Самодельный ветрогенератор для дома и дачи: принципы работы, схемы, какой и как делать. Лопасти для ветрогенератора из подручных материалов Из чего делают лопасти ветрогенератора

Интерес к использованию альтернативных источников электроэнергии постоянно растёт. В ряде случаев возможно и целесообразно использовать для этих целей энергию ветра. Но приспособить в качестве генератора имеющийся асинхронный двигатель – это только часть проблемы. Ибо требуется ещё оптимально спрофилировать лопасти движителя. Специалистам по турбоэнергетике или поршневым самолётам решить эту задачу, естественно, проще – этому их учили в институтах. Остальным же следует знать, что неверно разработанный профиль винта ветродвигателя «украдёт» у него немалую толику мощности, поскольку часть давления ветра будет бесполезно путаться в неграмотно изготовленных лопастях.

Как определить фактическую мощность ветрогенератора

Зная усреднённую за несколько лет скорость ветра в данной местности можно установить этот показатель и самостоятельно. В дальнейшем именно он определит, какие лопасти для ветрогенератора потребуются, их количество и длину. Для конкретного случая скорости ветра в 4м/с (усредненная скорость ветра) данные параметры приведены в таблице:

Сообразуясь с примерными габаритами ветрогенератора и местом его установки, можно установить и диаметр круга вращения лопастей.

Выбор материала лопастей и их профиля

Аэродинамической трубы в распоряжении умельцев, скорее всего, нет, поэтому придётся поверить в то, что оптимальная форма лопасти для ветрогенератора значительно увеличит его кпд. Проблема непростая, но решаемая. Наиболее точно профиль лопасти может быть спроектирован по программе, которую можно найти вот здесь http://seiger.pp.ua/match/ru/ . В результате расчётов будет получен так называемый крыльчатый профиль лопасти, у которой внешняя и внутренняя стороны будут иметь РАЗНУЮ площадь. При этом создаётся перепад давлений, обуславливающий возникновение аэродинамической силы вращения лопастей.

Оптимальные параметры профиля лопастей ветрогенератора зависят также и от материала, выбранного для их изготовления. Практически возможные варианты – полихлорвиниловая труба, алюминий, стекловолокно.

Рассмотрим особенности получения лопасти из ПВХ-трубы. Шаблон для профиля лопасти представлен на рис. 1.

Дальше всё более-менее просто: по шаблону вырезается из плотной бумаги необходимый профиль и накладывается на стенку трубы. В зависимости от диаметра трубы из одного её куска можно получить несколько лопастей (см. рис. 2). Труба разрезается при помощи электролобзика, места разрезов и острые края тщательно зашлифовываются.

Более надёжным (но и весьма трудоёмким) является процесс изготовления лопастей из стекловолокна. Оптимальность такого варианта обьясняется наилучшим соотношением прочности получаемой лопасти к её массе. Для изготовления лопасти для ветрогенератора потребуется изготовить деревянную матрицу (её профили шаблона приведены на рис.3). Такая лопасть будет состоять из двух частей. Матрицу натирают воском, наносят на её рабочую поверхность слой эпоксидной смолы, на которую укладывают лист стеклоткани. Затем сразу же наносится новый слой эпоксидной композиции, поверх которого вновь укладывается стеклоткань. В результате должен получиться трёх- четырёхслойный «бутерброд». В таком положении конструкция должна сохнуть около суток, после чего половинка лопасти готова. Далее то же самое проделывается и с обратной стороны матрицы. Обе половины лопасти склеиваются между собой эпоксидным клеем.

Наилучшей прочностью как на разрыв, так и на изгиб, будут обладать лопасти, изготовленные из алюминия. Однако такие лопасти будут массивнее, а, следовательно, и более инерционными. Их профили представлены на рис. 4 и 5. В качестве шаблона для изготовления лопастей удобно принять лист фанеры (см. рис.6).

Балансировка лопастей для ветрогенератора

Для исключения биения лопастей ветрогенератора при их вращении необходимо выполнить их балансировку. Потребуется несложный стенд, который необходимо установить в просторном и закрытом помещении, в котором отсутствуют сквозняки.

Внешний вид такого стенда приведен на рис. 7. Суть и смысл балансировки заключается в том, чтобы при свободном вращении лопастей в сборе, колесо всегда останавливалось в произвольном положении: это будет означать, что масса конструкции, находящаяся вверху оси вращения, равна массе, находящейся внизу этой оси. Проворот колеса обычно выполняют вручную, так, чтобы угловая скорость вращения позволяла лопасти для ветрогенератора вращаться не менее минуты. В противном случае необходимо облегчить ту часть колеса, которая после остановки оказывается внизу.

В заключение отметим, что в Интернете имеется достаточно предложений по заказу и продаже готовых ветрогенераторов. Приводим некоторые из доступных ссылок:

electroveter.ru;
windturbines.ru;
windgen.ru;

Видео с рассказом о тонкостях изготовления лопастей для ветрогенератора

Домашние ветряные электростанции – независимый альтернативный способ получения электроэнергии.

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

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

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

Ветряные электростанции

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

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

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

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

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

Создание лопастей поэтапно

При самостоятельном проектировании лопастей необходимо учитывать следующее:

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

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

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

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

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

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

Лопасти из ПВХ-трубы

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

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

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

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

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

Алюминиевые лопасти

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

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

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

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

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

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

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

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

Приходится , опираясь на экспериментальные результаты или отрывочные сведения, почерпнутые из разных источников. Рассмотрим важный вопрос, возникающий при создании ветряка - устройство лопастей.

Как работает простой ветрогенератор?

Существует два типа ветрогенераторов:

горизонтальные
вертикальные

Разница состоит в расположении оси вращения. Наиболее производительными считаются , напоминающие своими формами самолет с пропеллером. Винт - это крыльчатка ветряка, хвост - устройство наведения на поток ветра, автоматически разворачивающее ось по направлению движения воздуха.

При воздействии ветра на крыльчатку возникает вращающий момент, передающийся на ось генератора. В его обмотках возбуждается электроток, который заряжает . Они, в свою очередь, отдают заряд на инвертор, изменяющий параметры тока и выдающий на потребляющие приборы стандартное напряжение 220 В 50 Гц.

Существуют более простые комплексы, где с генератора запитываются сразу потребители, но такая система никак не защищена от скачков или пропадания напряжения. Вариант используется только для освещения или привода насосов, качающих воду.

Какая форма лопасти является оптимальной?

Основной элемент горизонтального ветряка - крыльчатка . Она больше всего напоминает пропеллер, хотя выполняет абсолютно противоположные функции. принимают на себя энергию воздушного потока, перерабатывая ее во вращательное движение. От их конфигурации напрямую зависит эффективность работы крыльчатки и всего комплекта в целом.

Горизонтальные устройства имеют крыльчатки, снабженные большим количеством лопастей. Обычно их больше 3. В этом вопросе существует зависимость числа лопастей от производительности. Дело в том, что с возрастанием числа принимающих плоскостей падает мощность крыльчатки, а с убыванием - чувствительность. Поэтому выбирают «золотую середину», принимая среднее число лопастей.

Важно! Большое число лопастей увеличивает фронтальную нагрузку на устройство, создавая опрокидывающее усилие на основании мачты и сильное осевое давление на крыльчатку, разрушающее подшипники генератора.

На практике создано большое количество разных устройств, имеющих форму крыльчатки от простых секторов окружности, немного развернутых по радиусной оси, до сложных вариантов с тщательно просчитанной аэродинамикой, испытанных в разных условиях. Результаты испытаний показали, что оптимальной формой является модель, приближенная к пропеллеру. Такая лопасть несколько расширяется от центра (обтекателя) крыльчатки и плавно сужается к концу.

Преимуществом этого вида является равномерное распределение нагрузок на опорный подшипник, поверхность лопасти и всю систему ветряка в целом. Поток ветра воздействует на все участки с одинаковой силой, но, если расширить лопасть к концу, то получится достаточно длинный рычаг, перегружающий подшипник и выламывающий лопасти. Отсюда возникла такая форма, с небольшими изменениями используемая практически на всех ветряках.

Выбор вида

Вариантов или видов лопастей для горизонтальных ветряков существует немного. Причина этого кроется в самой конструкции крыльчатки - создавать сложные формы или конфигурации там попросту негде. Тем не менее, разработки наиболее удачного варианта ведутся постоянно, на сегодня можно выделить несколько видов:

твердолопастные крыльчатки

Твердые лопасти изготавливаются из различных материалов сразу в определенной форме, парусные имеют совершенно другую конструкцию. Основой является рамка, на которую натягивается плотное полотно таким образом, чтобы одна из сторон была не прикреплена к рамке. Получается лопасть треугольной формы с одной стороной (от центра к одной из вершин), не закрепленной к основе.

Поток ветра создает давление на парус и придает ему оптимальную форму для схода с плоскости, в результате чего колесо начинает вращаться. Вариант имеет преимущество в массе и весе колеса, но нуждается в постоянном наблюдении за состоянием ткани и крыльчатки в целом.

Для самостоятельного изготовления обычно используют подручные материалы. Учитывая сложный профиль лопастей, хорошим вариантом становится использование листового металла или пластиковых труб.

Расчет лопастей

На практике мало кто вычисляет параметры лопастей, поскольку для этого надо обладать специальной подготовкой и располагать данными. Большинство значений, нужных для расчетов, необходимо сначала отыскать, некоторые из них и вовсе будут известны только после запуска ветряка. Кроме того, для большинства видов до сих пор нет математической модели вращения, что делает расчеты бесполезными.

Чаще всего производится подбор диаметра крыльчатки по требующейся мощности, выполняемый по таблице:

Как вариант, можно использовать онлайн-калькулятор , позволяющий получить готовый результат за секунды, надо только подставить в окошечки программы собственные данные.

Необходимо учитывать, что расчеты такого устройства, как крыльчатка, не будут иметь достаточной точности из-за большого количества тонких эффектов и неизвестных величин, поэтому, чаще всего, прибегают к экспериментальному подбору формы и размера.

Материал для изготовления

Прежде, чем начать работы по созданию крыльчатки , надо определиться с материалом. Выбор производится из того, что имеется в наличии, или из материалов, более знакомых пользователю и доступных для обработки. Требования к материалу для изготовления лопастей:

прочность
малый вес
легкость обработки
возможность придания нужной формы или наличие ее у заготовки
доступность

Из всех возможных вариантов опытным путем были выделены несколько наиболее удачных. Рассмотрим их подробнее.

Трубы ПВХ

Использование канализационных труб ПВХ большого диаметра позволяет быстро и недорого получить вполне качественные лопасти. Пластик не боится воздействия влаги, легко обрабатывается. Самым ценным качеством является наличие у заготовки формы ровного желоба, остается лишь правильно отрезать все лишнее.

Простота изготовления и дешевизна материала в сочетании с эксплуатационными качествами пластика сделали трубы ПВХ самым ходовым материалом при изготовлении самодельных ветряков. К недостаткам материала можно отнести его хрупкость при низких температурах.

Алюминий

Лопасти из алюминия долговечны, прочны и не боятся никаких внешних воздействий . При этом, они тяжелее, чем пластиковые и требуют тщательной балансировки колеса. Кроме того, работа с металлом, даже таким податливым, как алюминий, требует наличия навыков и подходящего инструмента.

Затрудняет работу и форма материала - чаще всего используется листовой алюминий, поэтому мало изготовить лопасти, надо придать им соответствующий профиль, для чего придется сделать специальный шаблон. Как вариант, можно сначала изогнуть лист по оправке, затем приступить к разметке и резке деталей. В целом, материал более устойчив к нагрузкам, не боится температурных или погодных воздействий.

Стекловолокно

Такой выбор - для специалистов. Работа со стекловолокном сложна, требует навыков и знания множества тонкостей. Порядок создания лопасти включает в себя несколько операций:

изготовление деревянного шаблона, покрытие его поверхности воском, мастикой или иным материалом, отталкивающим клей
изготовление одной половины лопасти. На поверхность шаблона наносится слой эпоксидки, на который тут же укладывается стеклоткань. Затем снова наносится эпоксидка (не дожидаясь засыхания предыдущего слоя) и опять стеклоткань. Таким образом создается одна половина лопасти нужной толщины
подобным образом изготавливается вторая половина лопасти
после застывания клея половинки соединяются при помощи эпоксидки. Стыки зашлифовываются, в торец вставляется втулка для присоединения к ступице

Технология сложна, требует времени и умения работать с материалами. Кроме того, эпоксидная смола имеет неприятное свойство закипать в больших объемах, что создает постоянную угрозу испортить всю работу. Поэтому выбирать стеклоткань следует только опытным и подготовленным пользователям.

Древесина

Работа с деревом достаточно хорошо знакома для большинства пользователей, но создание лопастей - задача достаточно сложная. Мало того, что форма изделия сама по себе непроста, так еще и потребуется изготовить несколько одинаковых неотличимых друг от друга образцов.

Решение такой задачи по плечу далеко не всем. Кроме того, готовые изделия надо качественно защитить от воздействия влаги, пропитать олифой или маслом, покрасить и т.д.

Древесина обладает массой отрицательных качеств - она склонна к короблению, растрескиванию, гниению. Впитывает и легко отдает влагу, что изменяет массу и баланс крыльчатки. Все эти свойства делают материал не лучшим вариантом выбора для домашнего мастера, поскольку лишние осложнения никому не нужны.

Создание лопастей поэтапно

Рассмотрим наиболее распространенный вариант изготовления лопастей. В качестве материала используется труба ПВХ диаметром порядка 110-160 мм:

отрезаются куски трубы по длине лопастей
вдоль отрезка наносится линия, от которой в обе стороны отмеряются 22 мм. Получится 44 мм - ширина одной лопасти
с противоположного торца делается то же самое
крайние точки с одной стороны центральной линии соединяются по прямой. Со второй стороны наносится рисунок формы лопасти
вырезается лопасть, свободный конец аккуратно закругляется, кромки обрабатываются наждачной бумагой или напильником
лопасти присоединяются к ступице

Форма лопастей имеет следующее строение:

торцевые части одинаковы по ширине - 44 мм
посередине ширина лопасти составляет 55 мм
на расстоянии 0,15 длины ширина лопасти составляет 88 мм

Изготовление крыльев или лопастей ветрогенератора является наиболее трудной работой у ветроэлектрического агрегата. Обработка лопасти, имеющей винтовую форму, требует внимания и умения производить разметку углов ее сечений, делать приспособления, шаблоны и т. п. Каждый мастер пользуется своими приемами при изготовлении лопасти. Наиболее рациональный прием является тот, который позволяет наиболее точно установить углы заклинения лопасти и правильно обработать профили каждого ее сечения. Мы воспользуемся способом изготовления ветроколеса (пропеллера) малой мощности, предложенным инж. Уткиным-Егоровым.
Материал подбирают из хорошо просушенных досок сосновых, ясеневых, кленовых или липовых. Доски должны быть высокого качества: без сучков, косослоя, синеватости и т. п. На одно ветроколесо требуется 4 доски, размеры которых устанавливают по чертежу пропеллера, принятому к изготовлению. Эти доски обрабатывают фуганком так, чтобы они были совершенно плоскими.
Клейка досок. Обработанные 4 доски склеивают вместе казеиновым клеем (столярный клей не годится, так как он боится сырости). Склеиваемые поверхности досок, обрабатывают крупной шкуркой, чтобы они стали шероховатыми. Состав клея: от 300 до 400 г свежего казеинового клея в порошке насыпают в какую-либо посуду и постепенно вливают в него кипяченую воду, охлажденную до комнатной температуры. При вливании воды необходимо смесь все время помешивать до получения однородной (без комков) массы. Этой массе дают отстояться в течение 10 или 15 мин., а затем снова подливают кипяченую воду, помешивая, и делают массу клея более жидкой. Готовому клею снова дают отстоять и снова перемешивают. Клей на поверхность досок наносят кистью и быстро распределяют его ровным слоем. Эту операцию делают в порядке очередности укладки досок. Смазанные клеем и уложенные одна на другую доски туго стягивают струбцинками или скручивают тросиком с закруткой, с интервалами около 300 мм. Чтобы не повредить поверхности досок, под каждую струбцинку или скрутку подклады-вают тонкие дощечки.
Склеенные и стянутые доски просушивают на протяжении от 36 до 48 час. при нормальной комнатной температуре. Летом сушку надо производить под навесом. В результате всех этих работ получают заготовку ветроколеса.
Изготовление винтовой лопасти. Боковые стороны заготовки обрабатывают фуганком и наносят осевые линии крыльев, так чтобы эти линии пересекали ось вращения ветроколеса. Вообще же эти линии должны проходить на расстоянии 0,39хb от носка лопасти, где b - ее ширина в соответствующем сечении.
Пользуясь чертежом, на котором должны быть приведены все размеры ветрогенератора, наносят на картон контур лопасти и вырезают из него шаблон. Затем накладывают этот шаблон на поверхность заготовки сверху, и снизу так, чтобы его ось и центр точно совпали с осями заготовки, и очерчивают форму лопасти. Обработку боковых сторон заготовки делают, как показано на фиг. 14.

Фиг. 14. Заготовка для двухлопастного ветроколеса.

Дальнейшую обработку делают с помощью шаблонов и контрольной доски (фиг. 15). Для шаблонов нарезают из фанеры толщиной 3 мм прямоугольные заготовки совершенно одинаковых размеров: от 150 до 300 мм высотой и от 200 до 350 мм шириной в зависимости от размеров лопасти. Для больших ветроколес шаблоны надо вырезать из более толстой фанеры. На каждой заготовке проводят точно посредине вертикальную линию, а перпендикулярно ей-горизонтальную на расстоянии 100 мм от нижнего края шаблона. Пересечение этих линий будет центром профилей лопасти. Пользуясь чертежом, наносят на заготовку контуры профилей лопасти дужкой вниз и хордой вверх, располагая шаблон так, чтобы ось профиля точно совпала с вертикальной линией заготовки (фиг. 15). От носка и хвостика профиля проводят горизонтали А и В. Поэтам линиям и контуру профиля делают лобзиком пропилы.

Фиг. 15. Контрольная доска с шаблонами для изготовления лопасти.

В результате получаются разъемные шаблоны с выпиленными контурами профилей каждого сечения лопасти, взятого на определенном расстоянии r от оси вращения ветроколеса. Для крепления шаблонов на контрольной доске делают поперечные бороздки глубиной до 10 мм. В этих бороздках закрепляют нижние части шаблонов так, чтобы горизонтальные линии а - Ь всех шаблонов находились точно на одинаковой высоте по длине лопасти.
Посредине контрольной доски закрепляют болт диаметром от 16 до 20 мм с двумя гайками. Болт должен быть установлен перпендикулярно к доске, что проверяют уровнем или транспортиром с отвесом. После предварительной обработки заготовку ветроколеса одевают на болт так, чтобы дужка лопасти легла на вырез первого шаблона, смазанного по контуру дужки краской. При наложении заготовки на шаблон на ней останется след в сечении лопасти, угол заклинення которого известен. После этого заготовку снимают и по отпечатку делают стамеской и напильником выемку шириной в 10- 15 мм. Потом снова смазывают контур шаблона краской и опять надевают заготовку на болт и прижимают заготовку к крашеной поверхности шаблона. По отпечаткам краски обрабатывают канавку глубже. Таким образом продолжают обработку до тех пор, пока ветроколесо не ляжет плотно на первый шаблон № 1. После этого нижнюю гайку болта подкручивают настолько, чтобы она уперлась в поверхность ступицы ветроколеса.
Затем снимают его и устанавливают второй шаблон № 2 с окрашенным контуром и повторяют работу по пригонке этого сечения лопасти к шаблону и т. д. После обработки дужек всех сечений лопасти, соответствующих шаблонам № 1, 2, 3, 4 и 5, получают 5 поперечных канавок.
Обработав так одну лопасть, приступают к обработке хорд верхней поверхности этой же лопасти, пользуясь в данном случае верхними шаблонами. Проверку правильности обработанных сечений делают установкой верхнего шаблона на нижний. Они должны точно сомкнуться по линии разъема, а контур дужки и хорды лопасти должен по всему профилю совпадать с контуром шаблона. Обработав одну лопасть, отвертывают верхнюю гайку на болте и поворачивают ветроколесо на 180° для обработки второй лопасти на этих же шаблонах.
Обработанное таким образом ветроколесо снимают с контрольной доски и приступают к обработке оставшихся между бороздками необработанных поверхностей. Эту работу, выполняют рубанком, стамеской, напильником, шкуркой и т. п. Окончательную обработку лопастей надо делать очень тщательно, особенно передних закругленных и задних заостренных кромок.
Готовое ветроколесо покрывают горячей олифой или маслом два или три раза, просушивают и затем от двух до трех раз покрывают спиртовым лаком или окрашивают масляной краской. Законченное ветроколесо необходимо отбалансировать. Балансировку производят на точеном стержне, вставленном во втулку ветроколеса. Стержень должен лежать точно по горизонтали на острых опорах. Лопасти винта при этом должны уравновешиваться, не перетягивая друг друга. Точного равновесия достигают малым смещением втулки в ступице ветроколеса в ту или иную сторону от первоначальной ее оси. После балансировки втулку прочно закрепляют болтами в найденном для нее положении.
Из описанного выше способа изготовления ветрогенератора мы видим, что самой трудной задачей является получение необходимых углов φ заклинения, придающих лопасти винтовую форму. Закрутка лопасти затрудняет ее продольную обработку, установку шаблонов на контрольной доске и т. п. Поэтому, кому трудно будет изготовить винтовую лопасть, мы рекомендуем сделать упрощенную лопасть с постоянным углом заклинения φ по всей длине лопасти. В этом случае коэффициент использования энергии ветра снизится от 5 до 10%, т. е вместо ξ = 0,35, мы будем иметь ξ=0,25, но зато изготовить эти лопасти будет значительно проще. При изготовлении спрямленной лопасти потребуется изготовить только 2 крайних шаблона № 1 и № 5. Промежуточные профили сечений лопасти получатся сами собой при продольной обработке, так как все линии от профиля первого сечения идут к профилю в пятом сечении по прямой. При этом угол φ и в первом и в пятом сечении должен быть равен 5°. Координаты профиля первого и пятого сечений даны в табл. 4 и 5. Эти координаты можно сохранить и для спрямленной лопасти. Размеры ветроколеса диаметром 1,2 м даны на фиг. 15а.

Спрямленную лопасть для других размеров можно делать также с постоянным углом заклинения φ = 5°, а координаты профилей № 1 и № 5 определять с помощью табл. 4.
Надо заметить, что с увеличением угла заклинения лопасти будет снижаться быстроходность и повышаться момент ветроколеса. Увеличение угла до 10-12° можно делать у агрегатов с редуктором.

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

Принцип работы ветрогенераторов

Принцип работы во всех модификациях ветряков одинаков. В процессе вращения лопастей образуется три вида физического воздействия: подъемная, импульсная и тормозящая силы. В результате воздействия этих сил статор приходит в движение, а ротор на неподвижной части генератора начинает создавать магнитное поле и электрический ток движется по проводам.

Вариантов исполнения ветрогенераторов большое количество, отличаются они не только мощностью, но и своим внешним видом. Структура большинства ветряков включает в себя: генератор, лопасти, инвертор, мультипликатор. Инвертор используется для преобразования полученного заряда в постоянный ток. Мультипликатор - это редуктор, который предназначен для увеличения числа оборотов вала. Устанавливают редукторы не на все ветряки, в основном только на большие и мощные ветровые установки.

Трехфазный переменный ток образуется благодаря вращению ротора. Полученная энергия направляется через контроллер к аккумуляторной батарее. Далее инвертор преобразовывает ток и делает его стабильным, именно в таком виде его можно подавать для питания бытовых приборов или освещения.

Как самостоятельно изготовить ветрогенератор вертикального типа

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

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

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

Собираем ротор

Чтобы собрать ротор, необходимо приобрести:

6 неодимовых магнитов D30хH10 мм;
6 ферритовых кольцевых магнитов D72xd32xh15 мм;
2 металлических диска D230хH5 мм;
эпоксидная смола или клей.

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

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

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

Изготавливаем статор

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

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

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

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

Сборка генератора

Все части генератора готовы, осталось их только собрать.

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

Этапы сборки генератора:

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

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

Очередность крепления всех деталей более детально представлены на схеме ниже:

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

Изготавливаем лопасти

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

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

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

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

Сборка конструкции ветрогенератора

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

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

Электрическая часть

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

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

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

Результат работы ветряка: расчет эффективности

Тестовые испытания ветрогенератора при разной скорости ветра показали следующие результаты:

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

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