8.10.2016 - Prvé dve úlohy z článku Niektoré konštrukčné chyby sú splnené. Išlo o nevhodné uloženie hriadeľa v spodnom axiálnom ložisku a nedostatočnú tuhosť hriadeľa spôsobenú príliš voľnými spojmi jednotlivých častí. Teraz, vďaka novému hriadeľu je všetko inak. Hriadeľ mi navrhol a vyrobil emeritný strojný konštruktér Štefan Dendys, ktorý svojho času úspešne prevádzkoval neďaleko Námestova HAWT vlastnej výroby s priemerom 8 m! (Bohužiaľ musela ustúpiť novej výstavbe rodinných domov.) To bola tiež obrovská výhoda, pretože bez akéhokoľvek vysvetľovania vedel lepšie ako ja, čo potrebujem a aké podmienky musí spĺňať nový hriadeľ. Jediné čo potreboval, boli rozmery.  

     Nový hriadeľ je vyrobený z presnej hrubostennej rúry, na ktorej koncoch sú privarené sústružené diely. Horný unášač (obrázok vpravo) pre vrtuľu je neoddeliteľne spojený s hriadeľom a po zvarení precízne opracovaný na sústruhu za účelom dosiahnutia absolútnej kolmosti kotúča unášača vrtule k hriadeľu a nekompromisne tesného uloženia v ložisku. Oproti pôvodnému hriadeľu, nový "sedí" na hornom, nie na spodnom ložisku. Ložisko je radiálne s protiprachovým krytím a s dorobenou krytkou proti vode. Na základe konštrukčných údajov ložiska a budúcich prevádzkových podmienok, hlavne axiálneho zaťaženia vrtuľou a maximálnych otáčok, Štefan spočítal dostatočnú odolnosť použitého ložiska na veľa rokov a zdôvodnil mi tak neopodstatnenosť použitia axiálneho alebo kuželíkového ložiska, ktoré majú navyše problém s výdržou mazacej náplne. Spodné ložisko je rovnakého typu ako horné, s rovnakým ochranným vybavením, len s menším vnútorným priemerom (obrázok vľavo). Nie je na ňom žiadne axiálne zaťaženie, jeho úlohou je presne viesť hriadeľ ku generátoru a držať výlučne radiálnu záťaž v páke hriadeľ + vrtuľa opretej v hornom ložisku, vznikajúcu vplyvom tlaku vetra. Hriadeľ je v oboch ložiskách vďaka presnému opracovaniu uložený bez merateľnej vôle, čo je spolu s pevnými materiálmi a pevnými spojmi základom tuhosti a stability pri prevádzke turbíny. Jediným rozoberateľným spojom je kužeľový spoj na konci hriadeľa pod spodným ložiskom, ktorým je spojený jeden z kotúčov pružnej spojky. (Druhý kotúč spojky je pevne spojený s generátorom.) Výhodou kužeľového spoja je okrem nulovej vôle aj schopnosť prenosu niekoľkonásobne väčšej točivej sily, než je vôbec schopná vyprodukovať vrtuľa ťahom, alebo generátor brzdením. Horný kotúč spojky má teraz zväčšený priemer, pretože na jeho vonkajšom obvode bude umiestnená mechanická brzda (to je nová úloha č. 1).

     Na výmenu hriadeľa sa vydaril asi jeden z posledných víkendov s dobrým počasím. Dobré počasie v tomto prípade znamenalo: ešte ako-tak teplo, bez dažďa a hlavne tentokrát a celkom výnimočne - bez vetra. Malo sa to stihnúť za jeden deň, ale z objektívnych dôvodov som mohol začať až v sobotu poobede, takže boli z toho dni dva. Celá operácia výmeny bola dopredu premyslená takmer do detailov. Prvé pochybnosti o tom, že je to naozaj tak, prišli čoskoro. Plán bol urobiť to všetko na stožiari, bez sklápania, bez pomocných mechanizmov. Hlavný a vpodstate jediný problém bol - čo s vrtuľou, ktorá svojimi skoro 70 kg tróni na vrchole starého hriadeľa. Riešenie sa ponúkalo v presunutí vrtule o zhruba 30 cm nabok, na prírubu hlavnej rúry stožiara (príruba v popredí obrázka vpravo), kde bola kedysi usadená celá turbína s generátorom. Že nebudú sedieť diery na jej uchytenie? Nevadí, vyriešime ad-hoc. Ale ten problém prišiel pri presune vrtule. Keď už ju na pôvodnom hriadeli nič nedržalo, zistil som že tých 70 kg pri mojej nie príliš stabilnej pozícii na vrchole stožiara a obmedzenými možnosťami pohybu, nie je žiadna maličkosť, aj keď ide o presun len na dĺžku lakťa. Nestačilo ju presunúť v rovine, bolo treba ísť aj o pár centimetrov nižšie, mierne nakloniť, a keď do toho zľahka zafúkal vetrík, vážne mi začala chýbať tretia, alebo aj štvrtá ruka! (Na konci článku sú krátke videá presunov vrtule.) Podarilo sa to ustáť, ale každý námorník so svojim povestným slovníkom je anjelsky slušný chlap :-). Ad-hoc riešením dočasného uchytenia vrtule bola jediná skrutka a popruh (na obrázku vľavo, pred presunom vrtule na nový hriadeľ). Do nasledujúceho dňa počas sľubovanej bezveternej noci to predsa musí vydržať... Do tmy som ešte stihol odstrániť starý hriadeľ, ktorý bolo treba rozrezať, keďže pôvodne rozoberateľné spoje som už dávnejšie zrušil vlastnými "poloprofesionálnymi" zvarmi.

     V nedeľu to už išlo ako po masle. Navŕtať diery pre nové spodné ložisko, osadiť nový hriadeľ, spojku... žiaden problém. Spätné presúvanie vrtule na nový unášač bolo znova to najťažšie, ale už nie tak dramatické. Najviac času zabralo dostať korekčné matice na skrutky medzi unášač vrtule a nosnú platňu vrtule. Musia tam byť preto, lebo unášač teraz síce je presne kolmý k hriadeľu, ale to isté sa nedá povedať o samotnej vrtuli a kolmosti nosnej platne k osi vrtule. Ak by som to nechal tak, hriadeľ s osou vrtule by netvorili presnú líniu a vrtuľa by bola kvôli "hádzaniu" vo vyšších otáčkach nepoužiteľná. O tom, že rozhodujú naozaj stotiny milimetra svedčí aj to, že medzi korekčnými maticami sú medzery len na dvoch zo štyroch skrutiek a sú tak minimálne, že ich skoro nevidieť. (pozri: Korekčné matice na starom hriadeli)

     Nastavovanie súososti hriadeľa a vrtule je veľmi zdĺhavá procedúra. Snažím sa prísť na lepší spôsob (možno použitie štrbinového laseru), ale zatiaľ nemám nič lepšie, ako natáčať detail vrtule vo veľmi pomalých otáčkach zo zeme na kameru a potom na monitore PC s pravítkom zisťovať podľa čísel na osi, smeru výchylky a umiestnenia kamery, ktorou korekčnou maticou ktorú stranu vrtule na unášači nadvihnúť. Do nedeľnej tmy som stihol 4 takéto kolá a stále to nebolo ono. Preto som ani nemohol spustiť turbínu do prevádzky, aj keď v pondelok sa utešene rozfúkalo. Po príchode z práce do zotmenia už času veľa neostáva, navyše kvôli vetru sa nedali natáčať nové videá, pretože vietor bol taký silný, že občas lomcoval aj so stožiarom, čo znemožňovalo vyhodnotenie nahrávok. Malo fúkať tri dni, kto by čakal tak dlho na bezvetrie? Jediná možnosť bola zmeniť stratégiu a robiť zmeny viac-menej náhodne. Po spustení turbíny sa rýchlo ukázalo, či je to správne. Nebolo, nebolo, nebolo a znova nebolo, a na piaty krát sa stal zázrak! :-) Hladký beh vrtule!

     Doterajšie postrehy a dojmy

     Absolútne pozitívne! Štefan, ešte raz VĎAKA za skvelú prácu. Žiaden šum ložiska prenášaný stožiarom do okolia, ako to robilo predtým použité axiálne ložisko, absolútna stabilita hriadeľa vtedy keď to je najviac potrebné, teda pri výkonoch blížiacim sa 1 kW! Keď turbína beží pri slabšom vetre, povedzme do 40-50 W, nepočuť absolútne nič. Neviem o nej aj keď stojím priamo pod ňou. Pri zvyšovaní výkou začína byť počuteľný generátor, čo som vysvetľoval v už spomínanom článku Niektoré konštrukčné chyby. Ale aj na jeho odhlučnenie ešte čas príde. To je nová úloha č. 2! :-) Môj pozitívny dojem nezhoršuje ani to, že vďaka novým a zatiaľ tuhším ložiskám sa nateraz zhoršil rozbeh turbíny. To, že časť mechanického výkonu vrtule sa spotrebuje na stratách tesných prachoviek ložísk, má samozrejme vplyv aj na výkon generátora. Najviditeľnejšie to bude najmä pri slabšom vetre. Chce to jednoducho len nejaký čas zábehu a s rozbehom budeme na tom opäť lepšie.

     Dva a pol dňa veterného počasia od spustenia turbíny na novom hriadeli prinieslo viac ako 6,34 kWh energie. Opäť v dobe, keď to bolo so slnkom horšie (a bude ešte oveľa horšie!). Turbína sa tak na celkovej energetickej bilancii podieľala viac ako jednou štvrtinou. Kilowattová turbína proti 5 kW fotovoltaike. Závery o prospešnosti turbíny ako podpory fotovoltaiky si postupne skladám. Zatiaľ to vôbec nevyzerá zle, priatelia! 

     Edit o tri dni neskôr: už som obdržal výčitku čitateľa (pritom technicky zdatného), že sa v popisoch v tomto článku nejako stratil. Ak by ste mali podobný problém a napriek tomu aj pretrvávajúci záujem, kľudne sa pýtajte v komentároch pod článkom. (m)

 Video 1: Mierne adrenalínové prekladanie vrtule zo starého hriadeľa na prírubu stožiaru.

 Video 2: Oveľa menej problémové preloženie vrtule späť na nový hriadeľ (chce to iba cvik! :-) ).