Niebezpieczny wiatrak dużej mocy.

Tu kończą się żarty, drogi inżynierze...

• Śmigło tego wiatraka waży kilkadziesiąt kg i nawet nie zwolni obrotów, jeśli w szprychy wejdzie ręka. Jego ogon ma diabelne pchnięcie. Jeśli popełnisz błąd, którym prawdopodobnie będzie wlezienie na górę podczas wiatru, wiatrak coś Ci połamie.
• Do budowy przystąpiłem nigdy wcześniej nie pracując spawarką. Nigdy nie machnij ręką na słaby spaw - zawijaj rękawy i poprawiaj go aż do skutku. Wieżę spawaliśmy we trzech przez trzy dni.
• Koszt wszystkich materiałów nie powinien przekroczyć 500 zł. Stal kupuj w hurtowni, drobiazgi na Allegro. Nie zapomnij zajrzeć na każde, mijane złomowisko, schyl się po każdą rurkę.
• Dowiedz się, czy hurtownia potnie Ci stal, czy też zostawią Cię na placu z 12-to metrowymi odcinkami. Zmierz swoją przyczepkę. Wszystko zaplanuj.
• Oprócz wspomnianej spawarki, maski, rękawic, elektrod, potrzebujesz kątówki z tarczą do cięcia stali, wiertarki i garści wierteł, miarki, kredy do zaznaczania, ścisków. Przyda się stół i imadło. Nożyce do blachy. Potrzebujesz też kilku metrów równego terenu - być może będziesz musiał zrobić z desek coś w rodzaju stołu do montażu. Powinieneś kupić kilka puszek farby. Na koniec przydałby się przyjaciel do pomocy i być może skrzynka piwa.
• Nie jestem inżynierem. Nie potrafię policzyć wytrzymałości materiału i kierowałem się intuicją i radami znajomych ekspertów. Szukając oszczędności i nie będąc ekspertem raczej nie zaniżaj parametrów wytrzymałościowych konstrukcji.
• Czas pracy trzech lamerów - wakacyjny tydzień od świtu do nocy. Chociaż myślę, że już trochę wiedząc co i jak, poszłoby to znacznie szybciej ...

Potrzebujesz:

• Ok. 30 metrów kątownika hutniczego (a nie nieco tańszego, walcowanego z blachy) 40 mm. 4 główne odcinki mają po 5 metrów. Miałem apetyt na 6 metrów, ale niestety, przyczepka okazała się za krótka ...
• Ok. 10 metrów cieńszego kątownika na drabinkę i jakieś wsporniki.
• Ok. 12 metrów profilu zamkniętego o boku 10-15 mm. na szprychy śmigła i konstrukcję ogona.
• Arkusz blachy, o której parametrach opowiem przy konstrukcji śmigła.
• Dwóch odcinków dość grubych rur (fi ok. 70 mm) po 1-2 metry długości, średnicami możliwie dokładnie jedna pasująca w drugą. Z rur zrobisz osie pionowe, a także główny wał napędowy.
• Ze 3 metry jakiegoś pręta fi = 10...12 mm do wspawania między szprychy i może gdzieś jeszcze.
• Garści najtańszych łożysk o średnicy wewnętrznej prawdopodobnie 8 mm (jest to średnica użytych przeze mnie popychaczy) do konstrukcji przeniesienia napędu.
• Dwóch porządnych łożysk o średnicy wewnętrznej zgodnej z osią napędową (u mnie 20 mm) i zewnętrznej zbliżonej do wnętrza jednej z rur. Zrobisz z tego wał napędowy. Znów uśmiecha się Allegro, o ile nie chcesz zapłacić kilkadziesiąt złotych za sztukę ...
• Śrubek, nakrętek, podkładek do mocowania blach śmigła i ogona.
• Dwóch zawiasów do montażu ogona.
• Worka cementu do wylania mocowań konstrukcji do ziemi.

Projektowanie masztu.

• Na równej powierzchni przygotuj dwa główne elementy - wielkie, stalowe litery "A" z wieloma poprzeczkami ... Potem je połączysz w całą konstrukcję
• Boki i poprzeczki są kątownikami hutniczymi 40 mm.
• Boki mają długość 5 metrów. Dolny rozstaw wynosi 1.5 metra. Starannie rozrysuj i wymierz po 4 sztuki poprzeczek z tym, że na samej górze mamy nie poprzeczki, a coś w rodzaju półeczek dla mechanika.
• Od razu na stali rób znaki kredą. Poprzeczki tnij kątówką i starannie układaj, aby ubrany w maskę - przez to ślepy spawacz nie przyspawał Ci czegoś do góry nogami.
• U góry konstrukcji, tam gdzie schodzą się długie kątowniki, musisz uważać. Kątowniki powinny być tak ściągnięte poprzeczkami, aby ciasno dało się tam wsunąć odcinek cieńszej z rur (na który nasuniemy grubszą rurę silnika). Być może, aby uzyskać właściwe zejście się kątowników, trzeba będzie ściąć ich rogi. Zrób to starannie, bo będzie kłopot z wspawaniem odcinka rury. Szczegół ten widać na fotografii.
• Z cieńszego kątownika zaprojektuj i przygotuj odcinki na drabinkę. Pomyślałem sobie, że drabinka zacznie się gdzieś wysoko, by jakiś dzieciak nie wlazł mi na górę.
• Z tegoż kątownika zaprojektuj półeczkę na wysokości najwyższej poprzeczki. Jest to bardzo ważne dla serwisowalności konstrukcji. Półeczka powinna być tak wysoko, aby stojący na niej człowiek miał przed sobą silnik gdzieś na wysokości klatki piersiowej.

Montaż masztu.

• Maszt montujemy w dwóch etapach - najpierw spawamy dwa elementy przypominające litery "A" z wieloma poprzeczkami, które potem łączymy ze sobą za pomocą pozostałych poprzeczek.
• Nie powinno sie spawać na ziemi. Przyda się stary stół, o który oprzemy wierzchołek litery "A".
• Zaczynamy od wspawania dolnej poprzeczki, potem górnej. Góra ma byc tak ściągnięta poprzeczką, aby odcinek rury masztowej ciasno sie tam mieścił.
• Przed wspawaniem poprzeczek kontrolujemy na oko, czy główne kątowniki nie są rozpychane albo ściągane. Powinny być proste.
• Na początku będziesz strasznie smarkał żużlem. Bezlitośnie odbijaj i czyść takie spawy i nakładaj je na nowo. Jeśli słabo spawasz, spawaj po wszystkich krawędziach, nie poprzestawaj na pojedynczych smarknięciach.
• Zdarzyły się dwa warte uwagi incydenty. Podczas obijania żużlu młoteczkiem (jak na zdjęciu) do oka wpadł kawałek stali. Wyjmiesz go silnym magnesem neodymowym, ale pamietaj, że odbijanie jest bardziej niebezpieczne, niż spawanie. Drugi incydent to spostrzeżenie, że spawarka słabo działa na przedłużaczu. Stosuj jak najkrótsze kable!
• Drugi etap to zespolenie dwóch połówek masztu. Będzie potrzebny albo pomocnik, albo jakaś konstrukcja, która przez moment przytrzyma jeden zespół "A" nad drugim, tak abyś zdążył wspawać dwie najniższe poprzeczki. Zrób to porządnie, bo w podstawie wyjdzie Ci romb a nie kwadrat.
• Na zakończenie trudniejsza rzecz - wspawaj mniej więcej 1,5 metrowy kawałek cieńszej rury w wierzchołek. Zgodnie z tym co mówiłem, rura powinna ciasno wchodzić między kątowniki. Powinna mniej więcej połową wystawać ponad szczyt. Dolna jej część powinna być jakoś ładnie połączona z kątownikami - użyłem do tego czterech kawałków pręta fi=10 mm. Nieco szczegółów widać na fotografii.
• Na cienką rurę naspawaj kilkucentymetrowy pierścień grubszej. Będzie to ogranicznik dla nasuniętego na rurę od góry silnika. Dobrze byłoby kiedyś wrzucić tam tzw. łożysko oporowe, ale nigdy tego nie zrobiłem. Ruchy związane z poszukiwaniem wiatru są nieczęste i nie jestem specjalnie zainteresowany, by minimalizować tam tarcie kosztem kilkunastu złotych. Niemniej zadbaj, by pierścień oporowy i jego odpowiednik na silniku były przycięte równo, bez zadziorów, fal czy czego tam.

Projektowanie i wykonanie śmigła.

• Nie zaczynaj od tej pracy, bo jako nowicjusz w spawaniu zniszczysz dość delikatny profil zamknięty, wypalając w nim dziury!
• Śmigło musi być niezależnym elementem, możliwym do serwisowania na stojącej wieży, jak i łatwym do demontażu i zniesienia na dół. (Tak jak i sam silnik oraz ogon.)
• Szprychy śmigła wykonujemy z profilu zamkniętego d = 10 ...15 mm. Przygotowujemy 8 kawałków o długości 1 ... 1.5 metra i układamy na równym podłożu, starannie wymierzając poszczególne kąty.
• W samym środku koła wspawamy podkładki o otworze zgodnym ze średnicą osi. Ja zastosowałem średnicę 20 mm i wcale nie jest to zbyt dużo. W hipermarketach można bez trudu dostać pręt, nakrętki i podkładki, na Allegro znajdziemy łożyska o wewnętrznej średnicy 20 mm.
• Zanim przyspawasz drugą podkładkę po drugiej stronie śmigła, wiedz, że jeśli zrobisz to niestarannie, śmigło zawiśnie jakoś ukosem, bo jego oś nie będzie prostopadła do płaszczyzny śmigła. Jest to okropny błąd. Wstaw w nakrętki pionowy pręt (niech ktoś go przytrzyma) i spawaj, gdy jedna nakrętka jest dokładnie nad drugą
• Naspawaj też jeden (gdy większy) albo dwa (gdy nieduże) okręgi z pręta fi = 10 mm. Sama centralna podkładka nie ma szans utrzymać całego śmigła.
• Boliwijska szkoła EMAS twierdzi, że blachy należy przyspawać do szprych, ale wiedz, że jest to niełatwe, bo w blasze wypalają się dziury.
• W każdej szprysze wywierciłem 3 otworki i blachy mocuję na śrubki z dużymi podkładkami. Łatwiej, w dodatku pióra są wymienne.
• Według jakiegoś źródła zastosowałem blachę 0.8 mm i był to błąd. Jest droga, bardzo trudno pociąć ją ręcznymi nożycami, a samo śmigło robi się zbyt ciężkie (tzn. monter - byczek jak się patrzy - na maszcie ma fizyczne kłopoty z nasunięciem śmigła na oś). Przymierzam się do eksperymentu z tanią, pospolitą blachą ocynkowaną 0.6 mm i wydaje mi się, że możesz zaryzykować wydanie 60 zł na arkusz. W dodatku nie trzeba jej malować, a wirujące śmigło po całej okolicy będzie puszczać piękne zajączki.
• Na arkuszu blachy wykreśl trapezy łopat śmigła, minimalizując powierzchnię odpadków. Ja dałem trapezy 20 x 30 x 60 cm i po testach przy całkiem porządnych wiatrach mam ochotę je powiększyć.
• Znajdź sposób na wyprofilowanie blach. Ja giąłem je na brzegu stołu, pod listwą przykręconą ściskami stolarskimi. Giąłem po dwóch liniach, ale profile "miękkie" byłyby zapewne lepsze. Pamiętaj, że jest to śmigło na mały wiatr, samohamowne przy dużych porywach, zatem nie bój się dać dużych wygięć - szczególnie tam gdzie rodzi się ciąg, czyli na obwodzie. Sprawę tą dyskutowaliśmy przy budowie zupełnie innego śmigła z rur kanalizacyjnych, które jest płaskie na obwodzie, ale za to osiąga wielkie prędkości.
• Blachy mogą dość znacznie wystawać poza promienie szprych, łapiąc najcenniejszy, daleki wiatr - źródło wielkiego momentu obrotowego. Ile? Nie wiadomo. Tyle, żeby silny wiatr ich nie wygiął ... Są przykręcone a nie przyspawane, więc eksperymentuj, nie obawiając sie kosztów.

Oś śmigła.

• Jeśli masz możliwości, zamów wał u tokarza. Koszt ok. 500 zł.
• Spośród swoich rur wybierz 30 cm odcinek tej, której średnica wewnętrzna jest zbliżona do średnicy łożysk.
• Aby dopasować łożyska, natnij rurę w sposób opisany przy omawianiu wiatraka plastykowego.
• Włóż łożyska na wał, tutaj zrobiony z pręta fi = 20 mm. Zablokuj je zestawami nakrętka - przeciwnakrętka i zamknij w rurze za pomocą cybantów.
• Na fotografii w poprzedniej ramce (żółty silnik) zauważ inne, lepsze rozwiązanie: do nacięć rury pewien docent dospawał uszy i ściągnął je śrubą z nakrętką. Jeśli wyspawałeś maszt, z pewnością poradzisz sobie z takim drobiazgiem.
• Zauważ zaokrąglone powierzchnie zewnętrzne łożysk - to tzw. łożyska samonastawne. Ich cechą jest to, że same znajdują sobie najwłaściwsze miejsce wewnątrz rury.
• Wał jest niezwykle ważną częścią maszyny. Cierpnie skóra na myśl, co by było, gdyby się rozleciał ...

Silnik.

• Zamocuj jakoś pionową rurę, którą będziesz nasuwać na rurę wspawaną w szczyt masztu. Będzie to oś pionowa maszyny, wokół której wiatrak będzie się obracać szukając wiatru. Montażu silnika dokonasz na tej rurze.
• Rura wału musi być przymocowana do pionowej osi niecentralnie, tak aby zbyt silny powiew odgiął maszynę z kierunku na wiatr. Do mocowania użyj dwóch odcinków rurki hydraulicznej. Zanim zaczniesz spawać, długo pasuj, fazuj końce, mierz i kontroluj. Pamiętaj, że płaszczyzna śmigła - jeśli już nie jest pionowa - niech zadziera lekko do góry. Unikaj celowania wałem w ziemię, bo końce śmigła zaczepią o maszt!
• Koniec wału zablokujesz dwoma przeciwnakrętkami, mocno sciągniętymi solidnymi kluczami nr 30 (jeśli wał fi = 20 mm). Do zewnętrznej nakrętki (tej najbardziej z tyłu) dospawaj jakieś 8 cm profilu zamkniętego, z którego robiłeś szprychy śmigła. Będzie to mimośród, popychający tłok pompy. Zrób w nim ze 2 otwory 8 mm, które posłużą do zamocowania popychacza bliżej albo dalej od osi silnika (czyli z mniejszym albo większym skokiem). To będzie regulacja pompy.
• Posuwisto - zwrotny ruch popychacza trzeba jakoś skierować do wnętrza rury - osi pionowej silnika. To sposób na to, aby popychacz tłoka pompy nie ukręcił się, gdy wiatrak zacznie szukać wiatru i okręcać się wokół osi pionowej.
• Zastosujemy to samo rozwiązanie, co przy wiatraku #1 - wysoko umieścimy kołyskę, która odpowiednio przeniesie ruch do wnętrza osi obrotu.
• Do pionowej osi obrotu przyspawaj odcinek profilu zamkniętego o długości ok. 80 cm. Będzie to wspornik kołyski.
• Do drugiego końca kołyski przymocujesz główny popychacz pompy. Będzie on pracował wewnątrz pionowej rury, zatem cała kołyska musi być obliczona tak, aby aby jej koniec wypadał nad otworem osi pionowej.
• Jak zrobić przeguby wszystkich popychaczy? Rozwiązań jest pewnie wiele, ale skoro już potrafimy spawać, proponuję uciąć "plasterek" rurki hydraulicznej, rozciąć go i w środek wcisnąć jakieś tanie łożysko o otworze wewnętrznym np. 8 mm (wszystkie popychacze proponuję robić z prętów fi = 8 mm). Takie plasterki z łożyskami należy przyspawać na końcach popychaczy i przeguby gotowe
• Przegub między wspornikiem kołyski a kołyską musi działać szczególnie - jak kolano, czyli bez ruchów na boki. Plasterek rurki hydraulicznej jest tam gruby, a na jego końcach są 2 łozyska (jest to jakby znany nam już, malutki wał napędowy z dwoma łożyskami. Kołyska może robić ruchy tylko w jednej płaszczyźnie, wsuwając główny popychacz pompy dokładnie w środek pionowej rury.

Ogon i jego zderzaki.

• Ogon jest prostą konstrukcją, zbudowaną na ramie z kątownika (tam gdzie jest potrzebna wytrzymałość) i z lekkiego profilu zamkniętego.
• Ogon musi być ruchomy. Silny wiatr "przytuli" do siebie ogon i płaszczyznę śmigła, które - jak pamiętamy - było przymocowane do osi pionowej niecentralnie, trochę z jej boku.
• Gdy silny podmuch ustanie, jakaś sprężyna powinna ponownie naciągnąć ogon tak, aby znalazł się po przeciwnej stronie śmigła (albo raczej mówmy, że ta sprężyna nastawia śmigło ostro na wiatr). Sprężyny jeszcze nie zaimplementowałem, na fotografiach widać stolarski ścisk, który utrzymuje ogon w pozycji roboczej.
• Dzięki zawiasom ogon jest łatwo demontowalny.
• Blacha ogona to właściwie cokolwiek, przymocowane na śrubki z podkładkami.
• Ruchomy ogon musi mieć ograniczniki, bo groziłby kolizją ze śmigłem. Zostawiamy mu ruch w jednej ćwiartce kąta pełnego: od "przytulenia się" do płaszczyzny śmigła (spoczynek), do przejścia dokładnie za śmigło (ostra praca).
• Ograniczniki (zderzaki) robimy z rury hydraulicznej, przyspawanej do pionowej rury - osi obrotu. W miejscu ataku zderzaka ogon powinien być wzmocniony, albo zrobiony np. z solidniejszego kątownika. Można pomyśleć o zabezpieczeniu tego miejsca kawałkiem opony (eliminacja hałasu).

Popychacz pompy.

• Potrzebujemy prostego, lekkiego, na tyle długiego elementu, aby sięgnął od wierzchołka do ziemi.
• Po wielu beznaziejnych próbach znalazłem materiał idealny - bambus z marketu "Dom i Ogród". Dwa pręty wystarczają - należało je tylko połączyć.
• Być może w kilku punktach pionu należy dać prowadnice bambusowego popychacza. U mnie wystarczyło dać taką prowadnicę w środku długości między szczytową kołyską a pompą.

Montaż.

• Prawdopodobnie będziesz potrzebował trzech sąsiadów ...
• Maszt najlepiej byłoby ustawić dokładnie nad otworem studni. Wtedy pompa znazłaby się na dnie studni i wystarczyłoby połączyć ją z popychaczem.
• Dodatkowo pompa na dnie radzi sobie z dowolną głębokością, pompa na powierzchni pociągnie wodę z głębokości max 7 metrów.
• Nie miałem takiej możliwości (studnia wśród drzew), dlatego wykonałem dość skomplikowany system dostarczania wody, o czym pomówimy w dziale o pompach.
• W wybranym miejscu koniecznie należy wybetonować nogi, do których przymocujemy wieżę.
• Można sobie wyobrazić wykopanie czterech dziur, postawienie wieży i zalanie betonem, ale odrzuciłem takie rozwiązanie jako prostackie i utrudniające dalsze zmiany, przeniesienia, itd.
• W wymierzonych miejscach wykopałem cztery wąskie otwory "do kolana", wstawiłem w nie jakieś końcówki rur kanalizacyjnych (chodzi o estetykę części nadziemnej - rury nie siegały do dna wykopów) i wlałem tam dobry beton.
• W dokładnie wymierzone miejsca wcisnąłem kawałki kątowników, w których były dziurki na śruby fi = 8 mm. W każdy beton wcisnąłem też po garści starych (z jakiegoś odzysku) wkrętów do drewna, uzyskując w ten sposób żelbeton.
• Po postawieniu wieży na betonowych nóżkach powierciłem w niej otwory. Za pomocą śrub połączyłem maszt z podstawą.
• Wejście na maszt jest niebezpieczne. Będąc na górze należy koniecznie przypiąć się do rury pasem, w zamian uzyskując możliwość pracy dwoma rękami.
• Osoba stojąca na górze najpierw wciąga na linie silnik i osadza go na maszcie. Potem ogon i śmigło.
• Śmigło należy bardzo starannie skontrować nakrętkami.
• Na koniec ktoś podaje od dołu przez rurę główny popychacz. Przykręcamy go do końca kołyski.

Zakończenie.

• Prezentowanemu silnikowi na chwilę obecną brakuje naciągu (sprężyny?) między wałem napędowym i ogonem. Naciąg ten ustawiałby śmigło naprzeciwko ogona (czyli na wiatr), ale przy zbyt silnym podmuchu umożliwiałby "przytulenie" śmigła do ogona (czyli prostopadle do wiatru).
• Silnik testowałem na bardzo silnym wietrze, który na Podlasiu w drugiej połowie sierpnia 2012 zniszczył trochę domów i połamał sporo drzew. Silnik zachowywał się zgodnie z przewidywaniem - nie osiągał szalonych obrotów, ale dostarczał potężnej mocy. Gdyby nie betonowe nogi wieży, prawdopodobnie konstrukcja by się przewróciła.
• Silnik ze stali jest groźną maszyną. Nie zostawiaj drabiny, gdy mogą wejść na nią dzieci. Może ogrodź go płotkiem (jak transformatory?) i surowo egzekwuj zakaz podchodzenia.
• Często sprawdzaj kondycję maszyny.