Как сделать лопасти для ветрогенератора

Содержание

Как сделать ветряк своими руками: сборка, этапы установки и рекомендации

Как сделать лопасти для ветрогенератора

Самостоятельная сборка генератора электрической энергии, работающего за счет потоков воздуха, возможна в домашних условиях. Необходимы базовые знания физики, ручной инструмент и некоторые комплектующие. Любой сможет разобраться, как сделать ветрогенератор своими руками.

Изготовление ветряка: важные моменты

Самодельный ветрогенератор – устройство сравнительно простое. Но перед началом работ важно обратить внимание на ряд моментов:

  • высота мачты;
  • уровень создаваемого шума;
  • электромагнитные помехи.

Следует знать: существует широкий перечень ограничений, связанных с высотой возводимых зданий, сооружений. Например, рядом с аэропортами, мостами, некоторыми иными объектами городской инфраструктуры запрещено устанавливать мачты выше 15 метров. Предварительная юридическая консультация, общение с административными органами помогут избежать вопросов со стороны контролирующих организаций.

Сделанный своими руками ветряк нередко создает посторонние звуки. Они могут доставлять неудобства – особенно в ночное время. Нередко посторонние звуки служат причиной серьезных конфликтов между соседями. Перед началом эксплуатации желательно измерить уровень шума специальным прибором. Установленные законодательством нормативы:

  • менее 70 дБ – днем;
  • менее 60 дБ – ночью.

Электрический ток создается движением заряженных частиц обмотки статора. Подобные процессы иногда создают телепомехи. Важно предусмотреть экранирование. Разобраться, как сделать ветряк своими руками и снабдить его экраном, сравнительно просто.

Разновидности генераторов: преимущества и недостатки

Перед тем как собрать ветрогенератор своими руками следует изучить преимущества, недостатки разных типов. Наиболее популярны следующие виды:

  • вертикальные;
  • горизонтальные.

Среди вертикальных выделяют подкатегории:

  • генераторы Савониуса – характеризуются постоянной угловой скоростью (КПД составляет 30%);
  • ротор Дарье (простая сборка, но присутствуют сильные вибрации);
  • Геликоидный ротор – характеризуется равномерностью вращения вала (благодаря закрученным равномерно лопастям);
  • многолопастной ротор – имеет центральную ось, чувствителен даже к небольшому ветру;
  • ортогональный – выделяется нестандартным дизайном, вырабатывает энергию при силе ветре 0.7 м/с.

Основные преимущества вертикального типа:

  • не требуется настраивать – потоки ветра не играют роли;
  • возможна установка ниже 4 метров – обслуживание не доставляет серьезных проблем;
  • уровень шума редко превышает 40 дБ.

Единственный минус – сравнительно малый КПД. Причина проста – низкая скорость вращения ротора. Вертикальный ветрогенератор своими руками собрать, обслуживать несколько проще. Горизонтальные (крыльчатые) – обычно снабжаются несколькими лопастями. Потому вертикальная разновидность отличается большим КПД.

Единственный минус – необходимо постоянно настраивать расположение, определять направление ветрового потока. Подобная особенность несколько снижает производительность. Ветрогенераторы для частного дома своими руками, изготавливаемые подобным способом, делятся на группы:

  • однолопастные – выделяются двигательными оборотами;
  • трехлопастные – выгодно отличаются большой производительностью (выработка – 7 мВт);
  • многолопастные (до 50 «крыльев») – имеют внушительную инерцию, устанавливаются для обеспечения вращения водяных насосов.

Существуют гибридные модификации. Изготовить самостоятельно, в домашних условиях, подобные затруднительно.

Мощность ветрогенератора

Предварительно нужно рассчитать нагрузку: какая мощность потребуется? Условно потребительские мощности можно разделить на 3 основные категории:

  • до 1 кВт;
  • 1-3 кВт;
  • более 5 кВт.

Первый вариант можно изготовить без стабилизирующего элемента выравнивающего напряжение питания. Как базовый компонент больше всего подходит:

  • автомобильный генератор;
  • двигатель стиральной машины.

Оптимальный выбор – автомобильный статор. На доработку уходит минимум времени. Достаточно перемотать катушку: необходимо большее количество витков. Электродвигатели от стиральных машин нужно снабдить мощными магнитами (используются для возбуждения обмотки). Такой мощности устройства применяются для освещения, подключения электрических водяных насосов.

Установки мощностью 1-3 кВт позволят обеспечить бесперебойную работу бытовой техники: стиральной машины, холодильника. Устройство аналогично менее мощным модификациям. Может также использоваться электродвигатель стиральной машины.

Сборка устройства мощностью более 3 кВт требует большого количества деталей. Оптимальный выбор – приобретение готового мощного электродвигателя. Требуется минимальная доработка.

По необходимости устанавливается дополнительно стабилизатор тока, трансформатор напряжения.

Сделать самому или купить?

Стоимость установок генерирования электрического тока напрямую зависит от вырабатываемой мощности. Установка Condor Home, рассчитанная на мощность 9 м/с, вырабатывающая 0.5 кВт, обойдется в 90 тыс. рублей. Модель, вырабатывающая 2 кВт – 150 тыс. рублей. 5 кВт – почти 300 тыс. рублей. Учитывая трудозатраты, стоимость всех компонентов самодельный ветряк обойдется дешевле.

Какие нужны комплектующие?

Прежде чем приступить к изготовлению ветрогенератора своими руками в домашних условиях следует подготовить все необходимые детали. Стандартный перечень включает:

  • лопасти – бывают разных типов (выбор вида зависит от направления, скорости ветра);
  • редуктор – позволяет самостоятельно регулировать скорость вращения вала;
  • кожух – экранирует помехи, защитит электронику, иные составные части (влага, насекомые могут повредить устройство);
  • аккумулятор – накапливает энергию, устанавливать не обязательно;
  • инвертор – трансформирует электрическое напряжение;
  • штанга (мачта) – позволяет приподнять лопасти над уровнем земли.

Подбор подходящих перечисленных выше компонентов занимает много времени. Собрать необходимые детали желательно заранее. Хороший выбор – двигатель стиральной машины.

Дополнительно нужно приобрести неодиммовые магниты. Готовый магнитный вал можно купить в магазине (цена колеблется в пределах 2.5-3 тыс. рублей). Стоимость мощных магнитов сопоставима по цене с новым ротором.

Возможно, имеет смысл приобрести готовую деталь – сэкономив время, деньги. Самостоятельное изготовление вала, возбуждающего обмотку статора – процедура сложная, требующая много времени, знаний.

Требуется выполнить электротехнический расчет, надежно зафиксировать компоненты.

Допущение ошибок приведет к невозможности эффективной работы. Самостоятельная сборка возможна по типовому шаблону. Самостоятельно нарисовать такой невозможно. Можно использовать специализированные чертежные программы. Например, AutoCAD, Compass. Напечатанный шаблон позволит соблюсти геометрию, избежать ошибок.

Двигатель стиральной машины должен быть мощностью от 1.5 кВт. Желательно приобрести неодимовые магниты – 32 штуки размером 0.5-1.2 см диаметром. Фиксация должна выполняться максимально надежно. Например, холодной сваркой или специальным клеем.

Обрабатывается поверхностью перед склеиванием – наждачной бумагой. Хорошо подходят двигателя старых советских стиральных машин. Например, модель «Вятка». Подобную бытовую технику сложно отремонтировать.

Потому ветряки для дома своими руками из такой машины – лучшее применение для деталей.

Помимо основных компонентов, клея потребуется инструмент. Перечень включает:

  • плоскогубцы;
  • дрель, шуруповерт;
  • отвертки (шлицевые, крестовые);
  • ножницы, канцелярский нож;
  • рулетка;
  • электрический лобзик;
  • клещи для снятия изоляции;
  • транспортир;
  • маркер – проставлять метки;
  • набор сверл, саморезы.

Сборка

Первый этап сборки ветрогенератора для дома своими руками – конструирование каркаса:

  • демонтируются сердечники ротора асинхронного двигателя, токарным станком срезается слой толщиной 0,2 см;
  • каждый сердечник снабжается пазом глубиной 0,5 см;
  • после завершения перечисленных этапов устанавливаются неодимовые компоненты – должны располагаться на равном удалении друг от друга.

Дистанция между отдельными магнитами – важный момент. Несоблюдения размеров, расстояния станет причиной снижения мощности. Магниты просто «слипнутся».

Чтобы избежать нарушения – следует разместить элементы на предварительно расчерченном листе жести. Крепление выполнятся клеем.

Процедура может быть травмоопасной – магниты будут отскакивать, могут ударить мастера. Необходимо надеть защитные очки.

Лопасти

Изготовление лопастей – один из самых сложных этапов. Тип крыла определяется заранее. Использовать можно материалы:

  • поливинилхлорид – это канализационные трубы различного диаметра;
  • алюминий – прочный, легкий;
  • стекловолокно – используется профессионалами.

Сантехнические магазины предлагают широкий выбор ПВХ труб – они отличаются диаметром, длиной, другими параметрами. Лучше подходят оранжевые (хорошо держат форму, прочнее своих серых аналогов). Важное преимущество – низкая стоимость. Такое решение подходит начинающим.

Алюминий – материал прочный, легкий. Используется в авиастроении, идеальное решение. Минусом является высокая стоимость. Обрабатывать подобный материал сложно, требуются специальный инструмент и определенные навыки. Оснастив ветряк алюминиевыми лопастями можно навсегда забыть об обслуживании винта.

Стеклоткань – прочный, почти невесомый материал. Обработка его требует большого опыта, навыков. Не подойдет изготавливающим домашний ветрогенератор своими руками впервые. Помимо рулонов стеклоткани потребуется подготовить большое количество эпоксидной смолы. Клей такого типа позволяет закрепить слои. Вырезание лопастей требует формирования матрицы. Она придает будущей лопасти форму.

Самостоятельно разработать форму лопасти сложно. Требуются познания в аэродинамике, физике, иных науках. Хорошее решение – использовать уже готовые решения. Например, трубы ПВХ диаметром 20 см.

Флюгер

Основа флюгерного типа позволит автоматически регулировать направление. Применяется деревянный брус длиной >60 см. Важно ответственно подойти к выбору древесины. Желательно использовать твердые породы. Например, дуб, лиственницу. Предварительно, перед монтажом, порода должна обрабатываться септиком, другими составами предотвращающими разрушение материала.

Основа служит для крепления:

  • хвоста;
  • генератора (двигателя стиральной машины).

Укрепить конструкцию можно хомутами, дополнительными брусьями. Нижняя часть используется для крепления фланца. Располагается такой на трубчатом отводе. Если масса флюгера невелика – подойдет мебельный фланец.

Штанга весом более 10 кг должны снабжаться сантехническими аналогами. Диаметром более 20 см. Неподалеку от точки крепления требуется сделать отверстие – оно необходимо для прокладки кабеля. Диметр – 10-20 см.

Электрический провод позволяет соединить статор с накопителем энергии, потребителем.

Основание и мачта

После завершения изготовления флюгера можно приступать к сборке опорной мачты. Оптимальная высота для домашнего использования – 6-8 метров. Желательно использовать трубу диаметром больше 5 см. Изготовление опоры – важный этап. Прочность соединений, диаметр влияют на устойчивость. Материал изготовления опоры:

  • толстая листовая фанера – толщиной 2 см;
  • стальной лист нержавейки толщиной 3.5 мм.

При использовании фанеры нужно ориентироваться на диаметр 700 мм. Крепление выполняется болтами. Необходимо сделать каждые 25 мм отверстия диаметром 12 мм. Таким способом выполняется штыревое крепление. Хорошее решение – использовать сантехнические фитинги:

  • фланцы;
  • уголки;
  • фитинги;
  • тройники.

Детали обходятся дешево, просто соединяются. Благодаря эффекту шарнира выполняется подъем, спуск мачты. Муфта-тройник – снабжается центральным отводом. Она необходима для крепежа штанги.

Можно воспользоваться подшипниками (обеспечивают вращение). Подобная конструкция гораздо сложнее. Требует наличия сварочного инвертора. Если высота более 7 метров – понадобятся растяжки.

Они фиксируют конструкцию, позволяют избежать падения.

Крепление выполняется хомутами из листового металла. Шарнирное соединение позволяет «положить» мачту, переждать непогоду. После – быстро вернуть в рабочее положение.

Мотор

Хорошее решение – использовать асинхронный двигатель. Большое количество зубов, полюсов будет серьезным преимуществом. Например, мотор 1.5 кВт снабжается 36 зубцами, четырехполюсной обмоткой, тонким проводом.

Снизить напряжение до 50 В, поднять силу тока можно путем перемотки проводником большей толщины. 4 полюса заменяются трехфазной 12-ти полюсной обмоткой.

Ротор должен быть выточен под высоту имеющихся магнитов. При использовании асинхронного двигателя комфортное решение – неодимовые магниты шайбовидного типа размером 18×10 мм. Избежать залипания можно путем наматывания скотча. Магниты должны заливаться эпоксидной смолой.

Построенное на основе асинхронного двигателя «выдает» 50 В, 30 А.

Этапы установки ветрогенератора

Процесс монтажа собранного генератора включает основные этапы:

  • крепление основания;
  • установка мачты.

Поднять мачту проще вдвоем. Особенно если вес штанги составляет несколько десятков килограммов.

Рекомендации

При сборке ветрогенератора своими руками на 220 В либо меньшее напряжение нужно учитывать нюансы:

  • токопроводящий кабель стоит протянуть внутри трубы-мачты;
  • если используется трехфазная система – необходимо установить отдельный инвертор для каждой;
  • основание должно быть максимально прочным – хорошим решением станет заливка его бетоном;
  • электронику (инверторы, выпрямители, иное) важно закрыть защитным кожухом.

Ветряки – надежные, долговечные устройства. Ежедневный уход, обслуживание не требуется. При верном подходе к подбору элементов, конструированию можно обеспечить весь дом электрической энергией. Существует множество модификаций для домашнего использования. Выбирать следует исходя из бюджета, собственных знаний, умений.

Интересные видео по теме:

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5c2794c1753ad200a98be9c8/5cd2b20b5204fd00b23cdcd2

Лопасти для ветрогенератора: принцип работы простого ветрогенератора, расчет размера, выбор материала для изготовления крыльчатки своими руками

Как сделать лопасти для ветрогенератора

Существующие цены на ветрогенераторы и окупаемость не соответствуют возможностям большинства владельцев загородных домов, дачных участков.

Жителям отдаленных районов, где сетевой электроэнергии до сих пор никогда не было, приобрести подобное оборудование еще сложнее, поскольку они лишены информации о нем и не могут получить достаточно подробные сведения о качестве, характеристиках и прочих параметрах оборудования для использования энергии ветра.

Приходится изготавливать ветровые устройства самостоятельно, опираясь на экспериментальные результаты или отрывочные сведения, почерпнутые из разных источников. Рассмотрим важный вопрос, возникающий при создании ветряка — устройство лопастей.

Как работает простой ветрогенератор?

Существует два типа ветрогенераторов:

  • горизонтальные
  • вертикальные

Разница состоит в расположении оси вращения. Наиболее производительными считаются горизонтальные конструкции, напоминающие своими формами самолет с пропеллером. Винт — это крыльчатка ветряка, хвост — устройство наведения на поток ветра, автоматически разворачивающее ось по направлению движения воздуха.

При воздействии ветра на крыльчатку возникает вращающий момент, передающийся на ось генератора. В его обмотках возбуждается электроток, который заряжает аккумуляторные батареи. Они, в свою очередь, отдают заряд на инвертор, изменяющий параметры тока и выдающий на потребляющие приборы стандартное напряжение 220 В 50 Гц.

Существуют более простые комплексы, где с генератора запитываются сразу потребители, но такая система никак не защищена от скачков или пропадания напряжения. Вариант используется только для освещения или привода насосов, качающих воду.

Какая форма лопасти является оптимальной?

Основной элемент горизонтального ветряка — крыльчатка. Она больше всего напоминает пропеллер, хотя выполняет абсолютно противоположные функции. Лопасти принимают на себя энергию воздушного потока, перерабатывая ее во вращательное движение. От их конфигурации напрямую зависит эффективность работы крыльчатки и всего комплекта в целом.

Горизонтальные устройства имеют крыльчатки, снабженные большим количеством лопастей. Обычно их больше 3. В этом вопросе существует зависимость числа лопастей от производительности. Дело в том, что с возрастанием числа принимающих плоскостей падает мощность крыльчатки, а с убыванием — чувствительность. Поэтому выбирают «золотую середину», принимая среднее число лопастей.

Важно! Большое число лопастей увеличивает фронтальную нагрузку на устройство, создавая опрокидывающее усилие на основании мачты и сильное осевое давление на крыльчатку, разрушающее подшипники генератора.

На практике создано большое количество разных устройств, имеющих форму крыльчатки от простых секторов окружности, немного развернутых по радиусной оси, до сложных вариантов с тщательно просчитанной аэродинамикой, испытанных в разных условиях. Результаты испытаний показали, что оптимальной формой является модель, приближенная к пропеллеру. Такая лопасть несколько расширяется от центра (обтекателя) крыльчатки и плавно сужается к концу.

Преимуществом этого вида является равномерное распределение нагрузок на опорный подшипник, поверхность лопасти и всю систему ветряка в целом.

Поток ветра воздействует на все участки с одинаковой силой, но, если расширить лопасть к концу, то получится достаточно длинный рычаг, перегружающий подшипник и выламывающий лопасти.

Отсюда возникла такая форма, с небольшими изменениями используемая практически на всех ветряках.

Выбор вида

Вариантов или видов лопастей для горизонтальных ветряков существует немного. Причина этого кроется в самой конструкции крыльчатки — создавать сложные формы или конфигурации там попросту негде. Тем не менее, разработки наиболее удачного варианта ведутся постоянно, на сегодня можно выделить несколько видов:

  • твердолопастные крыльчатки
  • парусные

Твердые лопасти изготавливаются из различных материалов сразу в определенной форме, парусные имеют совершенно другую конструкцию. Основой является рамка, на которую натягивается плотное полотно таким образом, чтобы одна из сторон была не прикреплена к рамке. Получается лопасть треугольной формы с одной стороной (от центра к одной из вершин), не закрепленной к основе.

Поток ветра создает давление на парус и придает ему оптимальную форму для схода с плоскости, в результате чего колесо начинает вращаться. Вариант имеет преимущество в массе и весе колеса, но нуждается в постоянном наблюдении за состоянием ткани и крыльчатки в целом.

Для самостоятельного изготовления обычно используют подручные материалы. Учитывая сложный профиль лопастей, хорошим вариантом становится использование листового металла или пластиковых труб.

Расчет лопастей

На практике мало кто вычисляет параметры лопастей, поскольку для этого надо обладать специальной подготовкой и располагать данными. Большинство значений, нужных для расчетов, необходимо сначала отыскать, некоторые из них и вовсе будут известны только после запуска ветряка. Кроме того, для большинства видов до сих пор нет математической модели вращения, что делает расчеты бесполезными.

Чаще всего производится подбор диаметра крыльчатки по требующейся мощности, выполняемый по таблице:

Как вариант, можно использовать онлайн-калькулятор, позволяющий получить готовый результат за секунды, надо только подставить в окошечки программы собственные данные.

Необходимо учитывать, что расчеты такого устройства, как крыльчатка, не будут иметь достаточной точности из-за большого количества тонких эффектов и неизвестных величин, поэтому, чаще всего, прибегают к экспериментальному подбору формы и размера.

Материал для изготовления

Прежде, чем начать работы по созданию крыльчатки, надо определиться с материалом. Выбор производится из того, что имеется в наличии, или из материалов, более знакомых пользователю и доступных для обработки. Требования к материалу для изготовления лопастей:

  • прочность
  • малый вес
  • легкость обработки
  • возможность придания нужной формы или наличие ее у заготовки
  • доступность

Из всех возможных вариантов опытным путем были выделены несколько наиболее удачных. Рассмотрим их подробнее.

Трубы ПВХ

Использование канализационных труб ПВХ большого диаметра позволяет быстро и недорого получить вполне качественные лопасти. Пластик не боится воздействия влаги, легко обрабатывается. Самым ценным качеством является наличие у заготовки формы ровного желоба, остается лишь правильно отрезать все лишнее.

Простота изготовления и дешевизна материала в сочетании с эксплуатационными качествами пластика сделали трубы ПВХ самым ходовым материалом при изготовлении самодельных ветряков. К недостаткам материала можно отнести его хрупкость при низких температурах.

Алюминий

Лопасти из алюминия долговечны, прочны и не боятся никаких внешних воздействий. При этом, они тяжелее, чем пластиковые и требуют тщательной балансировки колеса. Кроме того, работа с металлом, даже таким податливым, как алюминий, требует наличия навыков и подходящего инструмента.

Затрудняет работу и форма материала — чаще всего используется листовой алюминий, поэтому мало изготовить лопасти, надо придать им соответствующий профиль, для чего придется сделать специальный шаблон. Как вариант, можно сначала изогнуть лист по оправке, затем приступить к разметке и резке деталей. В целом, материал более устойчив к нагрузкам, не боится температурных или погодных воздействий.

Стекловолокно

Такой выбор — для специалистов. Работа со стекловолокном сложна, требует навыков и знания множества тонкостей. Порядок создания лопасти включает в себя несколько операций:

  • изготовление деревянного шаблона, покрытие его поверхности воском, мастикой или иным материалом, отталкивающим клей
  • изготовление одной половины лопасти. На поверхность шаблона наносится слой эпоксидки, на который тут же укладывается стеклоткань. Затем снова наносится эпоксидка (не дожидаясь засыхания предыдущего слоя) и опять стеклоткань. Таким образом создается одна половина лопасти нужной толщины
  • подобным образом изготавливается вторая половина лопасти
  • после застывания клея половинки соединяются при помощи эпоксидки. Стыки зашлифовываются, в торец вставляется втулка для присоединения к ступице

Технология сложна, требует времени и умения работать с материалами. Кроме того, эпоксидная смола имеет неприятное свойство закипать в больших объемах, что создает постоянную угрозу испортить всю работу. Поэтому выбирать стеклоткань следует только опытным и подготовленным пользователям.

Древесина

Работа с деревом достаточно хорошо знакома для большинства пользователей, но создание лопастей — задача достаточно сложная. Мало того, что форма изделия сама по себе непроста, так еще и потребуется изготовить несколько одинаковых неотличимых друг от друга образцов.

Решение такой задачи по плечу далеко не всем. Кроме того, готовые изделия надо качественно защитить от воздействия влаги, пропитать олифой или маслом, покрасить и т.д.

Древесина обладает массой отрицательных качеств — она склонна к короблению, растрескиванию, гниению. Впитывает и легко отдает влагу, что изменяет массу и баланс крыльчатки. Все эти свойства делают материал не лучшим вариантом выбора для домашнего мастера, поскольку лишние осложнения никому не нужны.

Создание лопастей поэтапно

Рассмотрим наиболее распространенный вариант изготовления лопастей. В качестве материала используется труба ПВХ диаметром порядка 110-160 мм:

  • отрезаются куски трубы по длине лопастей
  • вдоль отрезка наносится линия, от которой в обе стороны отмеряются 22 мм. Получится 44 мм — ширина одной лопасти
  • с противоположного торца делается то же самое
  • крайние точки с одной стороны центральной линии соединяются по прямой. Со второй стороны наносится рисунок формы лопасти
  • вырезается лопасть, свободный конец аккуратно закругляется, кромки обрабатываются наждачной бумагой или напильником
  • лопасти присоединяются к ступице

Форма лопастей имеет следующее строение:

  • торцевые части одинаковы по ширине — 44 мм
  • посередине ширина лопасти составляет 55 мм
  • на расстоянии 0,15 длины ширина лопасти составляет 88 мм

Полученные точки соединяются прямой линией, затем оформляются более плавными переходами, руководствуясь полученными очертаниями. Изготавливается шаблон, по которому вырезаются все лопасти, имеющие одинаковую форму. Для присоединения к ступице необходимо просверлить пару отверстий под винты (шурупы).

Они должны на всех лопастях находиться в одинаковых точках, чтобы не нарушался баланс крыльчатки. Готовое колесо требуется тщательно отбалансировать, установив его на ось и, свободно вращая, отыскать участок с нарушениями баланса. В этом месте следует понемногу стачивать лопасть до момента полного уравновешивания крыльчатки.

Рекомендуемые товары

Источник: https://Energo.house/veter/lopasti-dlya-vetrogeneratora.html

Как сделать лопасти для ветрогенератора?

Как сделать лопасти для ветрогенератора

Грамотно рассчитанные лопасти для ветрогенератора определяют технические параметры устройства, расширяют возможности монтажа на выбранной локации, влияют на геометрические параметры. Ветровой генератор представляет собой особую категорию оборудования, используемую для выработки электричества в результате трансформации кинетической энергии ветра.

Устройство и принцип работы ветрогенератора

Такие технические решения востребованы в регионах, где преобладает ветреная погода, они функционируют, используя воздушный поток, в итоге образуется электрический ток.

Устройства работают благодаря присутствию в конструкции лопастей, они вращаются и запускают генератор.

Последний превращает кинетическую энергию ветра в электричество, ток подается к потребляющему его оборудованию и аккумуляторным блокам.

Ветряки промышленного производства и изготовленные дома своими руками могут быть использованы как в качестве ключевого, так и вспомогательного источника напряжения. В частности, непрерывно функционирующие генераторы обслуживают осветительную систему дома, отвечают за нагревание воды вне зависимости от основной электроцепи.

Если объект не соединен с централизованной электрической сетью, мощности ветряка может быть достаточно для поддержания отопительной системы, всех бытовых приборов, лампочек.

Следует учитывать, что в зимние месяцы для обслуживания отопления производительность установки должна быть выше 10 кВт, в этом случае мощности будет хватать и для бытовой техники.

Ветряные электростанции эксплуатируются в тандеме со стабилизаторами.

Виды ветрогенераторов

Они классифицируются по особенностям технического исполнения, что сказывается на функционале и возможностях.

Вертикальные

В зависимости от того, какой тип ротора и лопастей используется, вертикальные ветрогенераторы могут быть ортогональными, подвида савониуса, многолопастными (здесь присутствует направляющий механизм), дарье, геликойдными. Главным преимуществом устройств является тот факт, что их не нужно корректировать относительно ветра, они хорошо работают при любом его направлении. Поэтому они не оснащаются устройствами, улавливающими воздушные потоки.

Благодаря простоте агрегаты можно размещать на земле, по сравнению с горизонтальными вариантами, изготовить своими руками лопасти для такого ветрогенератора будет гораздо проще. Минусом является невысокая производительность вертикальных моделей, сфера применения ограничена из-за их недостаточного КПД.

Горизонтальные

Здесь варьируется количество лопастей. Самую высокую скорость проявляют однолопастные экземпляры, если сравнивать с трехлопастными, при идентичной силе ветра они крутятся примерно в 2 раза быстрее. КПД горизонтальных моделей существенно превышает производительность вертикальных.

Ветрогенераторы с горизонтальной осью

Горизонтально-осевая ориентация имеет уязвимость – ее работоспособность привязана к направлению ветра, поэтому устройство оснащается дополнительными механизмами, улавливающими движение воздушных потоков.

Варианты форм лопастей

При изготовлении лопастей для ветрогенератора нужно учитывать, что эффективность ветряка будет зависеть от следующих их характеристик:

  • веса,
  • формы,
  • количества,
  • размеров,
  • базового материала.

Данные параметры очень важны, если хочется сделать лопасти своими руками. Ошибочно полагать, что для увеличения количества перерабатываемой ветровой энергии достаточно увеличить число крыльев на винте.

Здесь, напротив, наблюдается снижение эффективности механизма, так как каждый отдельный сегмент при движении вынужден преодолевать неизбежное сопротивление воздуха.

Поэтому для выполнения одного оборота винтом с большим количеством лопастей необходимо увеличение силы ветра.

Нельзя забывать, что избыток широких крыльев нередко вызывает формирование перед винтом своеобразной «воздушной шапки» – это явление, когда воздушный поток огибает ветряк, хотя должен проходить сквозь него.

Форма элементов обладает существенным значением, так как определяет скорость перемещения винта.

Если в результате неправильного расчета лопастей ветрогенератора возникает плохое обтекание, появляются вихри, способные затормозить колесо.

Однолопастные устройства зарекомендовали себя как самые продуктивные, но их довольно сложно самостоятельно сконструировать и сбалансировать. При высоком КПД конструкция отличается крайней ненадежностью, поэтому для тех, кто собирает устройство своими руками, будет удобна трехлопастная модель.

В домашних условиях принято выполнять лопасти крыльчатого или парусного типа. Последние выглядят как простые широкие полосы по аналогии с ветряной мельницей. Они малоэффективны, КПД варьируется в пределах 10-12%.

Крыльчатые лопасти функционируют по принципам аэродинамики, благодаря которым осуществляется перемещение самолетов. Подобный винт вращается быстрее, его легче привести в движение. Благодаря обтеканию воздухом уменьшается сопротивление. С одного края изделие имеет характерное утолщение, напротив наблюдается пологий спуск. Здесь КПД составляет 30-35%.

Материалы для изготовления лопастей

Решая, как сделать лопасти для ветрогенератора, обращаются к легким металлам, стеклоткани, пластику, древесине. При выборе решения опираются, прежде всего, на то, сколько личного времени и трудозатрат готовы выделить на сборку ветряка. Общими критериями для выбора материала являются прочность, легкость обработки, доступность, малый собственный вес, возможность придания требуемой формы.

Принципы изготовления лопастей для ветрогенератора своими руками

Зачастую главной сложностью становится определение оптимальных размеров, так как от длины и формы лопастей ветрогенератора зависит его производительность.

Материалы и инструменты

В основу закладываются следующие материалы:

  • фанера либо древесина в другой форме;
  • стекловолоконные листы;
  • алюминиевый прокат;
  • ПВХ-трубы, комплектующие для пластиковых трубопроводов.

Лопасти для ветрогенератора своими руками

Выбирают один вид из того, что есть в наличии в виде остатков после ремонта, к примеру. Для их последующей обработки понадобятся маркер либо карандаш для черчения, лобзик, наждачная бумага, ножницы по металлу, ножовка.

Чертежи и расчеты

Если идет о маломощных генераторах, производительность которых не превышает отметки в 50 ватт, для них изготавливают винт по приведенной ниже таблице, именно он способен обеспечить высокие обороты.

Далее рассчитан низкооборотный трехлопастной винт, имеющий высокий стартовый показатель страгивания. Эта деталь будет полноценно обслуживать высокооборотистые генераторы, производительность которых достигает 100 ватт. Винт функционирует в тандеме с шаговыми моторами, низковольтными маломощными двигателями, автомобильными генераторами со слабыми магнитами.

С точки зрения аэродинамики чертеж винта должен выглядеть следующим образом:

Изготовление из пластиковых труб

Канализационные ПВХ-трубы считаются самым удобным материалом, при конечном диаметре винта до 2 м подойдут заготовки с диаметром до 160 мм. Материал привлекает простотой обработки, доступной стоимостью, повсеместной распространенностью и изобилием уже проработанных чертежей, схем. Важно выбрать качественный пластик, чтобы предотвратить растрескивание лопастей.

Наиболее удобна продукция, представляющая собой ровный желоб, ее нужно лишь подрезать в соответствии с чертежом. Ресурс не боится воздействия влаги и нетребователен в уходе, но может стать хрупким при минусовых температурах.

Выполнение лопастей из алюминиевых заготовок

Такие винты характеризуются долговечностью и надежностью, они устойчивы к внешним воздействиям и весьма прочны.

Но нужно учитывать, что они получаются в итоге более тяжелыми, если сравнивать с пластиковыми, колесо в этом случае подвергается скрупулезной балансировке.

Несмотря на то, что алюминий считается довольно податливым, работа с металлом подразумевает наличие удобных инструментов и минимальных навыков обращения с ними.

Форма подачи материала может затруднить процесс, так как распространенный листовой алюминий превращается в лопасти только после придания заготовкам характерного профиля, с этой целью предварительно нужно создать специальный шаблон. Многие начинающие конструкторы сначала изгибают металл по оправке, после чего переходят к разметке и вырезанию заготовок.

Лопасти из алюминиевых заготовок

Алюминиевые лопасти проявляют высокую устойчивость к нагрузкам, не реагируют на атмосферные явления и температурные перепады.

Винт из стекловолокна

Его предпочитают специалисты, так как материал капризен и сложен в обработке. Последовательность действий:

  • вырезают деревянный шаблон, натирают его мастикой или воском – покрытие должно отталкивать клей;
  • сначала выполняют одну половинку заготовки – шаблон намазывают слоем эпоксидки, сверху укладывают стеклоткань. Процедуру оперативно повторяют, пока первый слой не успел высохнуть. Таким образом заготовка получает требуемую толщину;
  • аналогичным способом выполняют вторую половинку;
  • когда клей застынет, обе половинки можно будет соединить эпоксидкой с тщательной шлифовкой стыков.

Торец оснащается втулкой, посредством которой изделие соединяется со ступицей.

Как сделать лопасть из древесины?

Это сложная задача ввиду специфичной формы изделия, к тому же все рабочие элементы винта в итоге должны получиться идентичными. Минусом решения также признается необходимость в последующей защите заготовки от воздействия влаги, для этого ее красят, пропитывают маслом или олифой.

Древесина не желательна в качестве материала для ветрового колеса, так как склонна к растрескиванию, короблению, гниению. Из-за того, что она быстро отдает и впитывает влагу, то есть меняет массу, произвольно корректируется баланс крыльчатки, это негативно сказывается на эффективности конструкции.

Нюансы балансировки и эксплуатации ветрогенератора

Чтобы повысить эффективность работы устройства, необходимо выполнить балансировку лопастей. Ее осуществляют в помещении, огражденном от сквозняков и ветра.

Детали собирают в полноценную конструкцию и ставят в рабочем виде, следя за тем, чтобы ось была строго горизонтальной, линию проверяют по уровню.

Перпендикулярно линии земли и оси выставляют плоскость вращения винта, так она получается горизонтальной.

Обездвиженный винт следует повернуть на 360°столько раз, сколько в нем предусмотрено лопастей. Правильно сбалансированное устройство в идеале останется неподвижным, здесь не приемлемы отклонения даже на градус.

В тех случаях, когда лопасть поворачивается под влиянием собственного веса, ее подправляют с одной стороны, чтобы ликвидировать отклонение от оси. Процедуру повторяют до тех пор, пока конструкция не будет сохранять неподвижность во всех положениях.

Чтобы результат испытаний был корректным, важно устранить фактор ветра.

Все части должны вертеться в рамках одной плоскости. Чтобы проверить это условие, с обеих сторон винта устанавливают ограничивающие контрольные пластины на отдалении в 2 мм, при вращении изделие не должно их касаться.

Эксплуатация ветрогенератора подразумевает сборку схемы, способной аккумулировать переработанную энергию для ее сохранения и дальнейшей передачи конечному потребителю.

Источник: https://pechiexpert.ru/lopasti-dlya-vetrogeneratora-01/

Лопасти для ветрогенератора своими руками

Как сделать лопасти для ветрогенератора

Функционирующий ветрогенератор включает в себя генератор, 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.

Как рассчитать лопасти?

Вычислить диаметр ветряка для определенной мощности можно следующим образом:

  1. Окружность пропеллера ветрогенератора с определенной мощностью, малыми оборотами и силой ветра, при которых происходит подача нужного напряжения, числом лопастей внести в квадрат.
  2. Высчитать площадь данного квадрата.
  3. Разделить площадь получившегося квадрата на мощность конструкции в ватах.
  4. Перемножить результат с требуемой мощностью в ватах.
  5. Под этот результат нужно подбирать площадь квадрата, варьируя размеры квадрата до тех пор, пока размер квадрата не достигнет четырех.
  6. В этот квадрат вписать окружность пропеллера ветрогенератора.

После этого нетрудно будет узнать другие показатели, например, диаметр.

Таким же способом можно рассчитать размеры лопастей.

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.

Необходимые материалы и инструменты

Потребуются следующие материалы:

  • дерево либо фанера;
  • алюминий;
  • стекловолокно в листах;
  • трубы и комплектующие из ПВХ;
  • материалы, имеющиеся дома в гараже либо подсобных помещениях;

Необходимо запастись следующими инструментами:

  • маркер, можно использовать карандаш для черчения;
  • ножницы для резки металла;
  • лобзик;
  • ножовка;
  • бумага наждачная;

Вертикальный и горизонтальный ветрогенератор

Вертикальный ветрогенератор

Можно классифицировать по роторам:

  • ортогональный;
  • дарье;
  • савониуса;
  • геликойдный;
  • многолопастной с направляющим аппаратом;

Вертикальные ветрогенераторы 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.

Горизонтальный ветрогенератор

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.

Выбор вида лопастей

Лопасти преимущественно могут быть двух видов:

  • парусного типа;
  • крыльчатого профиля;

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.

Подбор материала

Лопасти для ветряного устройства можно выполнить из любого более или менее подходящего материала, например:

Из трубы ПВХ

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 ветряной электростанции. Сталь необходимо выбрать такой толщины, чтобы она не деформировалась под ударами ветра.

Из алюминия

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.

Из стекловолокна

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.

Балансировка ветряного колеса

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:

  1. Укрепить колесо на такой высоте, чтобы оно могло беспрепятственно двигаться. Плоскость соединительного механизма должна быть идеально параллельна вертикальному подвесу.
  2. Добиться полной статичности колеса и отпустить. Оно не должно шевелиться. Затем прокрутить колесо на угол, равный отношению 360/число лопастей, остановить, отпустить, снова прокрутить, так наблюдать некоторое время.
  3. Испытания следует проводить до полного прокручивания колеса вокруг своей оси. Когда отпущенное либо остановленное колесо продолжает качаться, его часть, тяготеющая книзу излишне тяжела. Необходимо конец одной из лопастей подточить.

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.

Техническое обслуживание

Для длительного безаварийного функционирования ветрогенератора следует проводить такие мероприятия:

  1. Через десять или четырнадцать дней от начала работы, ветряной двигатель следует обследовать, особенно крепления. Делать это лучше всего в безветренную погоду.
  2. Два раза в год промазывать подшипники поворотного механизма и генератора.
  3. При подозрениях на нарушение балансировки колеса, которое может выражаться в вибрации лопастей при кручении по ветру, необходимо выполнить балансировку.
  4. Ежегодно осматривать щетки токоприемника.
  5. По мере необходимости, покрывать красящими составами металлические части ветрогенератора.

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.

Источник: https://slarkenergy.ru/vetrogenerator/lopasti-svoimi-rukami.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.