Содержание

Принцип работы ветрогенераторов

Принцип работы во всех модификациях ветряков одинаков. В процессе вращения лопастей образуется три вида физического воздействия: подъемная, импульсная и тормозящая силы. В результате воздействия этих сил статор приходит в движение, а ротор на неподвижной части генератора начинает создавать магнитное поле и электрический ток движется по проводам.

Вариантов исполнения ветрогенераторов большое количество, отличаются они не только мощностью, но и своим внешним видом. Структура большинства ветряков включает в себя: генератор, лопасти, инвертор, мультипликатор. Инвертор используется для преобразования полученного заряда в постоянный ток. Мультипликатор — это редуктор, который предназначен для увеличения числа оборотов вала. Устанавливают редукторы не на все ветряки, в основном только на большие и мощные ветровые установки.

Трехфазный переменный ток образуется благодаря вращению ротора. Полученная энергия направляется через контроллер к аккумуляторной батарее. Далее инвертор преобразовывает ток и делает его стабильным, именно в таком виде его можно подавать для питания бытовых приборов или освещения.

Ветряные электростанции

Ветряные электростанции – это особые устройства, преобразовывающие энергию ветра в энергию электрическую. Происходит это за счет вращения ротора. Потоки ветра попадают на лопасти винта и заставляют крутиться ротор, механическая энергия от вращения которого преобразуется в энергию электрическую. Размер лопасти ветрогенератора, как правило, можно считать показателем мощности устройства, а также по нему можно узнать примерную производительность генератора.

Ветряные электростанции обычно состоят из нескольких установок и в сумме дают большое количество электроэнергии, особенно в периоды ураганов и сильных продолжительных ветров.

Подобные устройства используются там, где наблюдается нехватка электрической энергии либо вообще нет возможности провести ее традиционными методами.

Существенными преимуществом ветряной электростанции является то, что она не потребляет каких-либо ценных ресурсов, кроме энергии ветра. В отличие от электрогенераторов, работающих на бензине или других видах топлива, ветрогенератор не нуждается в подзарядке.

Как пугало действует на птиц и почему отпугивает

Пугало, напоминающее человеческую фигуру, которая веками держала птиц подальше от этого места. В общем, птицы боятся присутствия людей поблизости, поэтому силуэт садового чучела изначально достигает желаемого эффекта. Но постепенно не глупые существа понимают, что реакции на их приближение не должно быть, и после того, как они осмелились, начинают атаковать урожай.

Люди давно используют плюшевых животных для защиты сельскохозяйственных культур и урожая от птиц.

Для достижения нужного эффекта с помощью чучела стоит изучить, чего боятся птицы:

  1. Резкие движения. Пугало должно поворачиваться, качаться и качаться руками даже при малейшем порыве ветра. Привязанные к форме ремешка, носовые платки и другие предметы, движущиеся по ветру, хорошо работают.
  2. Синий цвет. В природе богатые, светлые тона редки, поэтому они необычны для птиц. Поэтому при выборе одежды для чучела животного необходимо использовать королевский синий оттенок.
  3. Яркий свет. Объекты, светящиеся на солнце, создают иллюзию движения птиц. Для этого к чучелу прикрепляются блестящие элементы: фольга, новогодний дождь, компакт-диски и т.д.
  4. Громкие звуки. Трудно отделаться от постоянного шума, но колокола, шелестящие предметы, диктофоны, гудящие на ветру горшки отчасти помогут справиться с поставленной задачей.

Садовое чучело, изготовленное в таких условиях, станет надежным защитником урожая надоедливых птиц.

Алюминиевые лопасти

Изготовление лопасти ветрогенератора из листа алюминия производится по той же самой схеме, по которой осуществляется работа с трубой ПВХ. Однако существенным отличием между двумя системами является метод крепления лопастей к соединяющему элементу. При работе с алюминием лучше не использовать болты и эпоксидную смолу, а соединить детали при помощи заклепок.

Также алюминиевые элементы требуют более тщательной обработки при помощи напильника, наждака и двух видов наждачной бумаги. Острую кромку лопасти сначала следует обработать напильником и грубой наждачной бумагой, а уже затем отшлифовать мягкой. В случае необходимости можно убрать большие излишки материала при помощи наждака. Им же можно сгладить серьезные неровности в лопастях.

Конструктивные особенности высокооборотных систем

Аэродинамические свойства высокооборотных роторов во многом зависят от конфигурации лопаток. На КПД отражаются внешне незаметные погрешности, поэтому без отсутствия должных навыков лучше отдать предпочтение тихоходному варианту рабочего колеса.

  • Чем меньше лопастей, тем больше проблем с балансировкой ротора. Оптимальный по сложности и трудоемкости вариант ветрового колеса диаметром от 2-х метров должен иметь не менее 5-6 лопастей.
  • Высокооборотные конструкции характеризуются повышенной шумностью, которая усиливается с увеличением диаметра и скорости оборотов. Такая особенность мощного быстроходного ветросилового агрегата исключает его установку в местности с плотной застройкой или на крыше городской многоэтажки.

Как сделать своими руками

Умея работать с различным ручным инструментом и приняв решение построить ветровой генератор своими силами, лопасти такого устройства, также можно изготовить самостоятельно. В этом случае выбор материала, используемого для изготовления, зависит от имеющегося в наличии, и это могут быть следующие варианты:

Из ПВХ трубы

В этом случае используются трубы, используемые для сетей канализации или водопровода, большого диаметра и обладающие высокой прочностью, что обусловлено их применением в сетях с избыточным давлением.

Расчет формы лопасти произвести самостоятельно довольно таки сложно, поэтому оптимальный вариант, это найти шаблон требуемого размера. Для этого можно воспользоваться специализированной литературой, журналами или интернет ресурсами, в которых приводится большое количество разнообразных по конфигурации и геометрическим размерам изделий.

По шаблону, на поверхности трубы, наносятся размеры, после чего, при помощи режущего инструмента, выполняется выпиливание лопастей, как на ниже приведенном рисунке.

Боковые грани зачищаются, удаляются заусеницы и неровности. После изготовления требуемого количества, лопасти соединяются в единый блок и помещаются на вал ветрового генератора.

Из стеклопластика

При использовании стеклопластика (стекловолокна), вначале из дерева изготавливается шаблон, по которому в дальнейшем, и изготавливаются элементы лопастей. Как правило, в этом случае, они делаются полыми, при необходимости возможна установка усиливающих лонжеронов и заполнении пустот различными компонентами.

При создании шаблона, поверхность лопасти условно делится по горизонтальной оси, после чего получается шаблон нижней и шаблон верхней частей. По изготовленному основанию (шаблону), который можно назвать матрицей, изготавливаются отдельные элементы лопасти. Для этого по матрице, с использованием эпоксидной смолы и отвердителя, наносятся несколько слоев стекловолокна, которое должно затвердеть. После застывания, внутрь поверхности изготавливаемого изделия, устанавливаются лонжероны и уплотнитель (в хвостовую часть). Уплотнитель укладывается в случае необходимости, что должно быть подтверждено соответствующим расчетом или обоснованием, приведенном в технической литературе, где был взят шаблон.

Изготовленные части соединяются между собой при помощи клея, в комлевой части, монтируется хвостовик, с помощью которого лопасть крепится к валу ветрового генератора.

При выполнении работ потребуется следующий инструмент:

  • Ножовки различного типа, в зависимости от используемого материала;
  • Ножницы по металлу или ручной электрический инструмент (лобзик, «болгарка» и т.д.);
  • Маркеры и чертилки, используемые для разметки изготавливаемых деталей;
  • Абразивные материалы: наждачная бумага, шлифовальные круги для углошлифовальной машинки, напильники – используемые для обработки поверхностей.

Мини и микро

Но с уменьшением размеров лопастника трудности падают по квадрату диаметра колеса. Изготовление горизонтальной лопастной ВСУ своими силами на мощность до 100 Вт уже возможно. Оптимальным будет 6-лопастный. При большем количестве лопастей диаметр ротора, рассчитанного на ту же мощность, будет меньше, но их окажется трудно прочно закрепить на ступице. Роторы о менее чем 6 лопастях можно не иметь в виду: 2-лопастнику на 100 Вт нужен ротор диаметром 6,34 м, а 4-лопастнику той же мощности – 4,5 м. Для 6-лопастного зависимость мощность – диаметр выражается следующим образом:

  • 10 Вт – 1,16 м.
  • 20 Вт – 1,64 м.
  • 30 Вт – 2 м.
  • 40 Вт – 2,32 м.
  • 50 Вт – 2,6 м.
  • 60 Вт – 2,84 м.
  • 70 Вт – 3,08 м.
  • 80 Вт – 3,28 м.
  • 90 Вт – 3,48 м.
  • 100 Вт – 3,68 м.
  • 300 Вт – 6,34 м.

Оптимальным будет рассчитывать на мощность 10-20 Вт. Во-первых, лопасть из пластика размахом более 0,8 м без дополнительных мер защиты не выдержит ветер более 20 м/с. Во-вторых, при размахе лопасти до тех же 0,8 м линейная скорость ее концов не превысит скорость ветра более чем втрое, и требования к профилировке с круткой снижаются на порядки; здесь уже вполне удовлетворительно будет работать «корытце» с сегментным профилем из трубы, поз. Б на рис. А 10-20 Вт обеспечат питание планшетки, подзарядку смартфона или засветят лампочку-экономку.

Мини- и микроветрогенераторы

Далее, выбираем генератор. Отлично подойдет китайский моторчик – ступица колеса для электровелосипедов, поз. 1 на рис. Его мощность как мотора – 200-300 Вт, но в режиме генератора он даст примерно до 100 Вт. Но подойдет ли он нам по оборотам?

Показатель быстроходности z для 6 лопастей равен 3. Формула для расчета скорости вращения под нагрузкой – N = v/l*z*60, где N – частота вращения, 1/мин, v – скорость ветра, а l – длина окружности ротора. При размахе лопасти 0,8 м и ветре 5 м/с получаем 72 об/мин; при 20 м/с – 288 об/мин. Примерно с такой же скоростью вращается и велосипедное колесо, так что свои 10-20 Вт от генератора, способного дать 100, мы уж снимем. Можно ротор сажать прямо на его вал.

Но тут возникает следующая проблема: мы, потратив немало труда и денег, хотя бы на моторчик, получили… игрушку! Что такое 10-20, ну, 50 Вт? А лопастный ветряк, способный запитать хотя бы телевизор, дома не сделаешь. Нельзя ли купить готовый мини-ветрогенератор, и не обойдется ли он дешевле? Еще как можно, и еще как дешевле, см. поз. 4 и 5. Кроме того, он будет еще и мобильным. Поставил на пенек – и пользуйся.

Второй вариант – если где-то валяется шаговый двигатель от старого 5- или 8-дюймового дисковода, или от привода бумаги или каретки негодного струйного или матричного принтера. Он может работать как генератор, и приделать к нему карусельный ротор из консервных банок (поз. 6) проще, чем собирать конструкцию наподобие показанной на поз. 3.

В целом по «лопастникам» вывод однозначен: самодельные – скорее для того, чтобы помастерить всласть, но не для реальной долговременной энергоотдачи.

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;

Из чего делают лопасти в домашних условиях?

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.

Канализационные трубы из поливинилхлорида

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:

  • невысокую цену;
  • доступность в любом регионе;
  • простоту работы;
  • большое количество схем и чертежей в интернете, большой опыт использования.

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.

Изготовление лопастей для ветрогенератора своими руками

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.

Лопасти из ПВХ

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.

Шаг 1: Разметка абриса лопастей ветряка

Шаг 2: Раскрой лопастей блогаркой

Шаг 3: Разметка выступа для крепления

Шаг 4: Вырезание выступа и удаление заусенцев

Шаг 5: Подготовка металлических пластин

Шаг 6: Разрезание монтажной пластины на две части

Шаг 7: Выравнивание разрезанных пластин

Шаг 8: Зачистка орезанной стороны наждачкой

Все подготовительные шаги выполнены, теперь лопасти надо присоединить к вращающейся вслед за ветром детали:

Приложив к выступу на лопасти обрезанную монтажную пластину, отмечаем через отверстия точки предстоящего крепления

Сверлим отверстия для установки крепежа, подложив под лопасть обрезок доски или брусок. Для этого лучше взять сверло диаметром чуть меньше, чем диаметр ножки шурупа

Оставшуюся после сверления полимерную стружку из отверстий надо аккуратно извлечь, стараясь не отрывать так, чтобы увеличился размер гнезд для крепления

На металлическом диске отмечаем центр, в который будет установлен анкерный болт, и вычерчиваем равносторонний треугольник, каждая вершина которого отметит положение монтажной пластины

Приклеим пластины к металлическому диску, расположив их в вершинах треугольника. Это нам облегчит работу во время сварки

В центре диска располагаем и привариваем гайку для введения в нее анкерного болта. Приклеенные пластины привариваем выпуклым швом

Прикручиваем вырезанные из труб лопасти к сваренной детали. Устанавливаем их так, чтобы изгиб у всех был направлен в одну сторону

На каждый шуруп с тыльной стороны накручиваем гайку. Для того чтобы крепеж не развинчивался при вращении лопастей, их желательно закрепить пайкой или сваркой

Шаг 9: Разметка точек крепления

Шаг 10: Сверление отверстий для крепления

Шаг 11: Подготовка отверстий к сборке

Шаг 12: Разметка диска для установки лопастей

Шаг 13: Приклеивание пластин перед сваркой

Шаг 14: Подготовка диска вращения к сборке

Шаг 15: Крепление пластиковых лопастей

Шаг 16: Закручивание гаек на шурупы

Алюминий – тонкий, легкий и дорогой

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.

Алюминиевые лопасти

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.

Вместо недешевого алюминия можно использовать обрезки кровельной жести или куски профнастила, оставшиеся после укладки:

Шаг 1: Подготовка материала к изготовлению лопастей

Шаг 2: Загибание кромок лопастей

Шаг 3: Обработка всех лопастей ветряка

Шаг 4: Подгонка всех лопастей под равный размер

Шаг 5: Придаине формы желобов

Шаг 6: Разметка отверстий для крепления

Шаг 7: Сборка рабочей части ветряка

Шаг 8: Установка ветрогенератора на мачту

Стекловолокно или стеклоткань – для профессионалов

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 стекловолокна

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.

Изготовление лопасти из стекловолокна

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.

Лопасть из стекловолокна изготовление

Затем клей должен высохнуть. Некоторые рекомендуют поместить форму в вакуумный пакет и откачать воздух. Так клей лучше проникает во все слои стеклоткани, не оставляя непропитанных участков

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.

Дешево и сердито: деревянная деталь для ветроколеса

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.

Изготовление деревянной лопасти

Если дерево будет сырым, в процессе высыхания винт может “повести” и он деформируется. Да и вес влажного дерева существенно выше сухого

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.

Деревянная лопасть

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.

С шагами изготовления ветряка с вырезанными из фанеры лопастями ознакомит следующая подборка фотоснимков:

С отслужившего велосипеда снимаем генератор и сверлим в нем отверстия для крепления рабочей части ветряка – фанерного диска с лопастями

На листе фанеры вычерчиваем лопасти будущего ветрогенератора. Для того чтобы сократить расход материала, лучше расположить их не так, как показано на фото, а направить основанием в противоположные стороны

Все детали рабочей части фанерного ветряка сначала вычерчиваем на бумаге, затем переносим на лист фанеры

В соответствии с разметкой выпиливаем детали сначала грубо электролобзиком, потом дорабатываем вручную по необходимости

Учитывая условия работы собираемой мини электростанции, обрабатываем ее перед сборкой. Покрываем антисептической пропиткой и антипиреном

Срезанные на один угол отрезки бруска прикручиваем к центральному диску, к которому будут крепиться все детали фанерного винта ветрогенератора

К закрепленным на диске колышкам прикручиваем фанерные лопасти и генератор от отслужившего велосипеда

После сборки рабочей части ветрогенератора проверяем, насколько свободно вращается диск с генератором. Если что-то мешает, подтачиваем, поправляем

Шаг 1: Подготовка генератора от велосипеда

Шаг 2: Нанесение шаблона для лопастей

Шаг 3: Чертежи шаблонов деталей ветряка

Шаг 4: Выпиливание компонентов рабочей части

Шаг 5: Обработка деталей антисептиком

Шаг 6: Крепление скошенных колышков

Шаг 7: Установка велосипедного генератора

Шаг 8: Проверка свободного вращения винта

Рабочая часть готова и проверена на работоспособность, значит, осталось ее только покрасить и прикрутить к мачте:

Шаг 9: Фиксация винта ветряка на опоре

Шаг 10: Обработка деталей грунтовкой

Шаг 11: Окрашивание деталей ветряка

Шаг 12: Крепление рабочей части на мачте

Лопасти из алюминия

Другим вариантом лопастей ветряного колеса бытового ветрогенератора являются лопасти из алюминия. Такие лопасти обладают лучшими прочностными характеристиками относительно лопастей из ПВХ как на разрыв, так и на изгиб. Однако такие лопасти обладают большей массой, что предъявляет дополнительные требования к прочности конструкции в целом. Также более точной должна быть балансировка колеса.

Ветряк своими руками за 150$
Ветряк своими руками за 150$
Параметры алюминиевой лопасти для шестилопастного ветряного колеса

Сначала, по заданным размерам изготавливается лекало из фанеры. По лекалу из алюминиевого листа вырезается шесть заготовок будущих лопастей. Заготовка прокатывается в желоб глубиной 10 мм таким образом, чтобы ось прокрутки составляла угол 10 градусов с продольной осью заготовки. Это делается для придания лопасти нужных аэродинамических характеристик. К внутреннему торцу лопасти приваривается крепежная втулка с нарезанной резьбой

Особенности изготовления лопастей для ветрогенератора своими руками из различных материалов

Особенности формы лопасти и эффективность ветрогенератора во многом определяют использованные материалы. В числе наиболее распространенных:

  • Трубы ПВХ

Представлены в продаже в широком ассортименте, что позволяет выбрать оптимальный вариант с учетом размеров будущей конструкции. Предпочтение стоит отдать изделиям для газопровода или канализации – их плотность позволит с легкостью выдержать даже сильные порывы ветра. Но стоит учесть, что центробежная сила усиливает нагрузку на лопасти пропорционально увеличению их длины. Края ветрогенератора вращаются со скоростью несколько сотен метров в секунду. И случайный разрыв трубы может стать причиной травмирования людей, находящихся поблизости.

Решением проблемы может стать уменьшение длины конструкции с одновременным увеличением их числа. Такая конструкция работает с меньшим шумом и уверенно вращается даже при слабом ветре. При выборе материала стоит обязательно учесть толщину трубы, от которой зависит плотность лопасти. Чертеж для лопастей ветрогенератора своими руками делается с использованием специальных таблиц, разработанных на основе практического опыта. Они помогут легко определить нужные параметры материала в зависимости от желаемого количества частей и их длины.

Обработка и формирование лопастей из ПВХ трубы займет минимум времени. По разметке вырезают отрезки нужной длины, после чего их рассекают вдоль и приоткрывают. Шлифование краев придает изделию более эстетичный и аккуратный вид, а также – способствует уменьшению уровня шума. Готовые части конструкции устанавливаются на стальную основу, толщина которой рассчитывается с учетом будущей ветровой нагрузки.

Особенности изготовления лопастей для ветрогенератора своими руками из различных материалов

  • Алюминий

Основное преимущество алюминия, в отличие от прочих материалов для лопастей ветрогенератора, – повышенная прочность и стойкость на изгиб и на разрыв. Но увеличенный вес металла, по сравнению с пластиком, заставляет принять особые меры по усилению конструкции и тщательной балансировке колеса.

Изготовление лопастей выполняется в такой последовательности. Вначале из фанерного листа вырезается лекало, по которому высекаются заготовки конструкции. Формование в желобе глубиной 10мм придает изделиям крыльчатую форму с отличными аэродинамическими характеристиками. К каждой лопасти крепится втулка с резьбой, с помощью которой все детали собираются в единую конструкцию.

  • Стекловолокно

По мнению специалистов, этот материал представляет собой оптимальное сочетание характеристик для изготовления лопастей ветрогенератора своими руками. Легкий вес, высокая прочность и отличная аэродинамика – основные преимущества материала. Но его обработка в домашних условиях несколько затруднена. Вначале проектируют и вырезают матрицу из дерева. На одну из поверхностей наносят слой эпоксидной смолы и укладывают поверх отрез стеклоткани подходящего размера. Затем вновь выкладывают слой смолы и стеклоткани и повторяют такую последовательность три или четыре раза. Получившуюся заготовку высушивают в течение суток. Так изготавливается только половина детали.

Описанную процедуру следует повторить столько раз, сколько лопастей планируется установить на ветрогенератор. Готовые элементы соединяют эпоксидной смолой и внутрь помещают и проклеивают деревянную пробку с резьбовой втулкой для монтажа на металлическую основу конструкции.

Особенности изготовления лопастей для ветрогенератора своими руками из различных материалов

Как рассчитать правильно

На КПД ветрового генератора оказывает значительное влияние аэродинамические характеристики устанавливаемых на него лопастей, поэтому перед их изготовлением, производятся специальные расчеты. В результате проведения таких расчетов, изделия проверяются на соответствие полученных результатов требуемым параметрам и прочим требованиям, предъявляемым к ним.

Ветер оказывает воздействие на лопасти генератора и эта сила, или иными словами – напор, действует по направлению воздушного потока. В свою очередь, перпендикулярно к силе напора действует подъемная сила, именно которая и работает в ветровых генераторах с горизонтальной осью вращения (показано на ниже приведенной схеме).

При расчете геометрических размеров лопасти определяется ширина ее хорды и угол ее установки, на схеме β, на всей протяженности элемента устройства.

Ветряк своими руками за 150$
Ветряк своими руками за 150$

При проведении расчетов используется метод конечных элементов, суть которого заключается в том, что лопасть рассматривается как совокупность отдельных элементов, входящих в ее состав.

Сила напора ветровых потоков направлена против движения лопасти (на схеме названа «истинным ветром») и на диаграмме разложена на вектора — «скорость ветра» и «окружная скорость». Окружная скорость обеспечивает движение лопастей в плоскости вращения, при этом подъемная сила оказывает воздействие именно в этом направлении.

Сила напора и подъемная сила, определяют производительность ветрового генератора (формула приведена в разделе «Основные характеристики») и зависят от коэффициента подъемной силы, а также коэффициента лобового сопротивления. Кроме этого, данные коэффициенты, находятся в прямой зависимости от геометрического профиля лопасти и угла между линией ее хорды и направлением воздушного потока.

Линия хорды– самая длинная линия при рассмотрении ее сечения, от носка лопасти до ее задней кромки.

Угол между линией хорды и направлением воздушного потока (набегающий поток) называется углом атаки (угол α).

Коэффициенты подъемной силы и лобового сопротивления определены экспериментальным путем и занесены в специальные журналы (атласы). График зависимости подъемной силы от угла атаки (формы лопасти), выглядит следующим образом:

Ветряк своими руками за 150$
Ветряк своими руками за 150$

Наилучшие аэродинамические показатели имеют подобные элементы, обладающие углом α (углом атаки) равным значению – 5.

Еще одним важным параметром, при расположении элементов, является угол их установки (угол β), который определяется по формуле:

где:

R – радиус наружного круга вращения;

r – радиус вращения, без учета комля и и прикомлевой части;

Z – быстроходность кончика данного элемента устройства.

Ширина лопасти (размер «b») это также важный параметр, требующий соответствующего расчета

Наиболее важной частью является наружная, что обусловлено кольцом ветра и площадью охвата, с которым эта часть устройства работает

Расчет выполняется по формуле:

где:

R – наружный радиус вращения;

r – внутренний радиус вращения, без учета комля и и прикомлевой части;

Z – быстроходность кончика.

i – количество лопастей.

Из данной формулы видно, что:

  • Ширина обратно пропорциональна внутреннему радиусу ее вращения, и что, в свою очередь говорит о том, что наиболее оптимальной формой, является форма треугольника;
  • Ветровой генератор с малым количеством лопастей должен иметь более широкие лопасти;
  • Увеличение быстроходности снижает их ширину.

Быстроходность с показателем «5», является наиболее оптимальной, что позволяет снизить потери установки при максимальном количестве лопастей. На приведенном ниже рисунке, указано, как количество однотипных элементов, установленных на ветровом генераторе, влияет на его быстроходность:

Ветряк своими руками за 150$
Ветряк своими руками за 150$

Высокая быстроходность позволяет увеличить КПД ветровых генераторов, при этом негативными факторами, при эксплуатации подобных устройств, будут:

  • Повышенный уровень производимого шума;
  • Вибрация, при использовании одной или двух лопастей;
  • Повышенная эрозия кромок;
  • Трудности старта при малых потоках ветра.

Для снижения уровня шума кончики лопастей делают заостренной формы, а для облегчения старта, основания изготавливаются несколько шире, чем размер «b».

Обслуживание и уход

Одним из главных условий безаварийной эксплуатации ветрового генератора, является надежное крепление лопастей. Сроки проверки узлов, прочность их крепления, а также надежность прочих элементов установки, регламентируются предприятием-изготовителем и отражаются в его паспорте и инструкции по эксплуатации.

Если рассматривать общие правила по обслуживанию и уходу, то они, в отношении лопастей установок, выполняются в следующей последовательности:

  • Ежемесячно – проводится внешний осмотр и закрепление узлов соединения (по мере необходимости).
  • Ежеквартально – подтягивание резьбовых соединений, при их наличии в данном элементе устройства (по мере необходимости).
  • Раз в полгода – производится проверка на дисбаланс и выполнении балансировки, если таковая необходима.
  • Раз в год – производится проверка общего состояния, выполняется ремонт и покраска (по мере необходимости).

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы: Цены на ветрогенераторы

Какой нужен генератор?

Электрический генератор для ветряка бытового назначения должен вырабатывать электроэнергию в широком диапазоне скоростей вращения и обладать способностью самозапуска без автоматики и внешних источников питания. В случае использования ВСУ с ОСС (ветряки с раскруткой), обладающих, как правило, высокими КИЭВ и КПД, он должен быть и обратимым, т.е. уметь работать и как двигатель. При мощностях до 5 кВт этому условию удовлетворяют электрические машины с постоянными магнитами на основе ниобия (супермагнитами); на стальных или ферритовых магнитах можно рассчитывать не более чем на 0,5-0,7 кВт.

Отличное «сердце» ВСУ мощностью от 0,3 до 1-2 кВт получается из автогенератора переменного тока со встроенным выпрямителем; таких сейчас большинство. Во-первых, они держат выходное напряжение 11,6-14,7 В в довольно широком диапазоне скоростей без внешних электронных стабилизаторов. Во-вторых, кремниевые вентили открываются, когда напряжение на обмотке достигнет примерно 1,4 В, а до этого генератор «не видит» нагрузки. Для этого генератор нужно уже довольно прилично раскрутить.

В большинстве случаев автогенератор можно непосредственно, без зубчатой или ременной передачи, соединить с валом быстроходного ВД, подобрав обороты выбором количества лопастей, см. ниже. «Быстроходки» имеют малый или нулевой стартовый момент, но ротор и без отключения нагрузки успеет достаточно раскрутиться, прежде чем вентили откроются и генератор даст ток.

Выбор материала

Для изготовления лопастей используются различные материалы, главными требованиями, предъявляемые к ним, являются следующие:

  • Прочность – способность выдерживать постоянные нагрузки, обусловленные воздействием ветровых потоков;
  • Малый вес – увеличивает срок службы узлов и механизмов аппарата (подшипники, растяжки и т.д.);
  • Стойкость по отношению к атмосферным явлениям (осадки, солнечный свет, температура окружающего воздуха).

Всем, выше перечисленными требованиям, соответствуют: стекловолокно, композитные материалы, пластик и легкие металлы (алюминий, титан и прочие).

Выбор материала осуществляет производитель, в соответствии с экономической целесообразностью, наличием материала на соответствующем рынке, а также трудоемкости его обработки в процессе выполнения работ.

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.

Какая форма лопасти является оптимальной?

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.

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.

Правильно подобранная форма лопасти для ветрогенератора является фундаментом его хорошей работы.

Для домашнего изготовления подходят такие варианты:

  • парусного типа;
  • крыльчатого типа.

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.

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.

Лопастники

Как у сказано, по классике горизонтальный ветрогенератор с лопастным ротором – наилучший. Но, во-первых, ему нужен стабильный хотя бы средней силы ветер. Во-вторых, конструкция для самодельщика таит в себе немало подводных камней, из-за чего нередко плод долгих упорных трудов в лучшем случае освещает туалет, прихожую или крыльцо, а то и оказывается способен только раскрутить самого себя.

Ветряк своими руками за 150$

По схемам на рис. рассмотрим подробнее; позиции:

Фиг. А:

  1. лопасти ротора;
  2. генератор;
  3. станина генератора;
  4. защитный флюгер (ураганная лопата);
  5. токосъемник;
  6. шасси;
  7. поворотный узел;
  8. рабочий флюгер;
  9. мачта;
  10. хомут под ванты.

Фиг. Б, вид сверху:

  1. защитный флюгер;
  2. рабочий флюгер;
  3. регулятор натяжения пружины защитного флюгера.

Фиг. Г, токосъемник:

  1. коллектор с медными неразрезными кольцевыми шинами;
  2. подпружиненные меднографитовые щетки.

Итак, где нас ждут «спотыки»?

Лопасти

Ветряк своими руками за 150$
Ветряк своими руками за 150$

Профилировка и крутка лопасти ВСУ

Рассчитывать добиться мощности на валу генератора более 150-200 Вт на лопастях любого размаха, вырезанных из толстостенной пластиковой трубы, как часто советуют – надежды беспросветного дилетанта. Лопасть из трубы (если только она не настолько толстая, что используется просто как заготовка) будет иметь сегментный профиль, т.е. его верхняя, или обе поверхности будут дугами окружности.

Сегментные профили пригодны для несжимаемой среды, скажем, для подводных крыльев или лопастей гребного винта. Для газов же нужна лопасть переменного профиля и шага, для примера см. рис.; размах – 2 м. Это будет сложное и трудоемкое изделие, требующее кропотливого расчета во всеоружии теории, продувок в трубе и натурных испытаний.

Генератор

При насадке ротора прямо на его вал штатный подшипник скоро разобьется – одинаковой нагрузки на все лопасти в ветряках не бывает. Нужен промежуточный вал со специальным опорным подшипником и механическая передача от него на генератор. Для больших ветряков опорный подшипник берут самоустанавливающийся двухрядный; в лучших моделях – трехъярусный, Фиг. Д на рис. выше. Такой позволяет валу ротора не только слегка изгибаться, но и немного смещаться из стороны в сторону или вверх-вниз.

Аварийный флюгер

Принцип его работы показывает Фиг. В. Ветер, усиливаясь, давит на лопату, пружина растягивается, ротор перекашивается, обороты его падают и в конце концов он становится параллельно потоку. Вроде бы все хорошо, но – гладко было на бумаге…

Попробуйте в ветреный день удержать за ручку параллельно ветру крышку от выварки или большой кастрюли

Только осторожно – вертлявая железяка может садануть по физиономbии так, что расквасит нос, рассечет губу, а то и выбьет глаз

Плоский ветер бывает только в теоретических выкладках и, с достаточной для практики точностью, в аэродинамических трубах. Реально же ураган ветряки с ураганной лопатой корежит больше, чем вовсе беззащитные. Лучше все-таки менять исковерканные лопасти, чем делать заново все. В промышленных установках – другое дело. Там шаг лопастей, по каждой в отдельности, отслеживает и регулирует автоматика под управлением бортового компьютера. И делаются они из сверхпрочных композитов, а не из водопроводных труб.

Токосъемник

Это – регулярно обслуживаемый узел. Любой энергетик знает, что коллектор со щетками нужно чистить, смазывать, регулировать. А мачта – из водопроводной трубы. Не залезешь, раз в месяц-два придется весь ветряк валить на землю и потом опять поднимать. Сколько он протянет от такой «профилактики»?

Как рассчитать размер и площадь лопастей для ветряка.

Рассчитать оптимальный размер лопастей можно по приведённой таблице.

как рассчитать лопасти для ветрогенератора

Большинство разработчиков самодельных ветряков рекомендуют изготовлять ветряк диаметром примерно 2 метра, это оптимальный размер который позволяет самостоятельно обслуживать ветрогенератор.

Ветряки для слабого ветра

Ветроэнергетика, имевшая невысокую ценность в глазах большинства еще совсем недавно, обретает уверенный подъем и рост. Даже в условиях преобладания слабых и умеренных ветров ведутся серьезные разработки, позволяющие использовать неограниченный природный ресурс с максимальной пользой. Создаются новые, более удачные и эффективные образцы конструкции ветряков, дающие возможность предполагать скорое развитие автономных сельских усадеб.

Европейская часть континента Евразия, исключая прибрежные зоны, имеет преобладающие слабые и умеренные ветра. Использование ветряков обычных горизонтальных конструкций в большинстве регионов малоэффективно. Ресурс устройства в таких условиях используется на ничтожно малый процент, поэтому эффективность крайне низка.

При этом, менее производительные в теории вертикальные модели зачастую выигрывают у горизонтальных, так как имеют более приспособленную для слабых потоков геометрию лопастей, не нуждаются в наведении на ветер, что снижает потери.

Тем не менее, разработки в области горизонтальных роторов продолжаются. Созданы различные устройства, дающие высокие показатели на низких скоростях вращения. Основные направления исследований:

  • создание генератора, дающего высокую производительность при низкой скорости вращения
  • изготовление оптимальной для слабых потоков конструкции крыльчатки, способной уверенно вращаться при слабом ветре

Решение вопроса возможно только при одновременном развитии в обоих направлениях, так как ветрогенератор представляет собой комплекс оборудования, работающий в единой системе. Слабый элемент в комплексе снижает его эффективность, что вынуждает подбирать оборудования в максимальном соответствии всех узлов и деталей.

Ветряк своими руками за 150$
Ветряк своими руками за 150$

Источники

  • https://oboiman.ru/ingeneer/izgotovlenie-lopastej-dla-vetrogeneratora-svoimi-rukami.html
  • https://piko-train.ru/devajsy/kak-sdelat-lopasti.html
  • https://kachestvolife.club/ekologiya/lopasti-dlya-vetrogeneratora
  • https://soloserv.ru/stroitelstvo/lopasti-dlya-vetrogeneratora-svoimi-rukami-raschet-i-izgotovlenie
  • https://altenergiya.ru/veter/izgotovlenie-lopastej-dlya-vetrogeneratora.html
  • https://LesSale.ru/energiya/raschet-lopasti-vetryaka.html
  • https://sam-stroitel.com/kak-sdelat-lopasti-dlya-vetrogeneratora.html

[свернуть]
Adblock
detector