Как соорудить лопасти для ветрогенератора своими руками: примеры самостоятельного изготовления лопастей для ветряка. Из чего делают лопасти ветрогенератора.

Существуют более простые схемы, в которых генератор непосредственно подает электроэнергию пользователям, однако такие системы не обеспечивают защиту от резких колебаний или сбоев в электроснабжении. Обычно они используются исключительно для освещения или в качестве источника энергии для работы водяных насосов.

Как сделать лопасти для ветрогенератора?

Тщательно спроектированные лопасти ветряных турбин играют решающую роль в определении технических характеристик системы, расширении функциональных возможностей оборудования для выбранного месторасположения и влиянии на геометрические параметры установки. Ветряная турбина представляет собой специализированное оборудование, служащее для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию.

• 1 Устройство и принцип работы ветрогенератора
• 2 Виды ветрогенераторов
  • 2.1 Вертикальные
  • 2.2 Горизонтальные
• 5.1 Материалы и инструменты
• 5.2 Чертежи и расчеты
• 5.3 Изготовление из пластиковых труб
• 5.4 Выполнение лопастей из алюминиевых заготовок
• 5.5 Винт из стекловолокна
• 5.6 Как сделать лопасть из древесины?

Устройство и принцип работы ветрогенератора

Подобные технические решения становятся все более популярными в регионах с постоянным ветром, так как они используют поток воздушных масс для производства электроэнергии. Данная система работает благодаря лопастям в конструкции, которые вращаются и тем самым приводят в действие электрогенератор. Последний преобразует кинетическую энергетику ветра в электрическую энергию, которая передается к устройствам, использующим её, или накапливается в аккумуляторах.

Существуют как промышленные, так и бытовые ветряные турбины, которые можно использовать как в качестве основных, так и вспомогательных источников энергии. Генераторы постоянного тока наибольшей популярностью пользуются для домашних осветительных систем и для водонагревательного оборудования, работая независимо от основного контурного оборудования.

Если конструкции не подключены к общей электросети, их мощностей может быть вполне достаточно для полноценной работы обогревателей, всех бытовых приборов и освещения. Следует отметить, что мощность ветряной турбины должна составлять более 10 кВт в зимний период, чтобы обеспечить работу системы отопления и хватило бы оставшейся энергии для всех домашних приборов. Ветровые установки обычно работают в тандеме со стабилизаторами.

Виды ветрогенераторов

Существует классификация ветряных турбин, основанная на их техническом дизайне, что, в свою очередь, влияет на их функциональные возможности и эффективность.

Вертикальные

Вертикальные ветряные турбины могут варьироваться по типу ротора и лопастей и включают различные конструкции: от прямоугольных и моделей типа Савониуса до многолопастных систем с механизмами управления, а также дарье и винтовые. Одним из основных достоинств этих устройств является их способность функционировать без необходимости ориентирования по ветру, так как они равномерно работают при любом направлении воздушного потока. В результате вертикальные системы не нуждаются в дополнительных устройствах, улавливающих направление ветра.

Благодаря своей простоте такие агрегаты могут устанавливаться непосредственно на земле. Изделия, выполненные своими руками для данной конструкции, будут значительно легче в изготовлении. Основным недостатком вертикальных моделей является их низкая производительность, что ограничивает сферы их применения из-за недостаточной эффективности.

Горизонтальные

В горизонтальных ветряных установках значительно варьируется количество лопастей. Модели с одной лопастью достигают наивысших скоростей вращения; при прочих равных условиях они в два раза быстрее трёхлопастных аналогов. Продуктивность горизонтальных устройств заметно превосходит аналогичную характеристику вертикальных ветряков.

Горизонтальная ось ветряной турбины имеет важное слабое место — ее работа сильно зависит от направления ветра, именно по этой причине устройства оснастили дополнительными механизмами, улавливающими движение воздушных потоков.

Как работает простой ветрогенератор?

Ветряная турбина функционирует как устройство, преобразующее ветровую энергию в электрическую.

Принцип работы заключается в следующем: ветер воздействует на лопасти, приводя к вращению вала, движение которого передается на генератор через редуктор, который увеличивает скорость вращения.

Эффективность работы ветропарка может быть оценена с помощью коэффициента использования энергии ветра (КИЕВ): когда лопасти вращаются быстрее, они взаимодействуют с большим объемом воздуха, что также позволяет извлечь из него больше считываемой энергии.

Существует два основных типа ветряных турбин:

Вертикальные модели построены таким образом, что ось вращения лопастей перпендикулярна поверхности земли. Таким образом, любое движение воздуха, независимо от его направления, приводит в движение конструкцию.

Эта способность работать на любом направлении ветра является несомненным преимуществом для таких ветряных установок, но они уступают по мощности и эффективности горизонтальным моделям.

Горизонтальный ветрогенератор имеет вид ветряной турбины — на этой конструкции для вращения лопастей необходима ориентация в соответствии с направлением ветра.

Для мониторинга и регистрации изменений направления ветра применяются специализированные приборы. При таком позиционировании лопастей они значительно более эффективны, чем при вертикальной ориентации. В рамках домашнего использования наиболее целесообразно выбирать именно ветрогенераторы данного типа.

Какая форма лопасти является оптимальной?

Лопасти ротора составляют один из основных компонентов ветряной турбины.

Существует несколько факторов, касающихся этих элементов, которые оказывают влияние на производительность ветряной установки:

• вес;
• размер;
• форма;
• материал;
• количество.

Если вы планируете разработать проект лопастей для самодельной ветряной турбины, обязательно следует учесть все перечисленные параметры. Некоторые считают, что увеличение числа лопастей в конструкции генератора позволяет выработать больше энергии ветра. Другими словами, чем больше лопастей, тем лучше.

Однако такая точка зрения не соответствует действительности. Каждая отдельная деталь вращается, преодолевая сопротивление ветра. Именно поэтому увеличение числа лопастей требует большего объема энергии для осуществления одного оборота.

Форма также играет критическую роль. От этого зависит скорость вращения пропеллера. Неправильная структура потока может создавать вихри, которые замедляют работу лопастей.

Наиболее эффективной считается однолопастная турбина, но ее создание и балансировка собственными силами представляют собой значительную сложность. Эта конструкция оказалась ненадежной, несмотря на свою высокую эффективность. На основании опыта многочисленных пользователей и производителей идеальным вариантом является модель с тремя лопастями.

Вес лопасти зависит от ее размеров и используемого материала. Как правило, следует выбирать размеры с осторожностью, основываясь на расчетных формулировках. Оптимально, если одна сторона будет закруглена, а другая — остроконечной.

Правильный выбор конфигурации лопасти для ветряной турбины является основой для достижения хорошей производительности устройства.

Для строительства в жилых условиях подойдут следующие типы лопастей:

Лопасти из ткани представляют собой простые широкие полосы, как у ветряной мельницы. Эта модель является самой очевидной и простой в исполнении. Однако ее эффективность довольно низка, что приводит к тому, что такая форма практически не используется в современных ветряных турбинах. Эффективность в этом случае достигает всего 10-12%.

Гораздо более эффективное решение — лопасти с крыловидным профилем. Они используют принципы аэродинамики, которые способствовали подъему больших самолетов в воздух. Пропеллер такого типа легче перемещается и быстрее вращается. Поток воздуха значительно снижает сопротивление, с которым сталкивается турбина на своем пути.

Профиль лопасти должен напоминать крыло самолета. Лезвие имеет утолщение с одной стороны и такой же по углу наклоном с другой стороны. Воздушный поток равномерно обтекает эту форму.

Эффективность такой конструкции может достигать 30-35%. Приятно радует и то, что такую лопасть можно создать самостоятельно, имея под рукой лишь несколько инструментов. Все основные расчеты и схемы могут быть легко адаптированы под вашу собственную ветряную турбину, предоставляя возможность использовать бесплатную и экологически чистую энергию ветра без каких-либо ограничений.

Из чего делают лопасти в домашних условиях?

Для изготовления лопастей ветряных установок наиболее подходят различные материалы, такие как пластик, легкие металлы, древесина и новейшие разработки — стеклоткани. Однако ключевым вопросом остается, сколько времени и усилий вы готовы вложить в строительство ветряной установки.

Канализационные трубы из поливинилхлорида

Наиболее распространенным и востребованным материалом для создания пластиковых лопастей для ветряных турбин являются обычные канализационные трубы из ПВХ. Для большинства частных генераторов с диаметром пропеллера до 2 м вполне достаточно трубы с диаметром 160 мм.

К основным преимуществам такого подхода стоит отнести:

• невысокая стоимость;
• доступность в любом регионе;
• простота обработки;
• существование множества схем и чертежей в интернете, а также значительный опыт применения.

Трубы имеют разнообразные формы и размеры, о чем знают не только строители ветряных установок, но и все, кто когда-либо занимался прокладкой водопроводных или канализационных систем. Они различаются по толщине, материалу и производителю. Стоимость труб невысока, и нет смысла пытаться сэкономить дешевизной лопастей из ПВХ.

Некачественный материал может привести к быстрому поломке лопастей при первых же попытках их использования, что сведение всей затраты к нулю.

Сначала следует определить форму лопастей. Существует множество возможностей, каждая из которых имеет свои плюсы и минусы. Возможно, прежде чем окончательно сделать выбор, стоит провести эксперимент с формами.

Так как трубки стоят недорого и легко доступны в любом хозяйственном магазине, данный материал идеально подходит для первых проб в строительстве. Если что-то пойдет не так, вы всегда можете приобрести новую трубу и повторить попытку, и ваши финансовые затраты не окажутся значительными.

Опытные пользователи ветровой энергии обнаружили, что для создания лопастей лучше использовать оранжевые, а не серые трубы, так как последние более устойчивы к деформациям, не сгибаются после придания формы ножкам и долго служат.

Поклонники ПВХ любят использовать этот материал, потому что при поломке лопасти они могут быстро заменить ее в процессе тестирования. Это требует менее пятнадцати минут и позволяет без труда получить результат подходящего качества. Это удобно, быстро и, что важно, доступно.

Инструкция по изготовлению лопастей ветряной турбины из пластиковых труб представляет собой последовательность шагов:

Когда все подготовительные действия завершены, пора крепить лопасти к вращающейся части, которая будет следовать за ветром:

Алюминий — тонкий, легкий и дорогой

Алюминий — легкий и прочный металл, традиционно используемый в производстве лопастей роторов ветряных турбин. Постепенное этот легкий материал широко применяют именно благодаря своим аэродинамическим характеристикам, если лопасть формируется правильно.

Нагрузки, которым ветряная турбина подвергается во время работы, в основном касаются изгиба и разлома лопастей. Пластиковые элементы быстро трескаются и выходят из строя, а алюминиевые компоненты более надежны и могут служить значительно дольше.

По сравнению с ПВХ, алюминиевые трубы все же тяжелее, и на высоких скоростях это может привести к повреждению пропеллера в местах соединений, оставаясь незамеченной для листа.

Дополнительным недостатком алюминиевых компонентов считается сложность их обработки. В то время как трубы из ПВХ имеют естественный изгиб, позволяющий придать лопастям аэродинамические параметры, алюминий чаще всего поставляется в форме листов.

Как функционирует ветрогенератор

Хотя существуют разные по мощности ветряные турбины, их можно разделить на два основных типа в зависимости от способа конструкции:

1. горизонтальные;
2. вертикальные.

Очевидно, что варианты различаются по положению вращающей оси. В этом контексте подробно рассматриваются отдельные типы и их работу на данном этапе изучения не требуется. Главное, на чем следует сосредоточиться, это их ключевой элемент.

Лопасти

Лопасти составляют один из важных компонентов конструкции ветряной турбины и непосредственно приводятся в движение ветром. Они вызывают вращение ветряной турбины, за счет чего далее продукция передается на генератор, который с помощью редуктора (или без него) производит электричество. Показатели эффективности пропорциональны силе ветра, действующей на лопасть. Таким образом, чем выше этот показатель, тем больше электроэнергии вырабатывается. Поэтому лопасти должны быть качественно изготовлены и из материалов высокого уровня.

К распространённым материалам для лопастей относятся:

1. ПВХ — данный материал применяется главным образом для производства лопастей бытовых ветрогенераторов. Он устойчив к влаге и легко обрабатывается.
2. Дерево — еще один недорогой материал для лопастей, но, к сожалению, он менее эффективно действует по ряду причин, одной из которых является большой вес. Поэтому использование древесины в крупных промышленных установках не целесообразно.
3. Алюминий — отличается прочностью и долговечностью, однако по параметрам веса и стоимости проигрывает большинству других материалов.
4. Стекловолокно — является хорошей альтернативой алюминию, однако процесс создания лопастей из этого материала требует специальных навыков и умений.
5. Карбон — следует подробнейшим образом описать как наиболее эффективный материал для этих целей.

Почему инженеры пришли к карбону для производства лопастей

Некоторое время назад композиты на основе стекловолокна считались наиболее подходящими для производства лопастей благодаря своей доступности и сбалансированным технологиям производства. Но испытания продемонстрировали существенное увеличение веса лопастей при их вращении. В результате возникают так называемые моменты гравитационных изгибов, которые изменяются с длиной лопасти в четвертой степени.

Чтобы улучшить эту экспоненциальную зависимость, использовались композиты из углеродного волокна, особенно при создании масштабных лопастей. Эти композиты продемонстрировали прекрасные свойства прочности и удельной жесткости.

Следует отметить, что обслуживание ветряных турбин обычно обходится в значительные суммы, поэтому все технические соображения в этой области направлены на увеличение срока эффективной работы систем. Приемлемым сроком считается 20 лет и более. Необходимо понимать, что использование новых материалов при производстве лопастей может значительно увеличить долговечность таких электрических установок.

Основные преимущества углеродного волокна включают:

• Углепластик стал особенно подходящим материалом для специальной обледенительной системы ветряков и благодаря низкой эмиссии является абсолютно безопасным как для здоровья отдельных людей, так и для экосистемы в целом.
• Углеродные лопасти позволяют создавать структуры нового типа длиной до 100 м, которые соответствуют требованиям отрасли и выдерживают сложные системы сертификации в Европе. Увеличение длины лопастей в свою очередь дает двукратный прирост выработки электроэнергии.
• При равноправных показателях прочности углепластик позволяет снизить массу всей установки на 30% и более по сравнению с другими композитными материалами, включая металл и стекловолокно. Низкий вес облегчает транспортировку и уменьшает нагрузки на башню и всю конструкцию в целом. Также благодаря аэроэластичности карбона стало возможным создавать ветрогенераторы в районах, где средняя скорость ветра не превышает 5 км/ч в год.
• Углепластик продемонстрировал свою высокую стойкость к воздействию неблагоприятных условий окружающей среды, значительно сокращающих срок службы любой установки на открытом воздухе — например, солнечное излучение, высокая или низкая humidity, агрессивные среды, резкие перепады температур и аналогичные факторы. Исходя из этого, новые технологии разработки связующего вещества и покрытий не позволяют вывести углерод из поля зрения инженеров-технологов.
• Композиты на основе углеродного волокна, в отличие от стекловолоконных, имеют очень высокие показатели упругости (до шести раз выше). Усталостная прочность при динамических нагрузках тоже превышает аналогичные показатели других материалов, тогда как их плотность в полтора раза меньше.
• Карбон позволил осуществлять проектирование сложных больших деталей с металлическими вставками. Именно поэтому сейчас лопасти длиной более 40 м в основном производятся из углепластиков.
• Технология обледенения заключается в специфическом расположении углеродного волокна на внутреннем или внешнем слое лопасти, что позволяет создавать электроподогревательные элементы. Для этих пластин задаются разные уровни мощности в зависимости от различий скоростей в разных радиальных положениях лопасти во время работы.

Вертикальный и горизонтальный ветрогенератор

Вы можете сортировать ветряные генераторы по типам роторов:

• ортогональные;
• дарье;
• савониус;
• геликоидные;
• многолопастные с направляющим аппаратом.

Вертикальные ветряные установки имеют важное преимущество: им не требуется поворот относительно направления ветра, они работают даже при любом его направлении. Из-за этого их не нужно оснастить датчиками для определения направления воздушного потока.

Эти конструкции могут быть размещены на поверхности земли; они имеют простую конструкцию. Изготовление таких агрегатов своими руками значительно проще, чем создание горизонтальных аналогов.

Недостатком вертикальных установок является их низкая мощность и крайне низкий коэффициент полезного действия, что ограничивает возможность их использования.

Горизонтальные ветряные турбины имеют определенные преимущества в сравнении с вертикальными. Они могут варьироваться от однолопастных до многолопастных конструкций и оснащаются от двух до трех лопастей.

Однолопастные модели наиболее быстро вращаются и могут в два раза сократить скорость вращения по сравнению с аналогами с тремя лопастями при тех же условиях ветра. Эффективность таких устройств значительно выше, чем у вертикальных моделей.

Основным недостатком горизонтальных конструкций является их зависимость от направления ветра, что требует наличия дополнительных устройств для определения его направления.

Выбор вида лопастей

Существует два основных типа лопастей:

Можно сделать плоские лопасти, наподобие крыльев ветряной мельницы, т.е. как парус. Самый простой способ — изготовить их из различных доступных материалов: фанеры, пластика, алюминия.

Однако этот метод имеет свои недостатки. При вращении конструкции ветряной мельницы с лопастями, выполненными в стиле паруса, не участвуют аэродинамические силы. Вращение обеспечивается лишь элементами давления, возникающими в потоке ветра.

Эффективность такого устройства крайне низка — преобразуется всего лишь около 10% от ветрового потока. Даже при минимальной скорости ветра колеса остаются неподвижными, что ведет к еще меньшему выработке энергии для повседневного использования.

Более предпочтительным является конструкция с лопастями, где внешняя и внутренняя поверхности имеют различную форму, что создает неравномерное давление на обе стороны. Аэродинамическая сила значительно увеличивает производительность системы.

Подбор материала

Лопасти ветряной турбины могут быть изготовлены из множества материалов, которые имеют подходящие характеристики:

Из трубы ПВХ

Создавать лопасти из ПВХ таким образом значительно проще. Трубы из ПВХ можно приобрести практически в любом хозяйственном магазине. Лучше всего выбирать трубы, предназначенные для систем канализации или сжатого газа. В противном случае лопасти могут не выдержать сильного ветра, что чревато повреждением мачты генератора.

Так как лопасти ветряной турбины подвергаются значительным нагрузкам из-за центробежной силы, тем больше их длина, тем выше эти нагрузки.

Край лопасти двухлопастного колеса небольшого ветрогенератора может вращаться со скоростью сотен метров в секунду, что соответствует скорости снаряда. Подобная скорость способна привести к разрыву трубки ПВХ. Это особенно опасно, поскольку разлетающиеся осколки труды могут убить или серьезно травмировать человека.

Одним из решений будет изготовление небольших плавников и увеличение их количества. Установить ветряную турбину с большим количеством лопастей гораздо легче сбалансировать, и она издает меньше шума. Не забывайте также о толщине стенки трубы. Например, для ветряной турбины с шестью лопастями, выполненными из труб диаметром два метра, толщина лопастей должна быть не менее 4 мм. Для расчета конструкции достаточно использовать готовые таблицы и шаблоны.

Шаблон вырезается из бумаги, кладется на трубу и проводится линия. Это действие повторяется столько раз, сколько необходимо лопастей для ветряной турбины. Затем трубка разрезается по углам с использованием лобзика, лопасти почти готовы. Края трубы шлифуются, а углы и концы скругляются для улучшения эстетического вида и снижения уровня шума.

Следует создать стальной диск с несколькими полосами, служащий конструктивным элементом для соединения лопастей и закрепления колеса на турбине.

Размеры и форма соединительной конструкции должны быть определены для типа генератора и устройства постоянного тока, которое используется в ветропарке. При выборе стали нужно учитывать достаточную толщину, чтобы избежать ее деформации под давлением ветра.

Из алюминия

Алюминиевые лопасти более устойчивы к изгибу и поломке по сравнению с лопастями из ПВХ. Однако нужно учитывать их большой вес, что требует дополнительных мер для обеспечения устойчивости всей конструкции. Также необходимо максимально тщательно сбалансировать колесо.

Примером могут служить свойства алюминиевых лопастей для шестилопастного рабочего колеса.

Стандартный метод предусматривает использование листов фанеры для формирования конструкции. Шесть листов алюминиевой фольги уже должны быть вырезаны заранее по шаблону. Далее формируют полотно, которое закатывается в паз глубиной 10 мм, при этом ось закатки должна образовывать 10–градусный угол с осью заготовки. Это позволит получить лопасти с приемлемыми аэродинамическими параметрами. На внутренней стороне лопасти закрепляется резьбовая втулка.

Способы крепежа алюминиевого лопастного колеса, в отличие от ПВХ-аналога, используют не планки для лопастей, а болты, то есть стальные стержни с резьбой, которая совпадает с резьбой втулок.

Особенности изготовления лопастей для ветрогенератора своими руками из различных материалов

Форма лопасти и работа ветряной турбины напрямую определяются выбранными материалами. К наиболее распространенным из них относятся:

Производители предоставляют широкий выбор, так что можно выбрать оптимальный вариант, соответствующий размерам вашего будущего изделия. Лучше всего использовать изделия, предназначенные для газопроводных или канализационных систем, так как их плотность позволяет выдерживать сильные порывы ветра. Тем не менее, силовые нагрузки на лопасти значительно увеличиваются в зависимости от их длины. Ротация лопастей ветряной турбины может достигать сотен метров в секунду. Неожиданный разрыв трубы может создавать опасность для тех, кто находится рядом.

Решением может быть уменьшение длины конструкции при увеличении количества лопастей. Данная конструкция работает значительно тише и безопаснее, даже при малом ветре. При выборе материала стоит помнить о толщине трубы, и именно от нее будет зависеть прочность полотна. Конструкция для лопастей ветрогенератора, изготовленный самостоятельно, создается с помощью специализированных платформ, которые разрабатываются на основе практического опыта. Они могут помочь с определением необходимых параметров материала в зависимости от требуемого количества компонентов и их длины.

Обработка и создание форм для лопастей из ПВХ не занимает много времени. Необходимые куски нарезаются согласно разметке, затем разрезаются по длине и расплющиваются. Шлифовка краев обеспечивает более эстетичный и аккуратный вид и помогает снизить уровень шума. Склеенные детали устанавливаются на стальное основание, толщина которого рассчитывается с учетом будущих нагрузок от ветра.

Основное преимущество алюминия по сравнению с другими материалами для лопастей ветровых турбин — это его устойчивость к растрескиванию, больший срок службы и высокие прочностные характеристики. Однако его вес требует дополнительных мер для усиления конструкции и тщательной балансировки колеса.

Лопасти изготавливаются следующим образом. Сначала из фанеры вырезается шаблон, который затем будет использован для создания строительных швов. Канавка глубиной в 10мм позволит обеспечить форму лопасти с хорошими аэродинамическими характеристиками. К каждой лопасти следует прикрепить резьбовую втулку, которая послужит для соединения всех частей в единую конструкцию.

Эксперты убеждены, что карбон представляет собой оптимальную комбинацию свойств, подходящую для создания лопастей ветряных турбин собственными силами. Он отличается малым весом, высокой прочностью и превосходной аэродинамикой. Однако работать с ним в домашних условиях порой довольно непросто. Сначала нужно спроектировать и вырезать деревянную матрицу. На одну из поверхностей наносится слой эпоксидной смолы, после которого укладывают кусок стеклоткани соответствующего размера. Затем снова слой смолы и стеклоткани, и это повторяется несколько раз. Полученная деталь оставляется на 24 часа для высыхания. Так изготавливается лишь половина лопасти.

Данный процесс повторяется столько раз, сколько лопастей нужно создать для работы ветрогенератора. К готовым элементам их соединяют с помощью эпоксидной смолы, вставляют деревянные штифты с резьбовыми втулками и приклеивают, чтобы гарантировать их жесткую фиксацию на металлическом основании устройства.

Балансировка ветрогенератора

По завершении сборки колеса ветряной установки необходимо произвести его балансировку. Эту процедуру рекомендуется выполнять в спокойную погоду, чтобы избежать искажений значений настройки от случайных порывов ветра. Операции выполняются в следующем порядке:

• Колесо устанавливается на высоте, достаточной для его свободного движения.
• Движение колеса затормаживается, затем конструкцию отпускают. В состоянии покоя колесо не должно смещаться.
• Затем конструкцию прокручивают на угол, равный результату вычисления 360 / количество лопастей, и снова отпускают. Так можно определить самую тяжелую часть колеса и довести ее массу в соответствие с весом остальных деталей. Важно, чтобы все лопасти вращались в одной вертикальной или горизонтальной плоскости, не выходя за ее пределы.

После того как вы узнали, как изготовить лопасти для ротора ветряной установки самостоятельно, важно учесть и ключевые аспекты планирования технического обслуживания. Это включает в себя регулярные осмотры ветряного генератора и его основных опор для контроля за герметичностью резьбовых соединений. Регулярная покраска конструкции также поможет обеспечить защиту металла от коррозии. Если колесо оказалось несбалансированным, процесс стоит повторить, чтобы довести каждую лопасть до одинакового веса.

• Искусственное торнадо вращает ветрогенератор
• По технологии автомата Калашникова
• Новости ветроэнергетики от 16.04.2016
• Как сделать вертикальный ветрогенератор своими руками

Чтобы оставить комментарий, нужно авторизоваться.

Как работает простой ветрогенератор?

Существует два типа ветряных турбин:

Разница этих типов заключается в размещении оси вращения. Самыми производительными считаются горизонтальные конструкции, которые по форме напоминают самолеты с кварцевыми двигателями. Пропеллер здесь служит рабочей частью ветряной турбины, в то время как хвост улавливает ветер и автоматически поворачивает вал, на который привешен генератор.

Когда воздух дует на лопасти, действует крутящий момент, передаваемый на вал генератора. Происходит выработка электричества, которое затем заряжает аккумуляторы. Аккумуляторы, в свою очередь, отдают заряд инвертору, который изменяет параметры тока и подает на устройства стандартное напряжение в 220В 50Гц.

Существуют более простые системы, в которых генератор одновременно подает электроэнергию потребителям, но такая система не защищена от скачков или перебоев в подаче электроэнергии. Он используется только для освещения или для привода водяных насосов.

Какая форма лопасти является оптимальной?

Осуществляя проектирование горизонтальной ветряной турбины, необходимо учитывать, что рабочее колесо составляет одну из основных характеристик конструкции. Оно напоминает пропеллер, но при этом выполняет противоположные функции: лопасти поглощают ветер и преобразуют его в вращательное движение. Конструкция лопастей непосредственно влияет на производительность рабочего колеса и всей установки.

Горизонтальные конструкции имеют рабочие колеса с несколькими лопастями. Это число обычно бывает больше трех. Сложена линейная зависимость между количеством лопастей и вырабатываемой мощностью. Это означает, что с увеличением количество лопастей общая производительность может уменьшаться, а с уменьшением повышается чувствительность. Именно поэтому следует искать «золотую середину», выбирая среднее количество лопастей.

Важно понимать, что большое количество лопастей увеличивает нагрузку на генератор, создавая мощные тяговые силы у основания мачты, а также значительные осевые нагрузки на рабочее колесо, что может привести к разрушающему процессу подшипников генератора.

На практике было разработано множество различных устройств с формами рабочего колеса, начиная от простых круглых секторов, слабо вращающихся вокруг оси радиуса, до сложных с высокими аэродинамическими характеристиками, которые были протестированы в различных условиях. Результаты испытаний показали, что оптимальным решением является пропеллероподобная форма. Резка лопасти начинается чуть выше центра (обтекателя) и плавно сужается к кончику.

Преимущества этой формулы заключаются в равномерном распределении нагрузок на подшипник, на поверхности лопасти и на всю систему ветряной турбины. Ветер имеет одинаковое влияние на все части, однако если расширить лопасть к концу, придется нагрузить подшипник сильнее, что в свою очередь может привести к поломке и обрыву. Именно поэтому такая форма, с небольшими изменениями, используется в большинстве ветряных турбин.

Существуют довольно ограниченные варианты форм или типов лопастей для горизонтальных ветряных турбин, что объясняется конструкцией самого рабочего колеса — в нем просто нет места для сложных форм. Изготовление наиболее эффективного варианта продолжается постоянно, и среди них можно выделить несколько типов:

Цельные лезвия изготавливаются из различных материалов одновременно, при этом парусные лопасти имеют совершенно иную конфигурацию. Их конструкция включает раму, на которую натягивается прочная ткань таким образом, что одна сторона остается не прикрепленной. В результате получается треугольное лезвие, у него одна сторона (от центра до одного из кончиков) не закреплена к раме.

В результате потока ветра на парус создается давление, что заставляет его принимать более оптимальную форму для выхода из плоскости, благодаря чему колесо начинает вращаться. Этот вариант отличается экономией массы, но требует постоянного контроля состояния ткани и колеса в целом.

Для искусственного строительства обычно используются подручные материалы. Учитывая сложный профиль лопастей, хорошим вариантом будет использование листового металла или пластиковых труб.

Расчет лопастей

На практике мало кто занимается расчетом размеров лопастей, так как для этого требуется специальная подготовка и данные. Большинство параметров, необходимых для расчетов, необходимо установить заранее, в то время как часть из них остается известной лишь после ввода в эксплуатацию ветряного генератора. Кроме того, для большинства типов пока что нет математической модели полного вращения, так что расчеты фактически бесполезны.

В большинстве случаев диаметр лопастей выбирается в зависимости от требуемой мощности с использованием таблиц:

В качестве варианта можно воспользоваться онлайн-калькулятором, который за считанные секунды выдаст готовый результат, если вы введете в поля необходимые данные.

Не стоит забывать, что расчеты для такого устройства, как рабочее колесо, не являются достаточно точными, поскольку имеют множество тонких эффектов и неопределённых величин. Поэтому в большинстве случаев приходится прибегать к экспериментальному подбору форм и размеров.

Как сделать своими руками

Если вы владеете навыками работы с различными ручными инструментами и решились самостоятельно построить ветряную мельницу, вы также можете изготовить лопасти для этой конструкции. В этом случае выбор строительных материалов зависит от имеющихся у вас ресурсов, и можно рассмотреть следующие варианты:

Из ПВХ трубы

В этом случае используются трубы канализации или водоснабжения с высоким диаметром и прочностью, которые обусловлены их применением в системах избыточного давления.

Самостоятельно подсчитать форму лопасти нельзя, поэтому лучше искать стандартные размеры. Это можно сделать, воспользовавшись технической литературой, специализированными журналами или онлайн-источниками, где можно найти массу различных конфигураций и геометрических принципов.

Размеры помечаются на трубах с использованием шаблона, а затем вырезаются с помощью режущего инструмента, показанного на фото ниже.

Края обрабатываются, убирая заусенцы и неровности. После изготовления нужного количества лопастей они складываются в один блок и устанавливаются на вал ветряной турбины.

Из стеклопластика

При использовании стекловолокна сначала создается деревянный шаблон, затем из него изготавливаются детали лопасти. Обычно получаются полые лопасти, которые можно усилить поперечными элементами и заполнить промежутки.

Создавая узор, поверхность лопасти делится приблизительно вдоль горизонтальной оси для создания верхнего и нижнего слоев. Отдельные элементы лопасти изготавливаются из шаблона, который также называют матрицей. На матрицу с эпоксидной смолой и отвердителем последовательно наносятся несколько слоев стекловолокна, которые затем должны быть отверждены. После завершения отверждения вставляются балки и герметик (в задней части) в поверхность готового элемента. Герметизирующие составы покрываются по мере необходимости, что должно быть подтверждено соответствующими расчетами или обоснованиями в технической литературе, из которой был взят стандарт.

Изготавленные детали соединяются между собой специальным клеем. К детали вала крепится тот же вал, с которым лопасть соединяется с валом ветряной турбины.

Работа требует следующих инструментов:

• ножовок различного типа в зависимости от используемого материала;
• ножницы по металлу или электроинструмент (лобзик, угловая шлифовальная машинка и т.д.);
• маркировочные и чертежные материалы для разметки изготавливаемых деталей;
• абразивные материалы: наждачная бумага, шлифовальные круги для углошлифовальной машинки, напильники – для обработки поверхностей.

Где купить?

Ветряные турбины и их компоненты представляют собой специальные изделия, которые не доступны в обычной торговой сети, что указывает на динамичное использование данных агрегатов различными компаниями.

Если вы хотите приобрести комплект лопастей или отдельные элементы конструкции, лучше всего обратиться к производителю этого устройства. В случае, если вы являетесь владельцем и пользователем генератора определённой марки, свяжитесь с производителем для избежания сложностей монтажа, а также получения нужных характеристик устройства и его обстоятельств эксплуатации.

Если вы планируете строить ветряные турбины самостоятельно, вы можете приобрести лопасти заводского производства, которые доступны в специализированных магазинах и интернет-ресурсах.

Средние цены

Цена на лопасти зависит от мощности ветрогенератора, для которого они предназначены, материала из которого они изготовлены, страны и марки производителя, а также от места их приобретения.

Например, комплект лопастей для ветряных турбин марки «Эксморк» (Zonhan), произведенных в Китае, стоит в зависимости от мощности турбины:

• Для Р=1,0 кВт – от 13 000,00 рублей;
• Для Р=1,5 кВт – от 22 000,00 рублей;
• Для Р=2,0 кВт – от 23 000,00 рублей.
• Для Р=3,0 кВт – от 34 000,00 рублей.

Лопасти ветряных турбин марки SWG FD2.7-500 (Китай) предлагаются по цене 7 500,00 рублей.

Лопасти для генераторов марки «РВ» (Россия) привлекают внимание следующими ценами в зависимости от размеров:

• 1,2 метра – от 4 500,00 рублей;
• 2,6 метра – от 12 000,00 рублей;
• 3,0 метра – от 15 000,00 рублей;
• 4,0 метра – от 29 000,00 рублей;
• 6,0 метров – от 75 000,00 рублей;
• 7,5 метров – 135 000,00 рублей.