Žáci základních a středních škol. V žádném předmětu se tento projekt netvořil. Jedná se o mimoškolní aktivitu, kde žáci sami měli zájemo tento projekt. Projekt byl realizován se žáky 3. ročníku oboru Mechanik strojů a zařízení (maturitní třída). Měli by to zvládnoutžáci i na 2.stupni základní školy.
Žáci naší školy začalive 3. ročníku s tvorbou3D modelů v předmětu CAD systémů, který je směřuje do 4. ročníku k praktické maturitní zkoušce. Nutné znalosti jsou základy technické dokumentace. Tvorba základních skic a vložení prvků jako kružnice, kvádrů a jejich následné vysunutí do 3D prostoru. Znalosti ze základů fyziky výroba elektrické energie a zapojení elektroniky. Zapojení motorku k vrtuli. Pokudněkdo bude chtít zapojit alternátor, bude nutná znalost elektroniky aspoň střední školy.
Výukovým cílem projektu je pochopení, jak větrná turbína funguje. Řeší velikost modelu nebo zapojení elektrických prvků větrné elektrárny (motor, kabely, spínač). 3D tisk jim pomáhá fyzicky zjistit, jak budou do sebe zapadat jednotlivé spoje. Buď spojení dvou dílů šroubem, nebo lícování děr s hřídeli.
Běžné vybavení IT učebny a 3D tiskárna.
Stejnosměrný motor včetně kabeláže z auta na ovládání, akumulátor, voltmetr. Lze použít i alternátor, který bude generovatelektrickou energii.
Každá větrná turbína se skládá z podstavy (sloupu). Tvar sloupu je většinou kuželový pro dobrou stabilitu věže. Dále se skládá z věže (kopule), může mít tvar koule nebo kvádru. Ve věži je strojovna s generátorem, který vyrábí elektrickou energii. Generátor je spojens vrtulí, která je poháněna větrem. Vrtule by měla být správně vyvážená, jinak dochází ke chvění a trpí tím generátor. Dále by vrtule měla mít aerodynamický tvar, ale pro účely žáků stačí 4 trojúhelníky spojené středem.
Kreslení součástí větrné turbíny software Autodesk AutoCAD 2021 a Inventor Professional 2022 (studentská licence)
Předběžně kreslili náčrty na papír, to trvalo 6 hodin.Převedení náčrtů do Autodesk Inventor Professional 2022 trvalo 20 hodin. Drobné konstrukční úpravy jako sražené hrany a rádiusy trvaly 4 hodiny. Žáci tvořili dané součásti přes 30 hodin v Inventoru.
3D tisk na tiskárně Prusa i3MK3S+
Materiál pro výrobu jsme nechali PLA barva stříbrná. Podstava se tiskla 2x. Nejdříve žáci hledali vhodné měřítko. Poté jsme se shodli na velikosti 850% kreslené součásti, hustota zaplnění modelu15%, a výška 0,2 mm výškajednotlivých vrstev. Všechny součástimají stejné nastavení. Součást
hlava větrné turbíny se tiskla přes 8 hodin. Tam kluci museli odladit výrobek tak, aby se dal vhodně vytisknout. Kolík pod hlavu větrné turbíny se tiskla 5 minut. Horní díl hlavy větrné turbíny se tiskl přes 4 hodiny. Vrtule větrnéturbíny se tiskla skoro 3 hodiny. Celkovádoba tisku je uvedena v Tab.1.
Montáž součásti větrné turbíny
Hlavu nasadíme na podstavu. Dále nasadíme motorek (generátor) umístíme do podstavy. Vrtuli spojíme přes pružinku s generátorem. Horní díl hlavy spojíme kolíky s hlavou. Připojíme akumulátor, kde se bude uchovávat vyrobená elektrická energie. Když budeme otáčet vrtulí, bude se generovat elektrická energie. Celá montáž zabrala 15 minut.
práce na projektu | čas (h) |
kreslení náčrtůa tvorba v Autodesk Inventor Professional 2022 | 30 |
3D tisk součástí a montáž | 26 |
celkem | 56 |
Tab. 1 Celkový čas potřebnýpro vytvoření modeluvětrné turbíny
Ukázka postupu využití větrné elektrárny ve vyučovací hodině. Nyní si ukážeme, jak fungují větrné elektrárny ve skutečnosti. Mám tu zmenšenýmodel větrné elektrárny, kde si ukážeme výrobu elektrické energie s obnovitelných zdrojů. Pro naše praktické ukázky jsme použili stejnosměrný motorek z autíčka na ovládání VARIANTA A, takže pro chod bude potřeba minimálně 3V, to znamená 2 tužkovébaterie po 1,5V.
Poprosím, přijďte žáci ke katedře a podíváme se zblízka. Když prstem ruky otáčíme vrtulí připojenou na motor, tak nic nevidíme.
Máme 2 možnosti jak zjistit, že skutečně vyrábíme elektrickou energii. Vezmeme voltmetr a změříme na výstupu z alternátoru VARIANTA B, že jím prochází napětí. Nebo na generátor připojíme akumulátor, kde se bude akumulovat elektrická energie, kterou bychom mohli využít pro nabíjení mobilního telefonuapod. Ale nesmíme zapomenout, že na alternátoru musí být zapojeny sběrací kroužky a usměrňovač. Alternátor vyrábí střídavý proud a je potřeba ho usměrnit, abychom mohli dobít baterii.
The author hasn't provided the model origin yet.