Контроллер, мачты, хвостовик, инвертор и аккумуляторную батарею.
Традиционно, ветровой механизм наделен тремя лопастями, зафиксированными на роторе. Когда ротор крутится, возникает трехфазный переменный ток, поступающий на контроллер, затем ток перерождается в стабильное напряжение и идет на аккумуляторную батарею.
Протекая через аккумуляторы, ток подпитывает их и эксплуатирует в качестве проводников электричества.
В дальнейшем, ток приходит на инвертор, достигает требуемых величин: переменный однофазный ток 220 В, 50 Гц. При скромном расходовании выработанного электричества предостаточного для пользования светом и электрическими приборами, нехватка тока компенсируется благодаря аккумуляторам.
Вычислить диаметр ветряка для определенной мощности можно следующим образом:
После этого нетрудно будет узнать другие показатели, например, диаметр.
Расчет максимально приемлемой формы лопастей достаточно мудреный, кустарному мастеру сложно его выполнить, поэтому можно использовать готовые шаблоны, созданные узкими специалистами.
Шаблон лопасти из ПВХ трубы 160 мм в диаметре:
Шаблон лопасти из алюминия:
Можно попробовать самостоятельно определить показатели лопастей ветряного устройства.
Быстроходность ветряного колеса являет собой соотношение круговой скорости края лопасти и скорости ветра, ее можно вычислить по формуле:
На мощность ветряного двигателя оказывают влияние диаметр колеса, форма лопастей, расположение их относительно потока воздуха, скорости ветра.
Ее можно найти по формуле:
При использовании лопастей обтекаемой формы коэффициент использования ветра не выше 0,5. При слабо обтекаемых лопастях – 0,3.
Потребуются следующие материалы:
Необходимо запастись следующими инструментами:
Вертикальный ветрогенератор
Можно классифицировать по роторам:
Хороши тем, что нет нужды направлять их относительно ветра, они функционируют при любом направлении ветра. Из-за этого их не нужно оснащать приборами, улавливающими направление ветра.
Эти конструкции допустимо располагать на земле, они просты. Изготовить своими руками такую конструкцию значительно проще, нежели горизонтальную.
Слабым местом вертикальных ветрогенераторов считается их малая производительность, крайне низкий КПД, из-за чего сфера их использования ограничена.
Горизонтальные ветрогенераторы имеют ряд достоинств по сравнению с вертикальными. Они делятся на одно-, двух-, трех- и многолопастные.
Однолопастные конструкции самые скоростные, они крутятся в два раза быстрее трехлопастных при одинаковой силе ветра. КПД этих ветрогенераторов существенно выше, чем вертикальных.
Существенным недостатком горизонтально-осевой конструкций считается зависимость ротора от направления ветра, из-за чего на ветрогенератор необходимо устанавливать дополнительные приборы, улавливающие направление ветра.
Лопасти преимущественно могут быть двух видов:
Можно соорудить плоские лопасти по типу «крыльев» ветряной мельницы, то есть, парусного типа. Выполнить их проще всего из самого разнообразного материала: фанеры, пластика, алюминия.
Этот метод имеет свои минусы. При кручении ветряка с лопастями, выполненными по принципу паруса, не участвуют аэродинамические силы, кручение обеспечивает лишь мощность давления ветрового потока.
Производительность этого прибора минимальна, в энергию трансформируется не более 10% силы потока ветра. При незначительном ветре колесо будет пребывать в статичном положении, а тем более не станет производить энергию для употребления в быту.
Более приемлемой будет конструкция, являющая собой ветряное колесо с лопастями крыльчатого профиля. В ней наружная и внутренняя поверхности лопастей обладают различными площадями, что позволяет достигать несоответствия давления воздуха на противоположные поверхности крыла. Аэродинамическая сила значительно увеличивает коэффициент использования ветряного прибора.
Лопасти для ветряного устройства можно выполнить из любого более или менее подходящего материала, например:
Соорудить лопасти из этого материала, наверное, проще всего. Трубы ПВХ можно найти в каждом строительном магазине. Выбирать трубы следует те, которые разработаны для канализации с напором либо газопровода. В противном случае поток воздуха при сильном ветре может искорежить лопасти и повредить их о мачту генератора.
Лопасти ветрогенератора претерпевают серьезные нагрузки от центробежной силы, причем, чем длиннее лопасти, тем сильнее нагрузки.
Край лопасти двухлопастного колеса домашнего ветрогенератора вращается со скоростью сотни метров в секунду, такова скорость вылетающей из пистолета пули. Такая скорость может привести к разрыву труб ПВХ. Особенно опасно это тем, что разлетающиеся осколки труб могут убить либо серьезно ранить людей.
Выйти из положения можно укоротив по максимуму лопасти и увеличив их число. Многолопастное ветряное колесо легче балансировать, оно меньше шумит. Немаловажное значение имеет толщина стенок труб. К примеру, для ветряного колеса с шестью лопастями из ПВХ трубы, составляющего в диаметре два метра, их толщина не должна быть менее 4 миллиметров. Для расчета конструкции лопастей домашнему умельцу можно воспользоваться готовыми таблицами и шаблонами.
Шаблон следует смастерить из бумаги, приложить к трубе и обвести. Это следует сделать столько раз, сколько лопастей будет у ветрогенератора. При помощи лобзика трубу необходимо рассечь по меткам – лопасти практически готовы. Края труб шлифуются, углы и концы закругляются для того, чтобы ветряк выглядел симпатично и поменьше шумел.
Из стали следует смастерить диск с шестью полосами, который будет играть роль конструкции, объединяющей лопасти и фиксирующей колесо к турбине.
Габариты и форма соединительной конструкции должны соответствовать типу генератора и постоянного тока, который будет задействован в . Сталь необходимо выбрать такой толщины, чтобы она не деформировалась под ударами ветра.
По сравнению с лопастями из ПВХ труб алюминиевые более выносливы и на изгиб, и на разрыв. Недостаток их заключается в большом весе, что требует принятия мер к обеспечению устойчивости всего сооружения в целом. Кроме того, следует максимально тщательно балансировать колесо.
Рассмотрим особенности исполнения лопастей из алюминия для шестилопастного ветряного колеса.
По шаблону следует выполнить лекало из фанеры. Уже по лекалу из листа алюминия высечь заготовки лопастей в количестве шести штук. Будущая лопасть прокатывается в желоб глубиной в 10 миллиметров, при этом ось прокрутки должна образовать с долевой осью заготовки угол в 10 градусов. Эти манипуляции наделят лопасти приемлемыми аэродинамическими параметрами. К внутренней стороне лопасти крепится втулка с резьбой.
Соединительный механизм ветряного колеса с лопастями из алюминия в отличие от колеса с лопастями из труб ПВХ имеет на диске не полоски, а шпильки, представляющие собой куски стального прута с резьбой, подходящей к резьбе втулок.
Лопасти из собранной из стекловолокна специфической стеклоткани являются наиболее безупречными, учитывая их аэродинамические параметры, прочность, вес. Соорудить эти лопасти трудней всего, поскольку нужно уметь обрабатывать дерево и стеклоткань.
Мы рассмотрим выполнение лопастей из стекловолокна для колеса диаметром два метра.
Наиболее скрупулезно следует подойти к выполнению матрицы из дерева. Она вытачивается из брусьев по готовому шаблону и служит моделью лопасти. Закончив трудиться над матрицей, можно начинать мастерить лопасти, которые будут состоять из двух частей.
Матрицу для начала надо обработать воском, одну из ее сторон покрыть эпоксидной смолой, на ней расстелить стеклоткань. На нее снова нанести эпоксидную смолу, и снова слой стеклоткани. Количество слоев может быть три или четыре.
Затем нужно прямо на матрице получившуюся слойку держать около суток до полного высыхания. Вот и готова одна часть лопасти. С другой стороны матрицы выполняется та же последовательность действий.
Готовые части лопастей следует соединить при помощи эпоксидной смолы. Внутрь можно поместить деревянную пробку, зафиксировать ее клеем, это позволит закрепить лопасти к ступице колеса. В пробку следует внедрить втулку с резьбой. Соединительный узел станет ступицей так же как и в предыдущих примерах.
Когда лопасти будут выполнены, нужно укомплектовать ветряное колесо и произвести его балансировку. Делать это следует в закрытом строении большой площади при условии полного безветрия, поскольку колебания колеса на ветру способны исказить результаты балансировки.
Балансировку колеса необходимо выполнять так:
Кроме того, следует выяснить, насколько гармонично лопасти лежат в плоскости вращения колеса. Колесо необходимо остановить. На расстоянии около двух миллиметров от каждого края одной из лопастей укрепить две планки, которые не будут препятствовать вращению. При прокручивании колеса лопасти не должны цепляться за планки.
Для длительного безаварийного функционирования ветрогенератора следует проводить такие мероприятия:
Сделать лопасти для ветряного двигателя вполне по силам домашнему умельцу, нужно только все просчитать, продумать, и тогда дома появится реальная альтернатива электросетям. При выборе мощности самодельного устройства, нужно обязательно помнить, что его максимальная мощность не должна превышать 1000 или 1500 Ватт. Если этой мощности не хватает, стоит подумать о покупке промышленного агрегата.
Изготовление крыльев или лопастей ветрогенератора является наиболее трудной работой у ветроэлектрического агрегата. Обработка лопасти, имеющей винтовую форму, требует внимания и умения производить разметку углов ее сечений, делать приспособления, шаблоны и т. п. Каждый мастер пользуется своими приемами при изготовлении лопасти. Наиболее рациональный прием является тот, который позволяет наиболее точно установить углы заклинения лопасти и правильно обработать профили каждого ее сечения. Мы воспользуемся способом изготовления ветроколеса (пропеллера) малой мощности, предложенным инж. Уткиным-Егоровым.
Материал подбирают из хорошо просушенных досок сосновых, ясеневых, кленовых или липовых. Доски должны быть высокого качества: без сучков, косослоя, синеватости и т. п. На одно ветроколесо требуется 4 доски, размеры которых устанавливают по чертежу пропеллера, принятому к изготовлению. Эти доски обрабатывают фуганком так, чтобы они были совершенно плоскими.
Клейка досок. Обработанные 4 доски склеивают вместе казеиновым клеем (столярный клей не годится, так как он боится сырости). Склеиваемые поверхности досок, обрабатывают крупной шкуркой, чтобы они стали шероховатыми. Состав клея: от 300 до 400 г свежего казеинового клея в порошке насыпают в какую-либо посуду и постепенно вливают в него кипяченую воду, охлажденную до комнатной температуры. При вливании воды необходимо смесь все время помешивать до получения однородной (без комков) массы. Этой массе дают отстояться в течение 10 или 15 мин., а затем снова подливают кипяченую воду, помешивая, и делают массу клея более жидкой. Готовому клею снова дают отстоять и снова перемешивают. Клей на поверхность досок наносят кистью и быстро распределяют его ровным слоем. Эту операцию делают в порядке очередности укладки досок. Смазанные клеем и уложенные одна на другую доски туго стягивают струбцинками или скручивают тросиком с закруткой, с интервалами около 300 мм. Чтобы не повредить поверхности досок, под каждую струбцинку или скрутку подклады-вают тонкие дощечки.
Склеенные и стянутые доски просушивают на протяжении от 36 до 48 час. при нормальной комнатной температуре. Летом сушку надо производить под навесом. В результате всех этих работ получают заготовку ветроколеса.
Изготовление винтовой лопасти. Боковые стороны заготовки обрабатывают фуганком и наносят осевые линии крыльев, так чтобы эти линии пересекали ось вращения ветроколеса. Вообще же эти линии должны проходить на расстоянии 0,39хb от носка лопасти, где b - ее ширина в соответствующем сечении.
Пользуясь чертежом, на котором должны быть приведены все размеры ветрогенератора, наносят на картон контур лопасти и вырезают из него шаблон. Затем накладывают этот шаблон на поверхность заготовки сверху, и снизу так, чтобы его ось и центр точно совпали с осями заготовки, и очерчивают форму лопасти. Обработку боковых сторон заготовки делают, как показано на фиг. 14.
Фиг. 14. Заготовка для двухлопастного ветроколеса.
Фиг. 15. Контрольная доска с шаблонами для изготовления лопасти.
Спрямленную лопасть для других размеров можно делать также с постоянным углом заклинения φ = 5°, а координаты профилей № 1 и № 5 определять с помощью табл. 4.
Надо заметить, что с увеличением угла заклинения лопасти будет снижаться быстроходность и повышаться момент ветроколеса. Увеличение угла до 10-12° можно делать у агрегатов с редуктором.
Стоимость промышленных ветрогенераторов высока. Желающих иметь у себя на даче или в частном доме ветрогенератор много. Находится не мало умельцев, которые своими руками из подручных средств собирают добротные ветряки, самостоятельно изготавливают лопасти для ветрогенератора.
Человек уже давно использует энергию ветра для того, чтобы сделать свою жизнь легче. Никто точно не скажет, когда это впервые произошло, но с тех пор мало что изменилось. Возможность использовать силу стихии по-прежнему вызывает у человечества глубокую заинтересованность.
Самый первый механизм, который помог человеку обуздать и подчинить ветер своим целям, был самый обычный парус. Он в принципе и стал прародителем многих механизмов, которые использовались руками людей на протяжении их существования.
Если сконструировать эффективный генератор самому может быть сложно, то изготовление для ветрогенератора лопастей своими руками не составит особого труда.
Материалы:
Инструменты:
Ветрогенератор, который мы будем собирать своими руками, точнее его винт имеет три лопасти, поэтому первую деталь, которую будем вырезать из фанеры надо сделать в количестве шести штук - это основание крыла. Оно будет каплевидной формы. Вот как оно должно выглядеть на 10 мм фанере:
Следующее, что нам понадобится сделать - планки длинною 500 мм, хотя подобный размер и не принципиален. Вы можете выбрать любую другую высоту лопасти ветрогенератора исходя из высоты главной вертикальной оси винта. На каждое крыло по три штуки.
У нас уже есть и основания лопастей и их рёбра, все это нужно собрать так, как изображено на картинке. Когда все деревянные детали собраны со своими сёстрами, а в основаниях просверлены отверстия для креплений, крепим на конструкцию металлические листы. Листы крепим от первой планки ко второй, а от второй к третьей. Планки №1 и 3 не соединяем. Металл может быть оцинковка или алюминий. Теперь можно собирать винт вертикального ветрогенератора и крепить его на центральный осевой стержень.
Подготовим диск с осевым стержнем. Нам понадобятся два диска диаметром 20 см. Материал в принципе роли не играет. Это может быть и фанера, из которой изготавливались основания лопастей ветряка. Или металл, которым обшивали крылья. Но металл следует использовать, если распорки винта тоже были изготовлены из металла.
В центре диска надо сделать отверстие под центральную ось. Когда оба диска собраны на стержне, к ним прикручиваются распорки, по одной на все лопасти ветрогенератора. Прежде чем окончательно закрепить крылья ветряка сверху и снизу, отрегулируйте их так, чтобы их острый конец был повернут внутрь конструкции на угол в девять градусов. Наш винт готов к установке на ротор.
Прежде чем мы начнём своими руками что-то делать, нужно немного поработать мозгами и определиться с мощностью станции, на которую будет работать ветряк. Это основополагающий показатель, от которого будет зависеть количество лопастей и их длина. В таблице, которая находится ниже показано, как диаметр винта зависит от количества крыльев и требуемой мощности.
| Мощность, Вт | Диаметр ветроколеса при числе лопастей, м | |||||
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| 10 | 2 | 1,64 | 1,42 | 1,16 | 1 | 0,72 |
| 20 | 2,82 | 2,32 | 2 | 1,64 | 1,42 | 1 |
| 30 | 3,44 | 2,82 | 1,44 | 2 | 1,72 | 1,22 |
| 40 | 4 | 3,28 | 2,84 | 2,32 | 2 | 1,42 |
| 50 | 4,48 | 3,68 | 3,18 | 2,6 | 1,24 | 1,58 |
| 60 | 4,9 | 4 | 3,48 | 2,84 | 2,44 | 1,74 |
| 70 | 5,3 | 4,34 | 3,76 | 3,08 | 2,64 | 1,88 |
| 80 | 5,66 | 4,64 | 4 | 3,28 | 2,82 | 2 |
| 90 | 6 | 4,92 | 4,26 | 3,48 | 3 | 2,12 |
| 100 | 6,34 | 5,2 | 4,5 | 3,68 | 3,16 | 2,24 |
| 300 | 10,94 | 8,98 | 7,76 | 6,34 | 5,46 | 3,88 |
| 500 | 14 | 11,48 | 9,94 | 8,16 | 7 | 5 |
После того как мы определились с мощностью будущей установки, идём выбирать материал.
Будем считать, что трубы из ПВХ являются самым подходящим материалом из того, что может быть под руками. Но не каждая труба подойдёт. Если напор ветра будет очень сильным, он может выгнуть лопасти ветряка в обратную сторону и обломать их о мачту, на которой тот закреплён. Поэтому трубы следует выбирать толстостенные, подойдут канализационные или газовые.
Изготавливать будем универсальную лопасть. Сделать её несколько сложнее, чем обычные лопасти крыльчатого профиля. При этом её полезный коэффициент гораздо больше, чем у обычных лопастей. Это хорошо видно, если сравнить предыдущую таблицу с рабочей таблицей этой лопасти.
| Внешний диаметр трубы, мм | 110 |
| Масса погонного метра трубы, кг | 1,05 |
| Диаметр винта, м | 1,2 |
| Быстроходность | 3,5 |
| Количество лопастей | 3 |
| Номинальная скорость ветра, м/с | 7 |
| Степень торможения | 0,33 |
| Жуковский/Сабинин 0/1 | 1 |
| Коэффициент коррекции Су | 0,9 |
| Скорость руления, рад/сек | 0,5 |
| Стартовая скорость ветра, м/с | 5 |
| Масса лопасти, кг | 0,08 |
| Обороты, об/мин | 389,94 |
| Мощность, вт | 68,06 |
| Осевая сила на винт, н | 12,32 |
| компенсирующий прогиб, м | 0,057 |
| КИЭВ | 0,2924 |
| Компенсирующий угол конусности, градусов | 6,72 |
| Центробежная сила лопасти, н | 42 |
| Изгибающий а/д момент в корне лопасти, н*м | 1,76 |
| Гироскопический момент в корне лопасти, н*м | 0,40 |
| Гироскопическая сила в корне лопасти, н | 1,02 |
| Стартовый момент, н*м | 0,082 |
| Момент инерции винта Кг*м*м | 0,0328311 |
Видим, что из труб небольших диаметров 110-160 мм такие лопасти имеет очень хороший КИЭВ 0,3 при быстроходности от 3,5 до 5,5. На колёсах, где винт диаметром более трёх метров, КИЭВ вырастает до 0,4 и выше. Увеличивается и быстроходность.
Рассчитать параметры такой лопасти для ветряка можно самостоятельно. В основе всех расчётов лежит диаметр трубы. Первое, что мы делаем, делим окружность трубы на 5. То есть окружность 110/5 получаем 22 мм. Чертим на трубе линию от одного конца до другого. Это отправной пункт, на который будут наноситься размеры будущей лопасти для ветряка. Наносим размеры:
Схематично это должно выглядеть так, как показано на фото.
Основная часть ветрогенератора это винт, который и преобразует энергию ветра в механическую работу. Значит чем лучше винт, тем более больше и стабильнее ветрогенератор сможет вырабатывать электричества.
Материалы использованные для создания винта:
1) профнастил толщина 0.6 мм
2) болгарка
3) молоток
4) плоскогубцы
5) ножницы по металлу
Рассмотрим более подробно основные моменты работы над созданием винта.
Для начала он приступил к основным расчетам. Сначала были испытаны трубы диаметром 110 и 160 мм, так как они имелись в наличии в у автора, но при хороших быстроходных качествах от них не удавалось добиться достаточного стартового момента. Тогда он решил проверить какой именно диаметр будет наиболее приемлемым со стороны программы. Расчеты показали что наилучший коэффициент имеют трубы из ПВХ диаметром 250 и 315 мм. Они имеют отличные показатели как быстроходности, так и стартового момента.
Но так как труб такого диаметра не было и найти их довольно сложно, то он решил сделать лопасти из жести, которая осталась от обшивки дома профнастилом. Предварительно были совершены расчеты с винтом из 315-ой трубы в программе. Винт состоял из трех лопастей и получался диаметром около 1.5 метра. По расчетам быстроходность такого винта получалась с высоким КИЭВ 5-7, а стартовый момент при ветре в 5 м\с был равен 0.25 Нм.
Ниже предоставлены выдержки из программы по расчету эффективности лопастей:
Ниже представлены все основные расчеты и данные о размерах в миллиметрах, исходя из которых приступил к изготовлению лопастей будущего винта.
Из обрезков настила были выбраны наиболее подходящие куски в количестве трех штук и обработаны болгаркой до 75 см. При помощи молотка профилю был предан вид гладкого листа, а тыльная кромка сразу подгибалась с захватом в 10 мм.
Далее на полученных листах автор произвел разметку линии фронта работ, по которой в последствии и были вырезаны лопасти. К основным размерам был добавлен один сантиметр, так как автор решил подогнуть края дабы придать жесткость конструкции. На фотографиях ниже представлена линия по которой будет происходить подгиб металла. Толщина жести получилась около 0.6 мм, что позволило справляться ножницами по металлу, а не болгаркой, благодаря чему лопасти получились более ровными.
Для жесткости кромки лопастей были подогнуты. Делалось это при помощи плоскогубцев с последующим постукиванием молотком.
При помощи продольного простукивания молотком лопастям была предана форма желобов формой похожих на 315-ую трубу. Для визуального понимания он нарисовал круг диаметром 320 мм и ориентировался по нему при манипуляциях с формой лопастей. Так же были просверлены отверстия диаметром 6 мм для последующей сборки винта.
Теперь зарядка стала практически постоянной, сила тока от 0.5-1 А и постоянно увеличивается до 2 А. Из-за быстроходности зарядка не прекращается, даже при слабом ветре. Таким образом автор нашел отличный выход для постройки надежного и стабильного винта для ветряка из подручных средств, чего он и добивался. Эта инструкция может помочь вам, если вы так же испытываете затруднения с поиском больших ПВХ труб в вашем регионе.
Использование альтернативных источников энергии – один из основных трендов нашего времени. Чистая и доступная энергия ветра может преобразовываться в электричество даже у вас дома, если построить ветряк и соединить его с генератором.
Соорудить лопасти для ветрогенератора своими руками можно из обычных материалов, не используя специального оборудования. Мы расскажем, какая форма лопастей эффективнее, и поможем подобрать подходящий чертеж для ветровой электростанции.
Ветрогенератор – прибор, позволяющий преобразовывать энергию ветра в электричество.
Принцип работы его заключается в том, что ветер вращает лопасти, приводит в движение вал, по которому вращение поступает на генератор через редуктор, увеличивающий скорость.
Работа ветряной электростанции оценивается по КИЭВ – коэффициенту использования энергии ветра. Когда ветроколесо вращается быстро, оно взаимодействует с большим количеством ветра, а значит забирает у него большее количество энергии
Подразделяют две основные разновидности ветряных генераторов:
Вертикально ориентированные модели построены так, чтобы ось пропеллера была расположена перпендикулярно земле. Таким образом, любое перемещение воздушных масс, независимо от направления, приводит конструкцию в движение.
Такая универсальность является плюсом данного типа ветряков, но они проигрывают горизонтальным моделям по производительности и эффективности работы
Горизонтальный ветрогенератор напоминает флюгер. Чтобы лопасти вращались, конструкция должна быть повернута в нужную сторону, в зависимости от направления движения воздуха.
Для контроля и улавливания изменений направления ветра устанавливают специальные приборы. КПД при таком расположении винта значительно выше, чем при вертикальной ориентации. В бытовом применении рациональней использовать ветрогенераторы этого типа.
Один из главных элементов ветрогенератора – комплект лопастей.
Существует ряд факторов, связанных с этими деталями, которые сказываются на эффективности ветряка:
Если вы решили сконструировать лопасти для самодельного ветряка, обязательно нужно учитывать все эти параметры. Некоторые полагают, что чем больше крыльев на винте генератора, тем больше энергии ветра можно получить. Другими словами, чем больше, тем лучше.
Однако это далеко не так. Каждая отдельная часть движется, преодолевая сопротивление воздуха. Таким образом, большое количество лопастей на винте требует большей силы ветра для совершения одного оборота.
Кроме того, слишком много широких крыльев могут стать причиной образования так называемой «воздушной шапки» перед винтом, когда воздушный поток не проходит сквозь ветряк, а огибает его.
Форма имеет большое значение. От нее зависит скорость движения винта. Плохое обтекание становится причиной возникновения вихрей, которые тормозят ветроколесо
Самым эффективным является однолопастной ветрогенератор. Но построить и сбалансировать его своими руками очень сложно. Конструкция получается ненадежная, хоть и с высоким коэффициентом полезного действия. По опыту многих пользователей и производителей ветряков, самой оптимальной моделью является трехлопастная.
Вес лопасти зависит от ее размера и материала, из которого она будет изготовлена. Размер нужно подбирать тщательно, руководствуясь формулами для расчетов. Кромки лучше обрабатывать так, чтобы с одной стороны имелось закругление, а противоположная сторона была острой
Правильно подобранная форма лопасти для ветрогенератора является фундаментом его хорошей работы.
Для домашнего изготовления подходят такие варианты:
Лопасти парусного типа представляют собой простые широкие полосы, как на ветряной мельнице. Эта модель наиболее очевидна и проста в изготовлении. Однако ее КПД настолько мал, что эта форма практически не применяется в современных ветрогенераторах. Коэффициент полезного действия в данном случае составляет около 10-12%.
Гораздо более эффективная форма – лопасти крыльчатого профиля. Здесь задействованы принципы аэродинамики, которые поднимают в воздух огромные самолеты. Винт такой формы легче приводится в движение и вращается быстрее. Обтекание воздухом значительно сокращает сопротивление, которое встречает на своем пути ветряк.
Правильный профиль должен напоминать крыло самолета. С одной стороны лопасть имеет утолщение, а с другой – пологий спуск. Воздушные массы обтекают деталь такой формы очень плавно
КПД этой модели достигает значения 30-35%. Хорошая новость заключается в том, что построить крыльчатую лопасть можно и своими руками с применением минимума инструментов. Все основные расчеты и чертежи можно легко адаптировать под свой ветряк и пользоваться бесплатной и чистой энергией ветра без ограничений.
Материалы, которые подойдут для строительства ветрогенератора – это, прежде всего, пластик, легкие металлы, древесина и современное решение – стеклоткань. Главный вопрос заключается в том, сколько труда и времени вы готовы потратить на изготовление ветряка.
Самый популярный и широко распространенный материал для изготовления пластиковых лопастей для ветрогенератора является обыкновенная канализационная ПВХ-труба. Для большинства домашних генераторов с диаметром винта до 2 м хватит трубы 160 мм.
К преимуществам такого метода относят:
Трубы бывают разными. Это известно не только тем, кто изготавливает самодельные ветряные электростанции, но всем, кто сталкивался с монтажом канализации или водопровода. Они отличаются по толщине, составу, производителю. Труба стоит недорого, поэтому не нужно пытаться еще больше удешевить свой ветряк, экономя на ПВХ-трубах.
Некачественный материал пластиковых труб может привести к тому, что лопасти треснут при первом же испытании и вся работа будет проделана впустую
Сначала нужно определиться с лекалом. Вариантов существует много, каждая форма имеет свои недостатки и преимущества. Возможно, имеет смысл сначала поэкспериментировать, прежде чем вырезать итоговый вариант.
Поскольку цена на трубы невысокая, а найти их можно в любом строительном магазине, этот материал отлично подойдет для первых шагов в моделировании лопастей. Если что-то пойдет не так, всегда можно купить еще одну трубу и попробовать сначала, кошелек от таких экспериментов не сильно пострадает.
Опытные пользователи энергии ветра заметили, что для изготовления лопастей для ветрогенератора лучше использовать оранжевые, а не серые трубы. Они лучше держат форму, не изгибаются после формирования крыла и дольше служат
Конструкторы-любители предпочитают ПВХ, так как во время испытаний сломанную лопасть можно заменить на новую, изготовленную за 15 минут прямо на месте при наличии подходящего лекала. Просто и быстро, а главное – доступно.
Алюминий – легкий и прочный металл. Его традиционно используют для изготовления лопастей для ветрогенераторов. Благодаря небольшому весу, если придать пластине нужную форму, аэродинамические свойства винта будут на высоте.
Основные нагрузки, которые испытывает ветряк во время вращения, направлены на изгиб и разрыв лопасти. Если пластик при такой работе быстро даст трещину и выйдет из строя, рассчитывать на алюминиевый винт можно гораздо дольше.
Однако если сравнивать алюминий и ПВХ-трубы, металлические пластины все равно будут тяжелее. При высокой скорости вращения велик риск повредить не саму лопасть, а винт в месте крепления
Еще один минус деталей из алюминия – сложность изготовления. Если ПВХ-труба имеет изгиб, который будет использован для придания аэродинамических свойств лопасти, то алюминий, как правило, берется в виде листа.
После вырезания детали по лекалу, что само по себе гораздо сложнее, чем работа с пластиком, полученную заготовку еще нужно будет прокатать и придать ей правильный изгиб. В домашних условиях и без инструмента сделать это будет не так просто.
Если вы решили подойти к вопросу создания лопасти осознанно и готовы потратить на это много сил и нервов, подойдет стекловолокно. Если ранее вы не имели дела с ветрогенераторами, начинать знакомство с моделирования ветряка из стеклоткани – не лучшая идея. Все-таки этот процесс требует опыта и практических навыков.
Лопасть из нескольких слоев стеклоткани, скрепленных эпоксидным клеем, будет прочной, легкой и надежной. При большой площади поверхности деталь получается полая и практически невесомая
Для изготовления берется стеклоткань – тонкий и прочный материал, который выпускается в рулонах. Помимо стекловолокна пригодится эпоксидный клей для закрепления слоев.
Начинают работу с создания матрицы. Это такая заготовка, которая представляет собой форму для будущей детали.
Матрица может быть изготовлена из дерева: бруса, доски или бревна. Прямо из массива вырубают объемный силуэт половины лопасти. Еще вариант – форма из пластика
Сделать заготовку самостоятельно очень сложно, нужно иметь перед глазами готовую модель лопасти из дерева или другого материала, а только потом по этой модели вырезают матрицу для детали. Таких матриц нужно как минимум 2. Зато, сделав удачную форму однажды, ее можно применять многократно и соорудить таким образом не один ветряк.
Дно формы тщательно смазывают воском. Это делается для того, чтобы готовую лопасть можно было легко извлечь впоследствии. Укладывают слой стекловолокна, промазывают его эпоксидным клеем. Процесс повторяют несколько раз, пока заготовка не достигнет нужной толщины.
Когда эпоксидный клей высохнет, половину детали аккуратно вынимают из матрицы. То же делают со второй половиной. Части склеивают между собой, чтобы получилась полая объемная деталь. Легкая, прочная, правильной аэродинамической формы лопасть из стекловолокна – вершина мастерства домашнего любителя ветряных электростанций.
Ее главный минус – сложность реализации задумки и большое количество брака на первых порах, пока не будет получена идеальная матрица, а алгоритм создания не будет отточен.
Деревянная лопасть – дедовский метод, который легко осуществим, но малоэффективен при сегодняшнем уровне потребления электричества. Сделать деталь можно из цельной доски легких пород древесины, например, сосны. Важно подобрать хорошо высушенную деревянную заготовку.
Нужно выбрать подходящую форму, но учитывать тот факт, что деревянная лопасть будет не тонкой пластиной, как алюминиевая или пластиковая, а объемной конструкцией. Поэтому придать заготовке форму мало, нужно понимать принципы аэродинамики и представлять себе очертания лопасти во всех трех измерениях.
Придавать окончательный вид дереву придется рубанком, лучше электро. Для долговечности древесину обрабатывают антисептическим защитным лаком или краской
Главный недостаток такой конструкции – большой вес винта. Чтобы сдвинуть с места эту махину, ветер должен быть достаточно сильным, что трудноосуществимо в принципе. Однако дерево – доступный материал. Доски, подходящие для создания винта ветрогенератора, можно найти прямо у себя во дворе, не потратив ни копейки. И это главное преимущество древесины в данном случае.
КПД деревянной лопасти стремится к нулю. Как правило, время и силы, которые уходят на создание такого ветряка не стоят полученного результата, выраженного в ваттах. Однако, как учебная модель или пробный экземпляр деревянная деталь вполне имеет место быть. А еще флюгер с деревянными лопастями эффектно смотрится на участке.
Сделать правильный расчет винта ветрогенератора, не зная основных параметров, которые отображаются в формуле, а так же не имея понятия, как эти параметры влияют на работу ветряка, очень сложно.
Лучше не тратить свое время, если желания вникать в основы аэродинамики нет. Готовые чертежи-схемы с заданными показателями помогут подобрать подходящую лопасть для ветряной электростанции.
Чертеж лопасти для двухлопастного винта. Изготавливается из канализационной трубы 110 диаметра. Диаметр винта ветряка в данных расчетах – 1 м
Подобный небольшой ветрогенератор не сможет обеспечить вас высокой мощностью. Скорей всего, вы вряд ли сможете выжать из этой конструкции больше 50 Вт. Однако двухлопастной винт из легкой и тонкой ПВХ-трубы даст высокую скорость вращения и обеспечит работу ветряка даже при небольшом ветре.
Чертеж лопасти для трехлопастного винта ветрогенератора из трубы 160 мм диаметра. Расчетная быстроходность в этом варианте – 5 при ветре 5 м/с
Трехлопастной винт такой формы может быть использован для более мощных агрегатов, примерно 150 Вт при 12 В. Диаметр всего винта в этой модели достигает 1,5 м. Ветроколесо будет вращаться быстро и легко запускаться в движение. Ветряк с тремя крыльями встречается в домашних электростанциях чаще всего.
Чертеж самодельной лопасти для 5-ти лопастного винта ветрогенератора. Изготавливается из трубы ПВХ диаметром 160 мм. Расчетная быстроходность – 4
Такой пятилопастной винт сможет выдавать до 225 оборотов в минуту при расчетной скорости ветра 5 м/с. Чтобы построить лопасть по предложенным чертежам, нужно перенести координаты каждой точки из колонок «Координаты лекала фронт/тыл» на поверхность пластиковой канализационной трубы.
По таблице видно, что чем больше крыльев у ветрогенератора, тем меньше должна быть их длина для получения тока одинаковой мощности
Как показывает практика, обслуживать ветрогенератор больше 2 метров в диаметре достаточно сложно. Если в соответствии с таблицей вам необходим ветряк большего размера, подумайте над увеличением числа лопастей.
С правилами и принципами ознакомит статья, в которой пошагово изложен процесс производства вычислений.
Балансировка лопастей ветрогенератора поможет сделать его работу максимально эффективной. Для осуществления балансировки нужно найти помещение, где нет ветра или сквозняка. Разумеется, для ветроколеса больше 2 м в диаметре найти такое помещение будет сложно.
Лопасти собираются в готовую конструкцию и устанавливаются в рабочее положение. Ось должна располагаться строго горизонтально, по уровню. Плоскость, в которой будет вращаться винт, должна быть выставлена строго вертикально, перпендикулярно оси и уровню земли.
Винт, который не движется, нужно повернуть на 360/х градусов, где х = количество лопастей. В идеале сбалансированный ветряк не будет отклоняться ни на 1 градус, а останется неподвижным. Если лопасть повернулась под собственным весом, ее нужно немного подправить, уменьшить вес с одной стороны, устранить отклонение от оси.
Процесс повторяется до тех пор, пока винт не будет абсолютно неподвижным в любом положении. Важно, чтобы во время балансировки не было ветра. Это может исказить результаты испытаний
Также важно проконтролировать, чтобы все части вертелись строго в одной плоскости. Для проверки на расстоянии 2 мм с обеих сторон одной из лопастей устанавливают контрольные пластины. Во время движения ни одна часть винта не должна коснуться пластины.
Для эксплуатации ветрогенератора с изготовленными лопастями потребуется собрать систему, аккумулирующую полученную энергию, сохраняющую ее и передающую потребителю. Одним из компонентов системы является контроллер. О том, как сделать , узнаете, ознакомившись с рекомендованной нами статьей.
Если вы хотите использовать чистую и безопасную энергию ветра для бытовых нужд и не планируете тратить огромные деньги на покупку дорогостоящего оборудования, самодельные лопасти из обычных материалов будут подходящей идеей. Не бойтесь экспериментов, и вам удастся еще больше усовершенствовать существующие модели винтов ветряка.
