Большой пропеллер для ветрогенератора из пластиковой трубы
Remont-okon78.ru

Строительный портал

Большой пропеллер для ветрогенератора из пластиковой трубы

Эффективный винт для ветрового генератора

Основная часть ветрогенератора это винт, который и преобразует энергию ветра в механическую работу. Значит чем лучше винт, тем более больше и стабильнее ветрогенератор сможет вырабатывать электричества.

Создавая винт автор хотел сделать его и быстроходным и с хорошим стартовым моментом, для этого он даже использовал специализированную программу по расчету коэффициента эффективности.

Материалы использованные для создания винта:
1) профнастил толщина 0.6 мм
2) болгарка
3) молоток
4) плоскогубцы
5) ножницы по металлу

Рассмотрим более подробно основные моменты работы над созданием винта.

Для начала он приступил к основным расчетам. Сначала были испытаны трубы диаметром 110 и 160 мм, так как они имелись в наличии в у автора, но при хороших быстроходных качествах от них не удавалось добиться достаточного стартового момента. Тогда он решил проверить какой именно диаметр будет наиболее приемлемым со стороны программы. Расчеты показали что наилучший коэффициент имеют трубы из ПВХ диаметром 250 и 315 мм. Они имеют отличные показатели как быстроходности, так и стартового момента.

Но так как труб такого диаметра не было и найти их довольно сложно, то он решил сделать лопасти из жести, которая осталась от обшивки дома профнастилом. Предварительно были совершены расчеты с винтом из 315-ой трубы в программе. Винт состоял из трех лопастей и получался диаметром около 1.5 метра. По расчетам быстроходность такого винта получалась с высоким КИЭВ 5-7, а стартовый момент при ветре в 5 мс был равен 0.25 Нм.

Ниже предоставлены выдержки из программы по расчету эффективности лопастей:

Ниже представлены все основные расчеты и данные о размерах в миллиметрах, исходя из которых приступил к изготовлению лопастей будущего винта.

Из обрезков настила были выбраны наиболее подходящие куски в количестве трех штук и обработаны болгаркой до 75 см. При помощи молотка профилю был предан вид гладкого листа, а тыльная кромка сразу подгибалась с захватом в 10 мм.

Далее на полученных листах автор произвел разметку линии фронта работ, по которой в последствии и были вырезаны лопасти. К основным размерам был добавлен один сантиметр, так как автор решил подогнуть края дабы придать жесткость конструкции. На фотографиях ниже представлена линия по которой будет происходить подгиб металла. Толщина жести получилась около 0.6 мм, что позволило справляться ножницами по металлу, а не болгаркой, благодаря чему лопасти получились более ровными.

Для жесткости кромки лопастей были подогнуты. Делалось это при помощи плоскогубцев с последующим постукиванием молотком.

Как видно лопасти еще плоские, поэтому автор приступил к созданию изгиба.

При помощи продольного простукивания молотком лопастям была предана форма желобов формой похожих на 315-ую трубу. Для визуального понимания он нарисовал круг диаметром 320 мм и ориентировался по нему при манипуляциях с формой лопастей. Так же были просверлены отверстия диаметром 6 мм для последующей сборки винта.

После установки этого винта, он сразу же показал себя с лучшей стороны. При скорости ветра в 3-5 мс он отлично набирал обороты и моментально отзывался на изменение ветра. До этого винты установленные на генератор либо периодически останавливались, либо не имели достаточного количества оборотов для выдачи стабильного тока.

Теперь зарядка стала практически постоянной, сила тока от 0.5-1 А и постоянно увеличивается до 2 А. Из-за быстроходности зарядка не прекращается, даже при слабом ветре. Таким образом автор нашел отличный выход для постройки надежного и стабильного винта для ветряка из подручных средств, чего он и добивался. Эта инструкция может помочь вам, если вы так же испытываете затруднения с поиском больших ПВХ труб в вашем регионе.

Лопасти для ветрогенератора из ПВХ трубы

Ветрогенератор (ВЭУ) – приспособление, с помощью которого можно преобразовать кинетическую энергию ветра в электричество. Подобное устройство используют в качестве альтернативного источника электроэнергии. В статье мы разберемся с конструктивными особенностями ВЭУ, а также технологией сборки лопастей ветряка из ПВХ трубы.

Что представляет собой ветрогенератор?

Ветрогенератор представляет собой турбину с закрепленным на ней ветряным колесом и флюгером. Конструкция крепится на крышах домов при помощи специальной мачты или металлического штатива. Достаточно простое устройство позволяет трансформировать естественную энергию ветра в электричество.
Чтобы сделать свою мини электростанцию с неплохим показателем КПД, нужно правильно рассчитать мощность ВЭУ. Данный параметр во многом определяется размером лопастей, от которых зависит сопротивляемость конструкции воздушным массам и, как следствие, количество вырабатываемой электроэнергии.

Как определить мощность ВЭУ?

Мощность ветряка напрямую зависит от количества лопастей в устройстве, их размеров и диаметра ветряного колеса. Данная зависимость продемонстрирована в таблице ниже, благодаря которой можно определить линейные параметры составляющих ветряка и производимой ими потребной мощности.


Оптимальным вариантом конструкции для самостоятельной сборки лопастей из ПВХ трубы станет ветряк парусного типа. Однако следует учесть, что при вращении лопастей и самого ветряного колеса не будут задействованы законы аэродинамики. Иными словами, импульсом для вращения мобильных частей устройства станет только давление воздушных масс. КПД парусного ВЭУ составит только 10-12% от ветровой энергии, которая воздействовала на конструкцию.
Более удачным вариантом ветряка с большим коэффициентом полезного действия станет ВЭУ крыльчатого типа. Лопасти устройства имеют неодинаковую площадь, за счет этого создается разница давления воздушных масс, действующих на крылья с обеих сторон. Таким образом, при вращении мобильных частей ветряка удается задействовать аэродинамическую силу. Благодаря этому КПД ветрогенератора возрастает на 30-40%.

Технологические особенности сборки ВЭУ

Из чего сделать лопасти для ветряка? Для изготовления лопастей проще всего использовать пластиковые трубы. Они достаточно просты в обработке и способны выдерживать немалые динамические нагрузки. Но для того, чтобы ветряк в процессе эксплуатации не разлетелся на куски, желательно учесть несколько важных нюансов:

  • Толщину трубы. В процессе вращения несущие детали устройства испытывают большую нагрузку из-за влияния центробежной силы. Чтобы ее уменьшить желательно взять в качестве материала канализационную или газопроводную трубу с большей толщиной стенки – не менее 4 мм;
  • Длину лопастей. Чем длиннее лопасть, тем большую нагрузку она испытывает. Чтобы продлить срок службы конструкции, не делайте крылья слишком длинными. Наиболее приемлемым вариантом станет крыло с длиной от 30 до 50 см;
  • Количество лопастей. От количества крыльев напрямую зависит сопротивляемость ветряка воздушным массам. Чтобы увеличить его КПД, число крыльев стоит увеличить. Оптимальным вариантом станет ВЭУ с 5 или 6 крыльями.

Разметка ПВХ трубы

В качестве примера рассмотрим процесс маркировки крыльев для ВЭУ из трубы с диаметром в 10 см и толщиной стенки – 5 мм.

Генератор вертикального типа

Как разметить заготовку?

1. Чтобы правильно разметить цилиндрическую поверхность, оберните трубу листом бумаги;
2. Кромка листа станет ориентиром для формирования оси на трубе;
3. Ширина листа укажет на длину окружности;
4. Теперь сложите листок пополам, чтобы отметить половину от окружности заготовки;
5. Сложите листок четыре раза, чтобы отметить на цилиндре 4 линии для предполагаемых разрезов.

Порезка ПВХ трубы

Как разрезать ПВХ трубу? Для того, чтобы порезать заготовку лучше всего использовать электролобзик с пилкой по металлу. Порезка трубы на составные части делается следующим образом:
1. Сначала размеченную заготовку разрезают на две равные части;
2. Теперь половинки трубы также нужно разрезать пополам;
3. У основания каждой из лопастей делают прямоугольные надрезы длиной не более 5-6 см;
4. Чтобы не разрушить структурную целостность материала, в углах крыльев нужно просверлить небольшие отверстия;
5. После этого заготовленные части следует разрезать по диагонали;
6. Таким образом, у вас получатся лопасти конусного типа.

Особенности сборки деталей

На завершающем этапе конструирования ветрогенератора нужно соединить крылья с ветряным колесом и турбиной.

Как это сделать?

  • Необходимо изготовить соединительный узел. Деталь представляет собой стальной диск с шестью металлическими лентами;
  • Форма узла определяется конфигурацией самого генератора, выполняющий роль преобразователя кинетической энергии ветра в электрическую;
  • Чтобы лопасти ветрогенератора не сломались и не деформировались под давлением воздушных масс, толщина стальных лент и диска должна варьироваться в пределах от 2 до 6 мм.

Балансировка колеса

После сборки ветряка необходимо осуществить балансировку ветряного колеса. Чтобы результаты были максимально достоверными, юстировать устройство стоит в закрытом помещении.

Как совершают балансировку?

1. Ветряное колесо подвешивается таким образом, чтобы его вращению ничего не препятствовало;
2. В процессе балансировки нужно следить за тем, чтобы плоскость соединительного диска была вертикальна по отношению к подвесу;
3. Теперь следует повернуть колесо на угол, который равен 360/N, где N – количество лопастей в конструкции;
4. Процедуру повторяем до полного поворота диска вокруг собственной оси;
5. Если после остановки диск приходит в движение, значит, лопасти, стремящиеся вниз, тяжелее остальных.

Выводы

Конструирование лопастей для бытового ветрогенератора – непростое, однако посильное для народных умельцев занятие. С соблюдением технологических нюансов, которые были приведены в статье, вам непременно удастся собрать ветряк с хорошим КПД.

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.

Читать еще:  Ошибки при монтаже металлочерепицы

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:

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.

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.

Оптимальные лопасти для ветрогенератора: вид, форма, материалы и инструкция по изготовлению своими руками

Обновлено: 4 мая 2019

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.

Читать еще:  Как построить сарай из дерева?

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:

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.

Лопасти для ветрогенератора своими руками

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.

Читать еще:  Декор камина из гипсокартона своими руками

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.

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

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.

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.

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.

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector