Сооружение мачты для ветрогенератора: обзор конструкций, выбор и сборка самодельных ветряков
Обновлено: 8 января 2021
Ветрогенератор не может полноценно функционировать на малых высотах. Даже вертикальные конструкции, не требовательные к направлению ветра, нуждаются в некотором подъеме над поверхностью земли для размещения в более выгодных условиях.
Горизонтальные конструкции нуждаются в опорной конструкции большой высоты — считается оптимальным расположение ветряка над верхушками близлежащих построек или крон деревьев не менее, чем в 10 метрах. То есть, если неподалеку (по правилам — не менее 30 м) есть деревья высотой 10 м, то высота мачты должна составлять 20 м.
Требования достаточно просты, но соблюдать их сложно в силу технических трудностей, возникающих при создании и установке конструкций подобных размеров.
Мачта ветрогенератора: обзор конструкций
Существует несколько разновидностей мачт для ветрогенераторов:
- растяжная. Используются металлические трубы относительно небольшого диаметра. В качестве поддерживающих элементов применяются растяжки из стального троса, присоединенного к конструкции на одном или нескольких уровнях.
- сварная. Состоит из отдельных элементов, сваренных в единую систему. Обычно делают трехгранную ферму из продольных труб с наклонными поперечными элементами. Конструкция трудоемкая, способна шуметь от ветра, но вполне надежная и прочная.
- коническая. Это сооружение создается из труб большого диаметра, уменьшающегося к вершине. При создании такой конструкции придется немало потрудиться, работы непростые и требуют большого количества материалов. Существуют секционные варианты конических мачт, собранные наподобие сварных, но с разным сечением у основания и вершины.
- гидравлическая. Наиболее дорогостоящая конструкция, способная самостоятельно подниматься и опускаться при участии гидравлического механизма. Для обслуживания или ремонта ветряка такой вариант самый предпочтительный, но высокая стоимость ограничивает использование на практике.
Следует учитывать необходимость размещения мачты на должном расстоянии от построек. Кроме того, потребуется надежный фундамент, особенно для тяжелых и высоких мачт. Он представляет собой мощную бетонную подушку с залитыми анкерами, удерживающими сооружение в вертикальном положении.
Создание своими руками любого из этих вариантов потребует предварительного расчета, точности и тщательности выполнения работ.
Какую выбираем?
Выбор конструкции мачты — вопрос, в первую очередь обусловленный финансовыми и техническими возможностями владельца. Прежде всего, необходимо точно выяснить, не имеется ли ограничений на высоту сооружений для данного региона, иначе можно заработать неприятные разговоры с представителями администрации и штрафные санкции.
Наиболее правильным подходом станет предварительный расчет количества материалов, необходимых для сборки мачты. Понадобится также изучить метеорологическую обстановку в регионе, скорость преобладающих ветров, направление, наличие ураганов или шквалистых порывов или делать защиту ветрогенератора от сильного ветра. Все полученные данные помогут сузить круг поисков и выделить оптимальный вариант, соответствующий возможностям пользователя и потребностям местности.
Самодельная мачта для ветряка
Прежде всего надо определиться с точкой установки мачты. Учесть минимальное расстояние до ближайших построек или деревьев, по возможности изыскать место на пригорке или возвышении, чтобы сэкономить на высоте мачты и, соответственно, количестве материала.
Важно! Нельзя устанавливать мачту на крыше дома. На первый взгляд, такой вариант выглядит привлекательно, но он годится только для вертикальных тихоходных устройств. Появится постоянный шум и вибрация, способствующие расстройствам здоровья, депрессиям и прочим некомфортным состояниям.
Затем приступают к созданию фундаментной подушки. При выполнении работ требуется соблюдать требования СНиП, использовать качественные материалы. Поверхность основания должна быть оборудована анкерными креплениями для основания мачты.
Необходимо также установить колья для растяжек (если они планируются). Применяются металлические швеллера или уголки, закопанные в землю на 1,5 м или забетонированные для наилучшей сопротивляемости нагрузкам на отрыв.
Сборка мачты производится непосредственно на месте, если это возможно. Иначе придется изыскивать способы доставки, преодолевать отсутствие удобных подъездных путей, прочие трудности. Наиболее удобным вариантом станет изготовление всех заготовок, деталей или элементов конструкции в удобном месте — цехе, мастерской и т.п. Если проект допускает, можно изготовить отдельные части мачты, которые на месте надо лишь соединить между собой.
Необходимо предусмотреть возможность доступа к генератору. Для этого либо создают механизм опускания устройства, либо (чаще всего) приваривают к мачте скобы или штыри для подъема к генератору. Процедура обслуживания в таких условиях опасна, требует использования страховочных и защитных средств.
Установка конструкции и монтаж ветрогенератора
Установка готовой конструкции производится при помощи лебедки. Применяются разные способы:
- подъем через перпендикулярный упор, предотвращающий падение сооружения на лебедку при нарушении равновесия
- установка одной части мачты и подъем второй половины, используя первую как точку опоры
В обоих случаях следует действовать аккуратно, соблюдать правила безопасности. Подъем обычно производится при закрепленной на фундаменте поворотной части основания мачты, которая служит шарниром и одновременно фиксирует сооружение в нужном положении. Когда мачта установлена вертикально, незамедлительно устанавливаются и натягиваются распорки. Одновременно затягиваются анкерные болты, залитые в бетон на фундаменте.
Установка ветрогенератора производится на готовую мачту. В зависимости от конструкции, производится либо опускание площадки для ветряка вниз, либо придется подниматься на мачту с ветряком в руках, что сложно, физически трудно и опасно. Вопрос подъема на высоту остается самым злободневным среди владельцев ветряков, требует максимально удобного решения.
Источник
Установка мачты и монтаж ветрогенератора
Наконец была установлена мачта высотой 14,5м. Поднимали в шестером с помощью расстяжек, так-же в помощь пошла стремянка, которую подтставляли под мачту во время подъема. Мачта сварена из трубы, а чтобы по ней залазить были приварены штырьки. Так-же на верху предусмотренна небольшая площадка чтобы можно было относительно удобно стоять и обслуживать ветрогенератор.
Ветрогенератор монтировали по частям, подовая детали по наклонному тросу , который был перекинут через блочки, закрепленные на мачте и внизу. Сначало было страшновато так-как мачта покачивалась и казалось очень высоко, но когда дело дошло до монтажа хвоста страх улитучился и на плащадке стояли уже как на земле, а помошник бегал по мачте вниз и вверх как по стремянке не смотря на высоту более 10-ти метров.
Ветрогенератор наконец поднят на ветер и пришло время подключать приборы АКБ и смотреть что дает ветрогенератор и как вообще работает. Первым делом для проверки подсоеденили к ветряку автомобильный аккумулятор и стали смотреть за процессом зарядки. Когда напряжение поднималось до 15-ти вольт было решино срочно побыстрому споять балластный регулятор, а то как-то аккумулятор портить не охота перезарядом.
Потом решили проверить свою электронику и подсоеденили инвертор, с помощью которого запитали телевизор, а к нему камеру подключили, которая снаружи снимает ветрогенератор. Получился так-сказать пункт наблюдения за ветрогенератором не выходя из дома, и все приборы перед глазами.
Эти все дни после подъема ветрогенератора так и небыло настоящего ветра, лишь изредка в пиках пару секунд анемометр показывал 7-8м/с, при этом ток зарядки был более 10 Ампер. Было замечено что хвост ветрогенератора даже не пытается складываться. Хвост было решино облегчить и немного переделать. После переделки хваст уже начинал складываться при ветре начиная с 6-тим/с. Это слишком рано и было решино подтянуть пружину придерживающую хвост.
Наконец подул ветерок по сильнее, теперь все измерительные приборы ожили и чато паказывали силу ветра 10-12м/с, ток зарядки переваливал отметку в 20Ампер. Временами ветрогенератор очень сильно раскручивался, мачта начинала изгибаться и ходить ходуном. При этом хвост только делал попытки складыааться. Было решино экстренно остановить винт, но короткое замыкание генератора не остонавливало винт, и он на порывах снова набирал обороты.
Пришлось залезать на мачту и пытаться затормозить винт вручную, но руками не удовалось этого сделать. В итоге с опаской смотря на взлетающий винт ветрогенератора переждали сильный ветер, и когда наступило затишье после осмотра ветрогенератора обнаружилрсь что крепления лопастей погнулись и по этому наступил дисбаланс и раскачивание мачты.
Ниже фото того что натворил ветер с винтом. На первом фото ступица в первоначальном виде, а далее уже после сильного ветра. Как козалось крепление лопастей было сделано с запасом прочности, но это оказалось совсем не так. Выяснились некоторые ошибки в конструкции. Оказывается нельзя было отклонять лопасти вперед относительно плоскости вращения винта, а они были специально вынесены вперед на 7 градусов чтобы при прогибании винта под ветровой нагрузкой лопасти не побились о мачту. При вращении, особенно на больших скоростях возникают большие центробежные силы, которые пытается выпрямить винт в плоскость вращения, плюс давление ветра, вот и результат, прогнутые креплания лопастей.
Аказывается эти силы намного сильнее чем ожидалось, а ведь винт , точнее лопасти проверялись на изгиб с помощью пружинных весов, и изгиб составил 20см при усилии 20 кг, и усилие прилагалось не на кончике лопасти а на радиусе 75 см. На фото ниже крепление лопастей в первоначальном виде, а фото сверху на мачте показывает как прогнулись крепления лопастей. И третье фото проверки усилия на изгиб лопастей.
С учетом всех этих последствий винт был снят подвергся анализу и чтобы подрбное предотвратить его пришлось немного переделать и усилить. Продолжение на следующей странице.
Страница 1 — Ветрогенератор из асинхронного двигателя начало
Страница 2 — Испытательный стенд, пареметры генератора.
Страница 3 — Изготовление лопастей и балансировка винта.
вы на четвертой странице
Страница 5 — Доводка ветрогенератора, электроника, акб.
Источник
Мачта для ветрогенератора
Типы мачт для ветрогенераторов, чертежи мачт для ветрогенератора, установка, требования к мачтам.
Для установки ветрогенератора и его эффективной работы понадобится изготовить мачту. От того насколько правильно мачта будет построена, зависит её долговечность и безопасность.
Как выбрать место установки ветрогенератора.
Для эффективной работы ветрогенератор рекомендуется устанавливать в регионах со среднегодовой скоростью ветра от 4 м/с.
Предпочтительно устанавливать мачту на открытой местности.
Расстояние от мачты до ближайших построек и высоких деревьев должно быть не менее 15 метров. Расстояние от нижнего края ветроколеса до ближайших объектов (ветки деревьев, строения) не менее 2 метров.
Также нужно предусмотреть место под заваливание мачты для обслуживания и ремонтных работ ветрогенератора.
Высоту мачты нужно рассчитывать индивидуально, высота зависит от местных природных условий в частности от среднегодовой скорости ветра, наличия препятствий (строения, высокие деревья).
Как осуществляется буревая и грозовая защита ветрогенератора.
При сильном ветре для защиты ветрогенератора от повышенной нагрузки применяется метод поворота в косой поток.
При сильном ветре ветроколесо поворачивается к направлению ветра под углом, если ветер очень сильный ветроколесо поворачивается практически на 90 градусов. Таким способом значительно снижается нагрузка на ветрогенератор.
Роль молниеотвода обычно выполняет хвост ветрогенератора.
Типы мачт для ветряка.
Типы мачт для ветрогенераторов:
- На растяжках.
- Коническая секционная.
- Гидравлическая.
Для эффективной работы ветрогенератора рекомендуется строить мачту высотой не менее 8 м. При такой высоте конструкция мачты будет составной.
Мачта из труб на растяжках.
Мачта изготовляется из металлических труб, поддерживается с помощью растяжек, используется для установки ветрогенератов мощностью до 5 кВт.
Мачту можно изготовить из металлических водопроводных труб диаметром не менее 120 мм. Если использовать трубу меньшего диаметра, то мачта под воздействием ветра будет раскачиваться. Для соединения труб применяются болтовые соединения, для этого на концах труб привариваются фланцы.
Не рекомендуется крепить составные элементы сварочным методом, болтовые соединения будут надёжнее.
Питающий кабель должен проходить внутри трубы, для выхода кабеля в нижней части мачты делается отверстие в трубе. Подъём мачты осуществляется с помощью лебёдки.
Для устойчивости мачты нужно установить дополнительные растяжки из троса, рекомендуется использовать оцинкованный трос диаметром не менее 6 мм.
Мачта для ветрогенератора должна устанавливаться на фундамент, Мачта крепится к фундаменту на анкерные болты. Для креплений под растяжки также нужно сделать 4 фундамента.
Перед тем как устанавливать мачту, фундамент должен выстояться месяц, это необходимо, чтобы бетон набрал прочность.
Преимущества: сравнительно небольшая стоимость.
К недостаткам такой конструкции можно отнести сложность подъёма и обслуживания ветрогенератора, к тому же установленные растяжки занимают большую площадь.
Коническая секционная мачта.
Коническая мачта состоит из секций сварных металлоконструкций. Секции состоят опорных уголков (3 – 4 шт), и диагональных перемычек. Мачта свободностоящая и не нуждается в дополнительных опорах.
Преимущества: надёжность, низкая вибрация, небольшая площадь под установку.
Недостатки: Строительство конической мачты обойдётся дороже мачты на растяжках. Для установки небольшой мачты используется лебёдка, для более массивной конструкции понадобится кран.
Гидравлическая мачта для ветрогенератора.
Конструкция состоит из конической мачты и гидравлического основания с гидроцилиндрами.
Гидравлические мачты изготовляются для мощных ветрогенераторов до 50 кВт, высота гидравлических мачт может быть до 30 метров.
Преимущества: Для установки мачты не требуется кран, простота обслуживания мачты и ветрогенератора.
Недостатки: сложность изготовления и высокая стоимость.
Варианты установки мачт.
Установка мачты с помощью лебёдки.
Требования к установке мачты.
Перед тем как проектировать мачту нужно ознакомиться с нормативами, установленными в вашем регионе, в некоторых регионах запрещается строить мачты выше 12 – 18 метров. Мачты запрещено строить возле линий электропередач.
Лопасти ветряка под воздействием центробежных сил могут раскручиваться до очень высокой скорости, если лопасть отломится, она может причинить человеку существенные травмы. Также важно не допускать разбалансировки ветроколеса характерный признак дрожание лопастей.
Источник