Поскольку цена трубок невысока, и вы можете найти их в любом хозяйственном магазине, этот материал идеально подходит для первых шагов в моделировании лопастей. Если что-то пойдет не так, вы всегда можете купить другую трубку и попробовать еще раз, ваш кошелек не сильно пострадает при таких экспериментах.
Изготовление лопастей для ветрогенератора своими руками
Лопасти для ветряка своими руками — сложный и основополагающий элемент устройства, определяющий его технические параметры. Их изготавливают из ПВХ, стекловолокна, алюминиевых или деревянных трубок.
Такие технические решения востребованы в районах, где преобладает ветреная погода, они работают с потоком воздуха, что приводит к образованию электроэнергии. Устройства работают благодаря наличию в конструкции лопастей, они вращаются и приводят в действие генератор. Он преобразует кинетическую энергию ветра в электричество, а электричество передается устройствам, которые его потребляют, и аккумуляторам.
Промышленные и самодельные ветряные турбины могут использоваться как в качестве основного, так и вспомогательного источника энергии. Постоянно работающие генераторы, в частности, используются для освещения дома и отвечают за нагрев воды независимо от основной цепи электропитания.
Если дом не подключен к электросети, мощности ветряка может быть достаточно для работы системы отопления, всех бытовых приборов и лампочек. Следует отметить, что для отопления в зимние месяцы мощность турбины должна быть выше 10 кВт; в этом случае мощности достаточно для работы бытовых приборов. Ветряные турбины работают в сочетании со стабилизаторами.
Варианты форм лопастей
При проектировании лопастей ротора для ветровой турбины следует учитывать, что производительность ветровой турбины зависит от следующих характеристик:
- веса,
- формы,
- количества,
- размеров,
- базового материала.
Эти параметры очень важны при изготовлении лопастей вручную. Ошибочно полагать, что увеличение количества лопастей на пропеллере является достаточным для увеличения количества перерабатываемой энергии ветра. Напротив, эффективность механизма снижается, поскольку каждая отдельная деталь должна преодолевать неизбежное сопротивление ветра при движении. Поэтому для совершения оборота гребным винтом с большим количеством лопастей требуется большая сила ветра.
Следует иметь в виду, что слишком широкие лопасти часто вызывают своего рода «воздушный зазор» перед пропеллером — явление, при котором воздушный поток окружает ветряк, когда он должен проходить через него. Форма элементов имеет решающее значение, поскольку она определяет скорость вращения пропеллера. Если лопасти ветротурбины имеют неправильную форму, это приведет к плохому обтеканию турбины и возникновению вихрей, которые могут замедлить вращение колеса.
Однолопастные турбины оказались наиболее производительными, но их довольно сложно сконструировать и сбалансировать. При высокой эффективности такая конструкция крайне ненадежна, поэтому для тех, кто собирает устройство вручную, лучше всего подойдет трехлопастная модель.
В домашних условиях принято делать лопасти, похожие на крылья или паруса. Последние выглядят как простые широкие полосы, похожие на ветряную мельницу. Их эффективность составляет от 10 до 12 %.
Лопасти импеллера работают в соответствии с принципами аэродинамики, которые также используются в самолетах. Такой пропеллер вращается быстрее и легче управляется. Поток воздуха уменьшает сопротивление воздуха. Изделие имеет характерное утолщение на одном конце и пологий наклон на другом. КПД здесь составляет 30-35 %.
Как работает простой ветрогенератор?
Ветряная турбина — это устройство, преобразующее энергию ветра в электричество.
Принцип его работы заключается в том, что ветер заставляет лопасти ротора вращаться, что приводит в движение вал, через который вращение передается через редуктор на генератор, который увеличивает скорость.
Эффективность ветряной электростанции оценивается коэффициентом KIEV — коэффициентом эффективности использования энергии ветра. Когда колесо ветряной турбины вращается быстро, оно соприкасается с большим количеством ветра и, следовательно, получает больше энергии от ветра.
Существует два основных типа ветряных турбин:
Вертикально ориентированные модели строятся таким образом, чтобы ось пропеллера была перпендикулярна земле. Таким образом, любое движение газовых масс, независимо от направления, приводит конструкцию в движение.
Такая гибкость является преимуществом данного типа ветрогенераторов, но по мощности и эффективности они уступают горизонтальным моделям.
Генератор горизонтальной ветряной турбины похож на ветряной флюгер. 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 устанавливаются специальные приборы. КПД такой установки намного выше, чем у вертикального ветрогенератора. Для бытового использования рациональнее использовать именно этот тип ветрогенератора.
Какая форма лопасти является оптимальной?
Одним из основных компонентов ветряной турбины является набор лопастей.
От этих деталей зависит несколько факторов, которые влияют на производительность ветряной турбины:
- вес;
- размер;
- форма;
- материал;
- количество.
Если вы решили спроектировать лопасти для самодельной ветряной турбины, вам обязательно нужно учесть все эти параметры. Некоторые люди считают, что чем больше лопастей имеет пропеллер генератора, тем больше энергии ветра вы сможете выработать. Другими словами, чем больше, тем лучше.
Однако это далеко от реальности. Каждая отдельная деталь движется, преодолевая сопротивление ветра. Чем больше лопастей у пропеллера, тем больше энергии ветра требуется для достижения вращения.
Форма лопастей ветровой турбины во многом зависит от активности ветра и их расположения по отношению к преобладающему направлению воздушного потока.
В районах с высокой ветровой активностью лопасть может быть обычной или слегка изогнутой.
В районах с низкой ветровой активностью требуется специальная форма лопасти, учитывающая аэродинамические характеристики местности. Это может быть соединенная лопасть с поперечными стойками или турбина.
Если ветряная турбина запускается без проблем и работает практически непрерывно, специальная форма лопастей не требуется.
Кроме того, очень широкие лопасти могут вызвать так называемую «воздушную пробку» перед пропеллером, когда поток воздуха проходит не через ветряк, а вокруг него.
Форма играет важную роль. От нее зависит скорость пропеллера. Плохой поток вызывает вихри, которые замедляют работу ветряка.
Самая эффективная ветряная турбина — это турбина с одной лопастью. Но его очень трудно построить и сбалансировать своими руками. Конструкция оказывается ненадежной, даже если она высокоэффективна. Согласно опыту многих пользователей и производителей ветряных турбин, оптимальной моделью являются три лопасти.
Вес лопасти зависит от ее размера и материала, из которого она изготовлена. Размер необходимо выбирать тщательно, следуя формулам расчета.
Правильная форма лопастей для ветряной турбины является основой ее хорошей работы.
Для строительства дома подходят следующие варианты:
Парусные лопасти представляют собой простые широкие полосы, как у ветряной мельницы. Эта модель наиболее очевидна и проста в изготовлении. Однако ее эффективность настолько низка, что эта форма практически не используется в современных ветряных турбинах. Эффективность в этом случае составляет около 10-12 %.
Гораздо более эффективной формой являются аэродинамические лопасти. Здесь 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.
Создание лопастей поэтапно
Конструкция самих лопастей должна 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.
- 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.
- 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.
- Укрепить колесо на такой высоте, чтобы оно могло беспрепятственно двигаться. Плоскость соединительного механизма должна быть идеально параллельна вертикальному подвесу.
- Добиться полной статичности колеса и отпустить. Оно не должно шевелиться. Затем прокрутить колесо на угол, равный отношению 360/число лопастей, остановить, отпустить, снова прокрутить, так наблюдать некоторое время.
- Испытания следует проводить до полного прокручивания колеса вокруг своей оси. Когда отпущенное либо остановленное колесо продолжает качаться, его часть, тяготеющая книзу излишне тяжела. Необходимо конец одной из лопастей подточить.
- Через десять или четырнадцать дней от начала работы, ветряной двигатель следует обследовать, особенно крепления. Делать это лучше всего в безветренную погоду.
- Два раза в год промазывать подшипники поворотного механизма и генератора.
- При подозрениях на нарушение балансировки колеса, которое может выражаться в вибрации лопастей при кручении по ветру, необходимо выполнить балансировку.
- Ежегодно осматривать щетки токоприемника.
- По мере необходимости, покрывать красящими составами металлические части ветрогенератора.
Вот как проявляется сопротивление ветра для разных моделей лопастей.
Для наших широт с легкими и умеренными ветрами лучше всего подходят ветровые турбины с пятью и шестью лопастями, которые улавливают слабый поток ветра и сохраняют стабильную работу двигателя.
Интересно: при правильных расчетах ветряная турбина как с одной лопастью, так и с двумя или тремя лопастями может успешно вырабатывать электроэнергию. А с одной лопастью турбина будет работать при любой скорости ветра, даже самой низкой!
Данные приведены для средней скорости ветра 4 м/с (нажмите на изображение для увеличения).
Если вы понимаете данные в таблице и улавливаете взаимосвязи, вы можете повлиять на производительность вашей будущей турбины, изготовив правильное гребное колесо.
Лопасти ротора для ветряных турбин из стеклопластика
Лопасти из ПВХ-трубы
Балансировка ветряного колеса
После изготовления лопастей необходимо оборудовать и сбалансировать ветряную турбину. Это следует делать в большом помещении и при полной остановке, так как раскачивание колеса на ветру может изменить результат балансировки.
Балансировка колеса должна производиться следующим образом:
Необходимо также определить, находятся ли лопасти на одной линии с плоскостью вращения колеса. Колесо должно быть остановлено. На расстоянии около двух миллиметров от каждого конца одной из лопастей помещаются две полоски, которые не мешают вращению. Когда колесо вращается, лопасти не должны зацепиться за планки.
Техническое обслуживание
Для обеспечения бесперебойной работы ветряной турбины в долгосрочной перспективе необходимо принять следующие меры:
Лопасти для ветряка вполне подходят для самодельного дома, нужно только все тщательно продумать, и тогда дом станет реальной альтернативой электросети. Выбирая мощность самодельного устройства, нужно помнить, что его максимальная мощность не должна превышать 1000 или 1500 ватт. Если этой мощности недостаточно, следует рассмотреть возможность использования небольшого количества электроэнергии.
