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:
Ветрогенераторы, в том числе и самодельные, все чаще используются в качестве альтернативного источника получения энергии. Мачта, турбина, флюгер и ветряное колесо – все, что необходимо для изготовления ветряка. Из этого набора приобрести придется лишь электрический генератор для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Все остальные компоненты можно сделать самостоятельно из подручных материалов Сборка ветряного колеса и изготовление лопастей ветрогенератора будут рассмотрены в данной статье.
Перед самостоятельной сборкой ветрогенератора стоит определиться с той мощностью, которую необходимо получать от ветряка. Эта мощность напрямую зависит от силы ветра в регионе, диаметр ветряного колеса и количество лопастей. И если на силу ветра человек никак повлиять не может, то определиться с требуемыми параметрами лопастей придется заранее. В таблице ниже приведены параметры ветряного колеса (диаметр колеса при определенном количестве лопастей) и вырабатываемая ветрогенератором мощность при скорости ветра 4 м/с.
Из таблицы видно, что ветрогенератор мощностью в 50…100 кВ вполне можно изготовить из подручных материалов.
После определения с требуемым количеством и размерами лопастей ветрогенератора можно переходить к их изготовлению. Для этого необходимо выбрать тип лопастей: лопасти парусного типа (как у ветряных мельниц) или лопасти крыльчатого профиля. Лопасти парусного типа имеют простую конструкцию, однако они способны преобразовывать лишь 10-12% энергии потока ветра, так как они не используют аэродинамические возможности ветровых потоков. Внутренняя и внешняя стороны лопасти крыльчатого профиля имеют разную площадь, благодаря чему создается разница давления воздуха на противоположные стороны крыла. Полученная аэродинамическая сила делает использование ветрового потока гораздо более эффективным, а коэффициент использования энергии ветра может достигать 0,4 (40% энергии ветра преобразуются в полезную работу).
В качестве материалов или заготовок для изготовления лопастей ветрогенератора можно использовать ПВХ трубы, алюминий или стекловолокно.
Лопасти ветрогенератора из ПВХ труб
ПВХ трубы уже обладают всеми необходимыми характеристиками для изготовления лопастей: они легкие, достаточно прочные, имеют изогнутую форму. При использовании ПВХ труб для изготовления лопастей стоит помнить, что пластик все-таки не имеет хороших характеристик при выдерживании нагрузки на разрыв. Поэтому из-за большой скорости вращения лопастей ветрогенератора (скорость движения конечной части лопасти двухлопастного колеса ветрогенератора исчисляется сотнями метров в секунду), необходимо уменьшать длину лопасти и, тем самым, увеличивать количество лопастей (в соответствии с таблицей). Кроме того, толщина стенки ПВХ трубы должна быть не менее 4мм.
В качестве шаблона для лопастей можно использовать приведенный ниже рисунок, распечатав который необходимо приложить к стенке трубы, обвести маркером и вырезать лопасть из трубы. Места разрезов и края лопастей необходимо зашлифовать и округлить.
Для соединения лопастей необходимо подготовить металлическое основание, на котором и будут закреплены все лопасти ветрогенератора. Размеры диска необходимо подбирать индивидуально, учитывая параметры электрического генератора (диаметр выходного вала), который будет использоваться для ветряка.
Лопасти для ветрогенератора из алюминия
Алюминиевые лопасти, по сравнению с пластиковыми, обладают лучшими прочностными характеристиками, как на разрыв, так и на изгиб. Однако бОльшая масса лопастей потребует дополнительных усилителей в конструкции колеса и мачты ветрогенератора. Один из возможных вариантов изготовления алюминиевых лопастей приведен ниже.
Существенным недостатком алюминиевых лопастей можно назвать сложность в изготовлении, т.к. в любом случае для этого понадобятся алюминиевые заготовки и специальные инструменты для обработки металла и его сварки.
Лопасти ветрогенератора из стекловолокна
Стекловолокно можно назвать идеальным материалом для изготовления лопастей ветрогенератора из-за отличных характеристик по прочности, аэродинамическим показателям и массе. Однако изготовление лопастей из стекловолокна достаточно трудоемкий процесс, требующий особых навыков и опыта работы с деревом и стеклотканью.
Шаблоны матрицы лопасти ветряного колеса диаметром 2 метра приведен ниже.
Для изготовления лопастей из ветрогенератора необходимо подготовить деревянную матрицу, которая вытачивается из деревянного бруса по шаблону. После этого форма натирается воском и наносится слой эпоксидной смолы, на который укладывается лист стеклоткани. Затем поверх стеклоткани накладывается еще один слой эпоксидной смолы и снова слой стеклоткани. Одна лопасть состоит из 3-5 слоев стекловолокна. После высыхания мы получаем половину лопасти ветрогенератора. Получившиеся половинки лопастей склеиваются между собой эпоксидной смолой, а во внутренний торец вклеивается деревянная пробка, которая будет служить основой для крепления лопасти к ступице колеса.
Балансировка лопастей ветрогенератора
По завершении изготовления лопастей ветрогенератора и сборки колеса необходимо проводить его балансировку.
При балансировке колесо должно свободно вращаться на испытательном стенде, при этом плоскость соединительного узла колеса была строго параллельна вертикальному подвесу. Проверка балансировки заключается в следующем: колесо останавливается и отпускается. Затем проворачиваем колесо вручную примерно на угол, равный 360/число лопастей, снова останавливаем и отпускаем. Если остановленное и отпущенное колесо начинает вращаться, значит, та часть колеса, которая стремится вниз, тяжелее. Определив более тяжелую лопасть необходимо сточить одну из ее граней, дабы уменьшить ее вес.
После выравнивания масс всех лопастей ветрогенератора можно выполнить еще одно испытание: на расстоянии 2мм от лопастей по обе стороны устанавливаются планки, а затем следим, чтобы лопасти не задевали планки при вращении.
После этого можно приступать к окончательной сборке и подключению ветрогенератора.
Контроллер, мачты, хвостовик, инвертор и аккумуляторную батарею.
Традиционно, ветровой механизм наделен тремя лопастями, зафиксированными на роторе. Когда ротор крутится, возникает трехфазный переменный ток, поступающий на контроллер, затем ток перерождается в стабильное напряжение и идет на аккумуляторную батарею.
Протекая через аккумуляторы, ток подпитывает их и эксплуатирует в качестве проводников электричества.
В дальнейшем, ток приходит на инвертор, достигает требуемых величин: переменный однофазный ток 220 В, 50 Гц. При скромном расходовании выработанного электричества предостаточного для пользования светом и электрическими приборами, нехватка тока компенсируется благодаря аккумуляторам.
Как рассчитать лопасти?
Вычислить диаметр ветряка для определенной мощности можно следующим образом:
- Окружность пропеллера ветрогенератора с определенной мощностью, малыми оборотами и силой ветра, при которых происходит подача нужного напряжения, числом лопастей внести в квадрат.
- Высчитать площадь данного квадрата.
- Разделить площадь получившегося квадрата на мощность конструкции в ватах.
- Перемножить результат с требуемой мощностью в ватах.
- Под этот результат нужно подбирать площадь квадрата, варьируя размеры квадрата до тех пор, пока размер квадрата не достигнет четырех.
- В этот квадрат вписать окружность пропеллера ветрогенератора.
После этого нетрудно будет узнать другие показатели, например, диаметр.
Расчет максимально приемлемой формы лопастей достаточно мудреный, кустарному мастеру сложно его выполнить, поэтому можно использовать готовые шаблоны, созданные узкими специалистами.
Шаблон лопасти из ПВХ трубы 160 мм в диаметре:
Шаблон лопасти из алюминия:
Можно попробовать самостоятельно определить показатели лопастей ветряного устройства.
Быстроходность ветряного колеса являет собой соотношение круговой скорости края лопасти и скорости ветра, ее можно вычислить по формуле:
На мощность ветряного двигателя оказывают влияние диаметр колеса, форма лопастей, расположение их относительно потока воздуха, скорости ветра.
Ее можно найти по формуле:
При использовании лопастей обтекаемой формы коэффициент использования ветра не выше 0,5. При слабо обтекаемых лопастях – 0,3.
Необходимые материалы и инструменты
Потребуются следующие материалы:
- дерево либо фанера;
- алюминий;
- стекловолокно в листах;
- трубы и комплектующие из ПВХ;
- материалы, имеющиеся дома в гараже либо подсобных помещениях;
Необходимо запастись следующими инструментами:
- маркер, можно использовать карандаш для черчения;
- ножницы для резки металла;
- лобзик;
- ножовка;
- бумага наждачная;
Вертикальный и горизонтальный ветрогенератор
Вертикальный ветрогенератор
Можно классифицировать по роторам:
- ортогональный;
- дарье;
- савониуса;
- геликойдный;
- многолопастной с направляющим аппаратом;
Хороши тем, что нет нужды направлять их относительно ветра, они функционируют при любом направлении ветра. Из-за этого их не нужно оснащать приборами, улавливающими направление ветра.
Эти конструкции допустимо располагать на земле, они просты. Изготовить своими руками такую конструкцию значительно проще, нежели горизонтальную.
Слабым местом вертикальных ветрогенераторов считается их малая производительность, крайне низкий КПД, из-за чего сфера их использования ограничена.
Горизонтальные ветрогенераторы имеют ряд достоинств по сравнению с вертикальными. Они делятся на одно-, двух-, трех- и многолопастные.
Однолопастные конструкции самые скоростные, они крутятся в два раза быстрее трехлопастных при одинаковой силе ветра. КПД этих ветрогенераторов существенно выше, чем вертикальных.
Существенным недостатком горизонтально-осевой конструкций считается зависимость ротора от направления ветра, из-за чего на ветрогенератор необходимо устанавливать дополнительные приборы, улавливающие направление ветра.
Выбор вида лопастей
Лопасти преимущественно могут быть двух видов:
- парусного типа;
- крыльчатого профиля;
Можно соорудить плоские лопасти по типу «крыльев» ветряной мельницы, то есть, парусного типа. Выполнить их проще всего из самого разнообразного материала: фанеры, пластика, алюминия.
Этот метод имеет свои минусы. При кручении ветряка с лопастями, выполненными по принципу паруса, не участвуют аэродинамические силы, кручение обеспечивает лишь мощность давления ветрового потока.
Производительность этого прибора минимальна, в энергию трансформируется не более 10% силы потока ветра. При незначительном ветре колесо будет пребывать в статичном положении, а тем более не станет производить энергию для употребления в быту.
Более приемлемой будет конструкция, являющая собой ветряное колесо с лопастями крыльчатого профиля. В ней наружная и внутренняя поверхности лопастей обладают различными площадями, что позволяет достигать несоответствия давления воздуха на противоположные поверхности крыла. Аэродинамическая сила значительно увеличивает коэффициент использования ветряного прибора.
Подбор материала
Лопасти для ветряного устройства можно выполнить из любого более или менее подходящего материала, например:
Из трубы ПВХ
Соорудить лопасти из этого материала, наверное, проще всего. Трубы ПВХ можно найти в каждом строительном магазине. Выбирать трубы следует те, которые разработаны для канализации с напором либо газопровода. В противном случае поток воздуха при сильном ветре может искорежить лопасти и повредить их о мачту генератора.
Лопасти ветрогенератора претерпевают серьезные нагрузки от центробежной силы, причем, чем длиннее лопасти, тем сильнее нагрузки.
Край лопасти двухлопастного колеса домашнего ветрогенератора вращается со скоростью сотни метров в секунду, такова скорость вылетающей из пистолета пули. Такая скорость может привести к разрыву труб ПВХ. Особенно опасно это тем, что разлетающиеся осколки труб могут убить либо серьезно ранить людей.
Выйти из положения можно укоротив по максимуму лопасти и увеличив их число. Многолопастное ветряное колесо легче балансировать, оно меньше шумит. Немаловажное значение имеет толщина стенок труб. К примеру, для ветряного колеса с шестью лопастями из ПВХ трубы, составляющего в диаметре два метра, их толщина не должна быть менее 4 миллиметров. Для расчета конструкции лопастей домашнему умельцу можно воспользоваться готовыми таблицами и шаблонами.
Шаблон следует смастерить из бумаги, приложить к трубе и обвести. Это следует сделать столько раз, сколько лопастей будет у ветрогенератора. При помощи лобзика трубу необходимо рассечь по меткам – лопасти практически готовы. Края труб шлифуются, углы и концы закругляются для того, чтобы ветряк выглядел симпатично и поменьше шумел.
Из стали следует смастерить диск с шестью полосами, который будет играть роль конструкции, объединяющей лопасти и фиксирующей колесо к турбине.
Габариты и форма соединительной конструкции должны соответствовать типу генератора и постоянного тока, который будет задействован в . Сталь необходимо выбрать такой толщины, чтобы она не деформировалась под ударами ветра.
Из алюминия
По сравнению с лопастями из ПВХ труб алюминиевые более выносливы и на изгиб, и на разрыв. Недостаток их заключается в большом весе, что требует принятия мер к обеспечению устойчивости всего сооружения в целом. Кроме того, следует максимально тщательно балансировать колесо.
Рассмотрим особенности исполнения лопастей из алюминия для шестилопастного ветряного колеса.
По шаблону следует выполнить лекало из фанеры. Уже по лекалу из листа алюминия высечь заготовки лопастей в количестве шести штук. Будущая лопасть прокатывается в желоб глубиной в 10 миллиметров, при этом ось прокрутки должна образовать с долевой осью заготовки угол в 10 градусов. Эти манипуляции наделят лопасти приемлемыми аэродинамическими параметрами. К внутренней стороне лопасти крепится втулка с резьбой.
Соединительный механизм ветряного колеса с лопастями из алюминия в отличие от колеса с лопастями из труб ПВХ имеет на диске не полоски, а шпильки, представляющие собой куски стального прута с резьбой, подходящей к резьбе втулок.
Из стекловолокна
Лопасти из собранной из стекловолокна специфической стеклоткани являются наиболее безупречными, учитывая их аэродинамические параметры, прочность, вес. Соорудить эти лопасти трудней всего, поскольку нужно уметь обрабатывать дерево и стеклоткань.
Мы рассмотрим выполнение лопастей из стекловолокна для колеса диаметром два метра.
Наиболее скрупулезно следует подойти к выполнению матрицы из дерева. Она вытачивается из брусьев по готовому шаблону и служит моделью лопасти. Закончив трудиться над матрицей, можно начинать мастерить лопасти, которые будут состоять из двух частей.
Матрицу для начала надо обработать воском, одну из ее сторон покрыть эпоксидной смолой, на ней расстелить стеклоткань. На нее снова нанести эпоксидную смолу, и снова слой стеклоткани. Количество слоев может быть три или четыре.
Затем нужно прямо на матрице получившуюся слойку держать около суток до полного высыхания. Вот и готова одна часть лопасти. С другой стороны матрицы выполняется та же последовательность действий.
Готовые части лопастей следует соединить при помощи эпоксидной смолы. Внутрь можно поместить деревянную пробку, зафиксировать ее клеем, это позволит закрепить лопасти к ступице колеса. В пробку следует внедрить втулку с резьбой. Соединительный узел станет ступицей так же как и в предыдущих примерах.
Балансировка ветряного колеса
Когда лопасти будут выполнены, нужно укомплектовать ветряное колесо и произвести его балансировку. Делать это следует в закрытом строении большой площади при условии полного безветрия, поскольку колебания колеса на ветру способны исказить результаты балансировки.
Балансировку колеса необходимо выполнять так:
- 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.
Кроме того, следует выяснить, насколько гармонично лопасти лежат в плоскости вращения колеса. Колесо необходимо остановить. На расстоянии около двух миллиметров от каждого края одной из лопастей укрепить две планки, которые не будут препятствовать вращению. При прокручивании колеса лопасти не должны цепляться за планки.
Техническое обслуживание
Для длительного безаварийного функционирования ветрогенератора следует проводить такие мероприятия:
- 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.
Сделать лопасти для ветряного двигателя вполне по силам домашнему умельцу, нужно только все просчитать, продумать, и тогда дома появится реальная альтернатива электросетям. При выборе мощности самодельного устройства, нужно обязательно помнить, что его максимальная мощность не должна превышать 1000 или 1500 Ватт. Если этой мощности не хватает, стоит подумать о покупке промышленного агрегата.
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.
Ветрогенератор, изготовленный из автомобильного генератора, может помочь в ситуации, когда в частном доме нет возможности подключения к линии электропередачи. Либо послужит вспомогательным источником альтернативной энергии. Такое устройство можно сделать своими руками из подручных материалов, используя наработки народных умельцев. Фото и видео продемонстрируют процесс создания самодельной ветровой установки.
Конструкция ветрогенератора
Существует огромное видовое разнообразие ветрогенераторов и чертежей их изготовления. Но любая конструкция включает в себя следующие обязательные элементы:
- генератор;
- лопасти;
- накопительная батарея;
- мачта;
- электронный блок.
Обладая некоторыми навыками, можно смастерить ветрогенератор своими руками
Кроме этого, необходимо заранее продумать систему управления и распределения электроэнергии, начертить схему монтажа.
Ветровое колесо
Лопасти, пожалуй, самая важная часть ветрогенератора. От конструкции будет зависеть работа остальных узлов устройства. Изготавливают их из разных материалов. Даже из пластиковой канализационной трубы. Лопасти из трубы просты в изготовлении, стоят дёшево и не подвержены воздействию влаги. Порядок изготовления ветроколеса следующий:
- Необходимо рассчитать длину лопасти. Диаметр трубы должен быть равен 1/5 от общего метража. К примеру, если лопасть будет метровая, то подойдёт труба диаметром 20 см.
- Разрезаем трубу лобзиком вдоль на 4 части.
- Из одной части изготавливаем крыло, которое послужит шаблоном для вырезания последующих лопастников.
- Заусенца на краях сглаживаем абразивом.
- Лопасти фиксируют к алюминиевому диску с приваренными полосами для крепления.
- Далее к этому диску прикручивается генератор.
Лопасти для ветрового колеса
После сборки ветроколесо нуждается в балансировке. Его закрепляют на штативе горизонтально. Операцию проводят в закрытом от ветра помещении. В случае правильно проведённой балансировки колесо не должно двигаться. Если же лопасти вращаются сами, то их требуется подточить до придания равновесия всей конструкции.
Только после успешного завершения данной процедуры следует перейти к проверке точности вращения лопастей, они должны крутиться в одной плоскости без перекоса. Допускается погрешность в 2 мм.
Схема сборки генератора
Мачта
Для изготовления мачты подойдёт старая водопроводная труба диаметром не менее 15 см, длиной около 7 м. Если в пределах 30 м от предполагаемого места монтажа есть постройки, то высоту конструкции корректируют в сторону увеличения. Для эффективной работы ветроустановки лопастник поднимают выше препятствия минимум на 1 м.
Основание мачты и колышки для закрепления растяжек бетонируют. К кольям приваривают хомуты с болтами. Для растяжек применяют оцинкованный 6 мм трос.
Совет. Собранная мачта обладает немалым весом, при ручной установке понадобится противовес из трубы с грузом.
Переделка генератора
Для изготовления генератора ветряка подойдёт генератор от любого автомобиля. Их конструкции схожи между собой, а переделка сводится к перемотке провода статора и изготовлению ротора на неодимовых магнитах. В полюсах ротора высверливаются отверстия для фиксации магнитов. Устанавливают их, чередуя полюса. Ротор оборачивают бумагой, а пустоты между магнитами заливают эпоксидной смолой.
Автомобильный генератор
Таким же способом можно переделать двигатель от старой стиральной машины. Только магниты в этом случае во избежание залипания наклеивают под углом.
Новую обмотку перематывают по катушке на зуб статора. Можно сделать всыпную обмотку, это как кому удобно. Чем больше количество витков, тем эффективнее получится генератор. Мотают катушки в одном направлении по трёхфазной схеме.
Готовый генератор стоит опробовать и измерить данные. Если при 300 оборотах генератор выдаёт порядка 30 вольт, это хороший результат.
Генератор для ветряка из автомобильного генератора
Финальная сборка
Раму генератора сваривают из профильной трубы. Хвост изготавливают из оцинкованной жести. Поворотная ось представляет собой трубку с двумя подшипниками. Генератор крепят к мачте таким образом, чтобы расстояние от лопасти до мачты было не менее 25 см. В целях безопасности для финальной сборки и монтажа мачты стоит выбрать безветренный день. Лопасти под действием сильного ветра могут изогнуться и разбиться о мачту.
Чтобы использовать аккумуляторы для питания техники, которая работает от сети 220 В, потребуется установить инвертор преобразования напряжения. Ёмкость батареи подбирается индивидуально к ветрогенератору. Этот показатель зависит от скорости ветра на местности, мощности подключаемой техники и частоты пользования ею.
Устройство ветрогенератора
Чтобы батарея не вышла из строя от чрезмерной зарядки, понадобится контроллер напряжения. Его можно изготовить самостоятельно, если обладаете достаточными знаниями в электронике, или купить готовый. В продаже имеется множество контролеров для механизмов получения альтернативной энергии.
Совет. Чтобы лопастник не сломался при сильном ветре, устанавливают простое устройство – защитный флюгер.
Обслуживание ветрогенератора
Ветрогенератор, как и любое другое устройство, нуждается в техническом контроле и обслуживании. Для бесперебойной работы ветряка периодически проводят следующие работы.
Схема работы ветрогенератора
- Наибольшего внимания требует токосъёмник. Щётки генератора нуждаются в чистке, смазке и профилактической регулировке раз в два месяца.
- При первых признаках неисправности лопастника (дрожание и разбалансировка колеса) ветрогенератор опускают на землю и ремонтируют.
- Раз в три года металлические детали покрывают антикоррозийной краской.
- Регулярно проверяют крепления и натяжение тросов.
Теперь, когда установка окончена, можно подключать приборы и пользоваться электроэнергией. По крайней мере, пока ветрено.
Генератор для ветряка своими руками: видео
Ветрогенератор для частного дома: фото
