его "чашки"?

У большинства вертушек лопасти расположены так, что, когда ветер дует прямо на них, они вращаются против часовой стрелки.Это потому, что «чашки» лопастей сделаны так, что встречный воздух захватывает и толкает лопасти в этом направлении. (Вы можете попробовать взглянуть на несколько разных вертушек, чтобы увидеть, что они разделяют эту закономерность.) Когда ветер дует в чашки, вертушка вращается хорошо. Следовательно, если вы используете обычную вертушку, поверните ее так, чтобы передняя сторона была обращена вправо, и дуйте в сторону лезвий. Лезвия будут быстро вращаться против часовой стрелки, если подуть в нижнюю половину (в чашки), но будут медленно вращаться по часовой стрелке, если вы дунете в верхнюю половину (против задней части чашек).Точно так же, если передняя сторона вертушки обращена влево, и вы дунете в сторону лопастей, они будут быстро вращаться против часовой стрелки, если вы дунете в верхнюю половину (в чашки), но будут медленно вращаться по часовой стрелке, если вы дунете в нижнюю половину. (против спинок чашек). Если бы ваша вертушка была ветряной турбиной и вращалась против часовой стрелки, превращая энергию ветра в электрическую, то она наиболее эффективно производила бы электричество, когда ветер дул прямо в чашки.

Больше для изучения
Как работают ветряные турбины? из Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии
Чудеса ветра (pdf), от участников проекта NEED
Развлечения, Научная деятельность для вас и вашей семьи, от Science Buddies
Раскройте силу вертушки, от Science Buddies

Это мероприятие предоставлено вам в сотрудничестве с Science Buddies

ОБ АВТОРЕ (-АХ)

Прочтите следующее

Информационный бюллетень

Станьте умнее.Подпишитесь на нашу новостную е-мэйл рассылку.

Поддержите научную журналистику

Откройте для себя науку, меняющую мир. Изучите наш цифровой архив 1845 года, в который входят статьи более 150 лауреатов Нобелевской премии.

Подпишитесь сейчас!

Промышленные стандарты - Может показаться, что направление вращения ветряной турбины не имеет значения | Наука и технологии

14 мая 2020 года

I F РУКИ циферблатных часов пролетели по своим циферблатам наоборот, это было направление, известное как «по часовой стрелке».И они точно так же точно указали час. Удобно, чтобы все стрелки часов вращались в одном направлении, но это случайность истории. Точно так же производители ветряных турбин считают произвольным, но эффективным решением, чтобы лопасти почти всех этих устройств вращались по часовой стрелке. Тем не менее, исследование, представленное 4 мая на Генеральной ассамблее Европейского союза геонаук (проводившееся онлайн, а не в Вене, как планировалось), предполагает, что в северном полушарии, где находится 96% этих турбин, универсальная синхронизация часов может быть Плохо.

Послушайте эту историю

Ваш браузер не поддерживает элемент

Больше аудио и подкастов на iOS или Android.

Для одной турбины это действительно не имеет значения. Но турбины обычно сажают группами. По словам Антонии Энглбергер из Немецкого аэрокосмического центра в Оберпфаффенхофене, если в такой группе одна турбина стоит за другой, это имеет значение. Они построили компьютерную модель, которая имитирует поток воздуха над турбиной, вращающейся в любом направлении, а затем вычисляет эффект, который это оказывает на вторую турбину, по ветру от первой.Днем, заключает команда, разницы нет. Но ночью выходная мощность устройства с подветренной стороны может быть на 23% выше, если его коллега с подветренной стороны поворачивается против часовой стрелки.

Причина кроется в ночном поведении нижней части атмосферы в несколько сотен метров, известной как пограничный слой. Днем солнечные лучи нагревают землю, нагревая близлежащий воздух, который поднимается в завихрениях турбулентности, в результате чего образуется хорошо перемешанный пограничный слой, который ведет себя одинаково на всех высотах.Следствием этого для ветряной турбины является то, что ее лопасти ротора чувствуют одну и ту же скорость и направление ветра, независимо от того, находятся ли они наверху или внизу своего вращения.

Но ночью земля остывает. Поэтому завитки часто уходят, и пограничный слой перестает перемешиваться. Трение с растительностью или зданиями теперь означает, что воздух у земли движется медленнее, чем воздух выше - эффект, известный как сдвиг ветра, связанный с высотой. А величина сдвига, учитывая размах лопастей современных турбин, достаточно велика, чтобы в игру вступило вращение Земли.Это толкает движущийся воздух вправо в северном полушарии и влево в южном - явление, называемое силой Кориолиса. Чем быстрее воздушный поток, тем больше отклонение. Таким образом, сдвиг ветра вызывает изменение направления ветра с высотой.

Это имеет значение для турбинных пар, потому что воздух, который толкает лопасти устройства против ветра и, таким образом, заставляет их вращаться, скажем, по часовой стрелке, сам отклоняется этими лопастями в другом направлении. Это превращает его в турбулентный след с вращением (в данном случае) против часовой стрелки.Это вращение против часовой стрелки противоречит индуцированной Кориолисом тенденции к изменению невозмущенного ветра вокруг следа. И это ограничивает способность спутного следа собирать энергию от окружающего невозмущенного ветра, а затем с новой силой воздействовать на вторую турбину.

В случае, если первая турбина вращается против часовой стрелки, след будет по часовой стрелке, таким образом совпадая с изменением направления ветра в северном полушарии. Это позволяет ему получать энергию из окружающего воздуха для доставки к следующей турбине - в противоположность тому, что происходит сейчас.А в южном полушарии все работает наоборот, поэтому обычные турбины, вращающиеся по часовой стрелке, работают лучше всего.

Переоборудование заводов в свете открытия доктора Энглбергера, чтобы вместо этого заставить турбины вращаться против часовой стрелки, безусловно, будет дорогостоящим. Для того, чтобы получить дополнительную мощность, которую можно было бы выжать из ветра, потребуется гораздо больше исследований. Однако ее результат ясно показывает, как даже явно произвольные решения могут иметь непредвиденные последствия.■

Эта статья появилась в разделе «Наука и технологии» печатного издания под заголовком «Сдвиг, поворот, настроение»

Этот специалист по ветроэнергетике хочет, чтобы вы работали с ветроэнергетикой - даже если вы не верите в климат. изменение

Gyngard (крайний справа) с командой Flat Top Wind Farm в Придди, штат Техас. | Источник: Нил Гингард

Марлен Чимонс

Благодаря коронавирусу мы стремительно движемся к рецессии.Законодатели пытаются найти способы поддержать экономику на плаву - распределять пособия по оказанию помощи, поддерживать безработицу, спасать сильно пострадавшие отрасли. Но этих мер, вероятно, окажется недостаточно, поэтому некоторые наблюдатели настаивают на программе создания рабочих мест в экологически чистой энергии, чтобы оживить экономику и восстановить доверие в нашей стране. По их словам, работа в сфере чистой энергии позволит людям платить за аренду жилья и, что особенно важно, даст им чувство цели.

Возможно, никто не знает лучше, чем Нил Гингард.

Чувство умиротворения охватило Гингарда, когда он находится на высоте 300 футов, работая на слегка покачивающейся турбине. «Дует медленный, устойчивый ветер, и башня движется вперед и назад, как лодка в океане», - сказал он. «Шум ветра заглушает все, и это действительно успокаивающее чувство. Вы можете видеть на многие мили - закаты, восходы - это действительно очень увлекательно, честно говоря.

Но самое лучшее - это не виды и даже не безмятежность, - сказал он. «Это ощущение, когда вы знаете, что поддерживаете работу машин, что они снабжают дома людей чистой энергией и что вы их заставляете вращаться», - сказал он.

Gyngard занимается ветроэнергетикой более десяти лет и может быть единственным сотрудником ветроэнергетики в истории, который может похвастаться тем, что сознательно проложил путь с до .

«Я прошел путь от начальника до технического специалиста начального уровня, и мне это понравилось», - сказал он. «Я был в огне следующие два года, я не мог насытиться».

Он начал свою карьеру со строительства ветряных электростанций в Айове, Нью-Йорке, Миннесоте и Канзасе, а затем переехал в Юту и стал менеджером турбины на большой ветряной электростанции в Милфорде.Но любопытство к механике турбин настигло его. Он уволился с должности руководителя, получил сокращение заработной платы на 50% и стал техником. Это было естественным для Джингарда, который рос строил машины вместе со своим отцом и дедушкой, и ему нравится разбирать вещи, а затем собирать их обратно. «Мы происходили из бедной семьи, и нам приходилось ремонтировать все, что было сломано», - сказал он.

В 2012 году он создал Tower Climbing Grease Monkeys, социальную сеть для техников ветряных турбин и страницу в Facebook.Оба объединяют тысячи людей в ветроэнергетике, от технических специалистов до руководителей отрасли, связывая работников друг с другом, а также с потенциальными работодателями. (Название происходит от недолговечной группы, которую гитарист Джингард сформировал в 2010 году вместе с несколькими другими духовыми техниками.)

Брайан Брехвальд из Технического института Petzl (слева) с Дженгардом (справа) на вершине ветряной турбины в Милфорде, штат Юта. Источник: Нил Гингард

Он также ездит на экскурсии, останавливается в школах по обучению ветроэнергетике и на ветряных фермах, чтобы поговорить о занятости и образовании, а также о продуктах, которые, по его мнению, могут помочь техническим специалистам лучше выполнять свою работу.Он их не продает. Он их просто продвигает.

«Моя основная цель - сделать жизнь этих техников немного лучше и сделать их частью сообщества, как пожарные и полицейские - частью своих сообществ», - сказал он. «Восхождение на Башню жирных обезьян связывает их вместе». Его страница в Facebook «действует как охладитель воды в ветроэнергетике», - сказал он.

Его голос за чистую энергию маловероятен, поскольку его любят как климатические активисты, выступающие за возобновляемые источники энергии, так и синие воротнички ветроэнергетики в красных штатах, которые считают его одним из своих, людей, которые смотрят на чистую энергию как на источник. работы, которая удержит их в своих сообществах.

«Я обращаюсь к ним не об изменении климата», - сказал Дженгард. «Этим людям это не нужно. Что нужно, так это факты и информация, которые показывают, что мы можем получать энергию из воздуха. Я не говорю с ними о том, нагревается ли планета. Я стараюсь встречаться с людьми там, где они есть. Не все верят [в изменение климата]. Мы не говорим о политике или о том, что нас разделяет. Мы говорим о том, что нас объединяет ».

Gynard на вершине ветряной турбины в Квебеке, Канада.Источник: Нил Гингард

Большинство техников по ветряным турбинам «просто любят работать руками», - сказал он. «Они не хиппи, обнимающие деревья. Большинство технических специалистов - консервативные люди в консервативных областях. Я только о техниках. Вот с кем мне нравится работать ».

В прошлом году Дженгард выступил перед студентами, изучающими ветроэнергетику в Северо-восточном колледже в Стерлинге, штат Колорадо. «Я думаю, что Нил - один из самых позитивных голосов в ветроэнергетике, он подчеркивает сложную и очень опасную работу, которую специалисты по ветроэнергетике выполняют каждый день», - сказал Джим Лензен, помощник директора школьной программы по возобновляемым источникам энергии.«Он относился к студентам так, как будто они уже были техниками. Студенты были очарованы тем, что происходило от кого-то с его известностью. Они были потрясены не только тем, насколько он был милосердным и щедрым, но и тем, насколько искренне он заботился об их благополучии как будущих техников ».

Джингард, 35 лет, живет в Сидар-Сити, на юго-западе Юты, вырос в Морено-Вэлли, Калифорния, городке между Лос-Анджелесом и Палм-Спрингс.

«Меня интересовали возобновляемые источники энергии, прежде чем я заинтересовался стать техническим специалистом», - сказал он.«Мои увлечения были идеалистическими. Я хотел вернуть планете. Я не хотел работать у продавца или продавать страховку. Я смотрел фильм Эла Гора. Я чувствовал, что приближается сдвиг, и мы можем добиться большего ».

Джингард наблюдает за тем, как студенты Северо-Восточного колледжа в Стерлинге, штат Колорадо, тренируются в восхождении на башню. Источник: Energy Media

После окончания Калифорнийского университета в Риверсайде в 2007 году он подал документы в несколько компаний, работающих в сфере возобновляемой энергетики. В процессе он обнаружил, что его дядя сменил работу с работы в нефтяной промышленности Техаса на управление строительством ветряных турбин.

«Дядя Стив позвонил мне и сказал, что ему нужна помощь с его цепочкой поставок», - сказал Джингард. «Я изучал бизнес-администрирование, поэтому он привел меня на проект по ветроэнергетике в Миннесоте, затем в Айову, где они строили огромный проект по ветроэнергетике».

Gyngard узнал о ветряных электростанциях со стороны цепочки поставок, но переключил свое внимание на сами турбины после того, как помогал строить ферму в Милфорде, обучаясь сборке и ремонту ветряных турбин. Он сказал, что время от времени что-то ломается, и техническим специалистам нужно что-то знать об электричестве, гидравлике и механике, а также о том, как безопасно работать на высоте, сказал он.

«Это не для слабонервных и слабонервных», - сказал он. «Техник должен быть в хорошей физической форме. Это тяжелая и ответственная работа, особенно в тех местах, где большинство людей не хотели бы находиться на улице ».