10` diameter wind turbine metal work

Часть 1. Работы по металлу
1. Изготовление рамы
Рис. 1
Список материалов
-
стальная пластина 15" x 15"(381 мм x 381 мм), толщиной 1/4"(6,4мм) (кронштейн статора,
кронштейн хвоста, диск фиксации оси ветроколеса)
стальная труба ∅ 1"(25,4 мм), длиной 6'(1,8 м) (балка хвоста, ось хвоста)
стальная труба ∅ 1,25"(31,8 мм), длиной 9"(228,6 м) (стакан подшипника хвоста)
стальная труба ∅ 2"(50,8 мм), длиной 4"(101,6 мм) (труба для крепления генератора к стакану
опорного подшипника)
стальная труба ∅ 2,5"(63,5 мм), длиной 12"(304,8 мм) (стакан опорного подшипника)
стальная труба ∅ 3"(76,2 мм), длиной 3,625"(92 мм) (труба для фиксации оси ветроколеса и
кронштейна статора)
стальная полоса 1,25" x 1/4"(31,8 мм x 6,4 мм), длиной 5' 6"(1,65 м) (подкос хвостовой балки,
держатель лопаты хвоста)
Рис. 2
Все части, которые необходимы для изготовления рамы ветрогенератора, изображены на рис. 2.
1 - кронштейн статора. Фиксирует ось ветроколеса спереди и держит на себе статор. Вырезаем из
стального листа толщиной 1/4"(6,4 мм). На листе заготовки из одного центра рисуем две
окружности: ∅ 4"(101,6 мм) и ∅ 15"(381 мм). Из того же центра проводим три луча, угол
между которыми 120 градусов. Ширина лучей: 1,5"(38,1 мм) на окружности ∅ 15"(381 мм) и
2"(50,8 мм) на окружности ∅ 4"(101,6 мм). На пересечении оси каждого луча и окружности ∅
13,75"(349,3 мм), сверлим отверстия ∅ 1/2"(12,7 мм) (в них крепим болты, которые держат
статор). В отверстие ∅ 1,25"(31,8 мм), что в центре кронштейна, устанавливаем ось
ветроколеса. Можно вырезать окружность ∅ 4"(101,6 мм), а к нему приварить лучи заданных
размеров из полосы сечением не менее чем 1,25" x 1/4"(31,8 мм x 6,4 мм).
2 - крышка опорного подшипника. Стальной диск ∅ 2,5"(63,5 мм), толщиной 1/4"(6,4 мм),
отверстие в центре ∅ 3/4"(19,1 мм). Крышку привариваем к верху стакана опорного
подшипника, через отверстие в центре проходит кабель от генератора.
3 - ось ветроколеса. Обычная ось из трейлера на 1000 фунтов (450 кг) (Dexter 81-9A).
4 - труба для фиксации оси ветроколеса и кронштейна статора. Стальная труба ∅ 3"(76,2 мм),
длиной 3,625"(92 мм). Перпендикулярно оси трубы, в центре, сверлим отверстие ∅ 2,5"(63,5
мм). Отверстие сверлим на сверлильном станке с помощью цифенбора (биметаллической
коронки по металлу), рис. 3.
5 - диск для фиксации оси ветроколеса в задней части. Стальной диск ∅ 3"(76,2 мм), толщиной
1/4"(6,4 мм), отверстие в центре ∅ 1,25"(31,8 мм). В отверстии, что в центре диска, крепится ось
ветроколеса. Кронштейн статора фиксирует ось ветроколеса в передней части, диск фиксации –
в задней части.
6 - труба для крепления генератора к опорному подшипнику. Стальная труба ∅ 2"(50,8 мм),
длиной 4"(101,6 м). Один конец обрабатываем для приварки к трубе стакана опорного
подшипника, другой оставляем ровным и привариваем к трубе фиксации оси ветроколеса и
кронштейна статора, рис. 4.
7 - стакан опорного подшипника. Стальная труба ∅ 2,5"(63,5 мм), длиной 12"(304,8 мм).
8 - кронштейн хвоста. Размещается между опорным подшипником и подшипником хвоста.
Вырезаем из стального листа, толщиной 1/4"(6,35мм). Высота кронштейна 3,5"(88,9 мм),
ширина в нижней части 1"(25,4 мм), в верхней - 2,125"(54 мм).
9 - ось подшипника хвоста. Стальная труба ∅ 1,25"(31,8 мм), длиной 9"(228,6 мм).
Рис. 3
Чтобы немного увеличить расстояние между мачтой и лопастями, можно сместить отверстие в
трубе для фиксации оси ветроколеса и кронштейна статора немного назад от центра.
Рис. 4
Расстояние между центром опорного подшипника и трубой для фиксации оси ветроколеса и
кронштейна статора должно быть 3,25"(82,6 мм).
Вырезав все металлические детали, свариваем раму. Сначала изготовим ту часть рамы, которая
поддерживает генератор. Далее приварим кронштейн хвоста к оси подшипника хвоста и к стакану
опорного подшипника.
Рис. 5
Начнем сборку деталей: оси ветроколеса, кронштейна статора, трубы для фиксации оси ветроколеса
и кронштейна статора (с отверстием сбоку), диска для фиксации оси ветроколеса в задней части.
Рис. 6
В процессе сварки удобно фиксировать ось ветроколеса в токарном трехкулачковом патроне, можно
использовать тиски подходящего размера. Закрепим ось ветроколеса передней частью вниз и наденем
на него кронштейн статора, рис. 6. Ось ветроколеса должна выступать вперед от поверхности
кронштейна статора на 6,625"(168,3 мм). Кронштейн статора может быть не идеально плоским, но
всегда перпендикулярен к оси ветроколеса. Зафиксируем детали, прихватив сваркой ось ветроколеса к
кронштейну статора в 3 или 4 точках. Если детали не прихватим и сразу начнем сваривать, то их
покоробит из-за охлаждения шва.
Рис. 7
Приварим ось ветроколеса к кронштейну статора.
Рис. 8
Разместим и отцентрируем трубу для фиксации оси ветроколеса и кронштейна статора на
кронштейне статора. Высота оси ветроколеса должна быть такой же, как и труба. Труба для фиксации
оси ветроколеса и кронштейна статора имеет сбоку отверстие ∅ 2,5"(63,5 мм). Если отверстие
прорезано не по центру (более близко к одной стороне, чем к другой), то следует поставить трубу на
кронштейн статора таким образом, чтобы расстояние от отверстия до кронштейна статора было
больше, чем расстояние от отверстия к диску для фиксации оси ветроколеса. Если отверстие прорезано
по центру, то это не имеет значения. Размещение отверстия ∅ 2,5"(63,5 мм) относительно луча на
кронштейне статора не критично, но лучше всего, чтобы отверстие смотрело в другую сторону от
одного из лучей. Когда ветрогенератор собран, только один луч выступает из кронштейна статора в
сторону, точно указывая на опорный подшипник: это выглядит не только более изящно, но и делает
машину менее хрупкой при перевозке и никаким образом не сказывается на ее работоспособности. Не
следует сейчас сваривать трубу для фиксации оси ветроколеса и кронштейна статора с кронштейном
статора.
Рис. 9
Возьмем диск для фиксации оси ветроколеса в задней части и разместим внутри трубы для
фиксации оси ветроколеса и кронштейна статора. Он должен быть надет на заднюю часть оси
ветроколеса и внутри трубы таким образом, как на рис. 9. Для фиксации деталей в процессе сварки
удобно использовать магниты.
Рис. 10
Если все установлено правильно, прихватим детали сваркой друг к другу (трубу для фиксации оси
ветроколеса и кронштейна статора прихватим к кронштейну статора, диск для фиксации оси
ветроколеса в задней части прихватим к оси ветроколеса и к трубе для фиксации оси ветроколеса и
кронштейна статора).
Рис. 11
Все стыки хорошо обварим, рис. 11.
Рис. 12
Для более аккуратного вида, зачистим сварочные швы. Лучше это сделать сейчас, так как, приварив
детали к стакану опорного подшипника, потом будет невозможно добраться для зачистки к
некоторым участкам сварочного шва.
Рис. 13
Приварим законченную сборку оси ветроколеса и кронштейна статора к стакану опорного
подшипника. Нужно точно установить углы между деталями рамы и расстояние между опорным
подшипником и осью ветроколеса. Установим сваренную деталь оси ветроколеса и кронштейна
статора вертикально на подкладку толщиной 1/2"(12,7 мм) (подходит деревянная рейка, фанера,
стальная пластина и т.п.), осью ветроколеса вверх.
Рис. 14
Длина стакана опорного подшипника 12"(304,8 мм). Наметим середину на 6"(152,4 мм).
Рис. 15
Рис. 15 - рама ветрогенератора, вид снизу. Видно подкладку, толщиной 1/2"(12,7 мм) под сборкой
оси ветроколеса и кронштейна статора, которая немного выносит генератор вперед. Представим
вертикальную линию через центр опорного подшипника (труба ∅ 2,5"(63,5 мм), длиной 12"(304,8
мм)), параллельно оси ветроколеса. Расстояние между центром опорного подшипника и центром оси
ветроколеса 5"(127 мм). Другими словами, центр генератора должен быть в стороне от центра мачты
на расстоянии 5"(127 мм).
Рис. 16
Посмотрим на те же детали с другой стороны. Положим подкладку толщиной 3/4"(19,1 мм) под
верхнюю часть стакана опорного подшипника. При этом генератор отклониться назад примерно на 5
градусов, лопасти ветрогенератора тоже отклонятся назад, и будут иметь хороший безопасный зазор
между концами лопастей и мачтой.
Рис. 17
Прихватим все детали сваркой. Проверим, что установлены правильно все углы и расстояние между
осью ветроколеса и опорным подшипником. Если все соответствует, свариваем.
Рис. 18
Возьмем кронштейн хвоста и ось подшипника хвоста (части 8 и 9 на рис. 2). Обозначим середину
оси подшипника хвоста (4,5"(114,3 мм) от края). Установим кронштейн хвоста верхней частью
(шириной 2,125"(54 мм)) к отмеченной середине оси подшипника хвоста. Прихватим сваркой сверху и
снизу, затем с каждой стороны, рис. 18.
Рис. 19
Посмотрим на только что сваренную деталь сверху – она должна выглядеть как на рис. 19. Если все
установлено правильно, свариваем. Необходима сварка с хорошим проваром, потому что на этой
детали установлен тяжелый хвост.
Рис. 20
Сваренную ранее деталь ветрогенератора с опорным подшипником и кронштейном статора, зажмем
за ось ветроколеса в тиски под углом 45 градусов, рис. 20.
Рис. 21
Поместим кронштейн хвоста и ось подшипника хвоста сверху на стакан опорного подшипника
вертикально и прихватим сваркой. Проверяем еще раз, что все установлено правильно и свариваем.
Это наиболее важный сварочный шов в машине. При сильных ветрах, хвост ходит вокруг оси
подшипника хвоста, и этот сварочный шов воспринимает на себя все нагрузки. Необходима
высококачественная сварка с хорошим проваром, так как существует риск отрыва хвоста.
Рис. 22
Приварим крышку опорного подшипника к верху стакана опорного подшипника, рис. 22.
Рис. 23
Рама ветрогенератора, вид сверху.
Рис. 24
Рама ветрогенератора, вид сбоку.