Балансировка заключается в том, что винт несколько раз крутят, наблюдают за остановками. Ни одна из лопастей не должна быть тяжелее других. Если винт стремится останавливаться все время вниз одной и той же лопастью, значит, ее надо облегчить.
Убеждаются также в отсутствии радиальных и осевых биений. Радиальные биения могут появляться из-за погрешности в сборке. Эти биения — источник несбалансированности винта. Устраняют подрезанием конца лопасти. Для проверки осевых биений сбоку от плоскости вращения устанавливают какой-нибудь штырек, поворачивая винт, проверяют расстояния между лопастями и штырьком в момент прохождения. Если все шесть лопастей проходят мимо указателя-штырька на одном и том же расстоянии, значит, все в порядке. В противном случае можно тонкими прокладками в месте крепления лопастей исправить эти дефекты. Хорошо сделанный ровный винт — это залог долголетней работы ВЭС.
Воздушный винт работает в довольно тяжелых условиях. Его и дождем мочит, и жаром сушит, зимой — мороз, обледенение. Поэтому готовый винт надо тщательно покрыть лаком слоев 5–6. Лак лучше употребить масляный. Он сохнет дольше, но зато покрытие прочнее и долговечнее. Винт перед лакированием надо разобрать, чтобы лак попал даже в отверстия для болтов. Перед нанесением следующего слоя поверхность надо обрабатывать мелкой наждачной бумагой, чтобы удалить все приставшие соринки и ворсинки.
После отделки винта лаком и повторной, окончательной сборки, винт еще раз проверяется на сбалансированность и отсутствие биений. Если мы за счет лака сделали какую-либо лопасть тяжелее, надо снова устранить этот дефект.
Редуктор
Выбранный нами генератор Г-221 высокооборотный, начинает вырабатывать электрический ток, приемлемый к эксплуатации, при оборотах около 1000. Воздушный винт при слабом ветре может развить 180–200 об/мин. Повышение числа оборотов достигается применением редуктора. Шкив генератора рассчитан на применение клинового ремня, диаметр его — 80 мм. Изготавливается шкив с такой же канавкой, но диаметром
DB = Dr∙N = 80∙5 = 400 мм.
Здесь DB — диаметр ведущего шкива, устанавливаемого на валу воздушного винта;
Dr = 80 мм — диаметр шкива генератора; N = 5 — передаточное число редуктора.
Есть соблазн повысить обороты генератора за счет увеличения передаточного числа. Но нельзя забывать основной закон механики — «выигрываем в скорости — проигрываем в крутящем моменте». Чрезмерно увеличив N, можно прийти к тому, что винт при умеренном ветре не сможет вращать генератор. Если кто держал в руках механизм обыкновенного будильника, тот знает, что при очень сильной пружине достаточно попасть соринке между зубчиками триба анкерного колеса, как механизм перестает вращаться. Очень сильной заводной пружине из-за большого передаточного тела между барабанным колесом и трибом анкерного колеса оказывается не по силам преодолеть столь мизерное препятствие.
Кинематическая схема нашей ВЭС показана на рис. 12.
Рис. 12
Вариантов изготовления может быть несколько. Рассказывать с подробной деталировкой о каком-либо варианте нет необходимости. Все зависит от материальных возможностей конструктора. Просто дадим несколько рекомендаций.
На чертеже (рис. 12) показаны: 1 — воздушный винт со ступицей; 2 — ведущий шкив. Изготавливается на токарном станке из материала, который доступен, — из чугуна, алюминиевого сплава, текстолита. Можно даже, на худой конец, из толстой фанеры с металлическим фланцем. Профиль канавки шкива выгачивают точно такой же, как на штатном шкиве генератора; 3 — ведущий вал. Его диаметр не должен быть менее 30 мм; 4 — генератор Г-221; 5 — два подшипника устанавливают в корпусах с сальниками, которые снаружи не пропускают пыль, изнутри не дают вытекать смазке. Очень хорошо подходят подшипники вместе с корпусами, применяемыми в сельскохозяйственной технике, например, в хлебоуборочных комбайнах. Двухрядные «плавающие» подшипники допускают погрешности в установке, не влияя на легкость вращения вала, хорошо закрыты, не требуют частой смазки, легко устанавливаются на вал при помощи специальных конических зажимных втулок с гайками. Валом в этом случае может служить отрезок стального прутка диаметром не менее 30 мм без токарной обработки (зажимные втулки подшипников это позволяют). Корпуса подшипников устанавливают на полке 6; 7 — устройство натяжения приводного ремня, представляющее собой планку с прорезью шарнирного укрепления на станине; 8 — токосъемные кольца; 9 — изоляционная колодка с щетками; 10 — крепление генератора; 11 — приводной ремень; 12 — корпус-станина. Ее можно сварить из уголка. Снаружи все устройство закрывается листами металла для защиты от воздействий внешней среды.
Габариты станины определяются конструкцией установки. Для основания станины надо использовать стальную плиту толщиной миллиметров 8 или же принять другие меры для повышения жесткости, например — наварить ребра жесткости из уголка, так как конструкция будет испытывать значительные нагрузки.
Токосъем и узел поворота
Чтобы подвести электроэнергию от генератора к потребителю, просто подключить провода нельзя. Наша ВЭС должна и будет поворачиваться к ветру, который не всегда дует по одному направлению. Провода рано или поздно перекрутятся вокруг мачты и оборвутся. Поэтому надо обеспечить подвижное электрическое соединение.
На рис. 13 приведена одна из возможных конструкций поворотного узла с токосъемом.
Рис. 13
Размеры не указаны, так как они будут зависеть от имеющихся подшипников, на которых наша ВЭС будет поворачиваться к ветру. Желательны подшипники с внутренним посадочным диаметром не менее 60 мм. На чертеже указаны: 1 — корпус подшипников, он крепится 4–6 болтами к нижней плите станины ВЭС; 2 — плита; 3, 9 — шарикоподшипники (можно применить и конические роликовые, но конструкцию деталей 1 и 4 надо будет изменить); 4 — ось-втулка. На этой оси будет вращаться вся ВЭС. Нижний конец оси укрепляется на вершине мачты; 5 — текстолитовая насадка с внутренними каналами для проводов; 6 — контактные токосъемные кольца. Вытачиваются из латуни, а еще лучше — из бронзы; 7 — щетки. Лучше всего медно-графитовые. Их надо установить на плоских пружинах, чтобы обеспечить хороший контакт; 8 — стойка из изоляционного материала для крепления щеток; 10 — нижняя защитная крышка; 11 — провода.
