Изготовление лопастей для ветрогенератора из ПВХ труб, алюминия, стекловолокна. Лопасти для ветрогенератора своими руками

расчет лопастей для вертикального ветряка, чертежи, видео по изготовлению, из чего сделать

Домашние ветряные электростанции – независимый альтернативный способ получения электроэнергии.

Установка такого оборудования позволяет существенно снизить траты на электричество при условии, что в местности присутствуют ветра хотя бы от 4 м/с.

А чем выше скорость ветра, тем большее количество энергии вырабатывается устройством.

В этой статье будет рассмотрен пошаговый план изготовления лопастей ветрогенератора своими руками.

Ветряные электростанции

Существует множество вариантов конструкции ветрогенераторов, для классификации которых есть базовые признаки:

расположение вращательной оси: вертикальное и горизонтальное;
количество лопастей: чаще от 1 до 6, но бывают варианты и с большим количеством;
тип вращательной лопасти: в виде крыла или паруса;
материал для изготовления лопасти: дерево, алюминий, ПВХ;
конструкция винтового колеса: с фиксированным или переменным шагом.

Продуктивность работы ветрогенератора в большей степени зависит от лопастей: от того, насколько правильно рассчитаны их размеры и количество, и удачно ли подобран материал для изготовления.

Сделать лопасти своими руками не составит труда, но перед тем, как начать работу, нужно изучить некоторые факты:

Чем длиннее лопасти, тем легче они поддаются движению ветра, даже самого слабого. Однако большая длина будет замедлять скорость вращения ветряного колеса.
На чуткость ветряного колеса влияет и количество лопастей: чем их больше, тем проще будет запускаться вращение. При этом показатели мощности и скорости будут снижаться, а значит, такое устройство непригодно для выработки электроэнергии, но отлично подойдет для подъемных работ.
От диаметра и скорости вращения ветряного колеса зависит уровень шума, исходящего от устройства. Это нужно учитывать при установке ветрогенератора вблизи жилых домов.
Большее количество энергии от ветра можно получить, установив ветряк как можно выше над уровнем земли (оптимально от 6 до 15 м). Поэтому зачастую установка происходит на крыше здания или на высокой мачте.

Готовые лопасти для ветрогенератора

Создание лопастей поэтапно

При самостоятельном проектировании лопастей необходимо учитывать следующее:

Для начала нужно определиться с формой лопасти. Для домашнего горизонтального ветрогенератора более удачной считается форма крыла. Благодаря своему строению она имеет меньшее аэродинамическое сопротивление. Такой эффект создается за счет отличия площадей внешней и внутренней поверхностей элемента, и поэтому появляется разница давления воздуха на стороны. Форма паруса имеет большее сопротивление и поэтому менее эффективна.

Так выглядит сопротивление ветра с разными моделями лопастей

Дальше нужно определиться с количеством лопастей. Для местности, в которой присутствуют постоянные ветра, можно использовать быстроходные ветрогенераторы. Таким устройствам достаточно 2-3 лопастей для максимальной раскрутки двигателя.При использовании такого устройства в безветренной местности оно будет неэффективным, и будет просто простаивать в спокойную погоду. Еще одним недостатком трехлопастных ветрогенераторов является высокий уровень шума, по звуку напоминающий вертолет. Такая установка не рекомендуется вблизи густо заселенных домов.

Для наших широт, со слабыми и средними ветрами, лучше подойдут пяти- и шестилопастные ветряки, что позволит им улавливать слабый поток ветра и поддерживать стабильную работу двигателя

Это интересно: при правильных расчетах успешно вырабатывать электроэнергию может ветрогенератор как с одной, так и с двумя-тремя лопастями. А при наличии всего одной лопасти устройство будет работать при любой, даже самой незначительной скорости ветра!

Расчет мощности ветряного устройства. Невозможно рассчитать точный показатель, поскольку мощность напрямую будет зависеть от погоды и движения ветра. Но существует прямая зависимость между диаметром ветряного колеса с количеством лопастей и мощностью оборудования.

Данные приведены для средней скорости ветра 4 м/с (для увеличения нажмите на картинку)

Разобравшись с данными в таблице и поняв взаимосвязь, можно с помощью создания правильного винтового колеса влиять на мощность будущей конструкции

Выбор материала для создания лопастей. Выбор материалов для создания лопастей достаточно широк: ПВХ, стекловолокно, алюминий и др. Однако каждый из них имеет свои плюсы и минусы. Остановимся на выборе материала более подробно.

Лопасти для ветрогенератора из стеклопластика

Лопасти из ПВХ-трубы

ПВХ лопасти

При подборе правильного размера и толщины труб, полученное колесо будет обладать высокой прочностью и эффективностью. Следует учитывать, что при сильных порывах ветра, пластик недостаточной толщины может не выдержать нагрузку, и разлететься на мелкие кусочки.

Для того чтобы обезопасить конструкцию, лучше уменьшить длину лопастей и увеличить их количество до 6. Для получения такого количества деталей как раз хватит одной трубы.

Для создания лопасти нужно взять трубу с минимальной толщиной стенки 4 мм и диаметром 160 мм, и нанести с помощью готового шаблона и маркера разметку будущих элементов.

Для того чтобы не допустить ошибки при самостоятельных расчетах, лучше воспользоваться готовым шаблоном, который легко можно найти в интернете. Поскольку без специальных знаний в этом деле не обойтись.

После порезки трубы полученные элементы нужно зашлифовать и скруглить по краям. Чтобы соединить лопасти, изготавливается самодельный стальной узел, с достаточной толщиной и прочностью.

Алюминиевые лопасти

Такая лопасть прочнее и тяжелей, а значит, и вся конструкция, удерживающая винт, должна быть массивней и устойчивей. К последующей балансировке колеса тоже нужно отнестись с повышенным вниманием.

Чертеж стандартного алюминиевого элемента для шестилопастного колеса

По представленному шаблону из листа алюминия вырезается 6 одинаковых элементов, к внутренней стороне которых нужно приварить втулки с резьбой для дальнейшего крепления.

К соединительному узлу нужно приварить шпильки, которые будут соединяться с подготовленными на лопастях втулками.

Для того чтобы улучшить аэродинамические свойства такой лопасти, ей нужно придать правильную форму. Для этого ее нужно прокатать в неглубокий желоб так, чтобы между осью прокрутки и продольной осью заготовки образовался угол 10 градусов.

Лопасти из стекловолокна

Преимуществом этого материала является оптимальное соотношение массы и прочности, в сумме с аэродинамическими свойствами. Но работа со стеклотканью требует особого мастерства и большого профессионализма, поэтому в домашних условиях такое изделие создать сложно.

Лопасти из стекловолокна

Это важно: для бесперебойной работы ветрогенератора и долгих лет службы, ему требуется грамотный уход. Благодаря нескольким регулярным действиям самодельное устройство может проработать от 10 до 15 лет. К таким действиям относится смазывание подвижных элементов, проверка лопастей и подшипников на предмет повреждений, профилактика коррозии всех механизмов, регулировка болтов и покраска металлических деталей.

Можно сделать вывод, что наиболее подходящий материал для самостоятельной сборки ветряного колеса – ПВХ-труба. Она сочетает в себе прочность, легкость и хорошие аэродинамические характеристики. Причем, это очень доступный материал, а с работой справится даже новичок.

Из этого видео Вы узнаете, как сделать лопасти для ветрогенератора своими руками:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Мой мир

6sotok-dom.com

Лопасти для ветрогенератора из ПВХ трубы

Самодельное ветряное колесо

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.

o-trubah.com

Изготовление лопастей для ветрогенератора из ПВХ труб, алюминия, стекловолокна

Ветрогенераторы, в том числе и самодельные, все чаще используются в качестве альтернативного источника получения энергии. Мачта, турбина, флюгер и ветряное колесо – все, что необходимо для изготовления ветряка. Из этого набора приобрести придется лишь электрический генератор для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Все остальные компоненты можно сделать самостоятельно из подручных материалов Сборка ветряного колеса и изготовление лопастей ветрогенератора будут рассмотрены в данной статье.

Асинхронный электродвигатель в качестве генератора для ветряка Мачта для ветрогенератора: конструкция, установка и эксплуатация

Перед самостоятельной сборкой ветрогенератора стоит определиться с той мощностью, которую необходимо получать от ветряка. Эта мощность напрямую зависит от силы ветра в регионе, диаметр ветряного колеса и количество лопастей. И если на силу ветра человек никак повлиять не может, то определиться с требуемыми параметрами лопастей придется заранее. В таблице ниже приведены параметры ветряного колеса (диаметр колеса при определенном количестве лопастей) и вырабатываемая ветрогенератором мощность при скорости ветра 4 м/с.

Из таблицы видно, что ветрогенератор мощностью в 50…100 кВ вполне можно изготовить из подручных материалов.

После определения с требуемым количеством и размерами лопастей ветрогенератора можно переходить к их изготовлению. Для этого необходимо выбрать тип лопастей: лопасти парусного типа (как у ветряных мельниц) или лопасти крыльчатого профиля. Лопасти парусного типа имеют простую конструкцию, однако они способны преобразовывать лишь 10-12% энергии потока ветра, так как они не используют аэродинамические возможности ветровых потоков. Внутренняя и внешняя стороны лопасти крыльчатого профиля имеют разную площадь, благодаря чему создается разница давления воздуха на противоположные стороны крыла. Полученная аэродинамическая сила делает использование ветрового потока гораздо более эффективным, а коэффициент использования энергии ветра может достигать 0,4 (40% энергии ветра преобразуются в полезную работу).

В качестве материалов или заготовок для изготовления лопастей ветрогенератора можно использовать ПВХ трубы, алюминий или стекловолокно.

Лопасти ветрогенератора из ПВХ труб

ПВХ трубы уже обладают всеми необходимыми характеристиками для изготовления лопастей: они легкие, достаточно прочные, имеют изогнутую форму. При использовании ПВХ труб для изготовления лопастей стоит помнить, что пластик все-таки не имеет хороших характеристик при выдерживании нагрузки на разрыв. Поэтому из-за большой скорости вращения лопастей ветрогенератора (скорость движения конечной части лопасти двухлопастного колеса ветрогенератора исчисляется сотнями метров в секунду), необходимо уменьшать длину лопасти и, тем самым, увеличивать количество лопастей (в соответствии с таблицей). Кроме того, толщина стенки ПВХ трубы должна быть не менее 4мм.

В качестве шаблона для лопастей можно использовать приведенный ниже рисунок, распечатав который необходимо приложить к стенке трубы, обвести маркером и вырезать лопасть из трубы. Места разрезов и края лопастей необходимо зашлифовать и округлить.

Для соединения лопастей необходимо подготовить металлическое основание, на котором и будут закреплены все лопасти ветрогенератора. Размеры диска необходимо подбирать индивидуально, учитывая параметры электрического генератора (диаметр выходного вала), который будет использоваться для ветряка.

Лопасти для ветрогенератора из алюминия

Алюминиевые лопасти, по сравнению с пластиковыми, обладают лучшими прочностными характеристиками, как на разрыв, так и на изгиб. Однако бОльшая масса лопастей потребует дополнительных усилителей в конструкции колеса и мачты ветрогенератора. Один из возможных вариантов изготовления алюминиевых лопастей приведен ниже.

Существенным недостатком алюминиевых лопастей можно назвать сложность в изготовлении, т.к. в любом случае для этого понадобятся алюминиевые заготовки и специальные инструменты для обработки металла и его сварки.

Лопасти ветрогенератора из стекловолокна

Стекловолокно можно назвать идеальным материалом для изготовления лопастей ветрогенератора из-за отличных характеристик по прочности, аэродинамическим показателям и массе. Однако изготовление лопастей из стекловолокна достаточно трудоемкий процесс, требующий особых навыков и опыта работы с деревом и стеклотканью.

Шаблоны матрицы лопасти ветряного колеса диаметром 2 метра приведен ниже.

Для изготовления лопастей из ветрогенератора необходимо подготовить деревянную матрицу, которая вытачивается из деревянного бруса по шаблону. После этого форма натирается воском и наносится слой эпоксидной смолы, на который укладывается лист стеклоткани. Затем поверх стеклоткани накладывается еще один слой эпоксидной смолы и снова слой стеклоткани. Одна лопасть состоит из 3-5 слоев стекловолокна. После высыхания мы получаем половину лопасти ветрогенератора. Получившиеся половинки лопастей склеиваются между собой эпоксидной смолой, а во внутренний торец вклеивается деревянная пробка, которая будет служить основой для крепления лопасти к ступице колеса.

Балансировка лопастей ветрогенератора

По завершении изготовления лопастей ветрогенератора и сборки колеса необходимо проводить его балансировку.

При балансировке колесо должно свободно вращаться на испытательном стенде, при этом плоскость соединительного узла колеса была строго параллельна вертикальному подвесу. Проверка балансировки заключается в следующем: колесо останавливается и отпускается. Затем проворачиваем колесо вручную примерно на угол, равный 360/число лопастей, снова останавливаем и отпускаем. Если остановленное и отпущенное колесо начинает вращаться, значит, та часть колеса, которая стремится вниз, тяжелее. Определив более тяжелую лопасть необходимо сточить одну из ее граней, дабы уменьшить ее вес.

После выравнивания масс всех лопастей ветрогенератора можно выполнить еще одно испытание: на расстоянии 2мм от лопастей по обе стороны устанавливаются планки, а затем следим, чтобы лопасти не задевали планки при вращении.

После этого можно приступать к окончательной сборке и подключению ветрогенератора.

ukrelektrik.com

Лопасти ветрогенератора, балансировка и настройка

Высчитав на основе имеющихся данных будущий диаметр лопастей приступил к их изготовлению. Так-же изготовил крепление лопастей к ротору генератора. Над этими двумя элементами пришлось немало потрудиться. Вес лопастей после обработки кромок был 1660, 1710 и 1800 грамм. Центр тяжести по длине оказался примерно в одном и том же месте.

Окончательно обрабатывал соскабливанием запасным ножом от того же строгального и полоской наждачки. Наждачка показывает где есть выступ по длине и если он высокий, опять скоблю ножом. . Получилось довольно таки быстро и ровно.Все лопасти получились практически одного веса.

Дальше на очереди ступица. Была задумка отрезать вторую полуось с моста, но стало жалко, а вдруг ещё поворотный столик понадобится. Но полуось самый оптимальный вариант. И она нашлась у знакомых, только Жигулёвская. Дальше всё очень просто. Три пластинки толщиной 2мм, три прутика и вот результат:

В принципе всё довольно просто, но это на словах, а на самом деле времени ушло уйма. Железо подогнал по диаметру трубы. Прикрутил к лопастям двумя болтиками М6. Угол наклона поворотного столика в 5град. мне показалось мало, винт будет ходить близко возле мачты, и я решил ещё немножко наклонить лопасти вперёд. Вот и получается, что нужно одновременно следить за: Расстоянием от центра ступицы до края лопасти, углом заклинения в 7град., размещением лопастей под 120град. и +- одинаковым наклоном вперёд. Там подрезал, подогнул, померил, прихватил и опять померил… И так дня два к ряду.

В результате все лопасти вывел в одну плоскость вращения,а так-же в одинаковые углы заклинения. Балансировать пробовал путём подвеса на верёвке к потолку,но мне не понравилось. Был у меня подобный двигатель и закрепив на нём винт очень легко всё балансировалось. Ради интереса померил насколько прогнётся лопасть если на расстоянии 0,75R приложить усилие в 20кг. Получилось в районе 20см. Ниже на фото все мои страдания.

Когда всё было готово к испытаниям, как всегда не было ветра. А когда что то появлялось, я быстренько за свой столик и на улицу. В общем носился я с ним тудым-сюдым, потом плюнул на всё это безобразие, откалибровал второй анемометр, сварил стоечку и привинтил всю эту конструкцию на багажник своего Жигуля. Как ни крути, а так стало намного легче гоняться за ветром

После многочисленных доводок генератора до ума и его настройки на максимальный КПД пришло время поднимать всё это дело на мачту. Об этом в следующей части Установка мачты и монтаж ветрогенератора

www.otchelniki.ru

Ветряк своими руками

Вариантов исполнения ветрогенераторов большое количество, отличаются они не только мощностью, но и своим внешним видом

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.

Как самостоятельно изготовить ветрогенератор вертикального типа

Изготовить ветряк можно самостоятельно в домашних условиях. Для начала нужно определиться с видом ветрогенератора. В зависимости от своей конструкции ветроустановки бывают:

с вертикальной осью вращения: ротор Дарье, ветрогенератор Савониуса;
с горизонтальной осью вращения: параллельной или перпендикулярной потоку ветра.

Некоторые модели ветряков совмещают в себе несколько типов установок. Рассмотрим пример создания гибридного ветряка, который совмещает в себе конструкцию ветровых генераторов типа Савониуса и Дарье.

Собираем ротор

Чтобы собрать ротор, необходимо приобрести:

6 неодимовых магнитов D30хh20 мм;
6 ферритовых кольцевых магнитов D72xd32xh25 мм;
2 металлических диска D230хH5 мм;
эпоксидная смола или клей.

Вместо металлических дисков можно использовать пильные диски подходящего размера. На одном диске размещают 6 неодимовых магнитов, чередуя их полярность, угол между ними должен быть 60 градусов на диаметре 165 мм.

На втором диске по такому же принципу располагают ферритовые кольцевые магниты.

Чтобы магниты не сдвинулись во время работы ветряка, их нужно хотя бы до половины залить эпоксидным клеем.

Изготавливаем статор

Сначала необходимо намотать 9 катушек по 60 витков, для этого используют эмалированный медный провод диаметром 1 мм.

Далее катушки спаивают между собой: начало первой катушки с концом четвертой, четвертая с седьмой. Вторая фаза точно так же соединяется через две катушки, только спаивать начинают со второй катушки. Соединение третьей фазы начинается с третьей катушки.

Из фанеры изготавливается форма, в нее укладывают пергаментную бумагу, сверху которой кладут кусок стекловолокна и катушки.

Все это заливается эпоксидной смолой. Через 24 часа из формы извлекается готовый статор.

Сборка генератора

Все части генератора готовы, осталось их только собрать.

Сам генератор будет крепиться к кронштейну с хабом с помощью шпилек. Детальнее рассмотрим процесс сборки.

Этапы сборки генератора:

в верхнем роторе проделывается 4 отверстия с резьбой под шпильки. Они необходимы для того, чтобы ротор плавно «садился» на свое посадочное место;
в статоре проделывается 4 отверстия под крепление кронштейна;
на кронштейн укладывается нижний ротор магнитами вверх, в нем также просверливается 4 отверстия под резьбу для шпильки;
на нижний ротор кладут статор;
сверху укладывают второй ротор магнитами вниз. Все это фиксируется между собой и кронштейном с хабом шпильками и гайками.

Хаб (фланец с подшипниками) нужно приобрести отдельно: нижняя часть хаба должна быть диаметром под 1,5 дюймовую трубу.

Очередность крепления всех деталей более детально представлены на схеме ниже:

1 — соединительный элемент; 2 — опора лопастей; 3 — верхняя часть ротора; 4 — магнит; 5 — втулка; 6 — статор; 7 — нижняя часть ротора; 8 — гайка; 9 — шпилька; 10 — хаб; 11 — ось; 12 — кронштейн для крепления статора

Изготавливаем лопасти

Лопасти можно изготовить из дерева, стеклоткани и других материалов. Быстрее и легче эту часть ветрогенератора смастерить из канализационной ПВХ трубы. Лучше использовать трубы оранжевого цвета, так как они обладают хорошей плотностью и не боятся попадания прямых солнечных лучей.

Для вертикального ветрогенератора понадобится 4 лопасти из ПВХ трубы и 2 ортогональные (изогнутые) лопасти из оцинкованной жести. Такая конструкция позволит вращаться ветряку даже в условиях слабого ветра со скоростью 2–3 м в секунду. Берем метровые отрезки ПВХ трубы и разрезаем их вдоль на 2 равные части. Из жести вырезаем полукруги по размерам будущей лопасти и крепим их с помощью болтов по краям трубы.

Чтобы изготовить ортогональные лопасти, вам понадобится стандартный оцинкованный лист стали толщиной 0,75 мм. Сначала ножницами по металлу вырезается два отрезка размером 1х0,4 м и четыре отрезка в виде капельки. Потом отрезки стали нужно согнуть и по краям прикрепить отрезки «капельки».

Крепят лопасти по кругу на каркас, его можно сварить из профильной квадратной трубы 20х20 и уголков 25х25. Размеры каркаса и расстояние между лопастями можно увидеть на схеме ниже:

Сборка конструкции ветрогенератора

Из водопроводных труб различного диаметра сваривается мачта, высота ее зависит от местности, где будет располагаться ветрогенератор, и условий его эксплуатации, но в любом случае он должен быть выше крыши дома.

Заранее под секционную мачту нужно подготовить трехточечный армированный фундамент. К готовой мачте на земле прикручивается генератор. Далее к генератору прикрепляется болтами каркас с лопастями. Мачта с ветряком крепится к фундаменту с помощью двух шарнирных опор и посредством лебедки поднимается в вертикальное положение. После подъема мачты третья опора с помощью болта прикручивается к основанию ветряка. Дополнительно мачту нужно зафиксировать с помощью растяжки.

Электрическая часть

Ветряк будет выдавать 3-х фазный переменный ток. С помощью мостового выпрямителя, состоящего из 6 диодов, преобразовываем его в постоянный ток.

Это дает возможность заряжать аккумулятор на 12 В. Для контроля зарядки аккумулятора и предотвращения его перезарядки используют стандартное реле зарядки автомобиля РР-380.

К аккумулятору подключают инвертор, который позволяет преобразовать полученные 12 В постоянного тока в 220 В переменного частотой 50 Гц.

Результат работы ветряка: расчет эффективности

Тестовые испытания ветрогенератора при разной скорости ветра показали следующие результаты:

при скорости ветра 5 м/с получаем 60 об/мин — 7 В и 2,3 А = 16 Вт;
при скорости ветра 10,6 м/с получаем около 120 об/мин — 13 В и 3,4 А = 44 Вт;
при скорости 15,3 м/с примерно 180 об/мин — 15 В и 5,1 А = 76,5 Вт;
при скорости ветра 18 м/с получаем 240 об/мин — 18 В и 9 А = 162 Вт.

В основном ветряк выдает 16–45 Вт, так как ветер более 15 м/с бывает редко. Однако, если поставить скоростной винт, тогда можно получить более высокие результаты. опубликовано econet.ru

econet.ru

Лопасти для ветрогенератора своими руками

ОГЛАВЛЕНИЕ

Ниже приведены два варианта конструкции винта:

Страна	Перу	Шри-Ланка
Разработчик	Теодоро Санчес	Сунит Фернандо
Тип поперечного сечения лопасти	NACA 4412	K2
Диаметр	1,7 м	2,0 м
Относительная скорость винта(tip-speed ratio)	5	6
Количество лопастей	3	2

Сечение

«Сечение лопасти» — это форма поперечного сечения лопасти. Лопасть типа NACA4412 сделана из двух пластин, между которыми пустота. Лопасть типа К2 сделана из цельной отливки из эпоксидной смолы.

Диаметр

БОльший, 2-х метровый диаметр винта будет принимать бОльшую энергию ветра, и таким образом вырабатывать бОльшее количество энергиии при той же скорости ветра.

Относительная скорость винта

«Относительная скорость винта», или tip-speed-ratio — это линейная скорость кончика лопасти по отношению к скорости ветра. Угловая скорость оси, измеряемая в об/мин (rpm) зависит от скорости кончика лопасти диаметра винта по следующей формуле:

об/мин = скорость_ветра х относительная_скорость_винта х 60 / (диаметр х пи)

Двухлопастный винт имеет бОльшую относительную скорость главным образом потому, что что у него всего две лопасти. Меньший по диаметру трехлопастный винт имеет меньшую относительную скорость, но вращается более плавно.

Мощность на оси для двух винтов

Каждый винт разработан для сопряжения с соответствующим генератором на постоянных магнитах. Генератор из Перу сделан на более мощных магнитах, а также имеет переключаемые обмотки звезда/треугольник.На рисунке вверху синяя и красная линии представляют теоретические графики мощности на оси каждого винта в зависимости от об/мин.На рисунке также приведены графики мощности, необходимой для вращения генератора — шри-ланкийского (тонким пунктиром) и перуанского (две толстых линии для двух типов соединения обмоток).Двухлопастной винт (красная линия), сделанный на Шри-ланке, вырабатывает количество мощности, в точности необходимое для шри-ланкийского генератора. Трехлопастной винт (синяя линия), сделанный в Перу, разработан так, чтобы соответствовать двум вариантам перуанского генератора — «звезда» и «треугольник».

При скорости ветра в 5 м/сек, винты вырабатывают 80 Ватт и 60 Ватт механической мощности на оси для соответственно 286 и 280 об/мин. Эта точка помечена на обоих графиках.

Скорость винта зависит от степени его нагрузки. При генераторе на постоянных магнитах, работающем на холостом ходу, винт разгружается и вращается намного быстрее. Надо стараться избегать такой ситуации, так как при этом увеличиваются нагрузки на винт и возрастает уровень шума.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Еще записи на эту же тему:

Лопасти ветрогенератора своими руками. Шаблоны, модели, отливочные формы. Шаблоны. (0)
Лопасти ветрогенератора своими руками. Шаблоны, модели, отливочные формы. Отливочные формы. (0)
Лопасти ветрогенератора своими руками. Шаблоны, модели, отливочные формы. Модели. (0)
Лопасти ветрогенератора своими руками. Шаблоны, модели, отливочные формы. Две половинки отливочной формы. (0)
Лопасти ветрогенератора своими руками. Шаблоны, модели, отливочные формы. Две модели для одной лопасти.. (0)

energyfuture.ru

Расчет и изготовление лопастей ветрогенератора своими руками

Написано 6 января 2018от generator-prosto.

В последнее время все большую популярность приобретает использование в качестве альтернативного источника энергии ветрогенераторов, в том числе самодельных. Ветрогенератор состоит из турбины, флюгера и ветряного колеса. Укрепляется вся конструкция на достаточной высоте над землей – на крыше здания либо специальной мачте. Если собрать эффективный генератор в домашних условиях довольно затруднительно, то изготовить лопасти для ветряного колеса электрогенератора из подручных материалов своими руками под силу большинству домашних умельцев.

Давайте рассмотрим подробнее процесс изготовления лопастей ветрогенератора. Прежде всего, необходимо определиться с мощностью мини электростанции. От этого базового показателя будет завесить диаметр ветряного колеса и количество лопастей. Зависимость диаметра колеса от потребной мощности при заданном числе лопастей приведены в таблице ниже. Данные актуальны для средней скорости ветра 4 м/с.

Как видно из таблицы, практически осуществимым собственными силами является строительство ветрогенератора мощностью примерно до ста Ватт.

Определившись с мощностью будущей энергоустановки, необходимо выбрать материал изготовления и профиль лопастей ветрогенератора.

Самым очевидным решением представляется лопасть парусного типа, то есть плоский профиль на подобие «крыльев» ветряных мельниц. Такие лопасти чрезвычайно просты в изготовлении и могут быть без труда сделаны из любого достаточно прочного материала – жести, фанеры, пластика и т.д. Однако самое очевидное решение далеко не всегда самое оптимальное. Дело в том, что во вращении ветряного колеса с лопастями парусного типа не задействованы аэродинамические силы, вращение осуществляется только за счет давления ветрового потока. Эффективность такой конструкции крайне низкая, коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) не превышает 0,1-0,12, то есть в энергию преобразуется не более 10-12% энергии потока ветра. Скорее всего, при слабом ветре такое колесо не сможет вращать само себя, не говоря уже о выработке энергии в количестве, приемлемом для практического использования.

Гораздо более приемлемый вариант – ветряное колесо с лопастями, так называемого крыльчатого профиля. Внутренняя и внешняя стороны такой лопасти имеют разную площадь, благодаря чему создается разница давления воздуха на противоположные стороны крыла. Полученная аэродинамическая сила делает использование ветрового потока гораздо более эффективным, КИЭВ достигает 0,3-0,4.

Лопасти из ПВХ трубы

Не менее важным является выбор материала для изготовления лопастей ветрогенератора. Проще всего изготовить лопасти ветрогенератора из пластиковой трубы. ПВХ трубы, которые можно приобрести в любом строительном магазине – пожалуй, самый подходящий материал. Необходимо использовать трубы, обладающие необходимой толщиной стенки (предназначенные для канализации или напорного газопровода), иначе набегающий поток воздуха при достаточно сильном ветре может изогнуть лопасти, что приведет к разрушению их о мачту генератора.

Следует помнить, что лопасть ветрогенератора испытывает немалые нагрузки от центробежной силы, тем большие, чем длиннее лопасть. Скорость движения конечной части лопасти двухлопастного колеса бытового ветрогенератора исчисляется сотнями метров в секунду, что сопоставимо со скоростью пистолетной пули (оконечность лопасти колеса промышленного ветрогенератора может достигать сверхзвуковых скоростей).

Лопасть из ПВХ может не выдержать нагрузки на разрыв при столь высоких скоростях, а разлетающаяся со скоростью пули шрапнель осколков представляет реальную угрозу жизни и здоровью людей. Вывод очевиден – уменьшаем длину лопасти за счет увеличения количества лопастей. Кроме того, ветряное колесо с большим числом лопастей значительно проще в балансировке и создает меньше шума.

Рассмотрим изготовление лопастей для шестилопастного ветряного колеса диаметром 2 м из ПВХ трубы. Для обеспечения необходимой прочности на разрыв и изгиб толщина стенки трубы должна быть не менее 4 мм. Расчет профиля лопастей колеса ветрогенератора – сложный и трудоемкий процесс, требующий узкоспециальных знаний, поэтому для мастера-любителя рациональнее будет воспользоваться готовым шаблоном.

Шаблон нужно вырезать из бумаги, приложить к стенке трубы и обвести маркером. Повторить процедуру еще пять раз – из одной трубы должно получиться шесть лопастей. Разрезаем электролобзиком трубу по полученным линиям и получаем шесть почти готовых лопастей. Остается только зашлифовать места разрезов и округлить углы и края. Это придаст ветряному колесу аккуратный вид и снизит шумность работы.

Для соединения лопастей между собой и присоединения колеса к турбине нужно изготовить соединительный узел, представляющий вырезанный из стали диск с приваренными либо вырезанными заодно шестью стальными полосками. Конкретные размеры и конфигурация соединительного узла зависят от генератора либо двигателя постоянного тока, который будет служить сердцем ветряной мини электростанции. Укажем только, что сталь, из которой изготавливается соединительный узел, должна быть достаточной толщины, для того, чтобы колесо не гнулось под напором ветра.

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.

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

Конструкция соединительного узла колеса с алюминиевыми лопастями несколько отличается от аналогичного узла колеса из ПВХ. К стальному диску привариваются не полоски, а шпильки в виде отрезков стального прута с резьбой, соответствующей резьбе втулок.

Лопасти из стекловолокна

Наиболее совершенными как по отношению прочность/масса, так и по аэродинамическим характеристикам являются лопасти для ветряного колеса, изготовленные из стекловолокна, точнее из сотканной из стекловолокна стеклоткани. Но следует учесть, что изготовление таких лопастей является наиболее трудоемким из приведенных вариантов, требует особых навыков и опыта работы с деревом и стеклотканью.

Самым сложным этапом сборки стеклопластиковых лопастей является изготовление деревянной матрицы. Матрица представляет готовый прообраз будущей лопасти, вытачивается из деревянного бруса по шаблонам.

После того, как матрица готова, можно приступать к изготовлению лопастей. Каждая лопасть будет состоять из двух половинок. Сначала матрицу необходимо тщательно натереть воском. Потом с одной стороны матрицы наносится слой эпоксидной смолы, на который укладывается лист стеклоткани. Далее сразу же, не дожидаясь застывания, наносится снова слой эпоксидной смолы, и снова слой стеклоткани. Таким образом наносятся 3-4 пары слоев. Не снимая с матрицы, оставляем полученную слоеную конструкцию высыхать около суток. После высыхания мы получили половину будущей лопасти. Операция повторяется с другой стороны матрицы.

Половинки лопастей склеиваются между собой эпоксидной смолой, во внутренний торец вклеивается деревянная пробка, которая будет служить для укрепления лопасти к ступице колеса. В пробку врезается втулка с резьбой. Ступицей служит соединительный узел, аналогичный тому, который мы рассматривали в предыдущем примере.

Балансировка ветряного колеса

После того, как лопасти для ветрогенератора сделаны, необходимо собрать колесо и провести его балансировку. Балансировка ветряного колеса производится в закрытом, достаточно просторном помещении. Важно чтобы воздух в помещении, которое будет служить балансировочным «полигоном» был достаточно неподвижен: движение колеса под действием движения воздуха может повлиять на результаты балансировки.

Балансировка ветряного колеса производится следующим образом. Колесо подвешивается в рабочее положение на достаточной высоте так, чтобы ничего не препятствовало свободному вращению колеса. Плоскость соединительного узла колеса была строго параллельна вертикальному подвесу. Останавливаем колесо до полной неподвижности и отпускаем. Колесо должно остаться неподвижным. Проворачиваем колесо вручную примерно на угол, равный 360/число лопастей, останавливаем, отпускаем и снова повторяем наблюдение. Повторяем до полного поворота колеса вокруг своей оси. Если остановленное и отпущенное колесо начинает самопроизвольно вращаться, значит, та часть колеса, которая стремится вниз, тяжелее. Нужно облегчить его, сточив край одной из лопастей.

Другое испытание на том же стенде покажет, все ли лопасти «укладываются» в плоскость вращения колеса. Для этого колесо полностью останавливается и с двух сторон одной из лопастей помещаются две не препятствующие вращению планки на расстоянии 2 мм от лопасти. При вращении колеса лопасти не должны задевать контрольные планки.

Как вы могли убедиться, ничего невыполнимого в собственноручной сборке ветряного колеса нет. Надеюсь, советы из этой статьи были вам полезны. Пробуйте разные варианты, экспериментируйте, и все у вас получится. Удачи!