Дефлектор вентиляционный. Дефлекторы для вентиляции: изготовление, устройство, расчет турбодефлектора Турбина вентиляционная своими руками чертежи

Набор необходимых коммуникаций для обеспечения комфортных условий в здании любого предназначения предполагает, в том числе, устройство системы вентиляции. В идеале, она должна быть энергонезависимой – это очень актуально в современных условиях без остановки растущих цен на энергоресурсы. Именно поэтому еще на этапе проектирования коммуникаций в первую очередь рассматривается естественная вентиляция. При этом правильный подход к технологическому решению системы – интегрированный в вентканал ротационный дефлектор.

Проблем с тягой быть не может

Смысл любой вентсистемы – отвод из помещений загрязненного воздуха, излишней влаги, то есть обеспечение нормального воздухообмена. Это будет иметь место, если вентиляционный канал функционирует эффективно и правильно – тяга в нем отличная. Если в этом плане имеются проблемы, то часто они провоцируются попаданием в шахту канала дождя, снега, ветровых масс. Также плохая тяга может быть вызвана некорректным расположением вентиляционной трубы, ее недостаточной высотой или неправильно подобранным диаметром воздуховода. Такие недочеты естественной вентиляции и призвана устранить установка ротационного дефлектора.

Справка. Ратационный дефлектор имеет еще другие наименования – турбодефлектор или ротационная турбина. Это сложный механизм с вращающейся частью – активной головкой, снабженной специальной системой лопастей. Также в конструкции имеется статичная часть – основа, к которой крепится головка и соединяемая с вентиляционной трубой.

Достоинства ротационного дефлектора

• Независимо от направления ветра вращательные движения активной головки происходят в одном и том же направлении. В результате, получается эффект «частичного вакуума» в вентканале – воздух разрежается, сила движения потока увеличивается, а риск возникновения обратной тяги приближается к нулю.
• Ротационные модели полностью исключают влияние на эффективность вентиляции внешних факторов – осадков и порывистого ветра.
• Автономность функционирования механического устройства, увеличивающего производительность системы воздухообмена – один из важнейших его плюсов.
• Невысокие затраты на модернизацию вентиляции.
• Быстрая окупаемость инвестиций на установку дефлектора с турбинами.
• Защита вентшахты от попадания мусора, птиц, пр.
• Декоративная законченность выведенной на крышу трубы – любой фасад от наличия такого шарообразного объекта выигрывает.

Важно! Ротационный дефлектор увеличивает эффективность стандартной естественной приточно-вытяжной вентиляционной системы в 2-4 раза. При этом «усиление» не требует подключения к электропитанию, что соответствует современным тенденциям энергоэффективности зданий и строений.

В чем недостатки турбодефлектора

Ротационная конструкция погодозависима – это фактически единственный, но очень важный его минус. В тихую погоду турбодефлектор по сути ничем не отличается от обычного защитного козырька на трубе воздуховода.

Можно ли изготовить ротационный дефлектор своими руками

Более простые виды дефлекторов, применяемые на практике давно, мастеровитые домохозяева нередко изготавливают самостоятельно. В принципе, технически подкованный человек с этой работой справиться сможет. Правда, для этого потребуется разработать рабочий чертеж будущей конструкции, грамотно снять замеры, разработать схему монтажа дефлектора.

Касательно турбированной вариации не все так просто – она технически более сложная конструкция. Поэтому, практически всегда, приняв решение использовать именно ротационную модель, приобретают ее в виде профессионально изготовленного изделия.

Что предлагает рынок

Турбовент

Модельный ряд роторных дефлекторов этой торговой марки представлен моделями разных геометрических форм, в части недвижимого основания:

• А – круглая труба;
• В – квадратная труба;
• С – квадратное плоское основание.

Маркировка изделий в сортаменте представлена, как ТА-315, ТА-355, ТА-500. Цифровой индекс указывает на диаметр круглого или параметры прямоугольных оснований. Именно по ним можно судить о габаритах механизма, а также сфере его применения. К примеру, ТА-315 и ТА-355 актуальны при организации воздухообмена в подкровельном пространстве. А вот ТА-500 – это устройство универсальное и может интегрироваться в вентиляцию жилого дома.

Производят ротационный дефлектор «Турбовент» в России – в Нижегородской области, в городе Арзамасе.

Rotowent

Дефлекторы из нержавеющей стали польского производства. Применимы для крыш любых конфигураций. Изделия изготавливаются из высококачественной нержавеющей стали. Устройства универсальные – подходят и для вентиляционных систем, и для дымоходов. Граничный показатель рабочей температуры – 500 С.

Турбомакс

Ротационный дефлектор, выпускаемый компанией из республики Беларусь. Производитель позиционирует свою продукцию, как вращающийся дымоотводной колпак Turbomax1. Но подходит он и для вентиляций также. Без опасений можно применяться на территориях с II и III зонами ветровой нагрузки. Компания акцентирует внимание потребителей на том, что готовы изготовить изделие под заказ по параметрам для конкретного объекта.

Особенности монтажа

Заводской турбодефлектор – конструкция цельная, уже готовая к установке. В ней есть активная подвижная верхняя часть и основа, включающая подшипники с нулевым сопротивлением. Изделие продумано таким образом, что даже при сильном порывистом ветре его не наклонит и не снесет вниз.

Внимание! При монтаже важно учитывать, что дефлектор любой модификации должен возвышаться над крышей на 1,5-2,0 м. При соблюдении этого устройства тяга в вентиляционном канале еще усилится.

В завершение хотим отметить, что ротационные дефлекторы в своем сегменте являются самыми дорогостоящими. При этом потребителю предлагается выбрать подходящую конструкцию из нержавейки, оцинковки или конструкционной стали с защитным полимерным покрытием, цвет которого может подбираться под фасадное оформление. Безусловно, вид материала из которого произведен дефлектор отражается на его стоимости.

В последнее время поклонники возобновляемых источников энергии отдают предпочтение вертикальным конструкциям ветряков. Горизонтальные уходят в историю. Дело не только в том, что смастерить вертикальный ветрогенератор своими руками легче, чем горизонтальный. Основным мотивом такого выбора является эффективность и надежность.

Преимущества вертикального ветряка

1. Вертикальная конструкция ветряка лучше ловит ветер: нет необходимости определять, откуда он дует и ориентировать лопасти под воздушный поток. 2. Установка такого оборудования не требует высокого его расположения, а это значит, что вертикальный ветряк своими руками будет легче обслужить. 3. Конструкция содержит меньше движущихся деталей, что повышает ее надежность. 4. Оптимальный профиль лопастей повышает КПД ветряка. 5. Многополюсный генератор, использующийся для выработки электроэнергии, является менее шумным.

Расскажем о том, как изготовить детали и собрать вертикальный ветрогенератор своими руками.

Алгоритм действий при изготовлении турбины своими руками

1. Опоры (верхняя и нижняя) лопастей представляют собой две концентрические окружности одинаковых по размеру. Изготавливают их из ABS пластика – вырезают лобзиком. В одной из них (она будет верхней) проделывают отверстие диаметром 300 мм.

2. Нижняя опора должна опираться на хаб, в качестве которой можно использовать ступицу легкового автомобиля. Для соединения деталей нужно разметить и высверлить 4 отверстия. 3. Собирая вертикальный ветрогенератор своими руками, особое внимание уделяют креплению лопастей. Для правильного расположения лопастей нужен шаблон. На нижней опоре чертим шестиконечную звезду (звезду Давида), углы которой будут находиться на краю окружности. Проецируем чертеж на верхнюю опору. Лопасти изготавливаем из тонкого листового металла в виде полоски длиной 1160 мм, ширина которых – чуть больше стороны луча звезды.

4. Крепят лопасти двумя уголками вверху и внизу, при этом они должны быть изогнуты так, чтобы образовалась четверть круга. Располагают их друг за другом по окружности, устанавливая на грани лучей.

Изготавливаем ротор

1. Основания для ротора диаметром 400 мм выпиливают из фанеры толщиной 10 мм. По внешнему радиусу с помощью жидких гвоздей или эпоксидного клея крепят постоянные неодимовые магниты с высокой индуктивностью. Располагают их аналогично цифрам на часовом циферблате (ровно 12 шт) с соблюдением полярности (их рекомендуется промаркировать). Чтобы магниты не сошли со своего места, их временно фиксируют распорками из деревянных клиньев.

2. Второй ротор делают аналогично и симметрично первому. Разница в полярности магнитов – она должна быть противоположной.

Как собрать статор

Статор собирается из 9-ти катушек индуктивности. Должно быть з группы последовательно соединенных катушек (по 3 шт. в группе): конец предыдущей соединяется с началом следующей (конфигурация «звезда»). Располагаются катушки симметрично в вершинах трех треугольников, вписанных в окружность. Намотка выполняется медным проводом 0,51 мм в диаметре (тип – 24 AWG). Необходимо 320 витков. Это позволит получить на выходе генератора напряжение 100 В при 120 об/мин. турбины. Вертикальный ветрогенератор своими руками можно смастерить с различными параметрами выходного напряжения и тока путем уменьшения/увеличения количества витков и диаметра намоточного провода статора. Витки катушек наматываются одинаково. Необходимо соблюдать направление намотки и отмечать ее начало и конец. Поверх наружного витка наносится эпоксидный клей и наматывается в четырех местах изолента – для препятствования разматыванию.

Правила и нюансы соединения катушек

Концы катушек необходимо очистить от лаковой изоляции. Соединения выполняются пайкой. Подготовленные таким образом катушки укладывают на бумажный лист, на который наносят схему их расположения (в соответствии с положением постоянных магнитов ротора). Фиксируют их скотчем. Все свободные поля бумаги (кроме центров катушек) заклеивают стеклотканью, заливая эпоксидную смолу с отвердителем. Выводы обмоток должны располагаться снаружи или внутри статора. Для крепления кронштейна в статоре проделывают отверстия.

Окончательная сборка и установка

На одну ось собираются (сверху – вниз): нижняя опора лопастей, диск с постоянными магнитами (верхнее основание ротора), статор, нижнее основание ротора и ступица. Все составляющие крепятся шпильками к кронштейну. Для хорошего контакта используем болты из нержавеющей стали. Доработав остальные мелочи, получаем готовое устройство. Вертикальный ветряк своими руками следует устанавливать на отрытой местности, там, где сила ветра наибольшая. Желательно, чтобы вблизи не было высоких сооружений. Тогда ветрогенератор будет эффективно вырабатывать электроэнергию, что поможет сэкономить средства.

Правильно спроектированная вентиляционная система обеспечивает чистый и свежий воздух внутри помещения. Главным условием её эффективной работы является наличие тяги. К сожалению, мусор и пыль, попадающие в каналы, способны нарушить нормальную работу оборудования. Чтобы этого не произошло на вентиляционную трубу необходимо установить дефлектор.

Если дефлектора на вентиляционной трубе нет, то её диаметр будет постепенно уменьшаться. В наибольшей степени этому способствует жир, который скапливается на стенках воздуховода. Именно на него налипает пыль и мусор.

Вентиляционный дефлектор устанавливается на оголовок трубы. На первый взгляд, это защищает каналы от мусора, который может попадать извне. Но не всё так просто. Устройство выполняет целый ряд функций, каждая из которых важна.

Особенности

Установка дефлектора на вентиляционную трубу в значительной мере позволяет увеличить тягу. Устройство отклоняет воздушные потоки. В итоге на выходе из вентиляционной шахты образуется зона пониженного давления. Благодаря этому воздух, внутри трубы поднимается вверх. Таким образом происходит компенсация давления.

Существует множество конструкций дефлекторов, но все они работают по описанному выше принципу. Интересно, что в большинстве современных устройств имеется сужение канала. Это позволяет добиться роста скорости, с которой воздушные потоки проходят над оголовком трубы. В результате тяга усиливается. Данный эффект носит название «принцип аэрографа».

Если правильно использовать дефлектор на вентиляционной трубе, то можно добиться значительного прироста в эффективности работы всей системы. При правильном выборе устройства и его оптимальной установке прирост мощности может достигать 20 процентов.

Внимание! Самую высокую эффективность вентиляционный дефлектор показывает при установке на вентиляционных каналах с изгибами и большими горизонтальными участками.

Но основным предназначением дефлектора всё-таки является защита воздуховода от попадания внутрь мусора, насекомых, мелких птиц и атмосферных осадков. Так как устройство устанавливается снаружи, то материалом корпуса является нержавеющая сталь или керамика. В некоторых случаях можно увидеть и обычный пластик.

Плюсы и минусы

Перед тем собрать агрегат своими руками необходимо узнать не только его позитивные стороны, но и негативные. Для начала сосредоточимся на позитиве. Зонтичная конструкция эффективно защищает трубу от осадков и грязи, также можно наблюдать увеличение тяги.

Главным недостатком дефлектора на вентиляционную трубу является то, что когда ветер дует снизу, то поток ударяется в верхнюю часть конструкции и не даёт воздуху нормально выходить наружу. Поэтому иногда могут наблюдаться проблемы с работой системы. К счастью, это происходит довольно редко.

К тому же были придуманы действенные контрмеры. Проще говоря, конструкции стали обустраивать двумя конусами, которые соединяются основаниями. Поэтому если вы хотите получить по-настоящему надёжный агрегат, это лучше всего учитывать при создании чертежа.

Внимание! Чем сильнее нисходящий поток ветра, тем выше давление внутри вентиляционного дефлектора, который установлен на трубе.

Виды

Существует множество разновидностей дефлекторов для вентиляционных труб:

1. Весьма востребованным является дефлектор Цаги. Устройство обрело высокую популярность благодаря простоте конструкции и высокой эффективности.
2. Дефлектор Григоровича пользуется большой популярностью.
3. Н-образный аппарат является наиболее эффективным при установке на дымовых трубах.

Также довольно часто можно встретить открытые конструкции. Так как всевозможных конструкций на рынке довольно много, их классифицируют по следующим параметрам:

• форма навершия,
• роторный или турбинный принцип работы,
• тип флюгера.

Особую роль играет материал, из которого сделан дефлектор. К примеру, пластиковые изделия обладают сравнительно невысокой ценой, но при этом их срок эксплуатации не очень велик. Также можно отметить утончённый внешний вид.

Именно из-за эстетичности пластиковые дефлекторы можно увидеть на большинстве труб в частных домах. К сожалению, пластик не выносит высоких температур, поэтому его нельзя устанавливать на дымоходах.

Вращающийся вентиляционный дефлектор усиливает тягу и эффективно защищает каналы от попадания внутрь разнообразного мусора. Главной особенностью устройства является шарообразная форма.

Ротационный вентиляционный дефлектор для трубы также может называться турбинным. Устройство способно за счёт энергии ветра обеспечивать движение турбины. Внутри её воздух закручивается по принципу торнадо. Это, в свою очередь, увеличивает тягу в воздуховоде. Как результат можно наблюдать хорошую тягу даже летом.

Дефлектор Григоровича

Существует множество разновидностей вентиляционных дефлекторов для труб. Если же брать во внимание конструкцию, в которой сочетается простота и эффективность, то это, безусловно, агрегат Григоровича.

Этот вентиляционный дефлектор для трубы имеет усечённый конус. Он ещё называется диффузором. Сама вентиляционная труба должна в него немного входить. Сверху монтируется защитный зонт. Под ним устанавливается конструкция, обеспечивающая пониженное давление даже при боковом ветре. Она имеет форму конуса. Само собой, подобная конструкционная особенность увеличивает силу тяги.

Делаем дефлектор своими руками

Подготовительные работы

Чтобы сделать вентиляционный дефлектор своими руками и установить его на трубу для начала нужно выполнить определённые подготовительные работы. Устройство состоит из таких основных элементов:

• входного патрубка,
• диффузора,
• колпака.

В качестве материала лучше всего выбрать нержавеющую сталь. Её высокие антикоррозийные свойства обеспечат долгий срок службы дефлектора на вентиляционной трубе.

Перед тем как начать сборку своими руками необходимо озаботиться наличием нужного инструментария, в него входит:

• болгарка,
• дрель,
• хомуты,
• молоток,
• рулетка,
• ножницы для металла,
• болты и гайки,
• заклёпки.

Также вам нужно подумать о поиске подходящих для агрегата листов металла. Особое внимание нужно уделить средствам защиты. Не стоит начинать работу без перчаток и очков.

В подготовительный процесс также входит создание чертежа для вентиляционного дефлектора своими руками. Стоит признать, что это довольно непростая задача. Конечно, саму конструкцию сверхсложной не назовёшь, тем не менее для того, чтобы получить пригодный к длительной эксплуатации агрегат нужно всё тщательно рассчитать.

Оптимальным будет взять уже готовый чертёж, к примеру, один из этой статьи. Но вы должны учитывать, что размеры трубы у вас могут быть совсем другими. Поэтому в процессе осуществления проекта может понадобиться внести дополнительные коррективы. Лучшим вариантом будет обратиться в конструкторское бюро, где вам сделают готовый проект, который вы сможете воплотить в жизнь своими руками.

Сборка

После того как вы подготовите весь нужный инструмент и позаботитесь об индивидуальной защите, можно будет приступить к самому процессу. Для начала необходимо перевести контуры с чертежа на металл. При этом особое внимание уделяется следующим элементам:

• колпаку,
• диффузору,
• внешнему цилиндру,
• стойкам.

От того, насколько тщательно вы всё прорисуете, зависит конечный результат в виде готового к работе агрегата. Как только метки нанесены, можно приступать к вырезанию нужных форм, конечно же, для этого вам понадобятся ножницы по металлу.

Чтобы соединить вырезанные элементы между собой используйте заклёпочный пистолет. При этом своеобразными мостами между двух частей основной конструкции будут выступать стойки.

Внимание! Стойки должны быть вырезаны из того же металла, что и две основные части агрегата.

После того как агрегат будет собран, его можно устанавливать на изголовье трубы. При этом сама конструкция крепится при помощи хомутов. На этом процесс изготовления и установки можно считать завершённым.

Итоги

Вентиляционный дефлектор — это важный элемент в системе вентиляции. Он позволяет увеличить производительность системы на 20 процентов и при этом защищает внутренние каналы от мусора, пыли и осадков. Чаще всего агрегаты такого класса делаются из листов нержавейки, но возможны и другие варианты.

Перефразируя крылатую мысль из известного фильма, можно сказать, что вентиляция — дело тонкое, слишком уж много факторов влияют на устойчивую работу вытяжной трубы. Редко кому удается построить в доме вентиляцию с небольшой трубой, чтобы занимала минимум места на крыше и одновременно обладала высокой производительностью. С течением времени, по мере запыления и зарастания вентиляционных каналов, производительность и эффективность системы вентиляции ощутимо снижается, поэтому приходится устанавливать дефлектор на вентиляционную трубу. Лучшие модели способны увеличить производительность до 20% от исходного значения тяги.

Что представляет собой дефлектор

Сегодня цилиндрический, конусообразный или округлый корпус дефлектора можно увидеть на крышах частных домов. По сути, дефлектор представляет собой аэродинамическую насадку, предназначенную для создания дополнительного разряжения на срезе вентиляционной трубы. В результате увеличивается перепад давления над трубой и внутри помещения, увеличивается тяга и производительность вентиляционной системы.

Конструктивно любой дефлектор состоит из трех узлов:

• Корпуса с креплением, обеспечивающим надежную и прочную установку на срезе вентиляционной трубы;
• Системы захвата воздушного потока, состоящей из нескольких неподвижных аэродинамических профилей или вращающегося элемента, как в случае турбинных дефлекторов;
• Колпака или защитной крышки, закрывающей срез трубы от проникновения дождя, снега, любопытных птиц, насекомых, мышей и прочей живности.

К сведению! Замечательным свойством дефлектора является его абсолютная автономность. Устройство, обеспечивающее дополнительный прирост тяги почти на 10-20%, работает без внешних источников электрической или тепловой энергии.

Для работы вентиляционному дефлектору необходимо одно условие — постоянный, стабильный горизонтальный поток ветра, желательно одного направления. В условиях постоянного потока воздуха дефлекторная насадка позволяет уменьшить высоту вентиляционной трубы на крыше почти вдвое. В безветрие дефлектор практически не работает.

Усиление тяги благодаря сжатию дополнительного потока воздуха также используется в дымоходах и продувках, когда из помещения или камеры сгорания необходимо быстро удалить продукты сгорания, дым, гарь, копоть. Дефлектор помогает резко интенсифицировать горение. Например, в эпоху паровозов использовался импровизированный бустер: чтобы резко увеличить мощность паровой машины, пара из котла выбрасывалась через дымовую трубу наружу, что увеличивало интенсивность горения и мощность двигателя чуть ли не на 70%.

Конструкция и принцип работы дефлектора вентиляционной трубы

Устройство и принцип работы дефлекторного усилителя основаны на хорошо известном физическом явлении падения статического давления в потоке воздуха или воды. Упрощенное устройство и схема работы дефлектора приведены на чертеже и рисунке.

Основу конструкции составляет упрощенный аэродинамический профиль, как правило, это два вертикально расположенных конуса или гребня, направленных вершинами друг к другу. Поток воздуха, обтекая конусообразный или шаровидный профиль, сжимается и ускоряется под действием динамического напора, как минимум в два раза.

В результате давление воздуха на срезе вентиляционной трубы падает, что и обеспечивает увеличение производительности вентиляции. Конструкцию нельзя назвать абсолютно бесшумной. При проектировании размеров и характеристик дефлектора разработчики используют средние значения горизонтальных потоков воздуха. На практике скорость ветра может превышать 15 — 20 м/с, что приводит к возникновению воздушных колебаний в виде гула и высокочастотного свиста. Чтобы избежать зашумления дефлектора, наиболее современные модели изготавливаются в виде многочисленных секторов и спрямляющих решеток.

Дефлектор не стоит путать с вытяжным электровентилятором, устанавливаемым на срезе вентиляционной трубы, несмотря на то, что предназначение у обоих приборов одинаковое, конструкция, надежность, эффективность и принцип работы у них разные. При желании можно сделать простейший дефлектор вентиляционный своими руками по чертежам, приведенным ниже.

Наиболее распространенные модели вентиляционных дефлекторов

Дефлекторные усилители тяги широко используются в частном домостроении и в многоэтажных домах, как средство для повышения эффективности системы вентиляции. Сегодня наиболее известны несколько конструкций вентиляционных дефлекторов:

1. Модель дефлектора, разработанная ЦАГИ - центральным аэродинамическим институтом, она так и называется. Тяжелая, громоздкая, рассчитанная на большую высоту и огромные расходы воздуха;
2. Система Григоровича , изображенная на фото ниже. Одна из самых удачных схем дефлектора. Простая и эффективная конструкция, которую вполне по силам изготовить и установить на крыше своими руками;
3. Турбо дефлекторы вентиляционные , отличаются наличием спрямляющей куполообразной решетки, способной вращаться под действием воздушного потока и одновременно создавать разрежение внутри купола;
4. Парусные или флюгерные дефлекторы.

К сведению! Несмотря на внешние различия в конструкции, все дефлекторные системы работают по одному и тому же принципу инжекции потока.

Схема Григоровича отличается разительной простотой и высокой эффективностью. По сути, вентиляционный дефлектор построен в виде двух усеченных конусов, закрытых колпаком. Небольшой вес и прочность дефлектора позволяют устанавливать на относительно слабые вентиляционные и пластиковые вентиляционные трубы. Устройство нечувствительно к направлению воздушного потока, пульсациям и перетеканием ветра.

Дефлекторы по схеме Григоровича на сегодня занимают 80% рынка вентиляционных усилителей тяги для систем вентиляции частных домов.

Модели ДС показывают максимальную эффективность усиления тяги в вентиляционной трубе только на плоской крыше. Кроме того, наличие сетки нередко приводит к обмерзанию экрана, но обойтись без защиты невозможно, так как вентиляционные трубы нередко используются птицами и насекомыми для проникновения внутрь здания.

Система дефлекторов разработки ЦАГИ

Модели ЦАГИ является основными для большинства промышленных объектов. Конструктивно представляет собой двухуровневый колпак-дефлектор с нижним и верхним обтеканием корпуса потоком воздуха. Чтобы избавиться от резонирующего шума и свиста при сильном ветре, корпус вентиляционного дефлектора закрывают кольцевым экраном.

По заявлениям разработчиков, экран позволяет защитить корпус от образования наледи и снежной пробки.

ЦАГИ очень хотели сделать свой дефлектор на вентиляционную трубу высокоэффективным и надежным, но на практике получилось очень дорогое и громоздкое изделие, страдающее обледенением в зиму и быстро ржавеющее даже при небольшом количестве химически активных окислов серы, азота и фосфора.

ЦАГИ дефлектор не прижился нигде, кроме цехов промышленных производств. В частном секторе модель не прижилась, ее даже не пытались копировать, кроме того, для эффективной работы вентиляционную трубу с дефлектором необходимо поднимать на 1,2-1,5 м над коньком крыши.

Турбина как способ усиления тяги в вентиляционной трубе

В качестве примера одного из наиболее интересных способов усиления тяги можно привести турбинные схемы. Наиболее распространенная купольная турбина изображена на фото.

Конструкция состоит из более двух десятков лопаток из тонколистового металла, собранных в бутон. Наружная оболочка из лопаток крепится на консольно закрепленную ось вращения.

Дефлектор устанавливается только на вентиляционные трубы круглого сечения. Куполообразное размещение лопаток позволяет эффективно улавливать горизонтальные воздушные потоки 0,1-0,5 м/с горизонтального и вертикального направления, что делает турбину необычайно эффективной. Для работы купола достаточно слабого «термика» от нагретой на солнце крыши.

Еще одним преимуществом турбины является ее неприхотливость к выбору места установки. Как правило, купола устанавливают на вентиляционную трубу, на высоте 30-35 см над кровельным покрытием, что практически не оказывает никакого влияния на стропила и обрешетку.

Дефлекторы турбинной схемы нечувствительны к пылевым бурям и интенсивному выпадению конденсата. Во-первых, даже при небольшой скорости вращения выпавшая пленка влаги срывается и скапывает с острых краев лопаток. Даже если наружная оболочка будет по каким-то причинам заблокирована, вентиляционная система все равно будет работать, но с меньшей на 10-15% эффективностью.

Парусные и капюшонные модели

Очень необычными по внешнему виду являются флюгерные или капюшонные модели дефлекторов.

По сути, это единственная схема, в которой полноценно используется эффект Бернулли или эжекции. Принцип работы устройства основывается на способности флюгера разворачиваться в подветренную сторону. Набегающий поток воздуха создает в вентиляционной трубе разрежение на 15-20% выше, чем в системах Григоровича или в турбине.

Конструкцию оснащают своего рода капюшоном, выполняющим роль крыла флюгера и одновременно закрывающим выхлопное отверстие вентиляционной трубы от дождя и снега.

Для эффективной работы вентиляционную трубу с капюшонным дефлектором необходимо поднимать на самую верхушку конька, где нет отраженных потоков воздуха. Основным недостатком флюгерного варианта является высокая инерция, при резких порывах ветра зачастую флюгер не успевает развернуться по ветру, и часть отходящих газов загоняется динамическим давлением обратно в вентиляционную систему дома.

Как и у турбины, флюгерный эффект усиления тяги и работоспособность капюшонного дефлектора практически не зависит от конденсата, пыли и температуры воздуха.

Одной из разновидностей флюгерной схемы являются трубчатые дефлекторы. По сути, это двухсторонний воздушный диффузор - конфузор, который также проворачивается потоком воздуха по ветру. Коэффициент усиления тяги в вентиляционной трубе в таком устройстве выше, чем у схемы Гриневича, но ниже, чем у классической капюшонной конструкции.

Заключение

Кроме перечисленных систем усиления разряжения в вентиляционной трубе, существует достаточно много комбинаций и модификаций с двойными насадками, с перфорированными стенками, с пылеуловителями, напорными трубами и клапанами обратной тяги. Но все они, так или иначе, обладают меньшей эффективностью и более сложным устройством, что неминуемо сказывается на устойчивости работы конструкции.

Нами была разработана конструкция ветрогенератора с вертикальной осью вращения. Ниже, представлено подробное руководство по его изготовлению, внимательно прочтя которое, вы сможете сделать вертикальный ветрогенератор сами.

Ветрогенератор получился вполне надежный, с низкой стоимостью обслуживания, недорогой и простой в изготовлении. Представленный ниже список деталей соблюдать не обязательно, вы можете внести какие-то свои коррективы, что-то улучшить, что-то использовать свое, т.к. не везде можно найти именно то, что в списке. Мы постарались использовать недорогие и качественные детали.

Используемые материалы и оборудование:

Наименование	Кол-во	Примечание
Список используемых деталей и материалов для ротора:
Предварительно вырезанный лист металла	1	Вырезан из стали толщиной 1/4" при помощи гидроабразивной, лазерной и др. резке
Ступица от авто (Хаб)	1	Должна содержать 4 отверстия, диаметр около 4 дюймов
2" x 1" x 1/2" неодимовый магнит	26	Очень хрупкие, лучше заказать дополнительно
1/2"-13tpi x 3" шпилька	1	TPI - кол-во витков резьбы на дюйм
1/2" гайка	16
1/2" шайба	16
1/2" гровер	16
1/2".-13tpi колпачковая гайка	16
1" шайба	4	Для того, чтобы выдержать зазор между роторами
Список используемых деталей и материалов для турбины:
3" x 60" Оцинкованная труба	6
ABS пластик 3/8" (1.2x1.2м)	1
Магниты для балансировки	Если нужны	Если лопасти не сбалансированы, то магниты прикрепляются для балансировки
1/4" винт	48
1/4" шайба	48
1/4" гровер	48
1/4" гайка	48
2" x 5/8" уголки	24
1" уголки	12 (опционально)	В случае, если лопасти не держат форму, то можно добавить доп. уголки
винты, гайки, шайбы и гроверы для 1" уголка	12 (опционально)
Список используемых деталей и материалов для статора:
Эпоксидка с затвердителем	2 л
1/4" винт нерж.	3
1/4" шайба нерж.	3
1/4" гайка нерж.	3
1/4" кольцевой наконечник	3	Для эл. соединения
1/2"-13tpi x 3" шпилька нерж.	1	Нерж. сталь не является ферромагнетиком, поэтому не будет "тормозить" ротор
1/2" гайка	6
Стеклоткань	Если нужна
0.51мм эмал. провод		24AWG
Список используемых деталей и материалов для монтажа:
1/4" x 3/4" болт	6
1-1/4" фланец трубы	1
1-1/4" оцинк. труба L-18"	1
Инструменты и оборудование:
1/2"-13tpi x 36" шпилька	2	Используется для поддомкрачивания
1/2" болт	8
Анемометр	Если нужен
1" лист алюминия	1	Для изготовления проставок, если понадобятся
Зеленая краска	1	Для покраски держателей пластика. Цвет не принципиален
Голубая краска бал.	1	Для покраски ротора и др. частей. Цвет не принципиален
Мультиметр	1
Паяльник и припой	1
Дрель	1
Ножовка	1
Керн	1
Маска	1
Защитные очки	1
Перчатки	1

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения не настолько эффективны, как их горизонтальные собратья, однако вертикальные ветрогенераторы менее требовательны к месту их установки.

Изготовление турбины

1. Соединяющий элемент - предназначен для соединения ротора к лопастям ветрогенератора.
2. Схема расположения лопастей - два встречных равносторонних треугольника. По данному чертежу потом легче будет расположить уголки крепления лопастей.

Если не уверены в чем то, шаблоны из картона помогут избежать ошибок и дальнейших переделываний.

Последовательность действий изготовления турбины:

1. Изготовление нижней и верхней опор (оснований) лопастей. Разметьте и при помощи лобзика вырежьте из ABS пластика окружность. Затем обведите ее и вырежьте вторую опору. Должны получиться две абсолютно одинаковые окружности.
2. В центре одной опоры вырежьте отверстие диаметром 30 см. Это будет верхняя опора лопастей.
3. Возьмите хаб (ступица от авто) и разметьте и просверлите четыре отверстия на нижней опоре для крепления хаба.
4. Сделайте шаблон расположения лопастей (рис. выше) и разметьте на нижней опоре места крепления уголков, которые будут соединять опору и лопасти.
5. Сложите лопасти в стопку, прочно свяжите их и обрежьте до требуемой длины. В данной конструкции лопасти длиной 116 см. Чем длинее лопасти, тем больше энергии ветра они получают, но обратной стороной является нестабильность в сильный ветер.
6. Разметьте лопасти для крепления уголков. Накерните, а затем просверлите отверстия в них.
7. Используя шаблон расположения лопастей, который представлен на рисунке выше, прикрепите лопасти к опоре при помощи уголков.

Изготовление ротора

Последовательность действий по изготовлению ротора:

1. Положите два основания ротора друг на друга, совместите отверстия и напильником или маркером сделайте небольшую метку по бокам. В дальнейшем, это поможет правильно сориентировать их относительно друг-друга.
2. Сделайте два бумажных шаблона расположения магнитов и приклейте их на основания.
3. Промаркируйте полярность всех магнитов при помощи маркера. В качестве "тестера полярности" можно использовать небольшой магнит, обмотанный тряпкой или изолентой. Проводя его над большим магнитом, будет хорошо видно, отталкивается он или притягивается.
4. Приготовьте эпоксидную смолу (добавив в нее отвердитель). И равномерно нанесите ее снизу магнита.
5. Очень аккуратно поднесите магнит к краю основания ротора и переместите его к своей позиции. Если магнит устанавливать сверху ротора, то большая мощность магнита может его резко примагнитить и он может поломаться. И никогда не суйте свои пальцы и другие части тела между двумя магнитами или магнитом и железом. Неодимовые магниты очень мощные!
6. Продолжайте приклеивать магниты к ротору (не забудьте смазывать эпоксидкой), чередую их полюса. Если магниты сьезжают под действием магнитной силы, то воспользуйтесь куском дерева, располагая его между ними для страховки.
7. После того, как один ротор закончили, переходите к второму. Используя ранее поставленную метку, расположите магниты точно напротив первого ротора, но в другой полярности.
8. Положите роторы подальше друг от друга (чтобы они не примагнитились, иначе потом не отдерете).

Изготовление статора очень трудоемкий процесс. Можно конечно купить готовый статор (попробуй еще найти их у нас) или генератор, но не факт, что они подойдут для конкретного ветряка со своими индивидуальными характеристиками

Статор ветрогенератора - электрический компонент, состоящий из 9-ти катушек. Катушка статора изображена на фото выше. Катушки разделены на 3 группы, по 3 катушки в каждой группе. Каждая катушка намотана проводом 24AWG (0.51мм) и содержит в себе 320 витков. Большее количество витков, но более тонким проводом даст более высокое напряжение, но меньший ток. Поэтому, параметры катушек могут быть изменены, в зависимости от того, какое напряжение вам требуется на выходе ветрогенератора. Нижеследующая таблица поможет вам определиться:
320 витков, 0.51 мм (24AWG) = 100В @ 120 об/мин.
160 витков, 0.0508 мм (16AWG) = 48В @ 140 об/мин.
60 витков, 0.0571 мм (15AWG) = 24В @ 120 об/мин.

Вручную наматывать катушки - это скучное и трудное занятие. Поэтому, чтобы облегчить процесс намотки я бы вам посоветовал сделать простое приспособление - намоточный станок. Тем более, что конструкция его достаточно проста и сделать его можно из подручных материалов.

Витки всех катушек должны быть намотаны одинаково, в одном и том же направлении и обращайте внимание или отмечайте, где начало, а где конец катушки. Для предотвращения разматывания катушек, они обмотаны изолентой и промазаны эпоксидкой.

Приспособа сделана из двух кусков фанеры, изогнутой шпильки, куска ПВХ-трубы и гвоздей. Перед тем, как изогнуть шпильку, нагрейте ее горелкой.

Небольшой кусок трубы между дощечками обеспечивает заданную толщину, а четыря гвоздя обеспечивают необходимые размеры катушек.

Вы можете придумать свою конструкцию намоточного станка, а может у вас уже имеется готовый.
После того, как все катушки намотаны их необходимо проверить на идентичность друг к другу. Это можно сделать при помощи весов, а также нужно померить сопротивления катушек мультиметром.

Не подключайте домашних потребителей напрямую от ветрогенератора! Также соблюдайте меры безопасности при обращении с электричеством!

Процесс соединения катушек:

1. Зачистите шкуркой концы выводов каждой катушки.
2. Соедините катушки, как показано на рисунке выше. Должно получиться 3 группы, по 3 катушки в каждой группе. При такой схеме соединений получится трехфазный переменный ток. Концы катушек припаяйте, либо воспользуйтесь зажимами.
3. Выберите одну из следующих конфигураций:
   А. Конфигурация "звезда ". Для того, чтобы получить большое напряжение на выходе, соедините выводы X,Y и Z между собой.
   B. Конфигурация "треугольник". Для того, чтобы получить большой ток, соедините X с B, Y с C, Z с A.
   C. Для того, чтобы в будущем сделать возможность изменять конфигурацию, нарастите все шесть проводников и выведите их наружу.
4. На большом листе бумаге нарисуйте схему расположения и подключения катушек. Все катушки должны быть равномерно распределены и соответствовать расположению магнитов ротора.
5. Прикрепите катушки при помощи скотча к бумаге. Приготовьте эпоксидную смолу с отвердителем для заливки статора.
6. Для нанесения эпоксидки на стеклоткань используйте малярную кисть. Если необходимо, то добавьте небольшие кусочки стеклоткани. Центр катушек не заполняйте, чтобы обеспечить их достаточное охлаждение при работе. Постарайтесь избегать образования пузырьков. Целью данной операции является закрепление катушек на своих местах и придание плоской формы статору, который будет располагаться между двумя роторами. Статор не будет нагруженным узлом и не будет вращаться.

Для того, чтобы стало более понятно, рассмотрим весь процесс в картинках:

Готовые катушки помещаются на вощеную бумагу с начерченной схемой расположения. Три небольших круга по углам на фото выше - места отверстий для крепления кронштейна статора. Кольцо в центре предотвращает попадание эпоксидки в центральную окружность.

Катушки закреплены на своих местах. Стеклоткань, небольшими кусочками помещается вокруг катушек. Выводы катушек можно вывести внутрь или наружу статора. Не забудьте оставить достаточный запас длины выводов. Обязательно еще раз проверьте все соединения и прозвоните мультиметром.

Статор практически готов. Отверстия для крепления кронштейна, сверлятся в статоре. При сверлении отверстий смотрите не попадите в выводы катушек. После завершения операции, обрежьте лишнюю стеклоткань и если необходимо, шкуркой зачистите поверхность статора.

Кронштейн статора

Труба для крепления оси хаба была обрезана под нужный размер. В ней были просверлены отверстия и нарезана резьба. В дальнейшем в них будут вкручены болты, которые будут удерживать ось.

На рисунке выше показан кронштейн, к которому будет крепиться статор, находящийся между двумя роторами.

На фото выше показана шпилька с гайками и втулкой. Четыре таких шпильки обеспечивают необходимый зазор между роторами. Вместо втулки можно использовать гайки большего размера, либо самому вырезать шайбы из алюминия.

Генератор. Окончательная сборка

Небольшое уточнение: малый воздушный зазор между связкой ротор-статор-ротор (который задается шпилькой с втулкой), обеспечивает более высокую отдаваемую мощность, но возрастает риск повреждения статора или ротора при перекосе оси, который может возникнуть при сильном ветре.

На левом рисунке ниже, показан ротор с 4-мя шпильками для обеспечения зазора и двумя алюминиевыми пластинами (которые в дальнейшем будут убраны).
На правом рисунке показан собранный и покрашенный в зеленый цвет статор, установленный на место.

Процесс сборки:
1. В плите верхнего ротора просверлите 4 отверстия и нарежьте в них резьбу для шпильки. Это необходимо для плавного опускания ротора на свое место. Уприте 4 шпильки в алюминиевые пластины приклеенные ранее и установите на шпильки верхний ротор.
Роторы будут притягиваться друг к другу с очень большой силой, поэтому и нужно такое приспособление. Сразу выровняйте роторы относительно друг-друга по поставленным ранее метках на торцах.
2-4. Поочередно вращая ключом шпильки, равномерно опускайте ротор.
5. После того, как ротор уперся в втулку (обеспечивающая зазор), выкрутите шпильки и уберите алюминиевые пластины.
6. Установите хаб (ступицу) и прикрутите его.

Генератор готов!

После установки шпилек (1) и фланца (2) ваш генератор должен выглядеть приблизительно так (см. рис. выше)

Болты из нержавейки служат для обеспечения электрического контакта. На провода удобно использовать кольцевые наконечники.

Колпачковые гайки и шайбы служат для крепления соедин. платы и опоры лопастей к генератору. Итак, ветрогенератор полностью собран и готов к тестам.

Для начала, лучше всего рукой раскручивать ветряк и измерять параметры. Если все три выходные клеммы закоротить между собой, то ветряк должен вращаться очень туго. Это может быть использовано для остановки ветрогенератора для сервисного обслуживания или в целях безопасности.

Ветрогенератор можно использовать не только для обеспечения дома электричеством. К примеру данный экземпляр, сделан так, чтобы статор вырабатывал большое напряжение, которое затем используется для нагрева.
Рассматриваемый выше генератор выдает 3-х фазное напряжение с различной частотой (зависит от силы ветра), а к примеру в России используется однофазная сеть 220-230В, с фиксированной частотой сети 50 Гц. Это отнюдь не означает, что данный генератор не подойдет для питания бытовых приборов. Переменный ток с данного генератора может быть преобразован в постоянный ток, с фиксированным напряжением. А постоянный ток уже может использоваться для питания светильников, нагрева воды, заряда аккумуляторов, а может быть поставлен преобразователь для преобразования постоянного тока в переменный. Но это уже выходит за рамки данной статьи.

На рисунке выше простая схема мостового выпрямителя, состоящего из 6-ти диодов. Он преобразовывает переменный ток в постоянный.

Место установки ветрогенератора

Ветрогенератор, описываемый здесь, установлен на 4-х метровой опоре на краю горы. Трубный фланец, который установлен снизу генератора обеспечивает легкую и быструю установку ветрогенератора - достаточно прикрутить 4 болта. Хотя для надежности, лучше приварить.

Обычно, горизонтальные ветрогенераторы "любят" когда ветер дует с одного направления, в отличии от вертикальных ветряков, где за счет флюгера, они могут поворачиваться и им не важно направление ветра. Т.к. данный ветряк установлен на берегу скалы, то ветер там создает турбулентные потоки с разных направлений, что не очень эффективно для данной конструкции.

Другим фактором, который необходимо учитывать при подборе места размещения, является сила ветра. Архив данных по силе ветра для вашей местности можно найти в интернете, правда это будет очень приблизительно, т.к. все зависит от конкретного места.
Также, в выборе месторасположения установки ветрогенератора поможет анемометр (прибор для измерения силы ветра).

Немного о механике ветрогенератора

Как известно, ветер возникает из-за разности температур поверхности земли. Когда ветер вращает турбины ветрогенератора, он создает три силы: подьемную, торможения и импульсную. Подьемная сила обычно возникает над выпуклой поверхностью и является следствием разности давлений. Сила торможения ветра возникает за лопастями ветрогенератора, она является нежелательной и тормозит ветряк. Импульсная сила возникает из-за изогнутой формы лопастей. Когда молекулы воздуха толкают лопасти сзади, то им некуда потом деваться и они собираются позади них. В результате, они толкают лопасти в направлении ветра. Чем больше подьемная и импульсная силы и меньше сила торможения, тем быстрее лопасти будет вращаться. Соответственно вращается ротор, который создает магнитное поле на статоре. В результате чего вырабатывается электрическая энергия.

Скачать схему расположения магнитов.