Здавалося б все просто, відомо споконвіку, проте тема вітряка виявилася значно складніше ніж на перший погляд. Як відомо є горизонтальні і вертикальні вітряні ротори. Спочатку здавалося що вертикальні ротори буде зробити простіше простого, оскільки для такого вітряка не має значення напрямок вітру. В інтернеті купа всякої інформації, проте, як виявилося все це просто липа і дуже багато дезінформації.
Вертикальний ротор дуже примхливий. Почнемо з того що вони бувають двох типів примітивні як їх ще називають "бочки" або покращений варіант Савоніуса. По суті це вітрила з різним опором вітрі коли вони обертаються за вітром і проти нього. І другий варіант ротори Дарині. Так ось "бочки" мають дуже низький ККД (0,2) або як прийнято у вітряків говорити КВЕВ. Зате вони непогано страгивает. Але щоб отримати відчутну потужність необхідно їх робити дуже великими, ну і як наслідок важкими і з велику парусність, що загрожує на великих рвучких вітрах.
Ротор Дарині має в свою чергу свої особливості. У нього ККД майже порівняємо з горизонтальними роторами (0,4), але він не любить слабких вітрів які у нас переважають на Україні. Принцип дії такого ротора відрізняється від "парусника". Обертання виникає завдяки підйомній силі діючої на крило, яке рухається. Таким чином у ротора Дарині виникають проблеми страгивания, які вирішуються різними способами.
Особисто я вирішив спробувати зробити і вертикальний і горизонтальний вітряк. Благо місця достатньо. До того ж зробити кілька невеликих вітряків на 300 Вт здавалося більш оптимальним, ніж один великий, оскільки робити величезну щоглу і обслуговувати механізми на висоті виглядало занадто складно. Почав, як мені здалося спочатку, з більш простого - вертикального ротора Дарині.
Спочатку зробив генератор на постійних ніодімовий магнітах з автомобільного генератора. Для цього перемотав статор більш тонким проводом а в краба ротора вифрезерувана пази під магніти, вклеїв їх і залив епоксидкой. Вийшов більш менш низькообертовий генератор. Правда спостерігалося деяке залипання ротора. Однак рукою все ж можна, хоч і з труднощами прокручувати. Для перевірки крутнув генератор дрилем, лампочка засвітилася. Знімати характеристики генератора не став, досвід покаже який мультиплікатор (редуктор) треба буде до нього прилаштувати. Після того як зробив сам генератор зрозумів що можна було його просто купити і приблизно за ті ж гроші. В інтернеті купа пропозицій на мотор-колесо для велосипеда. Цей мотор ідеально підходить як генератор для вітряка і коштує близько 110 уе на 300 Вт.
Сам ротор зробив з триноги з підшипником від пральної машини, двох спортивних обручів, сантехнічної труби і купи сантехнічних врізок, трохи зварювання. Крила Дарині зробив з пластикових водостоків. Вийшов ротор 1,5 м висоту і 0.9 в діаметрі. Щоб вирішити проблему страгивания Дарині вирішив поставити на ротор також маленькі Савоніуса.
Щоб ротор сам страгивает, необхідна досить велика хорда крила. Так х орда в 30 см здатна запускати Дарині на 5 м / с. Хорда в 20 см запустить тільки при перевищенні 7 м / с і так далі. Пояснення наступне - при такому вітрі на крилі виникає турбулентний приповерхневих шар. Самі ці розміри розраховувалися по числах Рейнольдса. Загалом, для мене це не так критично, оскільки я допомагаю маленькими Савоніуса. Але хорду бажано робити якомога більше, тут правда виникає проблема зі значним збільшенням діаметра ротора.
Існують якісь коефіцієнти заповнення, встановлені експериментальним шляхом, що дозволяють зв'язати хорду з діаметром ротора при різної швидкохідності ротора. Щоб отримати діаметр суму довжин усіх хорд ділять на цей коефіцієнт. Так коефіцієнт заповнення, рівний 0,2 і 0,25. для швидкохідності трохи більше трьох і для приблизно трьох. Швидкохідність це відношення лінійної швидкості крила до швидкості вітру. Наведені коефіцієнти найбільш оптимальні.
Висоту крила можна вибирати будь-який, але чим вище відносне подовження крила, тим воно краще працює. Кут атаки крила оптимально вибирати 2 градуси. Самих крил оптимально робити 3 для рівномірності роботи і зменшення тряски. А тряска буде, я навіть на своїй малоефективною і повільної моделі відчув. У нормально працюючого ротора швидкість крила Дарині досить велика та й частота чимала, близько 500 об / хв.
Ну що ще. Можна оцінити потужність вітряка за формулою P = 0.605 * D * H * (V ^ 3) * n; де Р - потужність на валу в ватах, D - діаметр ротора в метрах, H - висота крила в метрах, V - швидкість вітру в м / с, n - КВЕВ. (Орієнтовно 0,35 - 0,4) Сильно залежить від якості траверс і швидкісного режиму. У домашніх умовах отримати КВЕВ вище 0,35 навряд чи вийде.
Переробив ротор з урахуванням вищесказаного. А у мене хорда крила була майже в два рази завищена по відношенню до діаметру і Савоніуса перебували на тому ж радіусі що і крила Дарині, таким чином працюючи більше як гальма. До того ж профіль крила був далеко не NACA 0021, а в кращому випадку в півтора рази товще. Зробив нові крила з фанери і пінопласту, збільшив розміри самого ротора до 2 * 2,6 м. Після переробок все одно залишився незадоволений. Тепер як головний негативний фактор виплили низькі вітру 2-3м / с, що переважають в наших краях. Коли, а це було досить рідко, вітер піднімався до 6-8 м / с ротор обертався шикарно, і потужність відчувалося передавав значну. Однак в такому вигляді ротор все ще не має практичного значення з нашими вітрами.
Спробую збільшити площу Савоніуса, для кращого страгивания і роботи на малих вітрах. Може що і вийде.
З весни займуся традиційним горизонтальним вітряком, він повинен бути менш примхливий на малих вітрах. В Інтернеті є купа інформації з розкрою лопатей і варіантів безліч. Невеликі лопаті можна робити хоч з каналізаційних пластикових труб. Є варіанти виготовлення лопатей і з дерева.