Как сделать лопасти для ветрогенератора

Как сделать лопасти для ветрогенератора

Лопасти для ветрогенератора своими руками, форма, размер, площадь и количество лопастей, фото, видео изготовления лопастей.

При самостоятельном изготовлении ветрогенератора, очень важно правильно подобрать форму, размер и количество лопастей, от этого зависит эффективность работы генератора.

Какую форму лопастей выбрать для ветрогенератора.

Для ветрогенераторов с горизонтальным размещением ротора можно использовать два типа лопастей с формой паруса и формой крыла.

Парусный тип лопастей (по форме напоминает ветряную мельницу) из-за своей прямой формы имеет большое аэродинамическое сопротивление, что делает его менее эффективным и довольно шумным в работе.

Наиболее удачной формой лопастей считается форма крыла (по форме лопасть напоминает крыло самолёта), такой тип лопасти имеет гораздо меньшее аэродинамическое сопротивление, больший КПД и издаёт меньше шума при работе.

Поэтому для ветрогенератора с горизонтальным ротором рекомендуется устанавливать лопасти в форме крыла.

Как определить количество лопастей для ветрогенератора.

Прежде всего, нужно определиться с количеством лопастей. На быстроходные, ветрогенераторы устанавливается минимальное количество лопастей 2 – 3, это позволяет максимально раскручивать ротор генератора, но устанавливать быстроходные генераторы можно только в районах с постоянными ветрами, например на берегу моря.

В условиях средней полосы страны преобладают слабые ветра, и если установить быстроходный ветряк, то он будет малоэффективным.

2 — 3 лопастный ветряк будет хорошо раскручиваться при сильном ветре, а при слабом он будет просто стоять.

На ветрогенераторы с 2 – 3 лопастями очень сильно идёт нагрузка от воздействия центробежной силы, такие ветряки способны раскручивать лопасти до скорости полёта пули, если лопасть сломается, то может отлететь и нанести травму человеку.

К тому же 3 лопастные ветряки очень сильно шумят, их не рекомендуется устанавливать возле жилых домов, при сильных порывах ветра такой ветрогенератор издаёт звук пролетающего вертолёта.

В средней полосе страны, где преобладают слабые и средние ветра практичней устанавливать низко оборотистые ветрогенераторы. Для таких генераторов оптимально использовать 5 – 6 лопастей в форме крыла. Такое количество лопастей позволяет ветряку ловить слабый поток ветра и стабильно работать на низких оборотах.

Как рассчитать размер и площадь лопастей для ветряка.

Рассчитать оптимальный размер лопастей можно по приведённой таблице.

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

Как сделать лопасти для ветрогенератора из ПВХ трубы.

Для ветрогенератора можно изготовить лопасти из пластиковой трубы. Для этого рекомендуется использовать ПВХ трубу для напорного трубопровода диаметром 160 мм, обычные трубы для безнапорной канализации использовать нельзя, при сильном ветре они сломаются.

На трубе рисуем маркером контур шаблона лопасти.

Вырезаем заготовку пилой или электро-лобзиком.

Заготовки обрабатываем шлифовальной машинкой, сглаживаем углы и края лопастей.

Лопасти из ПВХ трубы отлично подходят для небольших самодельных ветрогенераторов с диаметром ветроколеса не более 2 метров.

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.

Протекая через аккумуляторы, ток подпитывает их и эксплуатирует в качестве проводников электричества.

В дальнейшем, ток приходит на инвертор, достигает требуемых величин: переменный однофазный ток 220 В, 50 Гц. При скромном расходовании выработанного электричества предостаточного для пользования светом и электрическими приборами, нехватка тока компенсируется благодаря аккумуляторам.

Как рассчитать лопасти?

Вычислить диаметр ветряка для определенной мощности можно следующим образом:

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

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

Таким же способом можно рассчитать размеры лопастей.

Расчет максимально приемлемой формы лопастей достаточно мудреный, кустарному мастеру сложно его выполнить, поэтому можно использовать готовые шаблоны, созданные узкими специалистами.

Шаблон лопасти из ПВХ трубы 160 мм в диаметре:

Шаблон лопасти из алюминия:

Можно попробовать самостоятельно определить показатели лопастей ветряного устройства.

Быстроходность ветряного колеса являет собой соотношение круговой скорости края лопасти и скорости ветра, ее можно вычислить по формуле:

На мощность ветряного двигателя оказывают влияние диаметр колеса, форма лопастей, расположение их относительно потока воздуха, скорости ветра.

Ее можно найти по формуле:

При использовании лопастей обтекаемой формы коэффициент использования ветра не выше 0,5. При слабо обтекаемых лопастях – 0,3.

Необходимые материалы и инструменты

Потребуются следующие материалы:

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

Необходимо запастись следующими инструментами:

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

Вертикальный и горизонтальный ветрогенератор

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.

Горизонтальные ветрогенераторы имеют ряд достоинств по сравнению с вертикальными. Они делятся на одно-, двух-, трех- и многолопастные.

Однолопастные конструкции самые скоростные, они крутятся в два раза быстрее трехлопастных при одинаковой силе ветра. КПД этих ветрогенераторов существенно выше, чем вертикальных.

Существенным недостатком горизонтально-осевой конструкций считается зависимость ротора от направления ветра, из-за чего на ветрогенератор необходимо устанавливать дополнительные приборы, улавливающие направление ветра.

Выбор вида лопастей

Лопасти преимущественно могут быть двух видов:

• парусного типа;
• крыльчатого профиля;

Можно соорудить плоские лопасти по типу «крыльев» ветряной мельницы, то есть, парусного типа. Выполнить их проще всего из самого разнообразного материала: фанеры, пластика, алюминия.

Этот метод имеет свои минусы. При кручении ветряка с лопастями, выполненными по принципу паруса, не участвуют аэродинамические силы, кручение обеспечивает лишь мощность давления ветрового потока.

Производительность этого прибора минимальна, в энергию трансформируется не более 10% силы потока ветра. При незначительном ветре колесо будет пребывать в статичном положении, а тем более не станет производить энергию для употребления в быту.

Более приемлемой будет конструкция, являющая собой ветряное колесо с лопастями крыльчатого профиля. В ней наружная и внутренняя поверхности лопастей обладают различными площадями, что позволяет достигать несоответствия давления воздуха на противоположные поверхности крыла. Аэродинамическая сила значительно увеличивает коэффициент использования ветряного прибора.

Подбор материала

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

Из трубы ПВХ

Соорудить лопасти из этого материала, наверное, проще всего. Трубы ПВХ можно найти в каждом строительном магазине. Выбирать трубы следует те, которые разработаны для канализации с напором либо газопровода. В противном случае поток воздуха при сильном ветре может искорежить лопасти и повредить их о мачту генератора.

Лопасти ветрогенератора претерпевают серьезные нагрузки от центробежной силы, причем, чем длиннее лопасти, тем сильнее нагрузки.

Край лопасти двухлопастного колеса домашнего ветрогенератора вращается со скоростью сотни метров в секунду, такова скорость вылетающей из пистолета пули. Такая скорость может привести к разрыву труб ПВХ. Особенно опасно это тем, что разлетающиеся осколки труб могут убить либо серьезно ранить людей.

Выйти из положения можно укоротив по максимуму лопасти и увеличив их число. Многолопастное ветряное колесо легче балансировать, оно меньше шумит. Немаловажное значение имеет толщина стенок труб. К примеру, для ветряного колеса с шестью лопастями из ПВХ трубы, составляющего в диаметре два метра, их толщина не должна быть менее 4 миллиметров. Для расчета конструкции лопастей домашнему умельцу можно воспользоваться готовыми таблицами и шаблонами.

Шаблон следует смастерить из бумаги, приложить к трубе и обвести. Это следует сделать столько раз, сколько лопастей будет у ветрогенератора. При помощи лобзика трубу необходимо рассечь по меткам – лопасти практически готовы. Края труб шлифуются, углы и концы закругляются для того, чтобы ветряк выглядел симпатично и поменьше шумел.

Из стали следует смастерить диск с шестью полосами, который будет играть роль конструкции, объединяющей лопасти и фиксирующей колесо к турбине.

Габариты и форма соединительной конструкции должны соответствовать типу генератора и постоянного тока, который будет задействован в ветряной электростанции. Сталь необходимо выбрать такой толщины, чтобы она не деформировалась под ударами ветра.

Из алюминия

По сравнению с лопастями из ПВХ труб алюминиевые более выносливы и на изгиб, и на разрыв. Недостаток их заключается в большом весе, что требует принятия мер к обеспечению устойчивости всего сооружения в целом. Кроме того, следует максимально тщательно балансировать колесо.

Рассмотрим особенности исполнения лопастей из алюминия для шестилопастного ветряного колеса.

По шаблону следует выполнить лекало из фанеры. Уже по лекалу из листа алюминия высечь заготовки лопастей в количестве шести штук. Будущая лопасть прокатывается в желоб глубиной в 10 миллиметров, при этом ось прокрутки должна образовать с долевой осью заготовки угол в 10 градусов. Эти манипуляции наделят лопасти приемлемыми аэродинамическими параметрами. К внутренней стороне лопасти крепится втулка с резьбой.

Соединительный механизм ветряного колеса с лопастями из алюминия в отличие от колеса с лопастями из труб ПВХ имеет на диске не полоски, а шпильки, представляющие собой куски стального прута с резьбой, подходящей к резьбе втулок.

Из стекловолокна

Лопасти из собранной из стекловолокна специфической стеклоткани являются наиболее безупречными, учитывая их аэродинамические параметры, прочность, вес. Соорудить эти лопасти трудней всего, поскольку нужно уметь обрабатывать дерево и стеклоткань.

Мы рассмотрим выполнение лопастей из стекловолокна для колеса диаметром два метра.

Наиболее скрупулезно следует подойти к выполнению матрицы из дерева. Она вытачивается из брусьев по готовому шаблону и служит моделью лопасти. Закончив трудиться над матрицей, можно начинать мастерить лопасти, которые будут состоять из двух частей.

Матрицу для начала надо обработать воском, одну из ее сторон покрыть эпоксидной смолой, на ней расстелить стеклоткань. На нее снова нанести эпоксидную смолу, и снова слой стеклоткани. Количество слоев может быть три или четыре.

Затем нужно прямо на матрице получившуюся слойку держать около суток до полного высыхания. Вот и готова одна часть лопасти. С другой стороны матрицы выполняется та же последовательность действий.

Готовые части лопастей следует соединить при помощи эпоксидной смолы. Внутрь можно поместить деревянную пробку, зафиксировать ее клеем, это позволит закрепить лопасти к ступице колеса. В пробку следует внедрить втулку с резьбой. Соединительный узел станет ступицей так же как и в предыдущих примерах.

Балансировка ветряного колеса

Когда лопасти будут выполнены, нужно укомплектовать ветряное колесо и произвести его балансировку. Делать это следует в закрытом строении большой площади при условии полного безветрия, поскольку колебания колеса на ветру способны исказить результаты балансировки.

Балансировку колеса необходимо выполнять так:

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

Кроме того, следует выяснить, насколько гармонично лопасти лежат в плоскости вращения колеса. Колесо необходимо остановить. На расстоянии около двух миллиметров от каждого края одной из лопастей укрепить две планки, которые не будут препятствовать вращению. При прокручивании колеса лопасти не должны цепляться за планки.

Техническое обслуживание

Для длительного безаварийного функционирования ветрогенератора следует проводить такие мероприятия:

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

Сделать лопасти для ветряного двигателя вполне по силам домашнему умельцу, нужно только все просчитать, продумать, и тогда дома появится реальная альтернатива электросетям. При выборе мощности самодельного устройства, нужно обязательно помнить, что его максимальная мощность не должна превышать 1000 или 1500 Ватт. Если этой мощности не хватает, стоит подумать о покупке промышленного агрегата.

Ветрогенератор своими руками: подробная инструкция

Да, но только в местах, где средняя (в течение года) скорость ветра составляет от 8 метров в секунду. Лопасти некоторых больших по размерам ветрогенераторов способны приходить в движение, даже если скорость ветра составляет всего 4 м/с. При этом максимальный коэффициент полезного действия достигается при скорости ветра в 12 м/с.

Мощность устройства, имеющего три лопасти, рассчитывается по следующей формуле:

— P=0,6·(¶r2)v3 где, 1. P – расчетная мощность, кВТ; 2. r – расстояние от центральной точки ротора до конца лопасти, м; 3. v – средняя скорость, м/с; 4. ¶=3,14.

Установка ветрогенераторов осуществляется в пустынных местах, долинах, в морях: везде, где со стабильным постоянством дует ветер.

Чертежи и примеры лопастей

Сделать правильный расчет винта ветрогенератора, не зная основных параметров, которые отображаются в формуле, а так же не имея понятия, как эти параметры влияют на работу ветряка, очень сложно.

Читайте также: Расчет количества светильников — Москва и МО

Лучше не тратить свое время, если желания вникать в основы аэродинамики нет. Готовые чертежи-схемы с заданными показателями помогут подобрать подходящую лопасть для ветряной электростанции.

Чертеж лопасти для двухлопастного винта. Изготавливается из канализационной трубы 110 диаметра. Диаметр винта ветряка в данных расчетах – 1 м

Подобный небольшой ветрогенератор не сможет обеспечить вас высокой мощностью. Скорей всего, вы вряд ли сможете выжать из этой конструкции больше 50 Вт. Однако двухлопастной винт из легкой и тонкой ПВХ-трубы даст высокую скорость вращения и обеспечит работу ветряка даже при небольшом ветре.

Чертеж лопасти для трехлопастного винта ветрогенератора из трубы 160 мм диаметра. Расчетная быстроходность в этом варианте – 5 при ветре 5 м/с

Трехлопастной винт такой формы может быть использован для более мощных агрегатов, примерно 150 Вт при 12 В. Диаметр всего винта в этой модели достигает 1,5 м. Ветроколесо будет вращаться быстро и легко запускаться в движение. Ветряк с тремя крыльями встречается в домашних электростанциях чаще всего.

Чертеж самодельной лопасти для 5-ти лопастного винта ветрогенератора. Изготавливается из трубы ПВХ диаметром 160 мм. Расчетная быстроходность – 4

Такой пятилопастной винт сможет выдавать до 225 оборотов в минуту при расчетной скорости ветра 5 м/с. Чтобы построить лопасть по предложенным чертежам, нужно перенести координаты каждой точки из колонок «Координаты лекала фронт/тыл» на поверхность пластиковой канализационной трубы.

По предложенной ниже таблице можно рассчитать диаметр ветряка с 2-16 лопастями. При этом можно подбирать размер с учетом желаемой мощности на выходе.

По таблице видно, что чем больше крыльев у ветрогенератора, тем меньше должна быть их длина для получения тока одинаковой мощности

Как показывает практика, обслуживать ветрогенератор больше 2 метров в диаметре достаточно сложно. Если в соответствии с таблицей вам необходим ветряк большего размера, подумайте над увеличением числа лопастей.

С правилами и принципами расчета ветрогенератора ознакомит статья, в которой пошагово изложен процесс производства вычислений.

Что брать во внимание, приступая к созданию лопасти для ветряного генератора?

• Чем больше длина лопастей, тем медленней они вращаются, но при этом требуют для запуска ветра меньшей силы. Естественно, что и ветровое колесо будет вращаться небыстро.
• Ветряное колесо легче запускается с большим количеством лопастей, их количество влияет на отзывчивость под воздействием потоков ветра. При этом понижается скорость вращения и мощность ветрогенератора. По этой причине не делают подобные устройства с 5-6 лопастями.
• Шумность работы ветроколеса зависит от его диаметра и скорости вращения. Этот фактор требуется брать во внимание при подборе лопастей ветрогенератора, который планируется смонтировать не далеко от населенного пункта.
• Чем выше будет расположено ветроколесо генератора тока, тем больше электрической энергии можно будет получить от него. Оптимальная высота в пределах от 6 до 15 метров. По этой причине ветроколеса домашних генераторов монтируются на крышах домов либо на высоком прочном шесте.

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.

Читайте также: Выключатель масляный ВМПЭ-10/3150-31,5 с встроенным приводом ПЭВ-14

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:

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:

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:

Читайте также:

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:

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».

Как функционирует генератор: принцип превращения вращательного движения в электрическую энергию?

Ветер приводит в круговое движение лопасти, которые обеспечивают вращение ветроколеса. Оно в свою очередь передает движение на турбину. Воздействуя на мультипликатор, она начинает вырабатывать электрическую энергию в пропорциональном соотношении к силе воздействующего на лопасть ветра. Чем больше эта сила, тем большее количество электрической энергии вырабатывается.

При этом нужно учесть, что наибольшим КПД обладают генераторы, у которых нет мультипликатора. Он ускоряет движение оси, но при этом сам потребляет энергию. Но в определенной местности, где потоки ветра слабые, их нужно ставить, даже жертвуя частью производительности.

Как работает простой ветрогенератор?

Ветрогенератор – прибор, позволяющий преобразовывать энергию ветра в электричество.

Принцип работы его заключается в том, что ветер вращает лопасти, приводит в движение вал, по которому вращение поступает на генератор через редуктор, увеличивающий скорость.

Работа ветряной электростанции оценивается по КИЭВ – коэффициенту использования энергии ветра. Когда ветроколесо вращается быстро, оно взаимодействует с большим количеством ветра, а значит забирает у него большее количество энергии

Подразделяют две основные разновидности ветряных генераторов:

• ветрикальные;
• горизонтальные.

Вертикально ориентированные модели построены так, чтобы ось пропеллера была расположена перпендикулярно земле. Таким образом, любое перемещение воздушных масс, независимо от направления, приводит конструкцию в движение.

Такая универсальность является плюсом данного типа ветряков, но они проигрывают горизонтальным моделям по производительности и эффективности работы

Горизонтальный ветрогенератор напоминает флюгер. Чтобы лопасти вращались, конструкция должна быть повернута в нужную сторону, в зависимости от направления движения воздуха.

Для контроля и улавливания изменений направления ветра устанавливают специальные приборы. КПД при таком расположении винта значительно выше, чем при вертикальной ориентации. В бытовом применении рациональней использовать ветрогенераторы этого типа.

Виды лопастей

Он зависит от типа ветрегенератора. В зависимости от его конструкции лопасти могут быть разными. В настоящее время зачастую применяются следующие их виды:

• Крыльчатые. Монтируются на устройствах с вертикальной и горизонтальной осями вращения. Производятся из жестких прочных материалов.
• Парусные. Могут иметь крыльчатую форму. Производятся из мягких материалов.
• Плоские. По форме похожи на лопасти, которыми оснащаются и мельницы. Включают в себя элементы из легких и крепких материалов таких, к примеру, как пластик или фанера.

Варианты форм лопастей

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

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

Данные параметры очень важны, если хочется сделать лопасти своими руками. Ошибочно полагать, что для увеличения количества перерабатываемой ветровой энергии достаточно увеличить число крыльев на винте. Здесь, напротив, наблюдается снижение эффективности механизма, так как каждый отдельный сегмент при движении вынужден преодолевать неизбежное сопротивление воздуха. Поэтому для выполнения одного оборота винтом с большим количеством лопастей необходимо увеличение силы ветра.

Нельзя забывать, что избыток широких крыльев нередко вызывает формирование перед винтом своеобразной «воздушной шапки» – это явление, когда воздушный поток огибает ветряк, хотя должен проходить сквозь него. Форма элементов обладает существенным значением, так как определяет скорость перемещения винта. Если в результате неправильного расчета лопастей ветрогенератора возникает плохое обтекание, появляются вихри, способные затормозить колесо.

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

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

Читайте также: Герконы — технические характеристики, принцип работы

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%.

Какой материал подходит для производства лопастей для ветрогенератора?

Для производства лопастей используются разные материалы. К ним предъявляются следующие требования:

• Прочность. Свойство не разрушаться и не деформироваться в результате длительного воздействия ветра.
• Низкий вес. Упрощает транспортировку к месту сборки, монтаж, снижает нагрузку на несущие части конструкции и ее движущиеся элементы. В частности, подшипники, валы, растяжки, редукторы и т.д.
• Устойчивость к действию факторов окружающей среды — солнечное излучение, осадки, низкие и высокие температуры их резкие перепады.

Оптимальным вариантом для их изготовления являются следующие материалы:

• легкие металлы;
• пластик;
• стекловолокно;
• композит.

Именно они полностью соответствуют указанным выше требованиям.

Ветрогенераторы комплексные с несколькими лопастями на одной станине Источник energovector.com

Результаты оптимизации

Результаты оптимизации формы модели лопасти ветрогенератора рассмотрим в таблице 3.

Таблица 3. Результаты оптимизации формы лопасти ВЭУ

Начальные значения	Результат оптимизации	Сравнение
Крутящий момент	1667 кН*м	2281 кН*м	36%
Мощность ВЭУ	2827 кВт	3846 кВт	36%

Как мы видим, по результатам оптимизации мощность ВЭУ увеличена на 36% при условии изменения параметров, отвечающих за угол установки лопасти. Столь значительный прирост мощности связан с нахождением оптимального распределения угла атаки по длине лопасти ветротурбины по итогам оптимизации. Кроме того, данный результат достигнут благодаря работе именно с трехмерной геометрической моделью лопасти, а не только с плоским профилем.

Отметим, что в результате оптимизации получено значительное превышение максимальной мощности при заданных оборотах роторной части ВЭУ. В связи с этим, угловая скорость была уменьшена при сохранении оптимального значения угла атаки на концевом сечении лопасти. Этот подход позволил получить требуемую компанией-заказчиком мощность 3 МВт при меньших оборотах ротора, что, несомненно, приведет к снижению нагрузок и более длительной работе движущихся механизмов объекта.

Найденное значения оптимального угла атаки на концевом сечении лопасти в последствие было сохранено во всем рабочем диапазоне ветрогенератора путем варьирования числа оборотов ротора. Таким образом, удалось подобрать угловую скорость для обеспечения прироста мощности объекта при скоростях набегающего потока от 3 м/с до 20 м/с.

Выбор вида

Для горизонтальных ветрогенераторов могут быть применены лопасти разных видов, по той причине, что конструкция этого устройства не позволяет использовать лопасти сложных форм. При этом все стремятся к идеалу, улучшая уже существующие виды. В настоящее время достойны внимания следующие виды лопастей:

• парусные;
• твердопластинчатые.

Они отличаются один от другого по форме и конструкции и производятся из разных материалов. В основе лежит рамка, на которую натягивается крепкое, устойчивое к воздействию факторов окружающей среды полотно. Установка производится так, чтоб одна из сторон рамки не была закрыта полотном. В результате выходит лопасть трехугольной формы, одна из боков которой не прикреплена к основанию.

Приводит колесо во вращение она следующим образом: поток ветра наполняет материю и создает в парусе необходимое давление. Лопасть начинает вращение и воздействует соответствующим образом на шток, который и передает вращательное движение на колесо. Этот вариант является самым оптимальным для создания домашнего ветрогенератора по той причине, что не требует постоянного ухода и контроля за состоянием крыльчатки и в частности ткани.

Электростанция с трехлопастными ветрогенераторами Источник strana-rosatom.ru

Какую форму лопастей выбрать для ветрогенератора.

Для ветрогенераторов с горизонтальным размещением ротора можно использовать два типа лопастей с формой паруса и формой крыла.

Парусный тип лопастей (по форме напоминает ветряную мельницу) из-за своей прямой формы имеет большое аэродинамическое сопротивление, что делает его менее эффективным и довольно шумным в работе.

Наиболее удачной формой лопастей считается форма крыла (по форме лопасть напоминает крыло самолёта), такой тип лопасти имеет гораздо меньшее аэродинамическое сопротивление, больший КПД и издаёт меньше шума при работе.

Поэтому для ветрогенератора с горизонтальным ротором рекомендуется устанавливать лопасти в форме крыла.

Расчет длинны лопасти ветрогенератора

Лопасти в ветрогенераторе являются одной из основных частей. От их размеров и формы зависит мощность генерирующего ток мотора и обороты. Желающие поставить ветрогенератор или ферму этих устройств в первую очередь сталкиваются с вопросом – какой длинны лопасти подобрать? Их оптимальная форма с учетом вида этих изделий и аэродинамики уже давним давно разработана. По этой причине для заказчика важной является именно длина лопасти, которая определяет мощность будущей конструкции.

При выборе важно учитывать, что количество оборотов ветроколеса в минуту зависит от его диаметра и длинны лопасти. Важным показателем также является быстроходность ветроколеса – отношение скорости перемещения конца лопасти к скорости ветрового потока, на нее воздействующего. Этот показатель указывает на то, сколько оборотов в единицу времени выполнит ветроколесо при определенной скорости ветра.

Поэтому ветрогнераторы с одинаковой быстроходностью могут иметь разные по размерам ветроклесо и лопасти. Это надо учитывать при определении, какой длинны лопасти нужно купить для ветроклеса определенных размеров, чтобы генератор делал требуемое число оборотов в минуту.

Как вращаются лопасти под действием ветра? Источник alternativenergy.ru

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.

ЧИТАТЬ ТАКЖЕ: Чем резать полипропиленовые трубы без ножниц

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.

Некачественный материал пластиковых труб может привести к тому, что лопасти треснут при первом же испытании и вся работа будет проделана впустую

Сначала нужно определиться с лекалом. Вариантов существует много, каждая форма имеет свои недостатки и преимущества. Возможно, имеет смысл сначала поэкспериментировать, прежде чем вырезать итоговый вариант.

Поскольку цена на трубы невысокая, а найти их можно в любом строительном магазине, этот материал отлично подойдет для первых шагов в моделировании лопастей. Если что-то пойдет не так, всегда можно купить еще одну трубу и попробовать сначала, кошелек от таких экспериментов не сильно пострадает.

Опытные пользователи энергии ветра заметили, что для изготовления лопастей для ветрогенератора лучше использовать оранжевые, а не серые трубы. Они лучше держат форму, не изгибаются после формирования крыла и дольше служат

Конструкторы-любители предпочитают ПВХ, так как во время испытаний сломанную лопасть можно заменить на новую, изготовленную за 15 минут прямо на месте при наличии подходящего лекала. Просто и быстро, а главное – доступно.

Алюминий

Алюминий – легкий и прочный металл. Его традиционно используют для изготовления лопастей для ветрогенераторов. Благодаря небольшому весу, если придать пластине нужную форму, аэродинамические свойства винта будут на высоте.

Основные нагрузки, которые испытывает ветряк во время вращения, направлены на изгиб и разрыв лопасти. Если пластик при такой работе быстро даст трещину и выйдет из строя, рассчитывать на алюминиевый винт можно гораздо дольше.

Однако если сравнивать алюминий и ПВХ-трубы, металлические пластины все равно будут тяжелее. При высокой скорости вращения велик риск повредить не саму лопасть, а винт в месте крепления

Еще один минус деталей из алюминия – сложность изготовления. Если ПВХ-труба имеет изгиб, который будет использован для придания аэродинамических свойств лопасти, то алюминий, как правило, берется в виде листа.

После вырезания детали по лекалу, что само по себе гораздо сложнее, чем работа с пластиком, полученную заготовку еще нужно будет прокатать и придать ей правильный изгиб. В домашних условиях и без инструмента сделать это будет не так просто.

Стекловолокно или стеклоткань

Если вы решили подойти к вопросу создания лопасти осознанно и готовы потратить на это много сил и нервов, подойдет стекловолокно. Если ранее вы не имели дела с ветрогенераторами, начинать знакомство с моделирования ветряка из стеклоткани – не лучшая идея. Все-таки этот процесс требует опыта и практических навыков.

Лопасть из нескольких слоев стеклоткани, скрепленных эпоксидным клеем, будет прочной, легкой и надежной. При большой площади поверхности деталь получается полая и практически невесомая

Читайте также: ПРОСТОЕ РЕГУЛИРУЕМОЕ АВТОМОБИЛЬНОЕ ЗАРЯДНОЕ

Для изготовления берется стеклоткань – тонкий и прочный материал, который выпускается в рулонах. Помимо стекловолокна пригодится эпоксидный клей для закрепления слоев.

Начинают работу с создания матрицы. Это такая заготовка, которая представляет собой форму для будущей детали.

Матрица может быть изготовлена из дерева: бруса, доски или бревна. Прямо из массива вырубают объемный силуэт половины лопасти. Еще вариант – форма из пластика

Сделать заготовку самостоятельно очень сложно, нужно иметь перед глазами готовую модель лопасти из дерева или другого материала, а только потом по этой модели вырезают матрицу для детали. Таких матриц нужно как минимум 2. Зато, сделав удачную форму однажды, ее можно применять многократно и соорудить таким образом не один ветряк.

Дно формы тщательно смазывают воском. Это делается для того, чтобы готовую лопасть можно было легко извлечь впоследствии. Укладывают слой стекловолокна, промазывают его эпоксидным клеем. Процесс повторяют несколько раз, пока заготовка не достигнет нужной толщины.

ЧИТАТЬ ТАКЖЕ: ПНД или полипропилен для водоснабжения – что выбрать

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.

Дерево

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.

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.

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.

Создание лопастей поэтапно

Производят из зачастую из ПВХ трубы. Ее диаметр составляет 11-16 см. Работы выполняются в следующем порядке:

• труба режется на куски, соответствующие длине лопасти;
• на отрезок по его длине начерчивается линия в стороны, от которой отменяются отрезки по 22 мм. Ширина лопасти, таким образом, получится 4,4 см;
• с другой стороны выполнятся та же процедура;
• концы отрезка с одной из сторон осевой полосы очерчиваются прямолинейно;
• после этого наносится рисунок очертаний лопасти;
• далее вырезается непосредственно сама лопасть;
• один ее конец закругляется, стороны обрабатываются при помощи напильника или наждачной бумаги;
• далее изделие цепляется к ступице.

Трехлопастной ветрогенератор на воде Источник ecotechnica.com.ua
В итоге должна получиться лопасть со следующими размерами:

• равные по ширине торцы – 4,4 см;
• ширина лопасти по средине будет составлять 5,5 см;
• на расстоянии 0,15 длинны лопасти от ее нижней части ее ширина должна составлять 8,8 см.

Поэтому, используя эти данные, наносим на поверхность заготовки точки, которые соединяются прямыми линиями. После очерчивания можно их заменить плавными переходами. После этого вырезается шаблон, используемый в дальнейшем для изготовления прочих лопастей, так как они должны иметь одинаковые размеры, форму.

Для обеспечения возможности крепления изделия к ступице в ней проделываются специальные отверстия под болты, шурупы или винты. При этом у всех лопастей отверстия должны быть расположены в тех же местах. Это требуется для того, чтобы не был нарушен баланс крыльчатки.

Проверить, имеется ли дисбаланс, можно, установив его на ось и запустив вращение. При обнаружении нужно найти участок, который следует аккуратно подточить, постепенно добиваясь сбалансированного вращения.

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.

Балансировка устанавливаемых на ветроколесо лопастей

Для этого необходимо собрать ветроколесо в закрытой комнате, где нет ветра либо сквозняка и разместить его ось строго горизонтально, а плоскость, в которой будет перемещаться винт, строго вертикально, перпендикулярно уровню оси и земли. После этого лопасти следует провернуть вокруг оси на 360х градусов. Х – это количество лопастей. Например, 3х360=1080 градусов. В идеальном варианте при таком движении лопасти не должны отклоняться ни на один градус.

Конструкция ветрогенератора с парусными лопастями Источник winder.ua

Обслуживание ветрогенератора и уход за ним

Для обеспечения безаварийной работы ветрогенератора требуется надежно закрепить на лопасти. Чем больше их длина, тем прочнее они должны крепиться. Сроки осуществления проверок прописываются в регламенте энергогенерирующей компании, указываются его паспорте и инструкции по использованию.

Общие правила регламентируют такую последовательность проверки лопастей на надежность их крепления:

• каждый месяц. Осуществляется внешний осмотр, и подтяжку крепежа в узловых соединениях.
• каждый квартал. Завинчивание резьбовых соединений, если они разболтались. Если, конечно, такие виды соединений имеются в конкретном ветрогенераторе.
• раз в полугодие. Проверка лопастей на дисбаланс, и осуществления в случае необходимости их балансировки.
• ежегодно. Проверка состояния и функционирования всего устройства. При необходимости осуществляется ремонт, нанесение лакокрасочных покрытий.

Источник https://sam-stroitel.com/kak-sdelat-lopasti-dlya-vetrogeneratora.html

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

Источник https://strop-snab.ru/novosti/raschet-lopastej-vetrogeneratora-2.html