środa, 14 stycznia 2009

DYLEMAT: "pralkowiec" czy "amerykanka"?

Budowę prądnicy do elektrowni wiatrowej poprzedza konieczność wyboru miedzy dwoma zasadniczymi rozwiązaniami:

- albo- prądnica tzw. pralkowiec - przerobiony silnik od pralki, lub silnik podobnego typu (zrobić
lub kupić),
- albo - prądnica tzw. amerykanka (zrobić).

Bez wdawania się w dłuższe rozważania proponuję zupełnie zrezygnować z samochodowych alternatorów, prądnic samochodowych, motocyklowych i innych tego typu prądnic wymagających b. dużych obrotów.

W związku z powyższym, jak wybierać?
Wydaje się, że najistotniejsze parametry porównawcze to:
1. Koszt.
2. Tzw. wolnobieżność (eliminuje "energożerne" i zawodne przekładnie).
3. Ciężar (odbija się to zasadniczo na łatwości montażu i konstrukcji masztu).
4. Zwartość konstrukcji.
5. Trwałość - niezawodność.
6. Estetyka.
Może zastanawiać brak wśród powyższych kryteriów sprawności energetycznej, ale parametr ten pominąłem celowo, ponieważ zakładam, że cała moc ze śmigła przekształca się w energię elektryczną - oczywiście pominąwszy straty (na łożyskach, prądach wirowych i oporności uzwojeń) objawiające się grzaniem urządzenia. Przyjmijmy zatem - krakowskim targiem - sprawność energetyczna powyższych rozwiązań jest porównywalna - z lekkim wskazaniem na "amerykankę" ponieważ odpadają w tym przypadku prądy wirowe wzbudzane w blachach stojana i konieczność pokonywania tzw. zaskoków.

Załóżmy następujące parametry oczekiwane od jednej i drugiej prądnicy:
1. Moc - 1 kW.
2. Obroty - 300 obr./min.

Ad. "pralkowiec" - mamy skrajne opinie prezentowane na forach dyskusyjnych na temat wydajności tego typu prądnicy, np. po przerobieniu 45. watowego silnika z pralki (na zdjęciu wyżej) niektórzy amatorzy - konstruktorzy "otrzymują" moc rzędu 10 kW (!!!) - komentarz zbyteczny.
W mojej ocenie oparłem się na danych technicznych tego typu prądnic wykonywanych profesjonalnie, powiedzmy sobie też szczerze: na pewno lekko zawyżonych. Oznacza to, że na początek amatorskie konstrukcje "pralkowców" dostają "fory", ponieważ jest "oczywistą oczywistością", że przerobiony w warunkach amatorskich silnik - jedynie słusznej, bo jeszcze socjalistycznej - "Frani" nie uzyska parametrów prądnicy o porównywalnej wielkości wykonanej profesjonalnie.

Po analizie dostępnych danych dwóch firm produkujących prądnice (nie wymieniam, by nie reklamować) można przyjąć, że prądnica spełniająca kryterium 1kWprzy 300 obr./min ma następujące parametry:
- cena netto - około 3 000 zł ,
- ciężar - około 60 kg.
Trudno znaleźć profesjonalną prądnicę 1kW/300 obr. Są na 1,5 kW ale przy 1500 obrotach i ważą około 20 kg. oraz prądnice 2 kW przy około 400 obrotach, ale te ważą już około 60 kg.Dla porównania można by przyjąć powyższą prądnicę 2 kW i "zejść na niej z obrotami" na 300 obr./min, co da moc około 1 kW.

Wniosek - prądnice typu "pralkowiec" (ale w profesjonalnym wykonaniu!) osiągają 1kW przy 300 obr./min. z 60 kg wagi.

Przekładając powyższe dane na konstrukcje amatorskich "pralkowców" można śmiało założyć, że uzyskanie powyższych osiągnięć na kilku - kilkunastokilogramowym silniku pralki jest nie możliwe.
Nie do pominięcia są też względy wytrzymałościowo - konstrukcyjne, gdzie miniaturowe łożyska i oś rotora "pralkowca" zdecydowanie nie dorównują wytrzymałością samochodowej piaście stosowanej w "amerykance".
W tym miejscu chciałbym zwrócić uwagę: jeżeli robimy elektrownię wiatrową (podobnie jak inne konstrukcje), róbmy to porządnie, nawet z przesadną troską o niezawodność i wytrzymałość. Konieczność częstych remontów (np. wymiany łożysk w "pralkowcu") skutecznie ostudzi nasz zapał do tego typu konstrukcji. Podchodząc poważnie do zamiaru "poważnego" wykorzystania "pralkowca" nie obędzie się bez konieczności wymiany osi wirnika, łożysk i, co za tym idzie, pokryw prądnicy na znacznie większe - wytrzymalsze. Alternatywą jest zastosowanie przekładni, ale to już inna, i niekoniecznie korzystna, bajka. Moc "pralkowca" można zwiększyć składając stojan z kilku silników - wiąże się to jednak z koniecznością wykonania nowego rotora.
Za "pralkowcem" przemawiają walory estetyczne, stosunkowo niskie koszty wykonania (z kupowaniem jest inaczej!) i dostępność materiału (starych silników).



Ad. "amerykanka" -

Z mojego doświadczenia, a także z doświadczeń prezentowanych na stronach amerykańskich - "amerykanki" są tam szczególnie preferowane w amatorskich rozwiązaniach - wynika, że parametr 1kW przy 300 obr./min. można "wycisnąć" z prądnicy o około 300 - 350 mm tarczach (moja tego typu "amerykanka waży około 20 kg, całość obracająca się na maszcie około 35 kg).

Kolejna zaleta, to praktyczna niezniszczalność wynikająca z wytrzymałości samochodowej piasty. Element który może ulec zniszczeniu, to - w warunkach nieodpowiedniego zabezpieczenia na huraganowe wypadki - stator, po prostu może się spalić. Warunki chłodzenia uzwojeń "amerykanki" są b. trudne, żywica działa jak izolator cieplny i do tego jest mało wytrzymała na temperatury powyżej 80 - 100 stopni C - tu należy b. uważać!
Co szczególnie przekonuje mnie do "amerykanki", to brak tzw. zaskoków wynikający z braku ferromagnetycznego stojana - pozwala to na rozruch przy najmniejszym podmuchu wiatru.

Wniosek - prądnice typu "amerykanka" (w amatorskim wykonaniu!) osiągają 1kW przy 300 - 400 obr./min. z około 20 kg wagi.

Reasumując:

Trochę zaskakujące kryterium porównawcze kW/kg, ale wydaje się, że istotne, realne i wiele mówiące. Pytanie: dlaczego firmy profesjonalne nie stawiają na konstrukcje typu "amerykanka"? Po pierwsze - firmy nie produkują prądnic o tak niskich mocach dla tak niskich obrotów (około 1 KW/300 obr./min.), natomiast "amerykanka" o mocy około 10 kW musiałaby mieć rozmiar tarcz (przypuszczam) 1 m lub więcej.
Po drugie - co również z powyższego wynika, że w miarę wzrostu oczekiwanej mocy szala racjonalności przesuwa się w stronę prądnic klasycznych.

Na poziomie, o którym mówimy (kilkaset Watt przy 150 - 300 obr./min. i wiatrakach o średnicy 1 - 3 m) racjonalnym wyjściem jest -wg. mnie- AMERYKANKA.

W wypadku konieczności uzyskania mocy rzędu kilku - kilkanastu kW "poszedłbym" w prądnicę klasyczną (oczywiście nie na bazie silnika z pralki!).

Z powyższych rozważań nasuwa się następujący pogląd na temat


JAKA PRĄDNICA DO JAKIEGO WIATRAKA

1. Moc do 1 - 1,5 kW - śmigło do 4 m - prądnica "amerykanka" (ewentualnie przerobiony silnik z pralki).

2. Moc 1,5 do 5-7 kW - śmigło do 10 m - wolnoobrotowa prądnica klasyczna (ewentualnie przerobiony silnik elektryczny podobnej - 1,5 - 7 kW - mocy).

3. Moc powyżej 5-7 kW - śmigło powyżej 10 m - prądnica klasyczna, dużej mocy z
przekładnią.




5 komentarzy:

  1. Odpowiedzi
    1. Fajnie! Jakie rezultaty, mógłbyś opisać?

      Usuń
  2. A person essentially help to make severely articles I'd state. This is the very first time I frequented your web page and up to now? I amazed with the research you made to make this particular post incredible. Excellent task!
    Feel free to visit my homepage : baby strollers

    OdpowiedzUsuń
  3. witam
    mam krotkie pytanie, czy jesli zewre doslownie wyjscie amerykanki i zaczne ja delikatnie obracac to wtedy bedzie efekt skoków?

    Czarek

    OdpowiedzUsuń
  4. Oczywista oczywistość - będą zaskoki!

    OdpowiedzUsuń