Tani, doświadczalny wiatrak o niedużej mocy.

Uproszczony wiatrak zrobisz w jeden dzień. Wiatrak ten nie będzie obracał się na maszcie (będzie wymagał ręcznego nastawiania na wiatr), ale wystarczy do wstępnych doświadczeń, a przy silniejszych wiatrach nawet będzie pompować wodę. Koszt nie powinien przekroczyć 100 zł.

Potrzebujesz:

• Kawałka grubszej rury na maszt. Możesz też maszt wykonać z drewna, ale samą jego końcówkę, do której będziesz mocować wiatrak, najlepiej zrobić z rury stosowanej do ogrodzeń: fi=50-70 mm, długości 1-2 metry.
• Kawałka cienkiej rury hydraulicznej do wykonania wału z łożyskami.
• Dwóch najtańszych łożysk do osadzenia osi silnika w rurze hydraulicznej.
• Osi w postaci pręta gwintowanego, kilku nakrętek i podkładek.
• Sklejki wodoodpornej o grubości powyżej 10 mm do montażu silnika.
• Rury kanalizacyjnej o długości 1-1.2 m do wycięcia 2, 3 lub 4 piór śmigła.
• Ewnentualnego dalszego osprzętu w postaci przekładni czy kółek pasowych, gdy chcesz zmienić proporcje uzyskiwanych sił do szybkości ruchu.

Projektowanie i wykonanie śmigła.

• Na rurze kanalizacyjnej narysuj linie, po których przetniesz ją wzdłuż (piłką do metalu albo elektryczną kątówką) dokładnie na dwie połowy. Z każdej połówki rury uzyskasz dwa płaty, dzieląc je długą linią w proporcjach zbliżonych do 1/3 : 2/3 na jednym końcu i 2/3 : 1/3 na drugim.
• Proponuję wykorzystać dwa lub 3 płaty - większa ich liczba sprawia kłopot przy montażu. Moje śmigła składają się z dwóch lub trzech płatów o długości 1.2 metra każdy. Szerokość u nasady do szerokości na końcu pióra pozostaje w proporcji 2/3 : 1/3.

Piasta śmigła.

• Za pomocą elektrycznej wyrzynarki wytnij z grubej (10-20 mm), wodoodpornej sklejki koło o średnicy ok 25 cm.
• Starannie podziel okrąg na odpowiednią liczbę sektorów i rozrysuj miejsca na wkręty mocujące płaty ze sklejką. Zrób to nadzwyczaj dokładnie, bo będzie kłopot z "biciem" obracającego się śmigła.
• Na środku zrób dziurę o średnicy dokładnie równej średnicy posiadanego pręta - osi śmigła.
• Do mocowania płatów użyj solidnych śrub, koniecznie z podkładkami. Pióra wykonane z rury kanalizacyjnej są dość cieżkie, a sam się zdziwisz, jakie prędkości osiągnie takie śmigło.

Wał śmigła.

• Z kawałka rury hydraulicznej zrobisz wał śmigła. Prawdopodobnie Twoje łożyska nie będą pasowały do rury. Natnij więc rurę kątówką i ściśnij lub rozchyl nacięcia, dopasowując rurę do zewnętrznej średnicy łożysk.
• Wewnętrzne średnice łożysk muszą być zgodne ze średnicą pręta - osi śmigła. Ja zastosowałem pręt o średnicy 12 mm i tanie łożyska kulkowe o zewnętrznej średnicy 20 mm i wewnętrznej oczywiście 12 mm.
• Przed montażem wału możesz zabezpieczyć łożyska przed przesuwaniem się wzdłuż osi za pomocą par nakrętka - przeciwnakrętka.
• Ten dość niechlujny montaż jest wystarczająco wytrzymały dla śmigła z rury kanalizacyjnej. Podobny, ale mocniejszy system wykorzystamy też w silniku ze stali.

Montaż całości.

• Z kawałka grubej, wodoodpornej sklejki wytnij powierzchnię, którą przymocujesz do masztu nośnego i do której przytwierdzisz wał napędowy.
• Do montażu wykorzystaj U-ściągi, czyli tzw. cybanty o odpowiednim rozmiarze.
• W miejscu kontaktu nakrętek ze sklejką zawsze stosuj podkładki.
• Przed dokręceniem cybantów mocujących wał, które przy okazji dociskają rozcięte końce rury, sprawdź lekkość obracania się łożysk. Jeśli płaszczyzny łożysk nie są równoległe do siebie (jeśli łożyska są osadzone z jakimiś skosami), wyczujesz opory, które należy zlikwidować pobijając w ich zewnętrzne pierścienie za pomocą śrubokręta i młoteczka.
• Na fotografii obok do masztu dokręcono kawałek sklejki z drugim wałem, na którego osi znajduje się koło przekładniowe z popychaczem do pompy (tutaj niewidocznej). Zastosowano jakieś przypadkowe kółka z poliamidu (szukaj na Allegro) i pasek kupiony w sklepie motoryzacyjnym, uzyskując ok. 3-krotny zysk na momencie siły kosztem szybkości obrotowej.

Maszt.

• Montując coraz cięższe wiatraki musisz mieć na uwadze bardzo ważny szczegół. Śmigło ma moment pędu i jego oś musi być jak najbardziej stabilna.
• Oznacza to, że także maszt nie może się chwiać. Jeśli Twój maszt będzie wiotki jak gałązka, przy każdym jego drgnieniu na łożyska będzie przenoszona duża siła, która spowoduje ich obluzowanie i nawet wyrwanie z wału. O ile przy tym wiatraku może nie jest to bardzo groźne, to frunące ze świstem przez podwórko stalowe śmigło kiedyś zabije Ci żonę i dzieci.
• Zadowalający maszt testowy można zrobić z drewna. Należy przy tym przemyśleć wszystko tak, aby koniec łopaty śmigła nie zaczepił o maszt.
• Dobrze jest u szczytu masztu zamocować trwale rurę o większej średnicy, tak by właściwa rura z silnikiem wchodziła do jej środka. Będzie to dobre przygotowanie gruntu pod budowę maszyny obrotowej, która sama nastawia się na wiatr, bo może się obracać w osi pionowej i ma charakterystyczny ogon.

Osprzęt dodatkowy.

• Aby napędzać pompę, ruch obrotowy musi być zamieniony na posuwisto - zwrotny (nie mam żadnych doświadczeń z ewentualnymi pompami rotacyjnymi małej mocy).
• Na fotografii (z dorysowanym jednym popychaczem) widzimy przekazanie napędu posuwisto-zwrotnego przez środek masztu, do znajdującej sie gdzieś na dole pompy. Jedynie takie rozwiązanie umożliwia obracanie się silnika na wiatr (tutaj nie implementowane - silnik jest zablokowany widocznym klockiem, wbitym między rury masztu).
• Wszelkie popychacze powinny być wykonane z pręta gwintowanego fi=8mm. Wpisz w Allegro haslo "główka cięgła" lub "główka popychacza", aby zobaczyć, jak tanio i elegancko rozwiązać połączenie popychacza.
• Drugi wał jest tutaj zainstalowany, ale nie wykorzystany. Okazało się, że silnik dostarcza dość mocy do poruszania małej pompy bez przekładni. Niemniej, konstrukcja ta umożliwia szybkie zastosowanie przekładni i testowanie większych, ale wolniejszych pomp.

Zakończenie.

• Cechą szczególną silnika z rur kanalizacyjnych jest wypłaszczanie się piór śmigła wraz z odległością od osi. Musi tak być, bo pióro mogłoby się złamać na silnym wietrze.
• Śmigła takie mają małe momenty obrotowe, ale za to osiągają wielkie prędkości obrotowe.
• Śmigło stalowe ma inną konstrukcję - największe wygięcie piór jest daleko na obwodzie. Śmigło takie ma olbrzymi ciąg nawet przy słabym wietrze, ale wygięcie pióra uniemożliwia mu osiągnięcie dużej prędkości obrotowej. Śmigło stalowe jest przeznaczone do ciężkiej pracy przy słabym wietrze.
• Na tej fotografii ruch posuwisto-zwrotny jest przekazywany do wnętrza wału znów za pomocą charakterystycznej kołyski. Znajduje się tutaj też przekładnia pasowa, zwielokratniająca siłę kosztem szybkości ruchu.