ЦЕНТРАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ ЮНЫХ ТЕХНИКОВ
имени Н. М. ШВЕРНИКА
МАЛАЯ
ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
МАЛАЯ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
В. Г. РАЗУМОВСКИЙ, заведующий энергетической лабораторией
Центральной станции юных техников
Энергия ветра — кинетическая энергия масс воздуха, которые прихо-
дят в движение вследствие неравномерности нагрева поверхности нашей
планеты лучами Солнца. Эта энергия обладает двумя замечательными
качествами: она очень дешева и её можно использовать почти в любой
точке земного шара.
До изобретения паровой машины ветер был основной двигательной
силой. Ещё в древнейшие времена человек применил силу ветра для пе-
редвижения по воде. На протяжении многих веков парус помогал людям
плавать по морям, рекам и озёрам.
Несколько позже человек научился использовать силу давления вет-
ра на поверхность для получения не прямолинейного, а вращательного
движения. Он создал одну из первых машин вращательного движения —
ветряной двигатель.
Примитивные ветродвигатели использовались в Китае и Японии не-
сколько тысячелетий тому назад. В Египте сохранились остатки ветряных
мельниц, построенных до нашей эры. В Европе первые ветродвигатели
появились в 718 году.
Современные ветродвигатели значительно усовершенствованы. Их
можно разделить на два типа — быстроходные (наиболее совершенные)
и тихоходные. Первые полнее используют энергию ветра, развивая зна-
чительную мощность при небольших размерах; вторые — менее мощны,
но просты в изготовлении, а главное—начинают работать при малой ско-
рости ветра (около 2 метров в секунду). В этом их преимущество.
’Мы предлагаем очень простую конструкцию тихоходного ветродвига-
теля, который приводит в действие велодинамо. Эта конструкция разра-
ботана в энергетической лаборатории Центральной станции юных техни-
ков; опытный образец установки построен в 1956/57 учебном году
Евгенией Софроновой (259-я школа), Владимиром Галаховым (204-я
школа) и Виктором Ивлиевым (329-я школа). Установка испытана в лабо-
ратории с помощью аэродинамической трубы и показала хорошие резуль-
таты. Мощность установки при скорости ветра 8 м!сек составляет при-
мерно 3 ватта. Этого достаточно для освещения рабочего места школь-
ника или небольшой палатки в туристском путешествии.
О Разумеется, для питания радиоприёмника или для освещения целой
квартиры эта установка не подходит: она слишком слаба. Зато она очень
несложна, а необходимое для неё велодинамо легко приобрести в ма-
газинах электротехнических, спортивных и культтоваров или выписать
из Центральной торговой базы Посылторга (смотрите объявление на
3-й странице обложки). А главное — приобретя опыт постройки и экс-
плуатации ветроэлектрической установки, юным техникам будет легче
перейти к постройке более мощных ветродвигателей с автомобильными
или трактооными генераторами. Мощность подобной установки составит
уже 80 — 120 ватт.
Рис. 1. Малая ветроэлектрическая уста-
новка (общий вид)
1 — обод ветроколеса; 2 — деревянная
шайба; 3 — ось ветроколеса: 4 — велоди-
намо; 5 — опорная труба; 6 — мачта; 7 —
рама; 8 — вертикальная ось; 9 — перо
хвоста; 17 — шплинт
Рис. 2. Разметка ветроколеса
// — лопасти; 12 — верхний отросток,
13 — нижний отросток лопасти
Слева: обод в разрезе (14 — вклады-
ши; 15 — обойма; 16 — лепестки обода)
Рис. 3. Шаблон для загибания лепестков
по окружности ветроколеса
10 — деревянный шаблон; 16 — лепестки
Рис. 4. Полосы для обода ветроколеса
/4 — вкладыши; 15 — обойма
Рис. 5. Детали ветроколеса
В центр е: крепление нижних отрост-
ков лопастей к деревянной шайбе (2 —
шайба; 11 — лопасть; 13 — нижний от-
росток) .
Справа: лопасть И с согнутым верх-
ним отростком 12.
Как устроена малая ветррэлектрическая установка
Общий вид установки показан на рисунке 1. Основ-
ными частями её являются ветроколесо, рама 7, объеди-
няющая головку ветродвигателя и хвост 9, опорная труба
5 ц электрическая часть, которая состоит из велодина?-
мо 4У подводящих проводов, контактов и электрических
лампочек.
С помощью хвоста установка сама поворачивается на
ветер, который приводит во вращение ветроколесо. С Обо-
дом ветроколеса 1 соединён сцеплением шкив велодина-
мо, точно так же, как ‘й на велосипеде. Один контакт ве-
лодинамо соединён с массой трубы 5, а второй — со
стержнем S, являющимся вертикальной осью. От трубы и
стержня с помощью проводов напряжение подается к 1 —
3 одноваттным электрическим лампочкам (количество их
зависит от скорости ветра).
Для постройки установки нужны: велодинамо; лист
дюралюминия, кровельного железа (желательно оцинко-
ванного) или иного металла размером 850X1200 мм; три
берёзовых бруска сечением 25X60 мм и длиной — два по
2000 мм и один 500 мм; три берёзовых (или иного креп-
кого дерева) доски сечением 20X200 мм и длиной по
450 мм; кусок пятимиллиметровой фанеры размером
300X400 мм; водопроводная труба длиной 1200 мм; же-
лезный или латунный пруток диаметром 10 мм и длиной
600 мм; бронзовая болванка диаметром не менее 16 мм
и длиной 60 мм; 8—46 велосипедных спиц; алюминиевые
заклёпки; гвозди и шурупы длиной 20 и 30 мм; казеино-
вый клей; масляная краска или. эмаль; изолированный
провод марки ПР.
Из инструментов потребуются: рубанок, молотки, нож-
ницы по металлу, тиски, плоскогубцы, пила-шлицовка,
стамески, отвёртки, дрель и свёрла, ножовки по дереву
и металлу, кисти.
Изготовление ветроколеса
Всё 16-лопастное ветроколесо за исключением втулки
и обода изготовляется из цельного ровного листа дюралю-
миния или любого другого металла. План разметки и все
размеры колеса приведены на рисунке 2. Контуры лопа-
стей и обода наносятся чертилкой.
Сначала следует точно и аккуратно вырезать круг
диаметром 830 мм. Затем в нём вырезают пилой-шли-
цовкой 16 лопастей, напоминающих в отогнутом виде по-
луоткрытые форточки. Нужно быть очень внимательным,
чтобы при уменьшении ширины лопасти почти наполови-
ну не обрезать верхних отростков 12. Эти отростки по-
требуются для того, чтобы установить верхние концы ло-
пастей под углом 35°. Лишние части лопастей нужно от-
резать совсем (на рисунке 2 эти части заштрихованы).
Затем приступают к изготовлению обода 1. Он прида-
ёт жёсткость ветроколесу и служит шкивом для фрикци-
онной передачи к велодинамо. Нужно заготовить шаблон
10 из двух берёзовых досок. Доски складывают вместе,
на одном конце просверливают тонким сверлом отверстие
для оси, а другой конец аккуратно опиливают по дуге
окружности радиусом 400 мм. Край металлического круга
разрезают на лепестки 16 шириной по 15 мм. Надрезы
делают до линии окружности радиусом.400 мму нанесен-
ной на круг. После этого металлический круг помещают
между досками шаблона, продевают через отверстие в
досках и в центре круга ось (обыкновенный гвоздь),
плотно сжимают доски и с помощью молотка загибают
лепестки поочерёдно вверх и вниз (рис. 3).
Из оставшегося листового металла заготовляют поло-
сы — обойму 15 для обода колеса и вкладыши 14. Шириг
на полос указана на рисунке 4, а длина их должна соответ-
ствовать длине окружности ветроколеса. Полосы при-
дётся делать составными, складывая их внахлёстку. Края
полосы обоймы распиливают пилой-шлиЦовкой на лепе-
стки (нужно именно распиливать, а не разрезать, чтобы
между лепестками образовался зазор).
Сборка обода производится в следующем порядке.
Полосы — вкладыши 14 накладывают на отогнутые ле-
пестки колеса 16 с внутренней стороны, а полосу — обой-
му 15 —с внешней стороны. Лепестки обоймы пригибают
вовнутрь (рис. 5, слева). Необходимо внимательно сле-
дить, чтобы полосы были совершенно ровными и ложи-
лись только на лепестки. В местах соединения полос на
ободе их надо склепать.
Для крепления ветроколеса нужны ещё две деревян-
ные шайбы 2 (рис. 5). Их выпиливают из берёзовой до-
ски. Нижние отростки лопастей 13 отгибают под прямым
углом вовнутрь ветроколеса (в сторону тыльной его ча-
сти), накладывают с двух сторон металлического круга
шайбы (точно по центру) и скрепляют гвоздями или шу-
рупами.
Теперь можно отгибать лопасти под нужным углом.
У основания (центра) угол отгиба лопасти должен со-
ставлять приблизительно 40°, а на концах (у обода) —
35°. Способ крепления отогнутого края лопасти ясен из
рисунка 5. Нижние отростки 13 прикрепляются к шайбе
маленькими шурупами или гвоздями. Верхние отростки 12
изгибают, как показано на рисунке, и прикрепляют к пло-
скости ветроколеса алюминиевыми заклёпками.
В центре ветроколеса помещается подшипник — брон-
зовая втулка 23. Её нужно выточить на токарном станке
из бронзового прутка, одновременно с осью 3, которая
вытачивается из стали (рис. 6). Такое сочетание метал-
лов является наиболее подходящим, так как бронза и
сталь имеют небольшой коэффициент трения по отноше-
нию друг к другу. Втулка должна свободно, но без ма-
лейшего люфта, вращаться на оси.
Для крепления втулки 23 к деревянной шайбе 2, к ней
нужно припаять металлический фланец (из листовой ла-
туни или жести). Отверстие для втулки нужно просвер-
лить в шайбе очень аккуратно, строго по центру и пер-
пендикулярно к плоскости ветроколеса. Втулка туго за-
прессовывается в это отверстие, а фланец прикрепляется
к шайбе гвоздями или шурупами (рис. 6).
Остаётся проверить ветроколесо. Оно не должно
иметь осевого биения, то есть ось его должна проходить
строго по центру, а обод — быть совершенно круглым.
Оно не должно иметь торцевого биения, то есть вращать-
ся строго в одной плоскости, не иметь изгибов и прочих
дефектов. Оно должно быть тщательно отбалансировано,
то есть ни один край его не должен перетягивать. На оси
такое ветроколесо остаётся в равновесии в любом по-
ложении.
Рис. 6. Крепление втулки и ось ветро-
колеса
2 — деревянные шайбы; 3 — ось ветро-
колеса; 23—ътулка
Рис. 8. Контактные втулки
19 — верхняя втулка; 20 — нижняя
втулка; 21 — латунная шайба к втулке.
Рис. 7. Натяжение обода велосипедными
спицами
1 — обод; 24 — велосипедные спицы;
25 — металлические пластинки для креп-
ления спиц к шайбам.
Рис. 9. Электрическая часть ветроуста-
новки
Слева: расположение контактных
втулок и шайб.
5 — опорная труба; 7 — рама; 8 — вер-
тикальная ось; 17 — шплинт; 18 — дере-
вянная втулка; 19 — верхняя контактная
втулка; 20 — нижняя контактная втулка;
21 — латунные шайбы; 22 — провод, при-
паянный к вертикальной оси.
Справа: схема соединения велодина-
мо с лампочками
Если ветроколесо сделано аккуратно, то оно или сов-
сем не будет иметь дефектов, или же эти дефекты ока-
жутся незначительными и могут быть легко устранены.
Втулка, если она поставлена не по центру, может быть
смещена с помощью расширения отверстия в шайбах и
укладки жестяных прокладок. Торцовое биение устра-
няется осторожным изгибом обода ветроколеса в нуж-
ном направлении и натяжением велосипедных спиц. От
четырёх до восьми пар спиц устанавливаются на колесе
способом, понятным из рисунка 7. Тщательной баланси-
ровки ветроколеса добиваются креплением грузиков на
его плоскости (около обода).
Для более прочного сцепления обода ветроколеса со
шкивом велодинамо его обтягивают резиной (лучше в
два слоя). Из старой велосипедной или автомобильной
камеры вырезается замкнутая полоса, натягивается на
обод и закрепляется проволокой в трёх-четырёх местах.
Изготовление рамы
Рама 7 делается из берёзовых брусков. Её устройство
ясно из рисунка 1. Соединения делаются на шипах. Для
большей прочности следует воспользоваться казеиновым
клеем.
Перо хвоста 9 выпиливают из 3—5-миллиметровой
фанеры, вставляют в специальные прорези, сделанные в
рейках рамы и закрепляют казеиновым клеем и гвоздями
или шурупами.
Электрическая часть установки
Установка велодинамо понятна из рисунка 9. Про-
водка от динамо к лампочкам возможна различными
способами. Самый простой из них — опустить от вело-
динамо два гибких провода. Но этот способ очень не-
удобен. При перемене направления ветра ветродвигатель
будет поворачиваться, а провода — наматываться на
мачту. Время от времени их придётся распутывать; к тому
же частое перекручивание проводов приведёт к быстрому
их износу и обрыву.
Значительно лучше осуществить проводку по схеме,
приведенной на рисунке 9. По этой схеме вертикальная ось
8 изолируется от трубы 5 деревянными втулками 18 (на
рисунке 9 показана только верхняя втулка). На раме 7
сверху крепится контактная втулка 19, а снизу — кон-
тактная втулка 20. Под втулки подкладываются латун-
ные шайбы 21 (рис. 8). Контакты велодинамо соединяют-
ся проводом с контактными втулками. К трубе 5 и вер-
тикальной оси 8 припаиваются провода, идущие к лам-
почкам.
В любом случае проводка должна осуществляться
только проводом большого диаметра (во избежание по-
терь электроэнергии), желательно — предназначенным
для сырых помещений (ПР-220 или ПР-500).
Рис. 11. Лопасть воздушного винта (в натуральную величину).
Отделка и монтаж установки
Готовый ветродвигатель тщательно окрашивают ма-
сляной краской или эмалью и смазывают машинным мас-
лом, следя только за тем, чтобы ни краска, ни масло не
попали на места скольжения контактных втулок по вер-
тикальной оси и концу трубы. В этих местах втулки, ось
и труба должны быть тщательно зачищены.
Готовый ветродвигатель надевают на вертикальную
ось, укрепленную в трубе 5. Труба в свою очередь при-
крепляется к деревянному шесту (мачте) 6. Способ креп-
ления ясен из рисунка 1. Рисунок на обложке изобража-
ет установленный ветродвигатель. Можно установить мач-
ту не на земле, а на крыше дома, но так, чтобы доступ
к ней был лёгким. Высота установки ветродвигателя —
не менее 5—6 метров от поверхности земли. Очень важ-
но, чтобы он находился выше всех соседних построек, то
есть не загораживался ими от ветра.
Весьма желательно придумать устройство, которое
позволяло бы поднимать установку на ветер только тог-
да, когда это нужно. Это значительно удлинит срок её
службы и предохранит от неизбежной порчи при ветре
штормовой силы. Идею такого устройства подсказывает
рисунок, помещённый на последней странице обложки.
При сооружении ветроустановки следует помнить, что
обязательными элементами описанной конструкции явля-
ются лишь её размеры (в особенности ветроколеса) и
угол заклинения лопастей. Всё же остальное может быть
изменено в зависимости от имеющихся под руками мате-
риалов и изобретательности юных техников.
Так, при отсутствии токарного станка, необязательно
точить ось 3 и втулку 23. Можно подобрать подходящий
металлический пруток и к нему — отрезок трубки. Ветро-
колесо можно сделать не из цельного, а из составного ли-
стового металла. В этом случае имеющиеся 'небольшие
листы металла склёпываются в один большой лист. На-
конец, в качестве обода ветроколеса можно использовать
обод от старого велосипедного колеса, приделав к нему
под требуемым углом металлические или даже фанерные
лопасти.
ЮНЫЕ ТЕХНИКИ!
СОВЕТЫ И УКАЗАНИЯ ПО ПОСТРОЙКЕ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК,
РАЗЛИЧНЫХ МОДЕЛЕЙ И ПРИБОРОВ ВЫ МОЖЕТЕ ПОЛУЧИТЬ НА СВОЕЙ ГО-
РОДСКОЙ ИЛИ ОБЛАСТНОЙ СТАНЦИИ ЮНЫХ ТЕХНИКОВ, А ТАКЖЕ В ОТДЕ-
ЛАХ ТЕХНИКИ ДВОРЦОВ И ДОМОВ ПИОНЕРОВ
БЫСТРОХОДНЫЙ ВАРИАНТ МАЛОЙ
ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
В тех местностях, где дуют устойчивые и сильные вет-
ры, можно построить быстроходную ветроэлектрическую
установку с. велодинамо. Общий вид такой установки
показан на рисунке 10. Основной частью ёё является воз-
душный винт 28, Он может быть сделан из полосы ли-
стового металла толщиной 1,5—2 мм и размером
50X500 мм. Роль рамы ветродвигателя выполняет берё-
зовый брусок 26: на рисунке 10 он показам и отдельно,
в плане. Перо хвоста 27 делается из фанеры.
Велодинамо 4 крепится к бруску 26 при помощи гай-
ки 29, Для этого необходимо освободить велодинамо от
держателя, с помощью которого он крепится на раме ве-
лосипеда, и сделать нарезку на конце его крепёжного
стержня 30.
Необходимо обратить особое внимание на крепление
воздушного винта на валу велодинамо (шкив с него сни-
мается). Винт должен быть зажат между двумя гайками
31 и закреплён шплинтом 17. Это предотвратит несча-
стные случаи. Дело в том, что при сильном ветре воз»
душный винт делает 50 и более оборотов в секунду. Ес*
ли при такой скорости вращения он сорвётся с вала, то
может нанести очень сильный удар.
Воздушный винт 28 вырезается из полосы металла по
форме и размерам, показанным на рисунке 11 (изобра-
жающем одну лопасть, то есть половину винта в нату-
ральную величину). В центре винта просверливается от-
верстие — точно по диаметру вала велодинамо.
Заготовку винта необходимо тщательно отбалансиро-
вать так, чтобы обе лопасти винта, надетого на горизон-
тальную ось, сохраняли равновесие в любом положении.
Если одна из лопастей перетягивает, то её слегка Опили-
вают напильником, добиваясь полного равновесия. Затем
лопасти изгибают в сечении а—а под углом 30°, а в се-
чении б—б под углом 3° к плоскости вращения винта.
Крепление ветродвигателя данной конструкции на вер-
тикальную ось S, соединение велодинамо с контактными
втулками, установка трубы 5 и мачты 6 (на рисунке 10 не
показана) делаются точно так, как указано в описании
тихоходного ветродвигателя.
Рис. 10. Общий вид и детали быстроход-
ной ветроэлектрической установки
4 — велодинамо; 5 — опорная труба;
8 — вертикальная ось; 19 — верхняя кон-
тактная втулка; 20 — нижняя контактная
втулка; 26 — рама (брусок; на среднем
рисунке показан его вид сверху); 27—
перо хвоста; 28 — воздушный винт; 29 —
гайка; 30 — крепёжный стержень
Внизу: крепление—воздушного винта
на валу велодинамо (17— шплинт;
31 — гайки)
ЛИТЕРАТУРА
Юным техникам, которые захотят построить значительно бо-
лее мощный ветродвигатель с автомобильным или тракторным
генератором, рекомендуются следующие книги:
Б. Каминский, С. Перли. Самодельная ветроэлек-
тростанция. Изд-во ДОСААФ, 1956 („Библиотека* юного кон-
структора").
Е. М. Фатеев. Как сделать самому ветроэлек-
трический агрегат. Госэнергоиздат, 1949 („Массовая ра-
диобиблиотека", вып. 16).
С. Б. Перли. Самодельная ветроэлектрическая
установка. Госэнергоиздат, 1953 („Массовая радиобиблиоте-
ка", вып. 168).
Б. В. Уткин. Школьная ветроэлектростанция.
Таткнигоиздат, Казань, 1954.
Наиболее подробные сведения о ветродвигателях различно-
го назначения даны в книгах:
Е. М. Фатеев. Ветродвигатели и ветроустановки.
Теория, расчет ветродвигателей и эксплуатация. Сельхоз-
гиз, 1948.
Е. М. Фатеев/ Ветродвигатели и их применение
в сельском хозяйстве. Машгиз, 1952.
«ДЛЯ УМЕЛЫХ РУК»
Серия брошюр — пособий в помощь политехническому обучению и
техническому творчеству пионеров и школьников.
ВЫШЛИ ИЗ ПЕЧАТИ: «Байдарка»; «Воздушные змеи»; «Воздуш-
ный шар»; «В помощь юному мастеру» (Вып. 1. «Учитесь работать
с тканью»); «Детекторный радиоприёмник ЦСЮТ-1Д»; «Контурные мо-
дели кораблей»; «Мастерская юного техника» (Вып. 1. «Самодельные
столярные инструменты»); «Модель автомобиля»; «Модель вертолёта»;
«Модель ветродвигателя»; «Модель катера»; «Модель подводной лодки»;
«Модель речного парохода»; «Модель шагающего экскаватора»; «Мо-
дель яхты»; «Настольная аэродинамическая труба»; «Педальный авто-
мобиль»; «Приёмно-усилительные радиолампы» (Справочные таблицы);
«Самодельные игры»; «Самодельные электродвигатели»; «Самодельный
батарейный радиоприёмник»; «Самодельный киносъёмочный аппарат»;
«Самодельный походный радиоприёмник»; «Самодельный сетевой радио-
приёмник»; «Самодельный телефонный аппарат»; «Сделай сам» (Игруш-
ки для новогодней ёлки); «Схематическая модель планера»; «Схемати-
ческая модель самолёта»; «Универсальный токарный станок»; «Учись пе-
реплетать»; «Учись работать с фанерой».
Брошюры серии «Для умелых рук» продаются во всех магазинах
книготоргов и киосках «Союзпечать». Их можно также выписать нало-
женным платежом, послав заказ по адресу: Москва, В-168, 5-я Черемуш-
кинская ул., д. 14, Магазин № 93 «Книга—почтой».
Подписка на серию «Для умелых рук» принимается в городских от-
делах «Союзпечать», конторах, отделениях и агентствах связи, в пунк-
тах подписки и общественными уполномоченными на предприятиях,
в колхозах, совхозах и МТС, в учебных заведениях, учреждениях и орга-
низациях.
ПОСЫЛТОРГ — ЮНЫМ ТЕХНИКАМ
Наборы деталей, заготовок и основных материалов для постройки
летающих и плавающих моделей («Авиамодельная посылка № 1», «Ле-
тающая модель планера», «Летающая модель самолёта», «Фюзеляжная
модель самолёта», «Плавающая модель парусной яхты», «Модель шверт-
бота», «Самоходная модель бронекатера», «Самоходная модель подвод-
ной лодки»), модельные компрессионные двигатели внутреннего сгора-
ния («МК-12с» и «МК-16»), велодинамо, наборы «Конструктор» и «Авто-
конструктор», лобзики и пилки к- ним, наборы слесарных инструментов,
чертежные принадлежности, радиодетали, фотоаппараты и увеличители,
фотопринадлежности и ряд других товаров высылает Центральная тор-
говая база Посылторга (Москва, Е-126, Авиамоторная ул., д. 50/8).
Прейскуранты Посылторга имеются для ознакомления во всех поч-
товых отделениях, а также высылаются Центральной торговой базой но
получении 60 коп. почтовыми марками.
Наложенным платежом товары не высылаются.
Редактор А. Стахурский.
Л56383	Зак. 1435	Тираж 100 000.
13-я типография Главполиграфпрома, Москва, Гарднеровский пер., 1а.
Цена 85 коп.
।
Москва Й 1957