Грамотно рассчитанные лопасти для ветрогенератора определяют технические параметры устройства, расширяют возможности монтажа на выбранной локации, влияют на геометрические параметры. Ветровой генератор представляет собой особую категорию оборудования, используемую для выработки электричества в результате трансформации кинетической энергии ветра.
Содержание
Устройство и принцип работы ветрогенератора
Такие технические решения востребованы в регионах, где преобладает ветреная погода, они функционируют, используя воздушный поток, в итоге образуется электрический ток. Устройства работают благодаря присутствию в конструкции лопастей, они вращаются и запускают генератор. Последний превращает кинетическую энергию ветра в электричество, ток подается к потребляющему его оборудованию и аккумуляторным блокам.
Ветряки промышленного производства и изготовленные дома своими руками могут быть использованы как в качестве ключевого, так и вспомогательного источника напряжения. В частности, непрерывно функционирующие генераторы обслуживают осветительную систему дома, отвечают за нагревание воды вне зависимости от основной электроцепи.
Если объект не соединен с централизованной электрической сетью, мощности ветряка может быть достаточно для поддержания отопительной системы, всех бытовых приборов, лампочек. Следует учитывать, что в зимние месяцы для обслуживания отопления производительность установки должна быть выше 10 кВт, в этом случае мощности будет хватать и для бытовой техники. Ветряные электростанции эксплуатируются в тандеме со стабилизаторами.
Виды ветрогенераторов
Они классифицируются по особенностям технического исполнения, что сказывается на функционале и возможностях.
Вертикальные
В зависимости от того, какой тип ротора и лопастей используется, вертикальные ветрогенераторы могут быть ортогональными, подвида савониуса, многолопастными (здесь присутствует направляющий механизм), дарье, геликойдными. Главным преимуществом устройств является тот факт, что их не нужно корректировать относительно ветра, они хорошо работают при любом его направлении. Поэтому они не оснащаются устройствами, улавливающими воздушные потоки.
Благодаря простоте агрегаты можно размещать на земле, по сравнению с горизонтальными вариантами, изготовить своими руками лопасти для такого ветрогенератора будет гораздо проще. Минусом является невысокая производительность вертикальных моделей, сфера применения ограничена из-за их недостаточного КПД.
Горизонтальные
Здесь варьируется количество лопастей. Самую высокую скорость проявляют однолопастные экземпляры, если сравнивать с трехлопастными, при идентичной силе ветра они крутятся примерно в 2 раза быстрее. КПД горизонтальных моделей существенно превышает производительность вертикальных.
Горизонтально-осевая ориентация имеет уязвимость – ее работоспособность привязана к направлению ветра, поэтому устройство оснащается дополнительными механизмами, улавливающими движение воздушных потоков.
Варианты форм лопастей
При изготовлении лопастей для ветрогенератора нужно учитывать, что эффективность ветряка будет зависеть от следующих их характеристик:
- веса,
- формы,
- количества,
- размеров,
- базового материала.
Данные параметры очень важны, если хочется сделать лопасти своими руками. Ошибочно полагать, что для увеличения количества перерабатываемой ветровой энергии достаточно увеличить число крыльев на винте. Здесь, напротив, наблюдается снижение эффективности механизма, так как каждый отдельный сегмент при движении вынужден преодолевать неизбежное сопротивление воздуха. Поэтому для выполнения одного оборота винтом с большим количеством лопастей необходимо увеличение силы ветра.
Нельзя забывать, что избыток широких крыльев нередко вызывает формирование перед винтом своеобразной «воздушной шапки» – это явление, когда воздушный поток огибает ветряк, хотя должен проходить сквозь него. Форма элементов обладает существенным значением, так как определяет скорость перемещения винта. Если в результате неправильного расчета лопастей ветрогенератора возникает плохое обтекание, появляются вихри, способные затормозить колесо.
Однолопастные устройства зарекомендовали себя как самые продуктивные, но их довольно сложно самостоятельно сконструировать и сбалансировать. При высоком КПД конструкция отличается крайней ненадежностью, поэтому для тех, кто собирает устройство своими руками, будет удобна трехлопастная модель.
В домашних условиях принято выполнять лопасти крыльчатого или парусного типа. Последние выглядят как простые широкие полосы по аналогии с ветряной мельницей. Они малоэффективны, КПД варьируется в пределах 10-12%.
Крыльчатые лопасти функционируют по принципам аэродинамики, благодаря которым осуществляется перемещение самолетов. Подобный винт вращается быстрее, его легче привести в движение. Благодаря обтеканию воздухом уменьшается сопротивление. С одного края изделие имеет характерное утолщение, напротив наблюдается пологий спуск. Здесь КПД составляет 30-35%.
Материалы для изготовления лопастей
Решая, как сделать лопасти для ветрогенератора, обращаются к легким металлам, стеклоткани, пластику, древесине. При выборе решения опираются, прежде всего, на то, сколько личного времени и трудозатрат готовы выделить на сборку ветряка. Общими критериями для выбора материала являются прочность, легкость обработки, доступность, малый собственный вес, возможность придания требуемой формы.
Принципы изготовления лопастей для ветрогенератора своими руками
Зачастую главной сложностью становится определение оптимальных размеров, так как от длины и формы лопастей ветрогенератора зависит его производительность.
Материалы и инструменты
В основу закладываются следующие материалы:
- фанера либо древесина в другой форме;
- стекловолоконные листы;
- алюминиевый прокат;
- ПВХ-трубы, комплектующие для пластиковых трубопроводов.
Выбирают один вид из того, что есть в наличии в виде остатков после ремонта, к примеру. Для их последующей обработки понадобятся маркер либо карандаш для черчения, лобзик, наждачная бумага, ножницы по металлу, ножовка.
Чертежи и расчеты
Если идет о маломощных генераторах, производительность которых не превышает отметки в 50 ватт, для них изготавливают винт по приведенной ниже таблице, именно он способен обеспечить высокие обороты.
Далее рассчитан низкооборотный трехлопастной винт, имеющий высокий стартовый показатель страгивания. Эта деталь будет полноценно обслуживать высокооборотистые генераторы, производительность которых достигает 100 ватт. Винт функционирует в тандеме с шаговыми моторами, низковольтными маломощными двигателями, автомобильными генераторами со слабыми магнитами.
С точки зрения аэродинамики чертеж винта должен выглядеть следующим образом:
Изготовление из пластиковых труб
Канализационные ПВХ-трубы считаются самым удобным материалом, при конечном диаметре винта до 2 м подойдут заготовки с диаметром до 160 мм. Материал привлекает простотой обработки, доступной стоимостью, повсеместной распространенностью и изобилием уже проработанных чертежей, схем. Важно выбрать качественный пластик, чтобы предотвратить растрескивание лопастей.
Наиболее удобна продукция, представляющая собой ровный желоб, ее нужно лишь подрезать в соответствии с чертежом. Ресурс не боится воздействия влаги и нетребователен в уходе, но может стать хрупким при минусовых температурах.
Выполнение лопастей из алюминиевых заготовок
Такие винты характеризуются долговечностью и надежностью, они устойчивы к внешним воздействиям и весьма прочны. Но нужно учитывать, что они получаются в итоге более тяжелыми, если сравнивать с пластиковыми, колесо в этом случае подвергается скрупулезной балансировке. Несмотря на то, что алюминий считается довольно податливым, работа с металлом подразумевает наличие удобных инструментов и минимальных навыков обращения с ними.
Форма подачи материала может затруднить процесс, так как распространенный листовой алюминий превращается в лопасти только после придания заготовкам характерного профиля, с этой целью предварительно нужно создать специальный шаблон. Многие начинающие конструкторы сначала изгибают металл по оправке, после чего переходят к разметке и вырезанию заготовок.
Алюминиевые лопасти проявляют высокую устойчивость к нагрузкам, не реагируют на атмосферные явления и температурные перепады.
Винт из стекловолокна
Его предпочитают специалисты, так как материал капризен и сложен в обработке. Последовательность действий:
- вырезают деревянный шаблон, натирают его мастикой или воском – покрытие должно отталкивать клей;
- сначала выполняют одну половинку заготовки – шаблон намазывают слоем эпоксидки, сверху укладывают стеклоткань. Процедуру оперативно повторяют, пока первый слой не успел высохнуть. Таким образом заготовка получает требуемую толщину;
- аналогичным способом выполняют вторую половинку;
- когда клей застынет, обе половинки можно будет соединить эпоксидкой с тщательной шлифовкой стыков.
Торец оснащается втулкой, посредством которой изделие соединяется со ступицей.
Как сделать лопасть из древесины?
Это сложная задача ввиду специфичной формы изделия, к тому же все рабочие элементы винта в итоге должны получиться идентичными. Минусом решения также признается необходимость в последующей защите заготовки от воздействия влаги, для этого ее красят, пропитывают маслом или олифой.
Нюансы балансировки и эксплуатации ветрогенератора
Чтобы повысить эффективность работы устройства, необходимо выполнить балансировку лопастей. Ее осуществляют в помещении, огражденном от сквозняков и ветра. Детали собирают в полноценную конструкцию и ставят в рабочем виде, следя за тем, чтобы ось была строго горизонтальной, линию проверяют по уровню. Перпендикулярно линии земли и оси выставляют плоскость вращения винта, так она получается горизонтальной.
Обездвиженный винт следует повернуть на 360°столько раз, сколько в нем предусмотрено лопастей. Правильно сбалансированное устройство в идеале останется неподвижным, здесь не приемлемы отклонения даже на градус. В тех случаях, когда лопасть поворачивается под влиянием собственного веса, ее подправляют с одной стороны, чтобы ликвидировать отклонение от оси. Процедуру повторяют до тех пор, пока конструкция не будет сохранять неподвижность во всех положениях. Чтобы результат испытаний был корректным, важно устранить фактор ветра.
Все части должны вертеться в рамках одной плоскости. Чтобы проверить это условие, с обеих сторон винта устанавливают ограничивающие контрольные пластины на отдалении в 2 мм, при вращении изделие не должно их касаться.
Эксплуатация ветрогенератора подразумевает сборку схемы, способной аккумулировать переработанную энергию для ее сохранения и дальнейшей передачи конечному потребителю.
