Лопасти для ветрогенератора: принцип работы простого ветрогенератора, расчет размера, выбор материала для изготовления крыльчатки своими руками

Как работает простой ветрогенератор?

Существует два типа ветрогенераторов:

• горизонтальный
• вертикальный

Отличие заключается в расположении оси вращения. Горизонтальные конструкции считаются наиболее производительными и по форме напоминают самолет с пропеллером. Винт — это крыльчатка ветряка, хвост — устройство управления ветровым потоком, автоматически поворачивающее ось в сторону движения воздуха.

Когда ветер воздействует на рабочее колесо, создается крутящий момент, который передается на вал генератора. В его обмотках возбуждается электрический ток, который заряжает аккумуляторы. Они, в свою очередь, обеспечивают заряд преобразователя, который изменяет параметры тока и подает на блоки потребителей стандартное напряжение 220 В 50 Гц.

Есть комплексы попроще, где потребители сразу получают питание от генератора, но такая система никак не защищена от скачков напряжения или отключения электроэнергии. Опция используется только для освещения или работы насосов, перекачивающих воду.

Законность установки ветрогенератора

Альтернативные источники энергии – мечта каждого дачника или владельца дома, чей участок находится вдали от центральных сетей. Но когда мы получаем счета за электроэнергию, потребленную в городской квартире, и смотрим на повышенные тарифы, то понимаем, что ветрогенератор, сделанный для бытовых нужд, нам бы не помешал.

Прочитав эту статью, вы, возможно, захотите осуществить свою мечту.

Ветрогенератор – отличное решение для снабжения загородного объекта электроэнергией. Более того, в ряде случаев установка является единственно возможным выходом

Чтобы не тратить деньги, силы и время, давайте определимся: есть ли внешние обстоятельства, которые создадут нам препятствия в процессе эксплуатации ветряка?

Для обеспечения электроэнергией дачи или небольшого коттеджа достаточно небольшого ветряка, мощность которого не будет превышать 1 кВт. Такие устройства в России приравнены к бытовым изделиям. Для их установки не требуются сертификаты, разрешения или дополнительные согласования.

Для определения возможности установки ветрогенератора необходимо выяснить ветроэнергетический потенциал определенной местности (нажмите для увеличения)

Не облагается налогом производство электроэнергии, которая используется для удовлетворения собственных бытовых нужд. Поэтому маломощный ветряк можно безопасно устанавливать, его можно использовать для выработки бесплатной электроэнергии без уплаты налогов государству.

Однако на всякий случай следует спросить, существуют ли какие-либо местные правила относительно индивидуального электропитания, которые могут создавать препятствия при установке и эксплуатации этого устройства.

Ветряки, способные обеспечить большую часть потребностей среднестатистического хозяйства, не могут вызвать нареканий даже у соседей

Претензии могут возникнуть у ваших соседей, если они испытывают неудобства, связанные с эксплуатацией ветряка. Помните, что наши права заканчиваются там, где начинаются права других.

Поэтому при покупке или самостоятельном изготовлении ветряка для дома необходимо обратить серьезное внимание на следующие параметры:

• Высота мачты. При монтаже ветроустановки необходимо учитывать ограничения по высоте отдельных зданий, встречающиеся в ряде стран мира, а также расположение собственного участка. Обратите внимание, что вблизи мостов, аэропортов и туннелей запрещено строительство зданий высотой более 15 метров.
• Шум от редуктора и лопастей. Параметры генерируемого шума можно задавать с помощью специального устройства, после чего результаты измерений можно документировать. Важно, чтобы они не превышали установленных норм шума.
• Эфирные помехи. В идеале при изготовлении ветряка должна быть предусмотрена защита от телепомех там, где ваше устройство может вызвать такие проблемы.
• Экологические претензии. Эта организация может запретить вам эксплуатировать объект только в том случае, если это будет мешать миграции перелетных птиц. Но это маловероятно.

При самостоятельном создании и установке устройства изучите эти моменты, а при покупке готового изделия обратите внимание на параметры, которые есть в паспорте. Лучше обезопасить себя заранее, чем потом расстраиваться.

Целесообразность установки ветряка в первую очередь обосновывается достаточно высоким и стабильным ветровым давлением в районе Необходимо иметь достаточно большую площадь, если полезная площадь не будет значительно уменьшена из-за установки ветряка система менее 200 метров

Неуклонный рост стоимости электроэнергии убедительно доказывает необходимость установки ветрогенератора Установка ветрогенератора возможна только в районах, где власти не препятствуют, а скорее поощряют использование зеленых видов энергии Тот факт, что вложенные средства в готовом изделии не окупятся сразу.

Экономический эффект может стать заметен лет через 10 – 15. Если окупаемость системы не в последнюю минуту, стоит задуматься о строительстве мини-электростанции своими руками

Обширное пространство для установки ветрогенератора Размещение мощного ветрогенератора по отношению к соседям Цена на электроэнергию как аргумент для ветрогенератора Установка ветрогенератора должна быть согласована с местными властями Мини-электростанции в местах с перебоями в подаче электроэнергии источник питания

Принцип работы ветряной установки

Ветрогенератор или ветряная электростанция (ВЭУ) — это устройство, используемое для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию. Полученная механическая энергия вращает ротор и преобразуется в нужную нам электрическую форму.

Принцип работы и устройство кинетического ветряка подробно описано в статье, которую мы рекомендуем вам прочитать.

В состав ВУЭ входят:

• лопасти, образующие пропеллер,
• вращающийся ротор турбины
• ось генератора и сам генератор,
• инвертор, который преобразует переменный ток в постоянный ток, используемый для зарядки аккумуляторов,
• батарея.

Суть ветрогенераторов проста. При вращении ротора генерируется трехфазный переменный ток, который затем проходит через контроллер и заряжает аккумулятор постоянного тока. Затем инвертор преобразует электричество, чтобы его можно было потреблять, обеспечивая питание для освещения, радио, телевизора, микроволновой печи и так далее.

Детальное устройство ветродвигателя с горизонтальной осью вращения позволяет хорошо представить, какие элементы способствуют преобразованию кинетической энергии в механическую, а затем в электрическую

В целом принцип работы ветрогенератора любого типа и конструкции таков: в процессе вращения на лопасти действуют силы трех видов: тормозная, импульсная и подъемная.

Эта схема работы ветряка позволяет понять, что происходит с электричеством, вырабатываемым при работе ветрогенератора: часть его накапливается, а другая расходуется

Последние две силы преодолевают силу торможения и приводят в движение маховик. На неподвижной части генератора ротор образует магнитное поле, благодаря чему электрический ток проходит по проводам.

Для изготовления ветрогенератора подойдет двигатель от ненужной бытовой техники. Чем больше вольт на оборот, тем эффективнее будет работать система. К ротору двигателя крепится втулка, на которой крепятся лопасти устройства. Передний блок лучше закрыть защитным кожухом, передняя часть с мотором и лопастями должна быть сбалансирована с хвостовой частью.

Плечо хвоста из трубы или рейки должно быть длиннее, на ребре закрепляется вал любой формы Мачта, удерживающая ветряк, должна иметь не менее трех опор, конструкция должна быть соединена с контуром заземления и должен быть установлен громоотвод Двигатель для легкого генератора ветряной мельницы

Классификация видов генераторов энергии

Существует несколько критериев, по которым классифицируют ветрогенераторы. О том, как выбрать оптимальный вариант объекта загородной недвижимости, подробно рассказано в одной из самых популярных статей на нашем сайте.

Итак, ветряки различаются:

• количество лопастей в гребном винте;
• материалы для изготовления листьев;
• расположение оси вращения относительно поверхности Земли;
• восходящий знак на винте.

Есть модели с одним, двумя, тремя лезвиями и многолопастные.

Изделия с большим количеством лопастей начинают вращаться даже при слабом ветре. Обычно их используют в таких работах, когда собственно процесс вращения важнее, чем выработка электроэнергии. Например, для добычи воды из глубоких скважин.

Оказывается, лопасти ветряка можно делать не только из твердых материалов, но и из недорогой ткани

Листья могут быть парусными или жесткими. Парусные изделия значительно дешевле жестких, которые изготавливаются из металла или стеклопластика. Но ремонтировать их нужно очень часто: они хрупкие.

По расположению оси вращения относительно земной поверхности различают вертикальные ветряки и горизонтальные модели. И в этом случае каждая вариация имеет свои преимущества: вертикальные более чувствительны к каждому порыву ветра, а вот горизонтальные мощнее.

Ветроустановки делятся по ступенчатым характеристикам на модели с фиксированными и переменными ступенями. Переменный шаг позволяет значительно увеличить скорость вращения, но данная установка отличается сложной и массивной конструкцией. Ветрогенераторы с фиксированным шагом проще и надежнее.

После разборки, после разборки от сильно поврежденного автогенератора остался только статор, к которому корпус был приварен отдельно. Для восстановления технических характеристик двигателя необходимо перемотать 36 катушек статора. При перемотке необходима проволока диаметром 0,56 мм. Закрутки нужно сделать по 35 штук

Перед присоединением лопастей ремонтируемый мотор нужно собрать, покрыть лаком или хотя бы эпоксидкой, поверхность покрасить. Провода соединяются параллельно, три провода выводятся для подключения к источнику питания Ось , предназначенный для обеспечения вращения, выполнен из патрубка 15.

Подшипники приварены к оси, которая прикручена болтами через отрезок трубы 52. При изготовлении хвостовика использована оцинкованная стальная пластина толщиной 4 мм, загнутая по краям и установленная в паз, выбранный в вырезе рельса из полимерная канализационная труба, прикрепленная к треугольнику, соединенному с двигателем с помощью шурупов ненужные детали: двигатель от старой машины и резка канализационной трубы

• Шаг 1: Разборка бывшего в употреблении генератора
• Шаг 2: Восстановление двигателя
• Шаг 3: Сборка воспроизведенного двигателя ветряка
• Шаг 4. Подсоедините провода двигателя и подведите их к линии электропередач.
• Шаг 5. Особенности сборки качели.
• Шаг 6. Изготовление хвоста, реагирующего на ветер.
• Шаг 7. Прикрепление лопастей к мини-ветряной электростанции.

Ветроэлектрическая установка роторного типа

Давайте узнаем, как сделать простой ветряк с вертикальной осью вращения роторного типа своими руками. Такая модель вполне может покрыть потребности в электроэнергии садового домика, ряда хозяйственных построек, а также подсветить придомовую территорию и садовые дорожки в ночное время.

Лопасти этой вращающейся установки с вертикальной осью вращения явно сделаны из элементов, вырезанных из металлической бочки

Наша цель – произвести ветряк с максимальной мощностью 1,5 кВт.

Для этого нам понадобятся следующие предметы и материалы:

• автомобильный генератор на 12 В;
• гелиевый или кислотный аккумулятор 12 В;
• полугерметичный выключатель типа «кнопка» на 12 В;
• преобразователь 700 Вт — 1500 Вт и 12В — 220В;
• ведро, большая кастрюля или другая вместительная емкость из нержавейки или алюминия;
• автомобильное реле контрольной лампы заряда или зарядки аккумулятора;
• автомобильный вольтметр (можно любой);
• болты с гайками и шайбами;
• провода сечением 4 кв.мм и 2,5 кв.мм;
• два зажима для крепления генератора к мачте.

В процессе проведения работ нам понадобится болгарка или ножницы по металлу, строительный карандаш или маркер, рулетка, кусачки, дрель, дрель, ключи и отвертка.

Контроллер для системы, вырабатывающей электроэнергию, тоже можно собрать своими руками. Статья, содержание которой мы рекомендуем вам прочитать, ознакомит вас с правилами и схемами изготовления контроллера для ветряка.

Стартовый этап изготовления установки

Изготовление самодельного ветряка начинаем с того, что берем большую металлическую емкость цилиндрической формы. Обычно для этой цели используют старый кипящий котел, ведро или кастрюлю. Он станет основой для нашей будущей ВЭС.

С помощью рулетки и строительного карандаша (маркера) делаем отметки: делим нашу емкость на четыре одинаковые части.

Делая пропилы в соответствии с указаниями в тексте, ни в коем случае не прорезайте металл до конца

Металл надо резать. Для этого можно использовать болгарку. Не используется для резки тары из оцинкованной стали или окрашенного листового металла, так как такой металл будет перегреваться. Для таких случаев лучше использовать ножницы. Вырезаем листья, но не дорезаем их до конца.

Варианты, схемы и рекомендации по изготовлению различных моделей лопастей ветряка вы найдете в нашей рекомендуемой статье.

Заодно в качестве продолжения работы над баком переделаем диск генератора. В нижней части бывшего поддона и в шкиве необходимо разметить и просверлить отверстия под болты. К работе на этом этапе следует отнестись максимально внимательно: все отверстия должны располагаться симметрично, чтобы не было дисбаланса при вращении установки.

Вот так выглядят лопасти другой конструкции с вертикальной осью вращения. Каждая лопасть изготавливается отдельно, а затем собирается в общий блок

Загибаем листья, чтобы они не слишком торчали. При выполнении этой части работы нам необходимо учитывать направление, в котором будет вращаться генератор.

Как правило, направление вращения ориентировано по часовой стрелке. Угол, под которым загнуты лопасти, влияет на площадь влияния воздушных потоков и скорость вращения воздушного винта.

Теперь нужно закрепить на шкиве ковш с подготовленными к работе ножами. Устанавливаем генератор на мачту, при этом фиксируя его хомутами. Осталось подключить провода и собрать схему. Подготовьтесь записать схему подключения, цвета проводов и маркировку контактов. Он вам обязательно понадобится позже. Закрепляем провода на мачте агрегата.

Этот чертеж содержит подробные рекомендации по сборке всей конструкции и общий вид уже собранного и готового к эксплуатации агрегата

Для подключения аккумулятора необходимо использовать провода сечением 4 мм². Достаточно взять отрезок длиной 1 метр. Достаточно.

А для подключения к сети нагрузки, в которую входят, например, осветительные и электроприборы, достаточно провода сечением 2,5 мм². Устанавливаем преобразователь (преобразователь). Для этого также потребуется провод сечением 4 мм².

Преимущества и недостатки роторной модели ветряка

Если вы все сделали аккуратно и последовательно, то этот ветрогенератор будет успешно работать. При этом никаких проблем при эксплуатации не возникнет.

Если использовать инвертор на 1000Вт и аккумулятор на 75А, то эта установка будет питать устройства видеонаблюдения, охранную сигнализацию и даже уличное освещение.

Преимущества этой модели:

• экономический;
• элементы легко заменяются новыми или ремонтируются;
• не требуются особые условия для работы;
• надежен в эксплуатации;
• обеспечивает полный акустический комфорт.

Недостатки тоже есть, но их не так много: производительность этого устройства не очень высока, и она существенно зависит от резких порывов ветра. Воздушные потоки могут легко разрушить импровизированный пропеллер.

Чтобы точно подобрать модель ветродвигателя с необходимой мощностью, перед началом работ советуем произвести расчет по формулам, приведенным в рекомендуемой статье.

Сборка аксиальной ВЭУ на неодимовых магнитах

Поскольку неодимовые магниты появились в России сравнительно недавно, то и осевые ветродвигатели с безжелезистыми статорами начали изготавливать не так давно.

Появление магнитов вызвало всплеск спроса, но постепенно рынок насытился, и стоимость этого товара стала снижаться. Он стал доступен мастерам, которые тут же приспособили его к своим разнообразным нуждам.

Осевой ветродвигатель на основе неодимовых магнитов с горизонтальной осью вращения представляет собой более сложную конструкцию, требующую не только навыков, но и определенных знаний

Если у вас есть ступица от старой машины с тормозными дисками, возьмем ее за основу будущего осевого генератора.

Предполагается, что эта деталь не новая, а уже бывшая в употреблении. В этом случае необходимо его разобрать, проверить и смазать подшипники, тщательно очистить от отложений и всей ржавчины. Не забудьте покрасить готовый генератор.

Ступица с тормозными дисками обычно достается мастерам как один из узлов старого автомобиля, попавшего в утиль, поэтому нуждается в тщательной очистке

Распределение и закрепление магнитов

К дискам ротора необходимо приклеить неодимовые магниты. Для нашей работы берем 20 магнитов 25х8мм.

Конечно, можно использовать и другое количество полюсов, но при этом необходимо соблюдать следующие правила: количество магнитов и полюсов в однофазном генераторе должно совпадать, но если речь идет о трехфазной модели, то соотношение полюсов к катушкам должно быть 2/3 или 4/3.

При размещении магнитов полюса чередуются. Важно не ошибиться. Если вы не уверены, что хотите разместить элементы правильно, создайте шаблон подсказки или используйте сектора прямо на самом диске.

Если есть выбор, лучше покупайте не круглые, а прямоугольные магниты. В прямоугольных моделях магнитное поле сосредоточено по всей длине, а в круглых – посередине.

Противоположные магниты должны иметь разные полюса. Вы ничего не перепутаете, если отметите их маркером со знаком минус или плюс. Для определения полюсов возьмите магниты и поднесите их близко друг к другу.

Если поверхности притягиваются, поставьте на них плюс; если отталкивают, отмечайте их минусами. Чередуйте полюса при размещении магнитов на дисках.

Магниты установлены в соответствии с инструкцией по переключению, по внешнему и внутреннему периметру бортики из пластилина: изделие готово к заливке эпоксидной смолой

Для надежной фиксации магнита необходимо использовать качественный и максимально крепкий клей.

Для повышения надежности фиксации можно использовать эпоксидную смолу. Его следует развести, как указано в инструкции, и заполнить им счетчик. Смола должна полностью покрывать диск, но не стекать с него. Предотвратить возможность капания можно, если обмотать плиту скотчем или сделать по периметру временные пластилиновые ограждения из полимерной полосы.

Читайте также: Схема электропроводки в гараже: требования и инструкция

Генераторы однофазного и трехфазного вида

Если сравнивать однофазные и трехфазные статоры, то последний будет лучше. Однофазный генератор вибрирует под нагрузкой. Причиной вибрации является разность амплитуды тока, возникающая из-за непостоянной его отдачи во времени.

В трехфазной модели такого недостатка нет. Отличается постоянной мощностью за счет того, что фазы компенсируют друг друга: при повышении тока в одной он падает в другой.

По результатам испытаний выход трехфазной модели почти на 50% больше, чем у однофазной модели. Еще одним преимуществом данной модели является то, что при отсутствии лишней вибрации повышается акустический комфорт при работе агрегата под нагрузкой.

Это означает, что трехфазный генератор практически не гудит при работе. Когда вибрация снижается, срок службы устройства логически увеличивается.

В битве между трехфазными и однофазными приборами всегда побеждает трехфазный, потому что он не так сильно гудит при работе и служит дольше, чем однофазный

Правила наматывания катушки

Если спросить у специалиста, то он скажет, что перед намоткой катушек нужно произвести тщательный расчет. Практик в этом случае будет доверять своей интуиции.

Мы выбрали не слишком высокоскоростной вариант генератора. Наша процедура зарядки двенадцативольтового аккумулятора должна начинаться при 100-150 об/мин. Такие исходные данные требуют, чтобы общее количество витков для всех катушек составляло 1000-1200 штук. Нам осталось разделить эту цифру между всеми катушками и решить, сколько витков будет на каждой.

Ветряк на малых оборотах может стать мощнее, если увеличить количество полюсов. Частота колебаний тока в катушках увеличится. Если для намотки катушек использовать провод большего диаметра, сопротивление уменьшится, а ток возрастет. Не упустите тот факт, что большее напряжение может «съесть» ток из-за сопротивления обмотки.

Процесс намотки можно упростить и сделать более эффективным, если для этой цели использовать специальный станок.

Нет необходимости делать такой рутинный процесс, как намотка катушек вручную. Немного сообразительности и отличный станок, легко справляющийся с намоткой, уже есть

На работу самодельных генераторов сильно влияет толщина и количество магнитов, размещенных на дисках. Полную конечную мощность можно рассчитать, намотав катушку, а затем вращая ее в генераторе. Будущая мощность генератора определяется путем измерения напряжения на определенной скорости без нагрузки.

Возьмем пример. При сопротивлении 3 Ом и 200 об/мин выходит 30 вольт. Если из этого результата вычесть 12 вольт напряжения аккумулятора, то получится 18 вольт. Делим этот результат на 3 Ома и получаем 6 ампер. Громкость 6 ампер и пойдет на аккумулятор. При расчете мы, конечно, не учли потери в проводах и на диодном мосту: реальный результат будет меньше расчетного.

Обычно катушки делают круглыми. Но, если их немного растянуть, то получится больше меди в секторе и витки будут более прямыми. Если сравнивать размер магнита и диаметр внутреннего отверстия в катушках, то они должны совпадать друг с другом, иначе размер магнита может быть немного меньше.

Готовые катушки должны соответствовать по размеру магнитам: они должны быть немного больше магнитов или одного размера с ними

Толщина статора, который мы делаем, должна быть правильно соотнесена с толщиной магнитов. Если увеличить статор за счет увеличения числа витков в катушках, то междисковое пространство увеличится, а магнитный поток уменьшится. Результат может быть следующим: формируется такое же напряжение, но из-за повышенного сопротивления катушек мы получим меньший ток.

Фанера используется для изготовления формы статора. Однако сектора для катушек можно разметить на бумаге, используя пластилин в качестве граничных линий.

Если на дно формы поверх катушек положить стекловолокно, прочность изделия увеличится. Перед нанесением эпоксидной смолы необходимо смазать форму вазелином или воском, тогда смола не будет прилипать к форме. Некоторые используют ленту или пленку вместо смазки.

Между ними катушки закреплены неподвижно. При этом концы фаз выводятся наружу. Шесть проводов, выведенных наружу, необходимо соединить звездой или треугольником. Вращая собранный генератор вручную, его тестируют. При напряжении 40 В ток будет примерно 10 ампер.

Окончательная сборка устройства

Длина готовой мачты должна быть ок. 6-12 метров. При таких параметрах база должна быть литой. Сам ветряк должен быть прикреплен к вершине мачты.

Чтобы к ней можно было добраться в случае поломки, необходимо предусмотреть в основании мачты специальное крепление, позволяющее поднимать и опускать трубу с помощью ручной лебедки.

Высоко поднимается мачта с прикрепленным к ней ветрогенератором, но мудрый мастер изготовил специальное устройство, позволяющее при необходимости опустить конструкцию на землю

Для изготовления винта можно использовать трубу ПВХ диаметром 160 мм. Он будет использоваться для вырезания двухметрового винта, состоящего из шести лопастей. Форму листьев лучше выработать самостоятельно опытным путем. Цель состоит в том, чтобы увеличить крутящий момент на низких оборотах.

Винт должен быть защищен от чрезмерно сильного ветра. Для решения этой проблемы используется складной хвост. Генерируемая энергия хранится в батареях.

Вниманию наших читателей мы представили два варианта ветряков на 220 В своими руками, которые пользуются повышенным вниманием не только у владельцев загородной недвижимости, но и у простых дачников.

Обе модели ветрогенераторов по-своему эффективны. Эти агрегаты способны показывать особенно хорошие результаты в степной зоне с частыми и сильными ветрами. Они достаточно эффективны, чтобы их можно было использовать при организации альтернативного отопления домов и при подаче электроэнергии. И их не так уж и сложно построить своими руками.

Какая форма лопасти является оптимальной?

Основным элементом горизонтального ветряка является крыльчатка. Он больше всего напоминает пропеллер, хотя выполняет совершенно противоположные функции. Лопасти поглощают энергию воздушного потока и преобразуют ее во вращательное движение. От их конфигурации напрямую зависит КПД крыльчатки и всего набора в целом.

Горизонтальные агрегаты имеют рабочие колеса, оснащенные большим количеством лопастей. Обычно их больше 3. При этом наблюдается зависимость количества лопастей от производительности. Дело в том, что с увеличением числа приемных плоскостей мощность рабочего колеса уменьшается, а с уменьшением — чувствительность. Поэтому выбирают «золотую середину», взяв среднее количество листьев.

Важно! Большое количество лопастей увеличивает фронтальную нагрузку на агрегат, создавая опрокидывающее усилие на днище мачты и сильное осевое давление на рабочее колесо, разрушающее подшипники генератора.

На практике создано большое количество различных устройств, имеющих форму крыльчатки, от простых секторов окружности, слегка развернутых по оси радиуса, до сложных вариантов с тщательно рассчитанной аэродинамикой, проверенных в разных условиях. Результаты испытаний показали, что оптимальной формой является модель, близкая к пропеллеру.

Такая лопатка несколько расширяется от центра (обтекателя) рабочего колеса и постепенно сужается к концу.

Преимуществом этого типа является равномерное распределение нагрузок на опорный подшипник, поверхность лопасти и всю ветроустановку в целом. Ветровой поток действует на все секции с одинаковой силой, но если выдвинуть лопасть к концу, то получится довольно длинный рычаг, который перегружает подшипник и ломает лопасти. Отсюда и возникла такая форма, с небольшими изменениями примененная практически ко всем ветрякам.

Выбор вида

Существует несколько вариантов или типов лопастей для горизонтальных ветряных турбин. Причина этого кроется в конструкции самой крыльчатки — создавать сложные формы или конфигурации просто негде. Тем не менее, разработка наиболее удачного варианта продолжается, на сегодняшний день существует несколько видов:

• рабочие колеса с жесткими лопастями
• парусный спорт

Сплошные лопасти изготавливаются сразу из разных материалов определенной формы, парусные лопасти имеют совершенно другую конструкцию. Основой является рама, на которую натягивается плотный холст таким образом, что одна из сторон не прилегает к раме. Получается, что треугольная лопасть одной стороной (от центра к одной из вершин) не прикреплена к основанию.

Ветровой поток создает давление на парус и придает ему оптимальную форму для схода с самолета, в результате чего колесо начинает вращаться. Вариант имеет преимущество в массе и весе колеса, но нуждается в постоянном контроле за состоянием полотна и крыльчатки в целом.

Для самостоятельного изготовления обычно используют подручные материалы. Учитывая сложный профиль лопастей, хорошей альтернативой является использование металлических или пластиковых трубок.

Расчет лопастей

На практике мало кто рассчитывает параметры лопастей, так как для этого нужна специальная подготовка и данные. Большинство значений, необходимых для расчетов, необходимо предварительно найти, некоторые из них вообще станут известны только после запуска ветряка. Кроме того, для большинства видов до сих пор отсутствует математическая модель вращения, что делает расчеты бесполезными.

Чаще всего диаметр крыльчатки подбирается по необходимой мощности, осуществляется по таблице:

Как вариант, можно воспользоваться онлайн-калькулятором, позволяющим получить готовый результат за считанные секунды, нужно лишь заменить собственные данные в окнах программы.

Следует помнить, что расчеты такого устройства, как рабочее колесо, не будут иметь достаточной точности из-за большого количества тонких эффектов и неизвестных величин, поэтому чаще всего прибегают к экспериментальному подбору формы и размеров.

Материал для изготовления

Перед началом работ по изготовлению крыльчатки необходимо определиться с материалом. Выбор делается из того, что есть в наличии, либо из материалов, более привычных пользователю и доступных для обработки. Требования к материалу для изготовления листьев:

• сила
• легкий вес
• простое лечение
• возможность придания нужной формы или наличие ее у заготовки
• доступность

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

Трубы ПВХ

Использование канализационных труб ПВХ большого диаметра позволяет быстро и недорого получить листы достаточно высокого качества. Пластик не боится воздействия влаги, легко обрабатывается. Самое ценное качество – это наличие ровного паза в заготовке, остается только правильно отрезать все лишнее.

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

Алюминий

Алюминиевые лезвия долговечны, прочны и не боятся внешних воздействий. В то же время они тяжелее пластика и требуют тщательной балансировки колес. Кроме того, работа с металлом, даже таким податливым, как алюминий, требует навыков и правильных инструментов.

Усложняет работу и форма материала – чаще всего используется листовой алюминий, поэтому мало изготовить листы, нужно придать им подходящий профиль, для чего нужно сделать специальный шаблон. Как вариант, можно сначала согнуть лист по оправке, затем приступить к разметке и вырезанию деталей. В целом материал более устойчив к нагрузкам, не боится температурных и погодных воздействий.

Стекловолокно

Этот выбор для профессионалов. Работа со стекловолокном сложна, требует навыков и знания многих тонкостей. Процедура изготовления клинка включает в себя несколько операций:

• создать деревянный шаблон, покрыть поверхность воском, мастикой или другим материалом, отталкивающим клей
• изготовление одной половины лезвия. На поверхность шаблона наносится слой эпоксидной смолы, на который сразу укладывается стеклохолст. Затем снова наносится эпоксидная смола (не дожидаясь высыхания предыдущего слоя) и снова стеклоткань. Получается половинка листа нужной толщины
• другая половина клинка изготавливается аналогично
• после отверждения клея половинки соединяются эпоксидной смолой. Швы шлифуются, в конец вставляется втулка для крепления к ступице

Технология сложная, требует времени и умения работать с материалами. Кроме того, эпоксидная смола имеет досадное свойство закипать в больших объемах, создавая постоянную угрозу испортить всю работу. Поэтому выбирать стекловолокно должны только опытные и подготовленные пользователи.

Древесина

работа с деревом знакома большинству пользователей, но изготовление лезвий — непростая задача. Мало того, что сама форма изделия непростая, так еще и нужно будет сделать несколько одинаковых неотличимых друг от друга образцов.

Решение такой задачи под силу не каждому. Кроме того, готовые изделия должны быть качественно защищены от влаги, пропитаны олифой или маслом, окрашены и так далее

Древесина имеет множество отрицательных свойств – она склонна к скручиванию, растрескиванию, гниению. Легко впитывает и выделяет влагу, что изменяет массу и баланс рабочего колеса. Все эти свойства означают, что материал — не лучший выбор для домашнего мастера, так как никому не нужны лишние усложнения.

Создание лопастей поэтапно

Рассмотрим самый распространенный вариант изготовления листьев. В качестве материала используется труба из ПВХ диаметром ок. 110-160 мм:

• куски трубы нарезаются вдоль листьев
• по отрезку проводят линию, от которой в обе стороны отмеряют по 22 мм. Получается 44 мм — ширина одного лезвия
• то же самое делается с противоположного конца
• крайние точки по одну сторону от центральной линии соединяются в прямую линию. С другой стороны наносится выкройка формы листа
• лезвие вырезается, свободный конец тщательно закругляется, края обрабатываются наждачной бумагой или напильником
• лопасти прикреплены к ступице

Форма листьев имеет следующее строение:

• торцевые части равны по ширине — 44 мм
• посередине ширина лезвия 55 мм
• на расстоянии 0,15 длины ширина лезвия 88 мм

Полученные точки соединяют прямой линией, затем делают более плавные переходы, ориентируясь на полученные контуры. Делается шаблон, из которого вырезаются все листья одинаковой формы. Для крепления к ступице необходимо просверлить пару отверстий для винта(ов).

Они должны быть на всех лопастях в одних и тех же точках, чтобы не нарушалась балансировка крыльчатки. Готовое колесо необходимо тщательно отбалансировать, установив его на ось и, пока оно свободно вращается, найти область дисбаланса. В этот момент лезвие следует затачивать постепенно, пока крыльчатка не будет полностью сбалансирована.

Важный нюанс при покупке ветряка

Перед покупкой или изготовлением ветрогенератора необходимо определиться с его мощностью, собственной потребностью в энергии и другими параметрами устройства.

Это принципиально важно при покупке ветряка, так как цены настолько высоки, что приходится покупать агрегат, с которым пользователь может справиться в финансовом плане. В некоторых случаях возможности настолько малы, что приобретение уже не имеет смысла.

Расчет мощности ветрогенератора

Самостоятельное изготовление ветряка также нуждается в предварительном расчете. Никто не хочет тратить время и материалы на изготовление мало ли чего, хотят заранее иметь представление о возможностях установки и ожидаемой мощности. Практика показывает, что ожидания и реальность плохо коррелируют друг с другом, установки, созданные на основе приблизительных оценок или предположений, не подкрепленных точными расчетами, дают плохой результат.

Сделать точный расчет, учитывая все факторы, влияющие на работу ветряка, достаточно сложно. Для теоретически не подготовленных мастеров такой расчет слишком сложен, требует владения большим количеством данных, недоступных без специальных измерений или расчетов.

Поэтому обычно используются упрощенные методы расчета, которые дают достаточно близкие к истине результаты и не требуют использования больших объемов данных.

Как произвести?

Для расчета ветрогенератора необходимо выполнить следующие действия:

• определить потребность дома в электричестве. Для этого необходимо рассчитать суммарную мощность всех приборов, оборудования, освещения и других потребителей. Полученная сумма покажет количество энергии, необходимое для работы дома
• полученное значение необходимо увеличить на 15-20%, чтобы иметь запас мощности на случай. Нет сомнений в том, что этот резерв необходим. Наоборот, может оказаться недостаточным, хотя энергия чаще всего будет использована не полностью
• зная требуемую мощность, можно оценить, какой генератор можно использовать или изготовить для решения поставленных задач. Конечный результат использования ветряка зависит от характеристик генератора, если они не соответствуют потребностям дома, то придется либо менять агрегат, либо строить дополнительный комплект
• расчет ветрогенератора. На самом деле, этот момент самый сложный и спорный из всей процедуры. Используются формулы для определения мощности потока

Например, рассмотрим расчет одиночного опциона. Формула выглядит следующим образом:

P=k R V³ S/2

Где P — мощность потока.

К — коэффициент использования энергии ветра (величина, по своей сути близкая к КПД) принимается в пределах 0,2-0,5.

R — плотность воздуха. Он имеет разные значения, для простоты примем его равным 1,2 кг/м3.

V — скорость ветра.

S — площадь охвата ветроколеса (охватываемого вращающимися лопастями).

Считаем: при радиусе ветряка 1 м и скорости ветра 4 м/с

Р = 0,3 х 1,2 х 64 х 1,57 = 36,2 Вт

Результат показывает, что мощность потока составляет 36 Вт. Это очень мало, но измерительное колесо слишком маленькое. На практике применяют ветряки с размахом лопастей 3-4 метра, иначе производительность будет слишком низкой.

Что нужно учитывать?

При расчете ветродвигателя следует учитывать конструктивные особенности ротора. Имеются рабочие колеса вертикального и горизонтального вращения с разной эффективностью и производительностью. Горизонтальные конструкции считаются наиболее эффективными, но они нуждаются в высоких точках установки.

строительство мачты может стоить много денег и работы. Кроме того, обслуживание ветряной мельницы находится на высоте ок. 10 м над землей крайне сложно и опасно.

Не менее важно обеспечить достаточную мощность рабочего колеса для вращения ротора генератора. Агрегаты с жесткими роторами, позволяющие добиться хорошей энергоотдачи, требуют значительного усилия на валу, которое может обеспечить только рабочее колесо с большой площадью и диаметром лопастей.

Не менее важным моментом являются параметры источника вращения — ветра. Прежде чем производить расчеты, следует как можно больше узнать о силе и преобладающих направлениях ветра в данной местности.

Учитывайте возможность ураганов или порывов ветра, узнайте, как часто они могут возникать. Неожиданное увеличение скорости потока опасно разрушением ветряка и выходом из строя электроники преобразования.

Реальная мощность самодельного ветрогенератора

Особенностью самодельных устройств является использование подручных материалов и приспособлений. В таких условиях не всегда удается обеспечить полное соответствие проектным данным. При этом разница расчетных и реальных показателей может быть как отрицательной, так и положительной.

Величины, определяющие характеристики установки, — это мощность ветроколеса и генератора. Пока они соответствуют друг другу, в результате будет достигнута эта и общая мощность ветрогенератора.

Например, если для номинальной производительности генератору требуется скорость вращения 2000 об/мин, никакое ветроколесо не может обеспечить желаемые значения.

Поэтому в первую очередь необходимо подбирать образцы тихоходных генераторов, способных вырабатывать большое количество энергии при малых скоростях вращения.

Для этого модернизируются готовые узлы (например, на ротор автомобильных генераторов устанавливаются неодимовые магниты), изготавливаются собственные конструкции на основе таких же неодимовых магнитов с заранее рассчитанной мощностью и производительностью.

Расчет параметров ветроколеса

Расчет ветроколеса важен при изготовлении ветрогенератора. Именно крыльчатка принимает на себя поток ветра, передает его энергию в виде вращательного движения на ротор генератора. Для расчета в первую очередь потребуются знания параметров генератора — мощность, номинальная частота вращения ротора и так далее

Следует помнить, что увеличение числа лопастей снижает скорость вращения, но увеличивает силу вращательного движения. Соответственно, на быстроходных генераторах следует использовать малое количество лопастей, а большое — на торах, требующих большого вращательного усилия.

Формула скорости ветряка выглядит следующим образом:

Z = Д × Ш / 60 / В,

Где Z — желаемое значение (скорость),

L — длина окружности, описываемой листьями.

W — частота (скорость) вращающегося колеса.

V — скорость ветра.

Специалисты рекомендуют для самостоятельного изготовления выбирать многостворчатые образцы с количеством створок от 5 штук. Они не требовательны к балансировке, имеют более стабильную аэродинамику и активнее поглощают энергию воздушного потока.

Сколько экономии энергии дает ветряк?

Сумма экономии, достигаемой за счет использования ветряной турбины, рассчитана на основе наших собственных данных. Он состоит, с одной стороны, из затрат на покупку и установку ветроустановки или ее частей, затрат на содержание комплекта. С другой стороны, учитывалась стоимость сетевого электричества в данном регионе или цена подключения и другие сопутствующие расходы.

Разница между полученными значениями и будет величиной экономии. Следует также учитывать отсутствие связи в некоторых районах, поскольку единственным доступным вариантом является ветряная турбина. В таких случаях говорить об экономии становится неуместно.

Сколько электроэнергии вырабатывает?

Количество вырабатываемой энергии зависит от параметров крыльчатки и самого генератора. Максимально возможным числом следует считать номинальные данные генератора, уменьшенные на величину киева рабочего колеса. На практике цифры намного ниже, так как большое значение в получении результата имеет скорость ветра, которую нельзя предсказать заранее.

Кроме того, существуют различные тонкие эффекты, которые оказывают значительное влияние на конечную производительность ветряной турбины. Принципиально важными величинами являются диаметр крыльчатки и скорость ветра, от них напрямую зависит количество получаемой энергии.

Минимальная скорость ветра для ветряка

Минимальная скорость ветра — в данном случае это значение, при котором начинают вращаться лопасти ветряка. Это значение указывает на степень чувствительности крыльчатки, но мало влияет на конечный результат. У генератора свои нужды, ведь само вращение не решает всех проблем.

Требуется определенная скорость и стабильность движения, отсутствие резких рывков. Минимальную скорость вращения следует рассматривать только исходя из общего КПД рабочего колеса, что позволяет оценить его способность обеспечивать выработку энергии при малых расходах.