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.
Как сделать лопасти для ветрогенератора?
Тщательно рассчитанные лопасти для ветряной турбины определяют технические параметры системы, расширяют возможности установки на выбранном участке и влияют на геометрические параметры. Ветряная турбина — это особая категория оборудования, используемого для выработки электроэнергии путем преобразования кинетической энергии ветра.
- 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
Такие технические решения востребованы в районах, где преобладает ветреная погода, поскольку они используют воздушный поток для выработки электроэнергии. Устройства работают благодаря лопастям в конструкции, которые вращаются и приводят в действие генератор. Последний преобразует кинетическую энергию ветра в электрическую энергию, которая направляется в устройства, потребляющие ее, и в аккумуляторы.
Промышленные и бытовые ветряные турбины могут использоваться как в качестве основных, так и вспомогательных источников энергии. Генераторы постоянного тока в основном используются для домашнего освещения и отвечают за нагрев воды независимо от основного контура.
Если недвижимость не подключена к электросети, мощности ветрогенератора может быть достаточно для работы отопления, всех бытовых приборов и лампочек. Следует отметить, что мощность турбины должна быть более 10 кВт в зимние месяцы для работы отопления, чтобы энергии хватало на бытовые приборы. Ветровые турбины работают в сочетании со стабилизаторами.
Виды ветрогенераторов
Они классифицируются в соответствии с их техническим дизайном, который влияет на их функциональность и возможности.
Вертикальные
В зависимости от типа используемого ротора и лопастей вертикальные ветряные турбины могут быть прямоугольными, типа Савониуса, многолопастными (имеется механизм управления), дарье или винтовыми. Основным преимуществом этих устройств является то, что они не требуют коррекции ветра, а хорошо работают при любом направлении ветра. Поэтому они не оснащены устройствами для определения воздушного потока.
Благодаря простоте агрегаты можно устанавливать на земле, по сравнению с горизонтальными версиями, своими руками лопасти для такой ветряной турбины будут намного проще. Недостатком является низкая производительность вертикальных моделей, область их применения ограничена из-за недостаточной эффективности.
Горизонтальные
Здесь варьируется количество лопастей. Однолопастные модели имеют самую высокую скорость, по сравнению с трехлопастными они вращаются примерно в 2 раза быстрее при той же скорости ветра. Производительность горизонтальных моделей значительно выше, чем вертикальных.
Ориентация горизонтального вала имеет слабое место — его работа зависит от направления ветра, поэтому устройство оснащено дополнительными механизмами, улавливающими движение ветровых потоков.
Как работает простой ветрогенератор?
Ветряная турбина — это устройство, преобразующее энергию ветра в электричество.
Принцип работы заключается в том, что ветер вращает лопасти и тем самым приводит в движение вал, через который вращение передается на генератор через редуктор, увеличивающий скорость.
Эффективность ветропарка оценивается коэффициентом эффективности использования энергии ветра (KIEV): Когда ветряк вращается быстро, он контактирует с большим количеством ветра и, следовательно, извлекает из него больше энергии.
Существует два основных типа ветряных турбин:
Вертикально ориентированные модели строятся так, чтобы ось пропеллера была перпендикулярна земле. Таким образом, любое движение газовых масс, независимо от их направления, приводит структуру в движение.
Такая гибкость является преимуществом для ветряных турбин этого типа, но они теряют в мощности и эффективности по сравнению с горизонтальными моделями.
Горизонтальный ветрогенератор выглядит как ветряная турбина. Для того чтобы лопасти вращались, конструкция должна быть повернута в нужном направлении в зависимости от направления движения воздуха.
Для контроля и регистрации изменений направления ветра установлены специальные приборы. Эффективность при таком расположении винта намного выше, чем при вертикальной ориентации. В бытовом применении рациональнее использовать ветрогенераторы этого типа.
Какая форма лопасти является оптимальной?
Одним из основных компонентов ветровой турбины являются лопасти ротора.
Существует несколько факторов, связанных с этими частями, которые влияют на производительность ветровой турбины:
- вес;
- размер;
- форма;
- материал;
- количество.
Если вы решите спроектировать лопасти ротора для самодельной ветряной турбины, вам обязательно следует принять во внимание все эти параметры. Некоторые люди считают, что чем больше лопастей имеет пропеллер генератора, тем больше энергии ветра можно выработать. Другими словами, чем больше, тем лучше.
Однако это далеко от реальности. Каждая отдельная часть движется, преодолевая сопротивление ветра. Таким образом, большое количество лопастей на пропеллере требует больше энергии ветра для производства одного оборота.
Форма играет большую роль. От этого зависит скорость вращения пропеллера. Плохая структура потока приводит к образованию вихрей, замедляющих работу пропеллера.
Наиболее эффективной является однолопастная турбина. Но построить и сбалансировать его своими руками очень сложно. Конструкция оказалась ненадежной, несмотря на высокую эффективность. Согласно опыту многих пользователей и производителей ветровых турбин, оптимальной моделью является трехлопастная модель.
Вес клинка зависит от его размера и материала, из которого он изготовлен. Размер следует выбирать тщательно, следуя формулам расчета. Лучше всего иметь закругленный край с одной стороны и острый край с другой.
Правильный выбор формы лопасти для ветровой турбины является основой ее хорошей работы.
Для жилищного строительства подходят следующие варианты:
Крылья из ткани представляют собой простые широкие полосы, как у ветряной мельницы. Эта модель является наиболее очевидной и простой. Однако его эффективность настолько низка, что эта форма практически не используется в современных ветряных турбинах. Эффективность в этом случае составляет около 10-12 %.
Гораздо более эффективная форма — лопасти с крыловидным профилем. При этом используются принципы аэродинамики, благодаря которым большие самолеты поднимаются в воздух. Пропеллер движется легче и вращается быстрее. Поток воздуха значительно снижает сопротивление, которое встречает турбина на своем пути.
Правый профиль должен напоминать крыло самолета. Лезвие имеет утолщение с одной стороны и небольшой наклон с другой. Воздушная масса обтекает эту форму очень равномерно
Эффективность этой модели достигает значения 30-35 %. Хорошей новостью является то, что крыльчатку можно изготовить самостоятельно, имея всего несколько инструментов. Все основные расчеты и конструкции могут быть легко адаптированы к вашей ветровой турбине, и вы сможете пользоваться бесплатной и чистой энергией ветра без каких-либо ограничений.
Из чего делают лопасти в домашних условиях?
Наиболее подходящими материалами для изготовления ветряных турбин являются пластмассы, легкие металлы, дерево и современное решение — стеклоткань. Самый важный вопрос — сколько труда и времени вы готовы потратить на строительство ветряной турбины.
Канализационные трубы из поливинилхлорида
Наиболее популярным и широко используемым материалом для изготовления пластиковых лопастей для ветряных турбин является обычная сливная труба из ПВХ. Для большинства бытовых генераторов с диаметром пропеллера до 2 м достаточно трубы диаметром 160 мм.
К преимуществам этого метода относятся:
- невысокую цену;
- доступность в любом регионе;
- простоту работы;
- большое количество схем и чертежей в интернете, большой опыт использования.
Трубы бывают разных форм и размеров. Это известно не только тем, кто сам строит ветряные турбины, но и всем, кто когда-либо прокладывал канализационные или водопроводные трубы. Они различаются по толщине, составу и производителю. Трубы стоят дешево, поэтому нет причин пытаться сделать ветряк еще дешевле, экономя на трубах из ПВХ.
Некачественный материал пластиковых труб может привести к тому, что лезвия сломаются с первой попытки, и вся работа окажется напрасной.
Сначала нужно определиться с формой. Существует множество возможностей, каждая форма имеет свои преимущества и недостатки. Может быть полезно сначала поэкспериментировать, прежде чем резать окончательный вариант.
Поскольку трубки стоят недорого и их можно найти в любом хозяйственном магазине, этот материал идеально подходит для первых шагов в строительстве листовых моделей. Если что-то пойдет не так, вы всегда можете купить другой тюбик и попробовать еще раз, ваш кошелек не сильно пострадает от таких экспериментов.
Опытные пользователи ветровой энергии обнаружили, что для изготовления лопастей ветровых турбин лучше использовать оранжевые, а не серые трубы. Они более стабильны по размерам, не гнутся после придания формы лезвиям и служат дольше.
Любители предпочитают ПВХ, потому что сломанное лезвие можно заменить во время тестирования на новое, которое можно изготовить на месте за 15 минут до подходящего качества. Это легко и быстро, а главное — доступно.
Фотография инструкции по изготовлению лопастей ветряной турбины из пластиковых труб иллюстрирует шаги и процесс:
Все подготовительные шаги выполнены, теперь необходимо прикрепить лопасти к вращающейся части, которая следует за ветром:
Алюминий — тонкий, легкий и дорогой
Алюминий — легкий и прочный металл. Традиционно он используется для изготовления лопастей роторов ветряных турбин. Легкий вес означает, что аэродинамические свойства пропеллера превосходны, если пластина имеет желаемую форму.
Основными нагрузками, которым подвергается ветровая турбина во время вращения, являются изгиб и излом лопастей. Если пластик при такой работе быстро трескается и выходит из строя, то на алюминиевый пропеллер можно рассчитывать гораздо дольше.
Однако если сравнивать алюминиевые трубки и трубки из ПВХ, то металлические все же тяжелее. На высоких скоростях велик риск повредить пропеллер в месте крепления, а не саму лопасть.
Еще одним недостатком алюминиевых компонентов является сложность конструкции. В то время как трубы из ПВХ имеют изгиб, придающий лопастям аэродинамические свойства, алюминий обычно поставляется в виде листов.
Как функционирует ветрогенератор
Хотя существуют более и менее мощные ветряные турбины, они делятся на два основных типа по разному принципу:
- горизонтального воплощения;
- вертикального воплощения.
Понятно, что эти варианты отличаются расположением поворотных осей. На данном этапе подробное описание отдельных типов и их работы излишне. Лучше сконцентрироваться на их главном компоненте. И это так.
Лопасти
Да, одним из основных компонентов конструкции ветряной турбины являются лопасти, которые приводят в движение ветер. Они заставляют ветряную турбину вращаться. А уже движение передается на турбину, которая через мультипликатор (или без него) вырабатывает электроэнергию. А показатели эффективности пропорциональны силе ветра, воздействующей именно на лопасть. Поэтому чем он выше, тем больше электроэнергии производится. Поэтому лезвия должны быть очень качественными, тщательно изготовленными и только из качественных материалов.
Сегодня такие материалы хорошо известны:
- ПВХ — данный материал используют, главным образом, для изготовления лопастей ветрогенераторов бытовых. Он не боится влаги и несложно обрабатывается.
- Дерево — это еще один недорогой материал для изготовления лопастей, но менее подходящий по ряду причин, одной из которых является вес. Так что в промышленных установках он не используется.
- Алюминий — материал, который отличается от пластика прочностью, долговечностью, хотя по весу и стоимости ему проигрывает.
- Стекловолокно — материал, что стал хорошей альтернативой алюминию, но технология изготовления лопаток из которого требует не абы какого умения.
- Карбон — материал, который следует описать гораздо подробнее.
Почему инженеры пришли к карбону для производства лопастей
Некоторое время назад композиты из стекловолокна считались наиболее подходящим материалом для лопастей из-за их доступности и подробно описанной технологии обработки. Однако испытания показали, что вес лопастей увеличивается экспоненциально при их вращении. В результате возникают так называемые гравитационные изгибающие моменты, которые изменяются с длиной лопасти в четвертой степени.
Чтобы улучшить эту экспоненциальную зависимость, было решено использовать композиты на основе углеродного волокна — особенно когда речь идет о создании больших лопастей. Они продемонстрировали отличную удельную жесткость и прочность.
Следует отметить, что обслуживание ветровых турбин обычно обходится очень дорого, поэтому все технические соображения в этой области всегда направлены на продление срока эффективной работы этих турбин. Приемлемым сроком считается 20 лет и более. И нетрудно было понять, что долговечность такой электростанции можно значительно увеличить, если использовать различные материалы для изготовления лопастей. И именно использование углеродных волокон в ветряных турбинах позволило значительно снизить общий вес конструкции и повысить ее прочность.
Однако не только эти параметры повышают прочность, и не только прочность является проблемой при использовании углеродного волокна:
- Углепластик оказался наиболее подходящим веществом для специальной противообледенительной системы ветряков, а также за счет практически нулевой эмиссии еще и совершенно приемлемым для здоровья как одного человека, так и всей окружающей среды .
- Карбон позволил создать лопасти нового типа длиной от 100 м, что соответствует требованиям отрасли и удовлетворяет сложную систему европейской сертификации. За счет такого удлинения лопатки выработка электроэнергии возросла в 2 раза.
- При условиях равной прочности углепластик позволил понизить общую массу всей установки на ≤30 % по сравнению с другими композитными материалами, включая металлокомпозиты и даже стекловолокно. Низкий вес же значительно упростил транспортировку к месту установки и снизил нагрузку на башню и всю конструкцию в целом. Помимо этого, благодаря аэроэластичности карбона стало возможным строительство ветрогенераторов в тех районах, где скорость ветра в среднем за год не превышает и 5 км/час.
- Углепластик также отличается высокой устойчивостью к нежелательным реалиям окружающего мира, которые сокращают срок службы любой установки вне помещения: солнечное излучение, влажность, агрессивные среды, низкая или же высокая температуры среды вокруг, а также их резкие перепады. Поэтому современные технологии получения связующего вещества, а также материалов покрытий не позволяют выпускать карбон из поля зрения инженеров-технологов.
- Углепластики, в отличие от стекловолоконных композитных материалов, отличаются высоким показателем упругости (в 6 раз выше). Усталостная прочность в условиях перманентных динамических нагрузок также у них в несколько раз выше, а плотность в 1,5 раза ниже.
- Карбон дал возможность проектировать сложные большие детали с металлическими вставками. Вот почему сегодня лопасти длиной от 40 м производят главным образом из углепластиков.
- Технология защиты от обледенения состоит в том, что углеродное волокно располагают на внешнем слое лопатки либо самом близком к поверхностному слою карбоновых электронагревательных пластин. Для таких пластин задается разная мощность, соответствующая разницам линейных скоростей в разных радиальных положениях лопасти во время работы.
Вертикальный и горизонтальный ветрогенератор
Вы можете сортировать по роторам:
- ортогональный;
- дарье;
- савониуса;
- геликойдный;
- многолопастной с направляющим аппаратом;
Вертикальные ветряные турбины хороши тем, что их не нужно поворачивать относительно ветра, они работают при любом направлении ветра. По этой причине их не нужно оснащать датчиками направления ветра.
Эти конструкции могут быть размещены на земле; они очень просты. Сделать своими руками такую конструкцию гораздо проще, чем горизонтальную.
Недостатком вертикальных ветрогенераторов является их малая мощность и крайне низкий КПД, поэтому область их применения ограничена.
Горизонтальные ветряные турбины имеют определенные преимущества перед вертикальными. Их можно разделить на однолезвийные, двухлезвийные, трехлезвийные и многолезвийные.
Однолопастные модели являются самыми быстрыми и вращаются в два раза быстрее трехлопастных при той же скорости ветра. Эффективность этих турбин намного выше, чем у вертикальных ветряных турбин.
Основным недостатком горизонтально-осевых конструкций является зависимость ротора от направления ветра, поэтому турбина должна быть оснащена дополнительными устройствами для определения направления ветра.
Выбор вида лопастей
Существует два основных типа лезвий:
Вы можете сделать плоские лопасти, как крылья ветряной мельницы, т.е. как парус. Самый простой способ — сделать их из разных материалов: Фанера, пластик, алюминий.
Этот метод имеет свои недостатки. Во вращении ветряной мельницы с лопастями, выполненными по принципу паруса, не участвуют никакие аэродинамические силы, вращение обеспечивает только сила давления потока ветра.
Эффективность этого устройства минимальна, в энергию преобразуется не более 10 % ветрового потока. При минимальном ветре колесо остается в статичном положении и производит еще меньше энергии для бытового использования.
Более приемлемой конструкцией является ветряная турбина с лопастями. Здесь внешняя и внутренняя поверхности лопастей имеют разные поверхности, что позволяет добиться неравномерного давления воздуха на противоположные поверхности лопасти. Аэродинамическая сила значительно повышает эффективность ветровой турбины.
Подбор материала
Например, лопасти ветряной турбины могут быть изготовлены из любого более или менее подходящего материала:
Из трубы ПВХ
Из этого материала гораздо проще изготовить лезвия. Трубы из ПВХ можно приобрести в любом хозяйственном магазине. Следует выбирать трубы, предназначенные для канализации или линий сжатого газа. В противном случае лопасти могут сломаться при сильном ветре и повредить мачту генератора.
Лопасти ветряной турбины испытывают значительные нагрузки от центробежной силы, и чем длиннее лопасти, тем выше нагрузки.
Кончик лопасти двухлопастного колеса бытового ветрогенератора вращается со скоростью сотни метров в секунду, что соответствует скорости выпущенной пули. Такая скорость может привести к разрыву труб из ПВХ. Это особенно опасно, поскольку летящие осколки трубы могут убить или серьезно травмировать человека.
Одно из решений может заключаться в том, чтобы сделать плавники как можно меньше и увеличить их количество. Ветряную турбину с большим количеством лопастей легче сбалансировать, и она издает меньше шума. Толщина стенок трубы также важна. Например, для ветряной турбины с шестью лопастями, изготовленными из труб ПВХ диаметром два метра, толщина лопастей должна быть не менее 4 мм. Для расчета конструкции лопастей самодельщик может использовать готовые таблицы и шаблоны.
Шаблон должен быть сделан из бумаги, приложен к трубе и перечеркнут. Это нужно сделать столько раз, сколько лопастей у ветряной турбины. Разрежьте трубку по точкам лобзиком — полотна почти готовы. Края трубы сглаживаются, углы и края скругляются, чтобы ветряк выглядел красиво и работал тише.
Необходимо изготовить стальной диск с шестью полосами, который играет роль конструкции, соединяющей лопасти, и крепит колесо к турбине.
Размеры и форма соединительной конструкции должны соответствовать типу генератора и постоянному току, используемому в ветропарке. Сталь следует выбирать достаточно толстую, чтобы она не деформировалась под воздействием ветра.
Из алюминия
По сравнению с лезвиями для труб из ПВХ, алюминиевые лезвия более устойчивы к изгибам и поломкам. Недостатком является их большой вес, что требует принятия мер по обеспечению устойчивости всей конструкции. Кроме того, колесо должно быть отбалансировано как можно тщательнее.
Рассмотрим свойства алюминиевых лопастей шестилопастного рабочего колеса.
Стандарт используется для придания формы фанерным листам. Шесть листов алюминиевой фольги уже должны быть вырезаны по шаблону. Будущее полотно закатывается в паз глубиной 10 мм, при этом ось закатки образует угол 10 градусов с осью заготовки. Эта манипуляция позволяет получить лопасти с приемлемыми аэродинамическими параметрами. На внутренней стороне лезвия закреплена резьбовая втулка.
Крепежный механизм алюминиевого лопастного колеса, в отличие от лопастного колеса из ПВХ, имеет не планки на лопасти, а болты, т.е. стальные стержни с резьбой, совпадающей с резьбой втулок.
Особенности изготовления лопастей для ветрогенератора своими руками из различных материалов
Конкретная форма лопасти и производительность ветряной турбины в значительной степени определяют используемые материалы. К наиболее распространенным относятся:
Они представлены в широком ассортименте, так что вы сможете выбрать оптимальный вариант, соответствующий размерам вашего будущего строения. Следует отдавать предпочтение изделиям для газопровода или канализации — их плотность легко выдерживает сильные порывы ветра. Однако центробежная сила увеличивает нагрузку на лопасти в зависимости от их длины. Лопасти ветряной турбины вращаются со скоростью несколько сотен метров в секунду. А случайный разрыв трубы может привести к травмам людей, находящихся рядом.
Решением может быть уменьшение длины структуры при увеличении ее количества. Такая конструкция работает с меньшим шумом и безопасно вращается даже при слабом ветре. При выборе материала учитывайте толщину трубы, от которой зависит плотность полотна. Конструкция для лопастей ветрогенератора своими руками изготавливается с помощью специальных плат, разработанных на основе практического опыта. С их помощью можно легко определить необходимые параметры материала в зависимости от желаемого количества компонентов и их длины.
Обработка и придание формы лопастям из трубы ПВХ занимает очень мало времени. Куски нужной длины нарезаются в соответствии с разметкой, затем разрезаются вдоль и расплющиваются. Шлифовка краев придает изделию более эстетичный и чистый вид, а также помогает снизить уровень шума. Сборные детали размещаются на стальном основании, толщина которого рассчитывается с учетом будущих ветровых нагрузок.
Основным преимуществом алюминия по сравнению с другими материалами для лопастей ветровых турбин является его большая прочность и устойчивость к изгибу и растрескиванию. Однако больший вес металла по сравнению с пластиком требует принятия специальных мер по усилению конструкции и тщательной балансировке колеса.
Лезвия изготавливаются в следующем порядке. Сначала из листа фанеры вырезается шаблон, по которому вырезаются строительные швы. Канавка глубиной 10 мм позволяет получить форму лопасти с отличными аэродинамическими свойствами. К каждой лопасти прикреплена резьбовая втулка, которая используется для соединения всех частей вместе.
По мнению экспертов, этот материал представляет собой оптимальное сочетание свойств для изготовления лопастей ветряных турбин своими руками. Малый вес, высокая прочность и отличная аэродинамика — основные преимущества материала. Но обрабатывать его в домашних условиях несколько затруднительно. Сначала проектируется и вырезается матрица из дерева. На одну поверхность наносится слой эпоксидной смолы, а сверху кладется кусок стеклоткани соответствующего размера. Затем наносится слой смолы и стеклоткани, и этот процесс повторяется три или четыре раза. Полученное изделие оставляют сохнуть на 24 часа. Таким образом изготавливается только половина изделия.
Повторите вышеописанный процесс столько раз, сколько лопастей должно быть установлено в ветряной турбине. Готовые элементы соединяются эпоксидной смолой, в них вставляется деревянный штифт со спиральной втулкой и приклеивается на место, чтобы закрепить их на металлической основе конструкции.
Балансировка ветрогенератора
После сборки колесо ветряной турбины должно быть отбалансировано. Процедуру следует проводить при отсутствии ветра, чтобы небольшие порывы ветра не исказили значения настройки. Операции следует выполнять в таком порядке:
- Колесо укрепляют на высоте, достаточной для его свободного движения.
- Движения колеса затормаживают, после чего конструкцию отпускают. В состоянии покоя колесо не должно шевелиться.
- Затем конструкцию прокручивают на угол, равный результату от вычисления 360 / количество лопастей, и снова отпускают. Таким образом удается определить наиболее тяжелую часть колеса и привести ее вес в соответствие с массой других деталей. Важно, чтобы все лопасти вращались в одной плоскости – вертикальной или горизонтальной, не выходя за ее пределы.
После выяснения вопроса о том, как изготовить лопасти ротора ветряной турбины своими руками, стоит рассказать о наиболее важных аспектах планирования технического обслуживания. Она заключается в регулярном осмотре ветровой турбины и ее основных опор с целью подтяжки ослабленных резьбовых соединений. Регулярная покраска конструкции помогает защитить металл от коррозии. Если колесо не сбалансировано, следует повторить описанную выше процедуру, чтобы привести все лопасти к одинаковому весу.
Искусственное торнадо вращает ветрогенератор
По технологии автомата Калашникова
Новости ветроэнергетики от 16.04.2016- Как сделать вертикальный ветрогенератор своими руками
Вы должны войти в систему, чтобы оставить комментарий.
Как работает простой ветрогенератор?
Существует два типа ветряных турбин:
Разница заключается в положении оси вращения. Наиболее производительными считаются горизонтальные конструкции, основанные на форме самолета с воздушным винтом. Пропеллер — это рабочее колесо ветряной турбины, а хвост — это ветровой дефлектор, который автоматически поворачивает вал в направлении движения ветра.
Когда ветер дует на крыльчатку, он создает крутящий момент, который передается на вал генератора. Его обмотки вырабатывают электричество, которое заряжает аккумуляторы. Они, в свою очередь, дают заряд инвертору, который изменяет параметры тока и подает стандартное напряжение 220 В 50 Гц на бытовые приборы.
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?
Основным компонентом горизонтальной ветровой турбины является рабочее колесо. Он больше похож на пропеллер, хотя выполняет прямо противоположную функцию. Лопасти поглощают энергию воздушного потока и преобразуют ее во вращательное движение. Их конфигурация напрямую влияет на производительность рабочего колеса и всего узла.
Горизонтальные агрегаты имеют рабочие колеса с большим количеством лопастей. Обычно их больше 3. Существует зависимость между количеством лопастей и мощностью. Факт, что с увеличением числа лопастей производительность рабочего колеса уменьшается, а с уменьшением числа лопастей уменьшается чувствительность. Поэтому выберите «золотую середину», взяв среднее количество лезвий.
Это важно: большое количество лопастей увеличивает фронтальную нагрузку генераторной установки, создавая опрокидывающую силу у основания мачты и сильную осевую нагрузку на рабочее колесо, которая разрушает подшипники генератора.
На практике было разработано множество различных устройств, с формой рабочего колеса от простых круглых секторов, слегка вращающихся вокруг оси радиуса, до сложных вариантов с тщательно рассчитанной аэродинамикой, которые были испытаны в различных условиях. Результаты испытаний показали, что оптимальной формой является пропеллероподобная модель. Эта лопасть начинается немного от центра (обтекателя) крыльчатки и плавно сужается к кончику.
Преимуществом этого типа является равномерное распределение нагрузок на подшипник, поверхность лопасти и всю систему ветровой турбины. Поток ветра действует на все части с одинаковой силой, но если расширить лопасть к концу, то получится довольно длинный рычаг, который перегружает подшипник и ломает лопасти. Именно поэтому такая форма, с небольшими изменениями, используется почти во всех ветровых турбинах.
Существует не так много вариантов или типов лопастей для горизонтальных ветряных турбин. Причина этого кроется в конструкции самого рабочего колеса — здесь просто нет места для сложных форм или конфигураций. Однако разработка наиболее удачного варианта ведется постоянно, так что сегодня можно выделить несколько типов:
Цельные лезвия изготавливаются из различных материалов одновременно в определенной форме, в то время как парусные лезвия имеют совершенно другую конструкцию. Основа представляет собой раму, на которую натянута плотная ткань так, что одна сторона не прикреплена к раме. В результате получается треугольное лезвие, одна сторона которого (от центра до одного из кончиков) не прикреплена к раме.
Поток ветра создает давление на парус и придает ему оптимальную форму для выхода из плоскости, в результате чего колесо начинает вращаться. Этот вариант имеет преимущество в виде экономии массы и веса колеса, но требует постоянного контроля за состоянием ткани и колеса в целом.
Для импровизированного строительства обычно используются подручные материалы. Учитывая сложный профиль лопастей, хорошим вариантом является использование листового металла или пластиковых труб.
Расчет лопастей
На практике мало кто рассчитывает размеры лопастей, так как требуется специальная подготовка и данные. Большинство значений, необходимых для расчета, должны быть определены в первую очередь, а некоторые из них будут известны только после ввода ветровой турбины в эксплуатацию. Кроме того, для большинства видов пока не существует математической модели вращения, поэтому расчеты бесполезны.
В большинстве случаев диаметр лезвия выбирается в зависимости от требуемой мощности с помощью таблицы:
В качестве альтернативы можно воспользоваться онлайн-калькулятором, который за считанные секунды выдаст готовый результат, если вы введете в поля собственные данные.
Следует помнить, что расчеты для такого устройства, как рабочее колесо, не являются достаточно точными из-за большого количества тонких эффектов и неизвестных величин, поэтому в большинстве случаев приходится прибегать к экспериментальному подбору формы и размера.
Как сделать своими руками
Если вы умеете пользоваться различными ручными инструментами и решили сделать ветряную мельницу самостоятельно, вы также можете сами изготовить лопасти такого устройства. В этом случае выбор строительного материала зависит от того, что имеется в наличии, и можно выбрать следующие варианты:
Из ПВХ трубы
В этом случае для канализационных или водопроводных сетей используются трубы, которые имеют большой диаметр и высокую прочность из-за их использования в сетях с избыточным давлением.
Самостоятельно рассчитать форму лезвия сложно, поэтому лучше всего найти стандарт с нужным размером. Это можно сделать с помощью технической литературы, торговых журналов или онлайн-источников, где можно найти большое количество различных конфигураций и геометрических размеров.
Размеры отмечаются на поверхности трубы с помощью шаблона, а затем листы распиливаются с помощью режущего инструмента, как показано на рисунке ниже.
Боковые кромки зачищаются, удаляются заусенцы и неровности. После изготовления необходимого количества лопастей они собираются в единый блок и устанавливаются на вал ветряной турбины.
Из стеклопластика
Если используется стекловолокно, то сначала изготавливается деревянный шаблон, из которого затем изготавливаются элементы лопасти. Как правило, в этом случае их делают полыми, при этом можно усилить балки и заполнить промежутки различными элементами.
При создании узора поверхность лезвия делится приблизительно вдоль горизонтальной оси для создания нижнего узора и верхнего узора. Отдельные элементы лезвия изготавливаются из шаблона, который также можно назвать матрицей. Для этого на матрицу с эпоксидной смолой и отвердителем наносится несколько слоев стекловолокна, которые затем должны быть отверждены. После отверждения балки и герметик (в задней части) вставляются в поверхность изготовленного изделия. Герметик должен наноситься при необходимости, что должно быть подтверждено соответствующим расчетом или обоснованием в технической литературе, из которой был взят стандарт.
Изготовленные детали соединяются между собой клеем, к детали вала прикрепляется вал, через который лопасть соединяется с валом ветряной турбины.
Для выполнения работы необходимы следующие инструменты:
- 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.
Где купить?
Ветряная турбина и ее компоненты — это особые продукты, которые не распространяются через обычные торговые сети, что означает, что они используются широким кругом компаний.
Если вы хотите приобрести комплект ножей или их отдельные части, лучше всего обратиться к производителю данного устройства. Если вы владеете и используете генератор определенной марки, свяжитесь с производителем, чтобы избежать сложностей при установке и получить технические характеристики устройства и условия его эксплуатации.
Если вы строите ветряную турбину самостоятельно, вы можете приобрести лопасти заводского изготовления, которые продаются в специализированных магазинах и интернет-магазинах.
Средние цены
Стоимость лопастей зависит от мощности ветряной турбины, на которой они установлены, материала, из которого они изготовлены, страны и марки производителя, а также места их приобретения.
Например, комплект лопастей для ветровых турбин марки «Эксморк» (Zonhan), произведенных в Китае, стоит в зависимости от мощности турбины:
- Для Р=1,0 кВт – от 13000,00 рублей;
- Для Р=1,5 кВт – от 22000,00 рублей;
- Для Р=2,0 кВт – от 23000,00 рублей.
- Для Р=3,0 кВт – от 34000,00 рублей.
Лопасти для ветровых турбин марки SWG FD2.7-500 (Китай), продаются по цене 7500,00 рублей.
Лопасти для генераторов марки «РВ» (Россия) продаются по следующим ценам в зависимости от геометрических размеров:
- 1,2 метра – от 4500,00 рублей;
- 2,6 метра – от 12000,00 рублей;
- 3,0 метра – от 15000,00 рублей;
- 4,0 метра – от 29000,00 рублей;
- 6,0 метров – от 75000,00 рублей;
- 7,5 метров – 135000,00 рублей.
