В ВЭУ промышленного производства обычно используются винтовые пропеллерные двигатели. В сравнении с роторными они имеют более высокий КПД. Производство винтовых двигателей значительно сложнее. Поэтому для самодельного изготовления рекомендуются именно роторные двигатели. Схема роторной ветроэлектроустановки показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема роторной ветроэлектроустановки:
1 — лопасти, 2 — крестовина, 3 —вал, 4 —подшипники с корпусами, 5 — соединительная муфта, 6 — силовая стойка (швеллер № 20), 7 — коробка передач, 8 — генератор, 9 — растяжки (4 шт.), 10 — ступени лестницы.

Очень важно запомнить, что ротор должен быть поднят достаточно высоко, чтобы он оказался в зоне свободного ветра и выше зоны завихрений от обтекаемых ветром строений не менее, чем на 3—4 м над землей. Высоко поднятая над землей ветроустановка попутно выполняет функцию молниеотвода, что немаловажно в сельской местности.

В конструкции В. Самойлова ротор состоит из 4 лопастей, что сделано для более равномерного вращения.

Ротор — наиболее важная часть ветроустановки. От его формы и размера лопастей зависят мощность и скорость вращения вала ветродвигателя. Чем больше общая поверхность лопастей, образующих ометаемую поверхность, тем меньше число оборотов ротора.

Вращение ротора происходит за счет аэродинамической несимметричности. Набегающий поперек оси ротора поток ветра соскальзывает с выпуклой стороны лопасти и попадает на противоположный карман лопасти. За счет разности давлений на выпуклую и вогнутую поверхности создается тяга, которая и раскручивает ротор. У такого ротора большой крутящий момент. Ротор диаметром 1 м по мощности соответствует трехлопастному пропеллеру диаметром 2,5 м.

Роторные ветродвигатели работают значительно стабильнее в условиях резких колебаний ветра, чем винтовые. Роторы тихоходны, действуют при любом направлении ветра, но развивают всего 200—500 об/мин.

Роторные ветроколеса от сильного порыва ветра в разнос не идут. От повышения количества оборотов асинхронного генератора на выходе напряжение не растет. Поэтому в этом материале автоматическое изменение угла лопастей ротора в зависимости от скорости ветра не рассмотрено.

Известны различные виды роторных ветроколес на вертикальном валу. Назовем некоторые из них.

1. Четырехлопастное роторное колесо — тихоходное с КПД до 15% (рис. 2).

2. Двухъярусное роторное ветрокопесо (рис. 3). Оно проще, обладает более высоким КПД (до 19%) и развивает большее число оборотов, чем четырехлопастное. При этом необходимо увеличивать диаметр вала для сохранения прочности и жесткости установки.

3. Ветроколесо Савониуса (рис. 4, в). Оно развивает меньшее число оборотов, чем двухлопастное колесо. Коэффициент использования ветровой энергии не превышает 12%. В основном применяется для привода поршневых насосов.

4. Карусельное ветроколесо (рис. 4, а, б) — самая простая конструкция. Это ветроколесо развивает малые обороты, имеет низкую удельную мощность. КПД его — до 0,1.

Рис. 2. Крепление лопастей ротора на крестовине:
1 — лопасти, 2 — крестовина, 3 — вал, 4 — болты крепления (М12—М14).

Рис. 3. Двухъярусное роторное колесо:
1 — подшипник, 2 — корпус подшипника, 3 — дополнительное крепление вала четырьмя растяжками, 4 — вал.

Рис. 4. Возможные схемы укрепления роторных ветроколес на вертикальном валу:
а, б — карусельные ветроколеса; в — ветроколесо Савониуса.

А теперь давайте перейдем к установке, разработанной, В. Самойловым из Чувашии, который построил свою ВЭУ по первому варианту (см. рис. 2).

Сделать лопасти ротора ВЭУ можно из 100, 200 или 500-литровой железной бочки (рис. 5). Бочку разрезают шлифмашинкой. Резка сваркой недопустима: от температуры коробится металл. Борта вырезанной лопасти усиливают, приваривая к ним прутки арматуры или катанки 6—8 мм.

Рис. 5. Лопасть ветряка, изготовленная из 1/4 бочки и схема раскроя:
1 — отверстие крепления к крестовине, 2 — усиление борта, 3 — контур лопастей.

Лопасти 1 ротора крепятся к двум крестовинам 2 болтами М12…М14 (см. рис. 2). Верхняя крестовина изготавливается из листовой стали толщиной 6…8 мм. Между бортом каждой лопасти и валом ротора необходимо оставлять зазор 150 мм. Нижнюю крестовину изготавливают более прочной, так как весь вес лопастей приходится на нее. Для ее изготовления берется швеллер с высотой стенки 50—60 мм и длиной не менее 1 м, зависящей от применяемой лопасти (бочки).

Строительная часть и главный вал (см. рис. 1). К стойке 6, сделанной из швеллера, приварена рама из уголков для закрепления генератора 8. Нижний конец стойки приварен к угольнику, забитому в землю.

Вал 3 ротора лучше делать из двух частей— для удобства расточки его концов под подшипники. Подшипники 4 в корпусах (буксах), согласованных по размерам с валом, закрепляются на стенке швеллера на болтах. Части вала ротора соединяют между собой с помощью муфты сваркой или на шпонке. Диаметр вала 35—50 мм.

К стойке, к одной из полок швеллера, приварены куски труб 20 мм и длиной 500 мм в качестве ступеней лестницы. Стойка забита в землю на глубину не менее 1200 мм и закреплена для устойчивости и предотвращения качки 4-мя растяжками.

Для защиты от ржавчины ВЭУ красят алюминиевой пудрой, замешанной на олифе.

Электросхема. В домашних условиях для изготовления ВЭУ проще использовать электросистему автомобиля (рис. 6 и 7) или трактора. В зависимости от ее мощности определяются эксплуатационные возможности всей ВЭУ. Поэтому следует использовать электроузлы достаточно мощной автомашины, автобуса или трактора. Только нужно учесть, что заимствовать такие узлы следует комплектно: генератор, реле-регулятор, аккумулятор. К примеру для генератора Г 250-Г 1 подойдут реле-регулятор РР 362 и аккумулятор 6 СТ 75.

Рис. 6. Схема электрооборудования ВЭУ, взятое от автомобильного генератора на 12 В:
1 — генератор, 2 — реле-регулятор, 3 — аккумулятор, 4 — амперметр, 5 — выключатель генератора от разряда аккумулятора в безветренную погоду, 6 — выключатель освещения, 7 — предохранитель, 8 — лампочки освещения.

Рис. 7. Схема электрооборудования ВЭУ от автомобильного генератора на 24 В:
1 — генератор Г-288, 2 — регулятор напряжения 11.3702, 3 — аккумуляторы 6СТ75, амперметр АП-170, 4 — амперметр, 5 — выключатель генератора от разряда аккумуляторов в безветренную погоду, 6 — выключатель освещения, 7 — предохранитель, 8 — лампочки освещения.

Если ВЭУ комплектуется автогенератором на 24 В, то лучше его брать марки Г-228 (мощность 1000 Вт). У этих генераторов в комплекте более надежное реле напряжения (по сравнению с интегральными регуляторами напряжения марки Я-120).

Получаемое с автогенератора постоянное напряжение 12 В не совсем удобно для освещения, ибо приходится рассчитывать на специфику цоколей автолампы и соответствующих патронов. Хотя лампочки на 12 В имеются и с обычным цоколем Ц-27, но их трудно раздобыть.

Для перехода от постоянного тока к переменному изготавливают преобразователь напряжения. В случае необходимости переменный ток легко превращать в постоянный через мостовой выпрямитель. Преобразователь мощностью 100 Вт (рис. позволяет включать 2 лампочки накала или дневного света по 40 Вт на 220 В. Схема преобразователя очень проста. Он не нуждается в настройке, надежен в работе и имеет большой КПД (более 80%).