Budowa turbiny wiatrowej o średnicy 10' (3

m)

Z odchylanym ogonem

Ta strona traktuje o jednym z naszych starszych

projektów. Trzymamy wszystkie nasze projekty w

internecie dla każdego, kto jest zainteresowany... ale

niektórych starych pomysłów już nie realizujemy.

Przed rozpoczęciem tego projektu, proszę sprawdzić

czy na naszej głównej stronie istnieją podobne nowsze

projekty. Będą one na górze listy, oznaczone jako

"projekty aktywne".

W razie wątpliwości co do tego

co jest aktualne a co nie, albo dlaczego nie pracujemy
już nad pewnymi pomysłami, proszę sprawdzić naszą

stronę o

Ewolucji turbin wiatrowych

by zobaczyć

szczegółowy opis tego jak nasze projekty zmieniały się

na przestrzeni lat. Możesz także

Wysłać nam email

a

wyślemy tyle materiałów na ile pozwala nam

pojemność skrzynki... ale najpierw sprawdź stronę o

Ewolucji.

STRONA 1

STRONA 2 STRONA 3

Te strony są spore, z dużą ilością zdjęć do ściągnięcia, więc prosimy o cierpliwość... może

to trochę potrwać. Wszystkie diagramy są zeskanowane w wyższej rozdzielczości niż są

wyświetlane na stronach. Czasem są niewyraźne, w zależności od rozdzielczości ekranu.

Jeśli diagram stwarza problemy z odczytaniem -- najpierw spróbuj kliknąć prawym

przyciskiem myszki --> Pokaż obraz by go powiększyć. Możesz także kliknąć prawym

przyciskiem i wybrać --> Zapisz obraz lub klikąć --> Wydrukuj obraz by otrzymać wersję

w wysokiej rozdzielczości.

Jest to swego rodzaju dziennik o tym jak zbudowaliśmy ostatnie 5 turbin, wszystkie z nich są
prawie identyczne. Wiatraki te używają alternatorów stosujących osiowe pole magnetyczne z

podwójnym rotorem, z układem odchylania ogona i śmigłem o średnicy 10 stóp (3 m)

składającym się z trzech łopatek. Projekt ten został zainspirowany przez, i wykonany na

podstawie, najnowszych planów Hugh Piggott'a.

Kliknij tutaj

by odwiedzić jego stronę, na

której znaleźć można wiele użytecznych informacji.

Turbina wiatrowa, którą tu opisuję obraca się bardzo lekko i powinna zacząć wytwarzać prąd

już przy 7 mph (3 m/s).

Kliknij tutaj

by zobaczyć mniej obszerną stronę na temat prawie

identycznej maszyny, którą pomogłem zbudować sąsiadowi. Obracają się z łatwością,

zaczynają ładować akumulatory przy słabym wietrze i pracują całkiem dobrze. Są ciche,

powolne... i zdają się być bezpieczne i mocne. Czas pokaże, to jest eksperyment!

Oto lista użytych materiałów, nie licząc wieży.

21 m pręta gwintowanego M 12

46 nakrętek M 12

1 podkładka o zew. średnicy 2" (50 mm) i wew. 1/2" (13 mm)

6' (1,8 m) stalowej rury o średnicy 3/4" (20 mm)

6,5" (16,5 cm) rury o średnicy 1" (25 mm)

2' (61 cm) płaskownika 2" (50 mm) na 3/16" (5 mm)

3 (90 cm) lub 4' (120 cm) płaskownika 1" (25 mm) na 1/8" (3 mm)

około 6 stóp kwadratowych (0,5 m kw.) sklejki o grubości 3/8" (10 mm)

kwadrat 18" (46 cm) sklejki o gr. 3/4" (20 mm)

ścinki drewna do nawijarki

Ok. 3 litrów żywicy poliestrowej i nieco tkaniny z włókna szklanego

talk

rozcieńczalnik ekstrakcyjny

Superglue do utwardzania cewek

5 funtów (3 kg) miedzianego drutu nawojowego AWG 14 w podwójnej izolacji (średnica 1,6

mm)

24 magnesy NdFeB (neodymowe) o średnicy 2" (5 cm) i grubości 1/2" (12 mm)

kolumna McPhersona z Volvo 240

2 tarcze hamulcowe o średnicy 11" (28 cm) z Volvo 740 lub 850

3 deski, 5' (1,52 m) długości i co najmniej grube na 1,5" (38 mm) i szerokie na 7.5" (19 cm)

wiele wkrętów do drewna od długości 1,5" (3,8 cm), co najmniej 60

Co do narzędzi, używałem typowych narzędzi ręcznych i elektrycznych. Tokarka też się

przyda - jest kilka rzeczy, których nie można łatwo bez niej wykonać. Praca na tokarce jest

prosta i wiele warsztatów może ją tanio wykonać. Ale przy małej modyfikacji planów można

się bez niej obejść. Używałem spawarki, wiertarki stołowej, szlifierki taśmowej, struga

elektrycznego... klasyczny zestaw! Ośnik jest KONIECZNY do strugania śmigła. Nie

rozpoczynałbym pracy bez odpowiedniej ilości miejsca i wielu narzędzi. Około 30 godzin

zajmuje mi zbudowanie jednej maszyny - nie przejmuję się za bardzo drobnymi szczegółami

czy nadmiernym perfekcjonizmem.

Najbardziej kosztownym elementem projektu są magnesy, kosztują około $250. (obecnie w

Polsce magnesy można nabyć taniej - zobacz linki na końcu ostatniej strony - przyp tłum.)

Koszt reszty zależy od tego co kupimy jako nowe, co uzyskamy z odzysku i co mamy pod

ręką. Lubię używać jak najwięcej materiałów z odzysku. Myślę, że koszt całego systemu, nie

licząc akumulatorów czy wieży, to jakieś $300-$400. Uzyskujemy w ten sposób maszynę

całkiem wydajną, szczególnie przy słabym wietrze. Trzeba mieć dużo szczęścia żeby uzyskać

podobną wydajność z komercyjnych maszyn kosztujących poniżej $1500. Myślę, że to dobre

podejście jeśli mamy materiały pod ręką i dobrze się przy tym bawimy! Ostatecznie

otrzymujemy turbinę wiatrową, której zasady działania rozumiemy, możemy z łatwością

serwisować, modyfikować i naprawiać.

Na tej stronie znajdują się zdjęcia różnych maszyn w trakcie budowy. Kiedy je budowaliśmy,

razem z dwoma sąsiadami pracowaliśmy nad 3 maszynami w tym samym czasie by

usprawnić i uprzyjemnić pracę.

Na zdjęciu widać kolumny z Volvo 240, z którymi zaczynaliśmy. Volvo produkował 240-tki

przez prawie 20 lat! Powinny być łatwe do znalezienia. Musimy usunąć wszystkie dodatkowe

części z kolumny.

Będziemy musieli usunąć wnętrze kolumny (amortyzator), wszystkie części hamulców i

sprężynę. Trzeba albo zapłacić w warsztacie za usunięcie sprężyny lub użyć ścisku do

sprężyny. Te sprężyny są dość mocno napięte. Kiedy tylko poluzujemy dużą nakrętkę, która

trzyma to wszystko razem, sprężyna natychmiast odskoczy z dużą siłą! Widziałem jak

potrafiła przelecieć ponad 20' (6 m), więc jeśli nie jest się bardzo ostrożnym może to być dość

niebezpieczne. Zdejmujemy piastę, usuwamy łożyska, które następnie czyścimy i smarujemy.

Volvo są dobre, bo mają świetne duże łożyska, które mogą być bardzo trwałe w tym

zastosowaniu. W porównaniu z jazdą po wyboistej drodze, łożyska te nie otrzymują dużego

obciążenia w turbinie wiatrowej.

W Volvo 240 mamy tarcze hamulcowe o średnicy 10" (254 mm). Dla tak dużej maszyny wolę

trochę większą średnicę, więc znalazłem większe tarcze z nowszych Volvo, które mają takie

same rozmieszczenie śrub. Tarcze hamulcowe w dzisiejszych samochodach często się

wyrzuca. W naszym lokalnym warsztacie Volvo jest tego pełno! Każda z maszyn potrzebuje

dwóch 11-calowych (279 mm) tarcz hamulcowych, które będą służyć jako "armatura"

alternatora. Każdy rotor będzie miał zamocowanych 12 magnesów.

Zwykle szlifuję trochę wewnętrzną stronę tarcz. Daje to równą powierzchnię do przyklejenia

magnesów. Pozostawiamy też bardzo cienki ząbek na zewnętrznej krawędzi tarczy by ułatwić

rozmieszczanie magnesów na obwodzie oraz przytrzymać magnesy przeciw sile odśrodkowej,

która pojawia się gdy alternator obraca się z dużą prędkością. To prosty zabieg - jeśli nie

miałbym tokarki, myślę że każdy warsztat szybko by to zrobił.

Inną ważną czynnością wykonywaną przy użyciu tokarki jest nieznaczne powiększenie

otworu na jednej z tarcz hamulcowych tak by wpasowała się w tylną stronę piasty. Pokaże to

poniższe zdjęcie.

Powyższe zdjęcie ukazuje 5 długich śrub wykonanych z pręta gwintowanego 1/2" - 13 (np. M

12 x 1,5), które będą wszystko razem utrzymywać. Cewki będą zamontowane pomiędzy

dwoma traczami hamulcowymi, pomiędzy magnesami. Tarcze te były zaprojektowane by

pasowały do przedniej części piasty, a środkowy otwór nie jest wystarczająco duży by tarcze

pasowały do tylnej części, dlatego musimy je lekko obrobić na tokarce. Myślę, że można też

to zrobić np. szlifierką.

Powyżej mamy tarcze hamulcowe po obróbce. Można zobaczyć, że otwory w tych po lewej

stronie są nieco większe od tych po prawej. Po ich dopasowaniu czyścimy je dokładnie

rozcieńczalnikiem ekstrakcyjnym lub benzyną, by móc później przykleić magnesy.

Tom wycina kawałki piłą. Dobrze jest zrobić listę wszystkich rzeczy, które potrzebujesz

wyciąć i zrobić to wszystko za jednym razem. Tu Tom wycina 5' (1,5 m) kawałek 3/4"-owej

(20 mm) rury, 5 kawałków pręta gwintowanego M12x1,5 o dł. 10" (25,4 cm), 3 kawałki pręta

gwintowanego o dł 6" (15 cm), 1 kawałek 3/4"-owej rury o dł. ok. 6" (15 cm), i 1 kawałek 1"

(2,54) rury o dł. ok. 6,5" (16,5 cm). Potrzebujemy także 3 kawałki 2"-owego (5 cm)

płaskownika przyciętego przy długości 7" (18 cm) pod kątem 120 st. z jednej strony. Posłużą

one jako wspornik, który będzie utrzymywał stator w miejscu. Zdjęcie tego jest poniżej.

Ważne by być ostrożnym i pozostawić ładne krawędzie przy przecinaniu prętów

gwintowanych czy to piłą taśmową czy ręczną piłką do metalu. Oszczędza to czas...

oczyszczanie wszystkich końcówek szlifierką jest pracochłonne i całkiem zbędne, jeśli

zrobimy dokładne i czyste nacięcia.

Powyżej jest kilka z tych części opisanych wcześniej.

Powyżej możemy zobaczyć złożenie jarzma bez jego dodatkowych części. Obrazek niżej

pokazuje jak to musimy pociąć i z powrotem zespawać by układ naprowadzania działał

poprawnie.

W starszych i prostszych turbinach wiatrowych, które robiłem nie było systemu, dzięki

któremu maszyna mogła się odwrócić od większych wiatrów. W tym jest, a część tego

prostego systemu wymaga by alternator był odrobinę wysunięty do brzegu wieży. Musimy

więc pociąć oś jarzma. Użyłem do tego piły taśmowej, można to też zrobić spawarką,

szlifierką czy piłką do metalu. Rysunek powyżej pokazuje (mam nadzieję) jak ją tniemy i

składamy. Kąt nie jest bardzo istotny, wszystko powinno działać, jeśli tylko środek piasty jest

położony 4"-5" (10-12 mm) od osi głównej rury wpasowanej na wieży (tuleja łożyskowa).

Powyższy schemat pokazuje jak przyspawujemy oś ogona do złożenia jarzma. Do tego

potrzebny jest wysoki na 2" (5 cm) 20-stopniowy klin. Patrząc na zdjęcie można zobaczyć też

jak ogon wpasowuje się do rury 3/4" i do osi. Ogon jest przyspawany do rury 1"-owej, co

powinno mu pozwolić na odchylanie się za rurę 3/4". Zauważyłem, że niektóre rury 1" ładnie

mieszczą się nad rurą 3/4", a inne nie. Zapewne warto to sprawdzić przy zakupie rury. Ja

musiałem swoją trochę oszlifować żeby wszystko pasowało.

Niedługo wyszlifujemy (lub wytniemy) rowek w rurze 1", do którego przyspawamy ogon.

Ten rowek będzie służył jako stoper do określenia gdzie ogon spoczywa przy normalnym

działaniu wiatraka, a gdzie się zatrzymuje przy dużym wietrze, kiedy jest całkowicie

odchylony od wiatru.

Powyżej można zobaczyć złożenie, które opisałem przy ostatnim rysunku. Tu są 3, ponieważ

od razu budujemy 3 maszyny na raz.

Rysunek powyżej pokazuje wspornik statora, który wspomniałem wcześniej, a który teraz

będzie przyspawany do naszego złożenia.

Tu widzimy podstawową ramę dla turbiny z przyspawanymi wspornikami. Teraz możemy w

końcu porządnie zająć się alternatorem!

Powyżej naszkicowałem kilka szczegółów nawijarki cewek, której używałem. Musimy ją

zrobić, bo potrzebujemy 9 eleganckich ciasnych identycznych cewek. Każda cewka będzie

miała 65 nawinięć emaliowanego drutu nawojowego 14-tki (1,6 mm). Nawijarka składa się z
dwóch dysków o śr. 4" (10 cm). Wywiercam w nich na środku otwór tak, że pasują ciasno na

pręty gwintowane M 12. Wał i korba są z jednego kawałka pręta gwintowanego M 12; korba

jest zgięta na końcu. Tylni dysk w nawijarce jest ze sklejki 1/4" (6,5 mm) i ciasno nakłada się

na pręt gwintowany gdzie jest przyklejany. Środkowa część szpuli jest ze sklejki 3/8" (1 cm)

-- to jest część, na którą nawijamy drut. Lubię ją mocno wygładzić papierem ściernym i

zrobić nieznaczny spadek (tak, że przód jest troszkę węższy i krótszy niż tył) żeby gotowe

cewki schodziły z łatwością. Przód nawijarki ma szczelinę, w którą możemy włożyć początek

drutu i przywiązać do wału, kiedy zaczynamy zwijać nową cewkę. Nakładamy przednią

część, opuszczamy końcówkę druta do szczeliny (zostawiając około 10" [25 cm] wystające) i

zawijamy końcówkę dookoła pręta tak by go zamocować. Przytrzymuję napięty drut w

jednym ręku nawijając go drugą, upewniając się, że jest wystarczająco mocno napięty a zwoje

równe. Idzie to bardzo szybko. Rysunek pokazuje przybliżony rozmiar zwojów wyjściowych.

Kiedy cewka jest już gotowa, przed jej zdjęciem nakładam na nią trochę superglue. Przesiąka

on do cewki ciasno klejąc wszystkie zwoje razem oraz utwardza i wzmacnia całą cewkę. To

fajny klej, bardzo przydatny!

Kliknij tutaj

by znaleźć go w naszym sklepie. Jak już klej jest

twardy, zwój powinien łatwo zejść. Czasem cewki są trochę ciasne, wtedy pomaga

podważenie np. nożem.

Na zdjęciu powyżej jest klej, nawijarka ze zdjętą przykrywką uwidaczniająca cewkę i kilka

cewek. Kiedy wszystkie 9 cewek jest nawiniętych jesteśmy już prawie gotowi do zbudowania

statora! Najpierw musimy zrobić formę.

Forma, którą zrobiliśmy jest bardzo prosta, zdjęcie powyżej pozostawia mało do wyjaśnienia.

Wszystko jest razem skręcone. Ważne jest by dobrze to wyszlifować papierem ściernym i

pozostawić wnętrze trochę pochylone tak, by odlew łatwo wyszedł. Na spodzie formy rysuję

markerem linie nachylone do siebie o 40 stopni tak, że mamy dokładnie wytyczone miejsca

na naszych 9 cewek. Linie powinny być grube, byśmy mogli je zobaczyć przez 1 warstwę

włókna szklanego i trochę żywicy.

Zdjęcie powyżej przedstawia gotową formę. Ciemne purpurowe punkty to wypełnienie,

którego użyliśmy by wypełnić przerwy i pęknięcia w drewnie - to wypełnienie po prostu

sprawia, że odlew łatwiej wychodzi z formy. Przed użyciem formy, musimy włożyć tam jakiś

środek, np Wosk do polerowania samochodów działa wspaniale, ale że go nie mieliśmy,

użyliśmy smaru. Smalec, masło... jestem pewien, że wiele rzeczy by się sprawdziło!

Potrzebujemy trochę włókna szklanego w statorze by go wzmocnić. Na zdjęciu DanF wycina

2 pierścienie materiału z włókna szklanego dokładnie rozmiaru statora, średnica 14" (355

mm) z 5"-owym (127 mm) otworem w środku. Będziemy mieli po jednym po każdej stronie

cewek dla wzmocnienia.

Na zdjęciu powyżej nakładamy smar osiowy w formie by zapewnić łatwe wyjęcie odlewu.

Mieszamy trochę żywicy poliestrowej i układamy na spodzie formy. Później nakładamy na to

materiał z włókna szklanego i nalewamy trochę więcej żywicy na górze. Ugniatamy to

rękawiczkami, żeby włókno szklane całkowicie zanurzyło się w żywicy. W tym miejscu staje

się trochę przezroczyste, więc możemy zobaczyć linie, które narysowaliśmy na spodzie formy

i możemy określić dokładnie gdzie zwoje powinny zostać umieszczone. Mała uwaga o

żywicy poliestrowej: porządnie śmierdzi! Niektórzy mogą dostać bólu głowy... to rodzaj

okropnego zapachu, który może się trzymać godzinami! Maska ochronna to prawdopodobnie

dobry pomysł. Nie chcemy też by dostała się do oczu, więc ochronne gogle też się przydadzą.

Jest klejąca i brudząca, więc noś lateksowe rękawiczki by nie dostała się na skórę.

Powyżej ułożyliśmy zwoje w formie - jak widać pasują dość ciasno! To zdjęcie pochodzi

właściwie ze starszej maszyny, więc nie jest całkiem odpowiednie. Od tamtego czasu

skróciliśmy trochę zwoje i zrobiliśmy otwór w środku formy tak, że zwoje mają mniej drutu,

mniejszy opór i nie podchodzą tak bardzo do zewnętrznej krawędzi formy. Ważne by ścisnąć

zwoje ku środkowi formy jak to tylko możliwe, tak że będą bezpośrednio pod rotorami

magnetycznymi. Wyprowadzenia ze zwojów powinny wystawać po bokach w zorganizowany

sposób. Każdy zwój posiada "początek" - wewnętrzny kraniec i "koniec" - zewnętrzne

wyprowadzenie; układam je tak, żeby później było wiadomo, jak je łączyć. W tym miejscu

mieszamy więcej żywicy i dodajemy trochę talku - porządnie wszystko mieszamy.

Objętościowo mieszanina pół na pół jest odpowiednia, choć można dodać mniej talku. Talk

dodaje siły i pozwala żywicy wniknąć trochę głębiej. Wlewamy to do formy aż zwoje się

pokryją, a na to kładziemy drugi pierścień z włókna szklanego. Teraz możemy dodać jeszcze

trochę żywicy (bez talku) i nalać ją na wierzch upewniając się, że włókno jest całkowicie

zanurzone i przezroczyste.

Jak już żywica jest wylana nakładamy wieko formy i kładziemy na to duży ciężar by

wszystko było ściśnięte i płaskie. Najlepiej zostawić to na noc. Jestem niecierpliwy i zwykle

czekam około 2 godzin.

A tu mamy prawie gotowy stator! Teraz wystarczy go założyć, podłączyć i dodać parę

rotorów magnetycznych. Dużo zdjęć na tej stronie a jeszcze wiele pozostało!