Budowa turbiny wiatrowej o średnicy 10',
strona 2
STRONA 1 STRONA 2 STRONA 3
Poprzednia strona skończyła się wyjęciem statora z formy. Na tym zdjęciu mamy statory dla 3
maszyn. Zwykle usuwam nadmiar żywicy z wewnętrznej i zewnętrznej strony statora.
Powyżej zespawaliśmy wsporniki statora do głównej ramy turbiny. To dobry moment na
przygotowanie statora do instalacji.
Dostosowujemy położenie statora, by był idealnie wyśrodkowany na pieście. Jako że stator
ma dokładnie średnicę 14" (35,5 cm) i każde ramię wspornika statora ma długość 7" (17,8
cm), krawędzie statora powinny ułożyć się idealnie ze wspornikiem. Wywierciliśmy 1/2"-owe
(1,27 cm) otwory we wsporniku statora do montażu. Musimy ustawić stator tak, by można go
było ścisnąć i tak się w niego wwiercić, by 3 otwory statora pokrywały się z 3 otworami we
wsporniku statora. Bardzo ważne jest takie ustawienie statora, żeby nie przewiercić cewek!
Dość łatwo to zobaczyć, choć czasem dobrze jest zaświecić latarką przez otwory we
wsporniku by się upewnić, że nie ma po drodze cewki. Jeśli przez pomyłkę przewiercimy
cewkę, prawdopodobnie stator się uszkodzi i będziemy musieli zacząć od nowa. Kiedy już
mamy otwory, stator jest już gotowy nie licząc okablowania. Jedyną rzeczą pozostałą do
zrobienia przed okablowaniem i możliwością przetestowania wyjścia to umieszczenie i
przyklejenie magnesów na rotorach hamulcowych.
Powyżej DanF umieszcza magnesy na rotorze. Zwykle mocuję je pojedynczo. Będziemy w
stanie okablować i przetestować stator z tylko jednym skończonym rotorem. Na pierwszym
rotorze musimy bardzo uważać przy mocowaniu magnesów na wyznaczone miejsce. Ważne
jest to, by każdy magnes wystawał przeciwnym biegunem w stosunku do swego sąsiada! Tak,
więc muszą iść w kółko N, S, N, S... itd. To nie takie łatwe... te magnesy są bardzo silne i
trochę niebezpieczne. Trzeba z nimi bardzo uważać i pamiętać by mocować je pojedynczo
trzymając resztę magnesów w bezpiecznym miejscu. Naprawdę boli kiedy dwa spotkają się
na palcu... mogą go nawet złamać!
Tak więc mocujemy pojedynczo. Spód danego magnesu powinien odpychać wierzch
sąsiedniego (sprawdzamy to biorąc do ręki magnes i przykładając do już zamontowanego -
powinny się odpychać). Używam kart do gry by utrzymać trochę miejsca między magnesami.
Kiedy już wszystkie magnesy są rozmieszczone, możemy użyć kart, by zmierzyć odstępy
między nimi, przesuwać je i dodawać/odejmować karty, póki przerwy między wszystkimi
magnesami są równe. W praktyce, we wszystkich tych maszynach wydaje się, że przerwa o
grubości 27 lub 28 kart jest odpowiednia, ale to zależy od dokładnej średnicy rotora i grubości
kart. Nazywamy to "Prawem Hoyla". Jest to przerwa około 3/8" między magnesami. Kiedy
wszystkie magnesy są już ułożone, a przerwy są równe, lubię dać trochę kleju dookoła by je
przytrzymać przed usunięciem kart.
Więc mamy teraz stalowy dysk z 12 BARDZO silnymi magnesami dookoła! Trzeba z tym
bardzo uważać. Trzymać z dala od kurzu, narzędzi, opiłków żelaza, itd. - musi pozostać
czysty i nie może przywierać do niczego dużego i płaskiego zrobionego z żelaza, bo możesz
tego nie oderwać! Dysk ma wystarczająco dużo siły przyciągania by przyciąć palce włożone
między niego i to, do czego przylgnie. Trzeba być bardzo ostrożnym!! Przyciąganie
między rotorem a kluczem nastawnym jest wystarczające, by być bardzo bolesne lub
złamać palce!
Kiedy magnesy są już zamocowane na rotorze, po prostu owijamy go taśmą izolacyjną po
zewnętrznej średnicy i wstawiamy w środku kartonową wkładkę (wkładka pochodzi z 6"-
owej kartonowej tuby, którą zmodyfikowaliśmy by ciasno pasowała wewnątrz hamulcowego
rotora). Tworzy to rodzaj tamy, tak że możemy wylać żywicę wokół magnesów by nie
przeciekła. Potem mieszamy poliestrową żywicę, dodajemy trochę talku, i zalewamy
magnesy. Wierzchy magnesów powinny być płaskie i bez żywicy, więc czyścimy je po
zalaniu. Po kilku godzinach żywica powinna stwardnieć i mamy gotowy jeden rotor
magnetyczny. Wspomniałem wcześniej, lecz należy się upewnić, że rotor nie jest zabrudzony
olejem czy smarem przed zalaniem go żywicą! Musi być czysty.
Piasta posiada nity, które mocowały oponę w samochodzie. Można je łatwo wybić młotkiem.
To było pokazane na rysunku na pierwszej stronie. Kiedy nity zostały już wybite młotkiem
zastępujemy je prętami gwintowanymi 1/2"-13 o dł. 10". Nowe 10" pręty przytwierdzone są
do piasty nakrętką z każdej strony. Musimy pozostawić około 1" gwintu wystającego przez
nakrętkę z tylnej strony tak by zostało miejsce na rotor hamulcowy i jeszcze jedną nakrętkę z
tyłu. Przy zacieśnianiu tych nakrętek do piasty lubię skręcać je bardzo mocno i używam
mnóstwo locklight (myślę, że superglue sprawuje się równie dobrze). Nie będą one już nigdy
zdejmowane, więc nie chcemy, by nam się poluzowały!
Na zdjęciu wyżej nakładamy tył rotora. Trzeba odrobinę uważać, bo magnesy będą
przyciągać piastę. Czasem łatwiej jest, kiedy jedna osoba przytrzymuje piastę w czasie gdy
druga obniża rotor wzdłuż prętów gwintowanych. Powinno ładnie pasować i być
wyśrodkowane. Sama piasta jest tylko troszkę mniejsza od wewnętrznej średnicy rotora
hamulcowego, co pomaga wszystko ładnie wyśrodkować. Kiedy już jest już nałożony
używamy locklight i zaciskamy 5 nakrętkami. Nie ma powodu, by tylny rotor miał się
kiedykolwiek poluzować.
Tak tylny rotor wpasowuje się w piastę. Gdybyśmy nie powiększyli odrobinę środkowego
otworu, piasta nie wpasowała by się w ten sposób, jako że rotor nie był zaprojektowany by
tak pasował. Teraz musimy tylko zacieśnić 5 nakrętek na prętach i je zakleić.
Tu nałożyliśmy piastę, łożyska i tylny rotor na resztę ramy turbiny. Teraz możemy ją
poobracać, by sprawdzić, czy wszystko jest płaskie i wyśrodkowane. Potem bierzemy 3 6"-
owe kawałki prętów gwintowanych M12 z 4 nakrętkami na każdym z nich, by przymocować
stator do wsporników statora. Stator będzie można regulować w obie strony nakrętkami.
Powinien być ustawiony tak, by przebiegał bardzo blisko rotora magnetycznego tak, by
przerwa między nimi była taka sama na całym obwodzie.
Kiedy juz mamy 1 rotor magnetyczny oraz stator zamontowany, jest już wszystko na miejscu
by połączyć kabelki i przetestować stator. Wyjście nie będzie zbyt wysokie z tylko jednym
założonym rotorem, ale po połączeniu kabli będziemy mogli przetestować każdą fazę i
upewnić się, że alternator będzie działał. Na początku zdejmujemy izolację z każdego drutu
na statorze. Najprostszy sposób to użycie palnika propanowego. Podgrzej końcówki drutów,
aż izolacja się spali, a póz
niej zetrzyj popiół papierem ściernym, aż pozostanie ładna, czysta
miedz
.
Mamy 9 cewek i jest to 3-fazowy alternator, więc każda faza składa się z serii 3 cewek.
Pierwszym krokiem jest połączenie 3 cewek w serii, a wyjaśnia to powyższy rysunek. Każda
cewka ma wprowadzenie i odprowadzenie. Każda faza ma 3 cewki, które są rozmieszczone
co 120 stopni na okręgu. Zwykle wybieram jedną, zostawiam wprowadzenie wolne (to będzie
wyjście z tej fazy) i potem łączę koniec 1-szej cewki do początku następnej, i końcówkę tej
cewki do początku następnej, i koniec ostatniej cewki będzie wyjściem. Kiedy połączenia są
już gotowe, można przetestować tę fazę woltomierzem prądu zmiennego. Powinno dać się
łatwo zaobserwować co najmniej 10 woltów przy porządnym zakręceniu ręką, nawet gdy jest
tylko jeden rotor magnetyczny. Na obrazku powyżej widać, że mamy 6 odprowadzeń
wychodzących oznaczonych A, B, C oraz X, Y, Z. Robiłem tak zawsze dla 12 woltów i
zawsze łączyłem w Deltę. Dla operowania w 12 woltach łączymy X do A, C do Y i B do Z - i
te łączenia są naszymi 3 odprowadzeniami dla 3-fazowego wyjścia. Teraz możemy
doprowadzić te połączania do jakichś końcówek; ja używam 3 długich mosiężnych śrub z
miedzianymi podkładkami i nakrętkami. W ten sposób łatwiej je podłączyć do sieci. Teraz
możemy pokręcić i użyć miernika by zmierzyć wyjście między każdymi 2 z 3 trzech
zakończeń (tak jak poprzednio, porządne zakręcenie ręką powinno dać 10 lub więcej woltów
prądu zmiennego).
Póz
niej pokażemy rysunek wyjaśniający jak użyć tego 3-fazowego wyjścia do ładowania
akumulatora.
Podejrzewam (choć tego nie próbowałem), że wyszła by z tego dobra 24-woltowa maszyna
jeśli połączylibyśmy ją w układ gwiazdowy. W takim wypadku związalibyśmy po prostu
ABC razem i wyjściem były by X, Y, i Z. to daje nam około 1,7 razy większe napięcie przy
zadanych obrotach/minutę, co wydaje się odpowiednie dla systemu 24-woltowego. Trudno
powiedzieć czy takie rozwiązanie jest lepsze niż użycie po prostu cieńszego przewodu (może
17-tki), podwojenie liczby nawinięć na cewce i pozostanie przy układzie Delta. Myślę, że
obie metody by działały jeśli zamierzalibyśmy ładować akumulatory 24-woltowe.
Mamy więc już stator okablowany, zespawany i można dostrzec 3 mosiężne wkręty użyte
jako końcówki. Gdy wszystkie połączenia są już przetestowane, lubię wziąć trochę żywicy
epoksydowej i przykleić przewody do krawędzi statora, by je ochronić i zapobiec drganiom.
DanF buduje osłonę wokół statora by wiatr nie wprawiał w drgania spawów.
Teraz przygotowujemy drugi rotor magnetyczny. Na razie nie mamy magnesów na rotorze,
więc łatwiej nim manipulować. Biorę rotor trzymając go tyłem (tak, że siła magnetyczna z
tyłu rotora nie przyciąga do zbyt mocno) i patrzę czy jego 5 otworów pokrywa się dokładnie z
połówką, która jest na śrubach. Zwykle się nie pokrywają ponieważ śruby zaginają się
odrobinę kiedy zaciskamy je na pieście! Lecz ten test pozwala nam zobaczyć jak bardzo się
odchyliły.
Dokładnie mierząc względem pojedynczego punktu na statorze, próbujemy jak najdokładniej
ustawić i wyprostować śruby. Używam długiego kawałka 3/4" rury by je odpowiednio ugiąć.
Podczas uginania możemy sprawdzić ponownie ułożenie względem drugiej tarczy
hamulcowej. Ostatecznie chcemy, by drugi rotor można było łatwo wpasować, w samym
środku. Jak mówiłem, ważne jest, by trzymać go tyłem ponieważ nie ma jeszcze nakrętek na
śrubach, które powstrzymywałyby go od przylgnięcia do statora za sprawą siły magnesów na
tylnym rotorze.
Jak już śruby są wyprostowane, możemy ostrożnie wymierzyć, gdzie dokładnie umieścić
nakrętki, które mają utrzymywać rotor tylko odrobinę oddalony od statora. Nakrętki są
grubości około 1/2" i nasze magnesy będą także miały grubość 1/2". Na końcu (jak pokazuje
rysunek na str. 1) podwoimy tu nakrętki, ale na razie wystarczy jedna. Musimy umieścić
pojedyncze nakrętki na każdej śrubie i muszą one być rozmieszczone ostrożnie w taki sposób,
by nasze palce nie mogły się dostać między rotor i stator! - Ponieważ siła magnesów na
tylnym rotorze przechwyci przedni rotor! Będzie to jeszcze bardziej niebezpieczne, gdy
magnesy będą już umieszczone na przednim rotorze, ale nawet teraz przyciągnie to z hukiem!
Jeśli nakrętki są umieszczone poprawnie, to jest mała przerwa pomiędzy przednim rotorem a
statorem. Powinien obracać się swobodnie, a chybotanie powinno być minimalne. Tę część
się póz
niej zdejmie, więc możemy ją wyregulować póz
niej, o ile będzie to konieczne.
Teraz robimy znaki, by wiedzieć, gdzie dokładnie umieścić magnesy na przednim rotorze.
Jest to dość ważne i musi być wykonane ostrożnie. Tam gdzie mamy biegun północny na
tylnym rotorze, musimy mieć południowy biegun na przednim rotorze (tak, że się
przyciągają)! Zwykle robię dwa znaki by być pewnym... oznaczam położenie 2 magnesów
180 stopni wokół siebie. Oznaczam tylny rotor, przedni rotor. Ważne jest oznaczenie jednej
śruby i jednego otworu na przednim rotorze. Potem, przedni rotor musi zawsze wchodzić w
ten sam sposób, tak że ta sama śruba zawsze przechodzi przez ten sam otwór. Nie zaszkodzi
użycie piłki do metalu do zrobienia tych znaków, jako że będziemy to póz
niej malować, a
łatwo jest zgubić znaki zrobione mazakiem.
Powyższy rysunek pokazuje, jak powinny być ułożone magnesy. Jak już oznaczymy przedni
rotor i rozmieścimy magnesy, musimy się upewnić, że założony będzie w ten sam sposób.
Jako, że jest 5 śrub i 5 otworów w przednim rotorze, łatwo byłoby złożyć alternator
nieprawidłowo, jeśli nie zrobimy porządnych oznaczeń i nie ustawimy prawidłowo przy
składaniu alternatora.
Znów możemy zdjąć przedni rotor. Powinno się dać go usunąć ręcznie, choć można użyć
dz
wigni, jeśli siła przyciągania jest zbyt duża. Niżej na tej stronie będziemy tworzyć ściągacz
by móc to zdjąć kiedy wszystkie magnesy będą już nałożone... być może powinniśmy
wcześniej zrobić ściągacz! Kiedy zdejmiemy już przedni rotor i oznaczymy, gdzie będą
północne i południowe bieguny, możemy umieścić 12 magnesów na przednim rotorze i zalać
je tam tak, jak zrobiliśmy to na tylnym rotorze. Tym razem magnesy powinny idealnie
pokrywać się ze znakami!
Kiedy żywica się zestali, musimy przygotować alternator do zamontowania przedniego
rotora. Najpierw dodajemy drugą nakrętkę na śrubach. Jeśli przerwa między pustym rotorem
a statorem była wcześniej odpowiednia, powinna znów być dobra po dodaniu jeszcze jednej
nakrętki (która dodaje grubości i kompensuje grubość magnesów). Powinniśmy zmierzyć
bardzo dokładnie raz jeszcze i sprawdzić ponownie! Niewielkie chybotanie na przednim
rotorze jest OK, jak długo przerwa między nim a statorem pozostaje prawie zawsze taka
sama. Trochę trudno to wyjaśnić, ale będziemy to równoważyć, więc jest OK jeśli chybotanie
pojawia się na tym etapie, ale jeśli skutkiem tego przerwa między magnesami a statorem się
zmienia, wtedy nakrętki trzeba wyregulować. Nakrętki muszą być wyregulowane idealnie...
Możemy mieć śmigło chyboczące się troszeczkę w górę i w dół - jako, że możemy do
zrównoważyć odważnikami - ale nie możemy pozwolić by chybotało się to w przód i w tył za
mocno. Niewielki błąd w centrum alternatora mógłby skutkować dużymi wychyleniami
końcówek śmigła, co byłoby złe. Tak więc mierzymy nakrętki bardzo ostrożnie i sprawdzamy
ponownie i jeszcze raz przed nałożeniem przedniego rotora magnetycznego.
Na zdjęciu wyżej założyliśmy przedni rotor i właściwie alternator jest już gotowy. Nakładanie
rotora tak jak ja to robię nie jest łatwe ani bezpieczne! Może lepiej byłoby przyspawać
wspornik z nakrętką z wewnętrznej strony przedniego rotora, tak, byśmy mogli bezpiecznie
go obniżyć. Przyciąganie między tymi dwoma rotorami magnetycznymi jest niewiarygodna!
Mój sposób to ostrożne przytrzymanie w górze rotora i zestawienie oznaczonego otworu z
oznaczoną śrubą tak, że wiem, że jest blisko właściwego ułożenia. Potem, szybko,
umieszczam tam rotor, tak że spoczywa na szczycie śrub! Jest to trochę trudne, ponieważ
magnesy są przyciągane do śrub i o ile wszystko nie jest dość dobrze wycentrowane rotor
będzie przyciągnięty do śrub i trzeba go znów odrywać i próbować ponownie. Problem ten
można rozwiązać przez użycie prętów gwintowanych ze stali nierdzewnej, ale nie jestem
pewien dodatkowego kosztu i trudności związanych z cięciem stali.
Jak już rotor spoczywa na szczycie śrub trochę skrzywiony, mogę potem go trochę obrócić
tak, że pokrywa się ze śrubami. *Jest bardzo ważne by trzymać rotor w taki sposób, by
NIE BYA
O MOŻLIWOŚCI by palce mogły się dostać pomiędzy rotor i stator!* Póz
niej
zaczynam obniżać rotor wzdłuż śrub a siła magnetyczna bardzo szybko wyrywa mi go z rąk i
przytwierdza do nakrętek, które trzymają go na miejscu! Ponownie - śruba stopująca w
centrum rotora usprawniła by nieco tę operację, myślę że warto jest to zrobić, więc tak zrobię
następnym razem! A tak, uderza to z ogromną siłą kiedy wskakuje na miejsce i brzmi trochę
jak wystrzał z pistoletu. Bez śruby stopującej czy ściągacza nie da się tego usunąć! Teraz
obracamy alternator. Przerwa między przednim rotorem powinna pozostać taka sama w miarę
jak jak się obraca (żadne chybotanie nie jest dopuszczalne). Znowu, odrobina chybotania w
górę i w dół i z boku na bok może być skorygowana... oznacza to, że prawdopodobnie nie
wyprostowaliśmy dostatecznie śrub. Chybotanie, które zmienia odległość między statorem i
rotorem musi być naprawione przez wyregulowanie nakrętek.
Nie miałem jednak takich problemów, w najgorszym razie było mniej niż 1/16". Jeśli
wszystko wygląda dobrze, wtedy wiemy, że jest dobrze nastawione i nie musimy nic
zmieniać. Zdejmiemy to jeszcze jeden raz do malowania. Jeśli nie wygląda to dobrze, nadal
rozmontowujemy i składamy ponownie dopóki będzie dobrze! W każdym razie możemy teraz
obrócić alternator i sprawdzić wyjście. Przy 60 obr/min (1 obrót na sekundę) powinniśmy
mieć około 6 woltów AC pomiędzy którąkolwiek parą zakończeń na statorze.
Powyżej mamy rysunek naszego ściągacza. Wydaje mi się, że nie bardzo pomaga to w
łagodnym opuszczaniu rotora magnetycznego bo nie jest wystarczająco stabilny, ale za to
ładnie odciąga rotor na tyle byśmy mogli bezpiecznie usunąć go ręcznie. Być może lepiej
zespawać 3.5"-ową stalową część ściągacza do wewnętrznej części przedniego rotora, w ten
sposób byłby łatwiejszy w użyciu i mógłby posłużyć do łatwego opuszczenia rotora z
powrotem. Jeśli miałbym sam to zrobić, myślę, że zmieniłbym na grubszą stal i większe pręty
gwintowane by upewnić się, że nic się nie zegnie.
Na zdjęciu wyżej kręcimy ręcznie alternator i sprawdzamy wyjście.
Nie mam wielu dobrych zdjęć tego, ale powyżej pokazany jest rowek w osi ogona, który
wyznacza blokady dla systemu naprowadzania. Lubimy przyspawać końcówkę dookoła
niego, by go tu wzmocnić i zapobiec pęknięciu. Rysunek na pierwszej stronie pokazuje to w
pewnym stopniu. Rowek musi pozwalać ogonowi na obrócenie się tak, że jest prawie
prostopadły do piasty, na której alternator obraca się podczas pozycjonowania (przy dużych
wiatrach) i musi go zatrzymać jedynie kilka stopni ZA ustawieniem równoległym do tej samej
piasty. Spójrz na rysunek na pierwszej stronie, który poniekąd to ukazuje.
By określić położenie i rozmiar tego rowka najpierw spawamy krótką 1"-ową rurkę do
wysięgnika ogona i umieszczamy ją nad osią obrotu ramy wiatraka. Po prostu przesuwamy
wysięgnik ogona do normalnej pozycji i go oznaczamy, a potem do pozycji najbardziej
wychylonej i znów znaczymy. Teraz możemy wyciąć rowek. W praktyce może nam się nie
udać za pierwszym razem. Mogą być potrzebne pewne dopasowania, i zobaczymy to dopiero
jak wzniesiemy turbinę i zobaczymy, czy działa zgodnie z wiatrem czy nie. Czasem łatwiej
jest dopasować wielkość ogona niż dopasować rowek, ale za pomocą spawarki i szlifierki
możemy dodawać i odejmować metal według potrzeb. Z początku chcemy trafić jak najbliżej.
Powyżej mamy 3 maszyny prawie skończone prócz ogonów, malowania i śmigła. Ogony
przymocujemy tutaj przez przyspawanie wsporników statora ze sztaby żelaza o szerokości 1"
i grubości 1/8" blisko końca wysięgnika ogona. Wysięgnik jest rurą 3/4", o dł. 5'. Sam ogon
będzie zrobiony ze sklejki o powierzchni około 5 stóp kwadratowych.
Tu mamy już wsporniki ogona i sam ogon założony... wszystko gotowe oprócz malowania i
śmigła! To zrobimy na NAST
PNEJ STRONIE..
STRONA 1 STRONA 2 STRONA 3