Решил я попробовать сделать винт для ветрогенератора из жестянки. Ранее по совету одного из форумчан я уже делал винт для ветряка из авто-генератора. Винт делал из оцинкованной жести сложенной вдвойне, диаметр был тогда 1,7м, трёх-лопастной. Широкие лопасти были согнуты примерно как 350мм труба. Работал винт замечательно и был довольно жёсткий, вес лопасти одной составлял 860грамм. Но при сильном ветре одну лопасть согнуло и побило о мачту, оставил две лопасти. Обороты набирал винт огромные, но сильная вибрация была от дисбаланса лопастей и этот винт я снял.
Еще пару недель назад я в помощь солнечным панелям поставил один из моих ветрогенераторов. Лопасти поставил на него какие нашёл, две лопасти из 160-й трубы и две из оцинкованной жести. Винт вроде работал, но хотелось сделать нормальный винт, чтобы и быстроходный и с хорошим стартовым моментом. Ниже на снимке ветряк со сборными лопастями, качество конечно отвратительное, но думаю понятно что изображено.
Трубы 110,160мм при быстроходности 5-6 никак не хотели показывать хороший стартовый момент в программке, а трубы диаметром больше найти проблематично. Хороший результат в программке по расчету лопастей из ПВХ труб давали трубы 250,315мм, и стартовый момент высокий, и быстроходность с КИЭВ.
Тогда решил я попробовать сделать лопасти из жести, точнее из обрезков проф-настила, которые остались после обшивки дома проф-настилом. Предварительно в программке подогнал винт из 315-й трубы для своего генератора. Винт трёх-лопастной получился диаметром 1.5м, быстроходность с высоким КИЭВ 5-7, стартовый момент при 5м/с равен 0.25Нм. Ниже скриншоты из программки по расчёту лопастей.
>
Здесь данные для вырезания винта - все размеры в миллиметрах, по которым далее я делал лопасти.
>
Из обрезков проф-настила я выбрал три подходящих небольших кусочка и обрезал болгаркой по 75см. Далее с помощью молотка начал выпрямлять профиль в подобие гладкого листа. Тыльную кромку сразу подгибал с захватом 1см.
>
Далее на заготовке наметил размеры из программки и начертил линию фронта, по которой буду вырезать лопасть. К размерам добавил 1см так-как буду подгибать для жёсткости и фронтальную часть. Ниже на фото видно линию, по которой я буду плоскогубцами подгибать жесть. Толщина жести 0.6мм, но вырезаю обычными ножницами, а не болгаркой, так ровнее и проще.
>
Процесс подгибания кромок лопасти. Подгиб делается плоскогубцами и далее простукиванием молотком
>
Процесс изготовления остальных лопастей такой-же, на одну лопасть ушло минут двадцать работы и в итоге получились вот такие пока еще плоские лопасти.
>
Так лопасти выглядят с обратной стороны.
>
Далее я продольным постукиванием молотком придал лопастям форму желобков примерно как у 315-й трубы. Чтобы примерно угадать нарисовал на полу круг диаметром 320мм и по нему ориентировался. Корневую часть лопастей я подвергнул на 3см, и сложив лопасти вместе просверлил отверстия по нулевой линии. Сверлил отверстия диаметром 6мм.
>
Вид с обратной стороны.
>
Вот так потратив примерно полтора часа я сделал лопасти для ветрогенератора. Лопасти получились конечно хлипковатые, но как показала практика такие лопасти выдерживают ветер до 15м/с. Далее я из фанеры вырезал хаб и уже собрал готовый винт.
>
>
Ниже фото этого винта уже на ветрогенераторе.
>
>
После установки на ветрогенератор новый винт сразу показал себя с хорошей стороны. На улице был ветер примерно 3-6м/с и винт хорошо крутился с заметно более высокой быстроходностью. Моментально отзывался на изменение скорости ветра и крутился не останавливаясь. До него стаял сначала сборный четырёх-лопастной винт, но он как-то не набирал высоких оборотов. Потом я снял жестяные лопасти две штуки и остались там две лопасти из 150-й трубы. Обмотки генератора я соединил треугольником и в таком виде с двухлопастным винтом ветряк работал, но винт периодически останавливался и потом трудно стартовал. Ток зарядки был нестабильный, но на порывах при сегодняшнем ветре доходил до 4А.
С новым трёх-лопастным винтом зарядка практически постоянная, 0.5-1А видно на амперметре постоянно с увеличением до 2А. Посмотрим как будет на более сильном ветре, но уже неплохо. Из-за быстроходности зарядка не прекращается и винт легко стартует что я и хотел сделать. А крепкость винта думаю достаточная, но это покажет время. Из жести винты для ветряков мне не встречались в интернете и конечно по прочности их не сравнить даже с ПВХ трубами, но это тоже выход когда проблематично достать канализационные трубы больших диаметров.
Приходится , опираясь на экспериментальные результаты или отрывочные сведения, почерпнутые из разных источников. Рассмотрим важный вопрос, возникающий при создании ветряка - устройство лопастей.
Как работает простой ветрогенератор?
Существует два типа ветрогенераторов:
- горизонтальные
- вертикальные
Разница состоит в расположении оси вращения. Наиболее производительными считаются , напоминающие своими формами самолет с пропеллером. Винт - это крыльчатка ветряка, хвост - устройство наведения на поток ветра, автоматически разворачивающее ось по направлению движения воздуха.
При воздействии ветра на крыльчатку возникает вращающий момент, передающийся на ось генератора. В его обмотках возбуждается электроток, который заряжает . Они, в свою очередь, отдают заряд на инвертор, изменяющий параметры тока и выдающий на потребляющие приборы стандартное напряжение 220 В 50 Гц.
Существуют более простые комплексы, где с генератора запитываются сразу потребители, но такая система никак не защищена от скачков или пропадания напряжения. Вариант используется только для освещения или привода насосов, качающих воду.
Какая форма лопасти является оптимальной?
Основной элемент горизонтального ветряка - крыльчатка . Она больше всего напоминает пропеллер, хотя выполняет абсолютно противоположные функции. принимают на себя энергию воздушного потока, перерабатывая ее во вращательное движение. От их конфигурации напрямую зависит эффективность работы крыльчатки и всего комплекта в целом.
Горизонтальные устройства имеют крыльчатки, снабженные большим количеством лопастей. Обычно их больше 3. В этом вопросе существует зависимость числа лопастей от производительности. Дело в том, что с возрастанием числа принимающих плоскостей падает мощность крыльчатки, а с убыванием - чувствительность. Поэтому выбирают «золотую середину», принимая среднее число лопастей.
Важно! Большое число лопастей увеличивает фронтальную нагрузку на устройство, создавая опрокидывающее усилие на основании мачты и сильное осевое давление на крыльчатку, разрушающее подшипники генератора.
На практике создано большое количество разных устройств, имеющих форму крыльчатки от простых секторов окружности, немного развернутых по радиусной оси, до сложных вариантов с тщательно просчитанной аэродинамикой, испытанных в разных условиях. Результаты испытаний показали, что оптимальной формой является модель, приближенная к пропеллеру. Такая лопасть несколько расширяется от центра (обтекателя) крыльчатки и плавно сужается к концу.
Преимуществом этого вида является равномерное распределение нагрузок на опорный подшипник, поверхность лопасти и всю систему ветряка в целом. Поток ветра воздействует на все участки с одинаковой силой, но, если расширить лопасть к концу, то получится достаточно длинный рычаг, перегружающий подшипник и выламывающий лопасти. Отсюда возникла такая форма, с небольшими изменениями используемая практически на всех ветряках.
Выбор вида
Вариантов или видов лопастей для горизонтальных ветряков существует немного. Причина этого кроется в самой конструкции крыльчатки - создавать сложные формы или конфигурации там попросту негде. Тем не менее, разработки наиболее удачного варианта ведутся постоянно, на сегодня можно выделить несколько видов:
- твердолопастные крыльчатки
Твердые лопасти изготавливаются из различных материалов сразу в определенной форме, парусные имеют совершенно другую конструкцию. Основой является рамка, на которую натягивается плотное полотно таким образом, чтобы одна из сторон была не прикреплена к рамке. Получается лопасть треугольной формы с одной стороной (от центра к одной из вершин), не закрепленной к основе.
Поток ветра создает давление на парус и придает ему оптимальную форму для схода с плоскости, в результате чего колесо начинает вращаться. Вариант имеет преимущество в массе и весе колеса, но нуждается в постоянном наблюдении за состоянием ткани и крыльчатки в целом.
Для самостоятельного изготовления обычно используют подручные материалы. Учитывая сложный профиль лопастей, хорошим вариантом становится использование листового металла или пластиковых труб.
Расчет лопастей
На практике мало кто вычисляет параметры лопастей, поскольку для этого надо обладать специальной подготовкой и располагать данными. Большинство значений, нужных для расчетов, необходимо сначала отыскать, некоторые из них и вовсе будут известны только после запуска ветряка. Кроме того, для большинства видов до сих пор нет математической модели вращения, что делает расчеты бесполезными.
Чаще всего производится подбор диаметра крыльчатки по требующейся мощности, выполняемый по таблице:
Как вариант, можно использовать онлайн-калькулятор , позволяющий получить готовый результат за секунды, надо только подставить в окошечки программы собственные данные.
Необходимо учитывать, что расчеты такого устройства, как крыльчатка, не будут иметь достаточной точности из-за большого количества тонких эффектов и неизвестных величин, поэтому, чаще всего, прибегают к экспериментальному подбору формы и размера.
Материал для изготовления
Прежде, чем начать работы по созданию крыльчатки , надо определиться с материалом. Выбор производится из того, что имеется в наличии, или из материалов, более знакомых пользователю и доступных для обработки. Требования к материалу для изготовления лопастей:
- прочность
- малый вес
- легкость обработки
- возможность придания нужной формы или наличие ее у заготовки
- доступность
Из всех возможных вариантов опытным путем были выделены несколько наиболее удачных. Рассмотрим их подробнее.
Трубы ПВХ
Использование канализационных труб ПВХ большого диаметра позволяет быстро и недорого получить вполне качественные лопасти. Пластик не боится воздействия влаги, легко обрабатывается. Самым ценным качеством является наличие у заготовки формы ровного желоба, остается лишь правильно отрезать все лишнее.
Простота изготовления и дешевизна материала в сочетании с эксплуатационными качествами пластика сделали трубы ПВХ самым ходовым материалом при изготовлении самодельных ветряков. К недостаткам материала можно отнести его хрупкость при низких температурах.
Алюминий
Лопасти из алюминия долговечны, прочны и не боятся никаких внешних воздействий . При этом, они тяжелее, чем пластиковые и требуют тщательной балансировки колеса. Кроме того, работа с металлом, даже таким податливым, как алюминий, требует наличия навыков и подходящего инструмента.
Затрудняет работу и форма материала - чаще всего используется листовой алюминий, поэтому мало изготовить лопасти, надо придать им соответствующий профиль, для чего придется сделать специальный шаблон. Как вариант, можно сначала изогнуть лист по оправке, затем приступить к разметке и резке деталей. В целом, материал более устойчив к нагрузкам, не боится температурных или погодных воздействий.
Стекловолокно
Такой выбор - для специалистов. Работа со стекловолокном сложна, требует навыков и знания множества тонкостей. Порядок создания лопасти включает в себя несколько операций:
- изготовление деревянного шаблона, покрытие его поверхности воском, мастикой или иным материалом, отталкивающим клей
- изготовление одной половины лопасти. На поверхность шаблона наносится слой эпоксидки, на который тут же укладывается стеклоткань. Затем снова наносится эпоксидка (не дожидаясь засыхания предыдущего слоя) и опять стеклоткань. Таким образом создается одна половина лопасти нужной толщины
- подобным образом изготавливается вторая половина лопасти
- после застывания клея половинки соединяются при помощи эпоксидки. Стыки зашлифовываются, в торец вставляется втулка для присоединения к ступице
Технология сложна, требует времени и умения работать с материалами. Кроме того, эпоксидная смола имеет неприятное свойство закипать в больших объемах, что создает постоянную угрозу испортить всю работу. Поэтому выбирать стеклоткань следует только опытным и подготовленным пользователям.
Древесина
Работа с деревом достаточно хорошо знакома для большинства пользователей, но создание лопастей - задача достаточно сложная. Мало того, что форма изделия сама по себе непроста, так еще и потребуется изготовить несколько одинаковых неотличимых друг от друга образцов.
Решение такой задачи по плечу далеко не всем. Кроме того, готовые изделия надо качественно защитить от воздействия влаги, пропитать олифой или маслом, покрасить и т.д.
Древесина обладает массой отрицательных качеств - она склонна к короблению, растрескиванию, гниению. Впитывает и легко отдает влагу, что изменяет массу и баланс крыльчатки. Все эти свойства делают материал не лучшим вариантом выбора для домашнего мастера, поскольку лишние осложнения никому не нужны.
Создание лопастей поэтапно
Рассмотрим наиболее распространенный вариант изготовления лопастей. В качестве материала используется труба ПВХ диаметром порядка 110-160 мм:
- отрезаются куски трубы по длине лопастей
- вдоль отрезка наносится линия, от которой в обе стороны отмеряются 22 мм. Получится 44 мм - ширина одной лопасти
- с противоположного торца делается то же самое
- крайние точки с одной стороны центральной линии соединяются по прямой. Со второй стороны наносится рисунок формы лопасти
- вырезается лопасть, свободный конец аккуратно закругляется, кромки обрабатываются наждачной бумагой или напильником
- лопасти присоединяются к ступице
Форма лопастей имеет следующее строение:
- торцевые части одинаковы по ширине - 44 мм
- посередине ширина лопасти составляет 55 мм
- на расстоянии 0,15 длины ширина лопасти составляет 88 мм
Лопасти ветрогенератора являются наиболее важной частью ветроэлектрического агрегата. От формы лопастей зависят мощность и обороты ветродвигателя. Мы не будем останавливаться в этой брошюре на расчете новых лопастей ввиду сложности этой задачи, а воспользуемся готовыми крыльями, имеющими определенную форму и отличающимися высоким коэффициентом использования энергии ветра и большой быстроходностью. Нам необходимо лишь решить вопрос, как определить размеры новых лопастей на желаемую мощность, исходя из размеров известных крыльев при сохранении первоначальной их характеристики.
Примем для маломощных ветроэлектрических агрегатов быстроходный двухлопастный ветряк со следующей известной из практики характеристикой:
Число лопастей..............2
Коэффициент использования энергии ветра. 0,35
Быстроходность ветроколеса........7,0
Под быстроходностью ветрогенератора надо понимать отношение окружной скорости конца лопасти к скорости ветра
Принимая одну и ту же быстроходность, равную 7, для ветроколес разных диаметров, мы будем получать разные обороты ветроколес при одной и той же скорости ветра. Наибольшие обороты будет развивать ветроколесо с наименьшим диаметром. Вообще обороты ветроколес с равными бы-строходностями будут относиться друр к другу обратно пропорционально их диаметрам, т. е.
Это значит ветроколесо с диаметром D1
будет делать оборотов в минуту во столько раз больше, во сколько диаметр этого ветроколеса D1
меньше диаметра D2
другого ветроколеса. Например, если ветроколесо с диаметром 1,5 м делает 714 об/мин, то ветроколесо с диаметром 3 м будет делать 357 об/мин, т. е. в два раза меньше, хотя быстроходности их одинаковы.
Для удобства подсчета размеров лопастей ветрогенератора разных диаметров, но с одинаковой быстроходностью в табл. 4 даны размеры двухлопастного ветряка с диаметром, равным 1 м. Вверху таблицы дан рисунок лопасти с буквенными обозначениями ее размеров, а под рисунком в таблице даются цифровые значения этих размеров.
Слева в 4 графах приведены размеры лопасти к левому рисунку; справа в 10 графах даны размеры пяти профилей этой лопасти. Как проставлять размеры профиля, показано на рисунке таблицы справа.
Чтобы соблюсти принятую характеристику ветрогенератора с изменением его диаметра, необходимо все размеры данных лопастей изменить в том же отношении, в каком мы изменяем диаметр лопастей ветрогенератора. При этом у нас будет соблюдено геометрическое подобие, без чего нельзя было бы воспользоваться этим способом пересчета.
Так как ветроколесо с размерами, приведенными в табл. 4, имеет в диаметре 1 м, то отношение диаметра другого ветроколеса к единице будет равно D т. е.
Следовательно, чтобы получить размеры лопасти ветроколеса с другим диаметром, необходимо каждый размер, приведенный в табл. 4, умножить на величину этого диаметра. Неизменными должны оставаться лишь углы заклинення каждого сечения лопасти и число их. Наїпример, для ветроколеса диаметром 1,2 м необходимо каждый размер табл. 4 умножить на 1,2, при этом получим:
Расстояние первого сечения лопасти от центра ветроко-леса
Расстояние второго сечения лопасти от центра ветроко-леса
Ширина лопасти в первом сечении
Ширина лопасти во втором сечении
Расстояние первой ординаты Y1 от носка профиля:
Расстояние второй ординаты Y2 от носка профиля
Высота носка профиля первого сечения лопасти
Первая ордината верхней дужки профиля
Вторая ордината верхней дужки профиля
Первая ордината нижней дужки профиля
Дальнейший результат подсчета приведен в табл. 5.
Чтобы получить законченную форму лопасти, необходимо по размерам, подсчитанным в табл. 5, построить на листе бумаги точки для пяти профилей лопасти и обвести по точкам контуры с помощью лекала, как показано на фиг. 13. Профили каждою сечения вычерчивают в натуральную величину с тем, чтобы по ним можно было при изготовлении лопасти вырезать шаблоны.
Фиг. 13. Профили сечений винтовой лопасти ветроколеса диаметром 1,2 м.
Для генератора мощностью в 1 кет необходимо ветроколесо диаметром 3,5 м. Чтобы получить размеры лопасти этого ветроколеса, необходимо приведенные в табл. 4 размеры ветроколеса диаметром 1 м умножить на 3,5 и составить таблицу, а затем вычертить профили лопасти, которые потребуются при изготовлении.
Мощности и обороты двухлопастных ветроколес с данной выше характеристикой приведены в табл. 6.
Этой таблицей необходимо пользоваться при выборе диаметра ветроколеса данной мощности и определения передаточного отношения редуктора, если обороты генератора окажутся больше оборотов ветроколеса, развиваемых им при скорости ветра 8 м/сек.
Например, при использовании для ветроэлектрического агрегата генератора автомобильного типа ГБФ мощностью в 60 вт при 900 об/мин подходит ветроколесо, имеющее D=1,2м, мощностью 0,169 л. с. при 895 об/мин (см. первые две строчки табл. 6).
Пересчитываем 0,169 л. с. на киловатты, умножив эту величину на 0,736:
0,169х0,736 = 0,124 квт.
Принимая к. п. д. генератора равным 0,5, получим полезную мощность равной:
N= 0,124 0,5 = 0,062 квт = 62 вт.
Так как обороты ветроколеса при скорости ветра 8 м/сек почти равны оборотам, необходимым для генератора, то в данном случае ветроколесо можно закреплять на валу генератора. Получается самый простой и удобный в эксплоата-ции ветроэлектрический агрегат.
Если бы мы задумали построить ветроэлектрический агрегат мощностью 400 вт, то необходимо было бы принять диаметр ветроколеса 3 м, которое при скорости ветра 8 м/сек развивает 1,060 л. с. или 1,060 X 0,736 = 0,78 квт. Принимая к. п. д. генератора равным 0,5, получим:
Р = 0,78 0,5 = 0,39 квт = 390 вт.
Ветроколесо при скорости ветра 8 м/сек развивает 357 об/мин, а генератор при мощности в 390 вт требует 1 000 об/мин. Следовательно, в данном случае требуется редуктор, повышающий обороты в передаче от ветроколеса к генератору. Редуктор должен повысить обороты в отношении.
1 000: 357 = 2,8.
Величину 2,8 называют передаточным отношением. С помощью этого отношения определяют число зубьев шестерен редуктора. Например, если мы примем у шестерни, насаженной на вал генератора, 16 зубьев, то у ведущей шестерни, сидящей на валу ветроколеса, должно быть
16х2,8 = 45 зубьев.
Двухлопастные ветроколеса, мощности и обороты которых приведены в табл. 6, мы рекомендуем строить для ветроэлектрических агрегатов потому, что они отличаются высокой быстроходностью и более удобны в изготовлении, чем многолопастные.
Быстроходные ветроколеса страдают очень существенным недостатком, заключающимся в том, что они плохо трогаются с места, следовательно, они могут начинать работать только при высоких скоростях ветра.
Многим начинающим ветротехникам кажется, что, чем больше число лопастей у ветроколеса, тем большую мощность оно будет развивать. Это представление ошибочно. Два ветроколеса малолопастное и многолопастное с одинаково хорошо построенными лопастями и с одинаковыми диаметрами ометаемой поверхности будут развивать одинаковую мощность. Объясняется это тем, что раз они одинаково хорошо выполнены, то и коэффициенты использования энергии ветра их будут равны, т. е. они будут одинаковое количество энергии передавать рабочей машине. Количества же поступающей энергии ветра на то и другое ветроколесо равны, так как равны их ометаемые поверхности. Что же касается оборотов, то они будут тем больше, чем меньше лопастей, если они у того и другого ветроколеса имеют одинаковую ширину; иначе говоря, число оборотов тем больше, чем меньше общая поверхность лопастей, образующих ометаемую поверхность.
Зачастую у владельцев частных домов возникает идея о реализации системы резервного электропитания . Наиболее простой и доступный способ — это, естественно, или генератор, однако многие люди обращают свой взгляд на более сложные способы преобразования так называемой даровой энергии ( излучения, энергии текущей воды или ветра) в .
Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки. Если с использованием течения воды (мини-ГЭС) все понятно — это доступно только в непосредственной близости от достаточно быстротекущей реки, то солнечный свет или ветер можно использовать практически везде. Оба этих метода будут иметь и общий минус — если водяная турбина может работать круглосуточно, то солнечная батарея или ветрогенератор эффективны только некоторое время, что делает необходимым включение аккумуляторов в структуру домашней электросети.
Поскольку условия в России (малая длительность светового дня большую часть года, частые осадки) делают применение солнечных батарей неэффективным при их современных стоимости и КПД, наиболее выгодным становится конструирование ветрового генератора . Рассмотрим его принцип действия и возможные варианты конструкции.
Так как ни одно самодельное устройство не похоже на другое, эта статья — не пошаговая инструкция , а описание базовых основ конструирования ветрогенератора.Общий принцип работы
Основным рабочим органом ветрогенератора являются лопасти, которые и вращает ветер. В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные:
- Горизонтальные ветрогенераторы наиболее широко распространены. Их лопасти имеют конструкцию, аналогичную пропеллеру самолета: в первом приближении это — наклонные относительно плоскости вращения пластины, которые преобразуют часть нагрузки от давления ветра во вращение. Важной особенностью горизонтального ветрогенератора является необходимость обеспечения поворота лопастного узла сообразно направлению ветра, так как максимальная эффективность обеспечивается при перпендикулярности направления ветра к плоскости вращения.
- Лопасти вертикального ветрогенератора имеют выпукло-вогнутую форму. Так как обтекаемость выпуклой стороны больше, чем вогнутой, такой ветрогенератор вращается всегда в одном направлении независимо от направления ветра, что делает ненужным поворотный механизм в отличие от горизонтальных ветряков. Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального : если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.
Поскольку средняя скорость ветров в России невелика, даже большой ветряк большую часть времени будет вращаться достаточно медленно. Для обеспечения достаточной мощности электропитания от должен соединяться с генератором через повышающий редуктор, ременной или шестеренчатый. В горизонтальном ветряке блок лопасти-редуктор-генератор устанавливается на поворотной головке, которая дает им возможность следовать за направлением ветра. Важно учесть, что поворотная головка должна иметь ограничитель, не дающий ей сделать полный оборот, так как иначе проводка от генератора будет оборвана (вариант с использованием контактных шайб, позволяющих головке свободно вращаться, более сложен). Для обеспечения поворота ветрогенератор дополняется направленным вдоль оси вращения рабочим флюгером.
Наиболее распространенный материал для лопастей — это ПВХ-трубы большого диаметра, разрезаемые вдоль. По краю к ним приклепываются металлические пластины, приваренные к ступице лопастного узла. Чертежи такого рода лопастей наиболее широко распространены в Интернете.
На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками
Расчет лопастного ветрогенератора
Так как мы уже выяснили, что горизонтальный ветрогенератор значительно эффективнее, рассмотрим расчет именно его конструкции.
Энергия ветра может быть определена по формуле
P=0.6*S*V
³, где S — это площадь круга, описываемого концами лопастей винта (площадь ометания), выраженная в квадратных метрах, а V — расчетная скорость ветра в метрах в секунду. Также нужно учитывать КПД самого ветряка, который для трехлопастной горизонтальной схемы составит в среднем 40%, а также КПД генераторной установки, составляющий на пике токоскоростной характеристики 80% для генератора с возбуждением от постоянных магнитов и 60% — для генератора с обмоткой возбуждения. Еще в среднем 20% мощности израсходует повышающий редуктор (мультипликатор). Таким образом, окончательный расчет радиуса ветряка (то есть длины его лопасти) для заданной мощности генератора на постоянных магнитах выглядит так:
R=√(P/(0.483*V³
))
Пример: Примем требуемую мощность ветроэлектростанции в 500 Вт, а среднюю скорость ветра — в 2 м/с. Тогда по нашей формуле нам придется использовать лопасти длиной не менее 11 метров. Как видите, даже такая небольшая мощность потребует создания ветрогенератора колоссальных габаритов. Для более-менее рациональных в условиях изготовления своими руками конструкций с длиной лопасти не более полутора метров ветрогенератор сможет выдавать всего лишь 80-90 ватт мощности даже на сильном ветру.
Недостаточно мощности? На самом деле все несколько иначе, так как на самом деле нагрузку ветрогенератора питают аккумуляторы, ветряк же только заряжает их в меру своих возможностей. Следовательно, мощность ветроустановки определяет периодичность, с которой она сможет осуществлять подачу энергии.
Время чтения ≈ 4 минут
Существенно уменьшить счета за электричество и обеспечить себя резервным источником энергии на даче можно, сделав ветрогенератор своими руками.
Покупка готового ветряного генератора экономически оправдана, только, если нет никакой возможности подключения к электросетям. Стоимость оборудования и его техническое обслуживание зачастую оказывается выше, чем цена киловатт, которые вы купите у энергосбытовой компании в течение ближайших лет. Хотя, если сравнивать с использованием бензиновых или дизельных генераторов небольшой мощности, тут экологичный источник энергии выигрывает по стоимости обслуживания, уровню шума, отсутствию вредных выхлопов. Временное отсутствие ветра можно компенсировать, используя аккумуляторы с преобразователем напряжения.
Ветрогенератор, собранный с использованием некоторых деталей, сделанных своими руками, может оказаться в несколько раз дешевле, готового комплекта. Если вы серьезно решили сделать свой загородный дом энергонезависимым, при этом не хотите никому переплачивать - самодельный ветрогенератор - правильное решение.
Мощность ветрогенератора
Прежде чем приступать к работе, надо определиться, есть ли реальная необходимость в мощном ветрогенераторе, например, для приготовления пищи, использования электроинструмента, нагрева воды или отопления. Может быть вам достаточно подключить освещение, небольшой холодильник, телевизор, подзарядить телефон? В первом случае вам нужен ветряк мощностью от 2 до 6 кВт, а во втором, можно ограничиться в 1-1,5 кВт.
Также существуют горизонтальные и вертикальные ветрогенераторы. При вертикальном расположении оси можно использовать лопасти самой разнообразной формы, это могут быть плоские или выгнутые листы металла, вращающиеся на удлинителях. Существует вариант с одной скрученной лопастью. Сам генератор располагается у земли. Поскольку обороты лопастей невысокие, двигатель имеет большую массу и, соответственно, стоимость. Преимуществом вертикальной конструкции является простота и возможность работы при слабом ветре.
В этом обзоре будет рассмотрен вопрос, как сделать горизонтальный ветрогенератор своими руками. Для него можно использовать различные типы доступных генераторов и переделанные электродвигатели.
Конструкция ветрогенератора на 220В:
- Электрогенератор промышленного производства.
- Лопасти для ветрогенератора и поворотный механизм на мачте.
- Схема управления зарядкой аккумулятора.
- Соединительные провода.
- Установочная мачта.
- Растяжки.
Мы будем использовать двигатель постоянного тока от «беговой дорожки», он имеет параметры: 260V, 5A. Эффект генератора мы получим за счет обратимости магнитных полей данного типа электродвигателей.
Необходимые материалы и комплектующие
Все детали вы легко найдете в хозяйственных или строительных магазинах. Нам потребуется:
- нарезная втулка нужного размера;
- мост диодный, рассчитанный на ток 30-50A;
- ПВХ трубка.
Хвостовик и корпус ветряка можно сделать из следующих материалов:
- Стальная профильная труба 25 мм;
- Маскирующий фланец;
- Патрубки;
- Болты;
- Шайбы;
- Саморезы;
- Скотч.
Сборка ветряного генератора согласно чертежам
Лопасти ветряка можно изготовить из дюраля по приведенным чертежам. Деталь надо качественно зашкурить, при этом переднюю кромку сделать закругленной, а заднюю заточить. Для хвостовика подойдет кусок жести достаточной жесткости.
К электродвигателю закрепляем втулку, а на ее корпусе высверливаем три отверстия на равном расстоянии друг от друга. В них надо нарезать резьбу под болты.
Трубку ПВХ разрежем вдоль, и будем использовать в качестве уплотнителя между квадратной трубой и корпусом генератора.
Диодный мост также закрепим возле мотора с помощью саморезов.
Черный провод от двигателя подключим к плюсу диодного моста, а красный к минусу.
Хвостовик прикручиваем саморезами на противоположный конец трубы.
Лопасти соединяем с втулкой при помощи болтов, обязательно используем по две шайбы и гровер на каждый болт.
Втулку закручиваем на вал двигателя против часовой стрелки, удерживая ось пассатижами.
Патрубок приворачиваем к маскирующему фланцу при помощи газового ключа.
Надо обязательно найти точку равновесия на трубе с закрепленным двигателем и хвостовиком. По этой точке закрепляем конструкцию на мачту.
Все металлические детали, которые могут подвергнуться коррозии желательно покрыть качественной эмалью.
Ветрогенератор для частного дома стоит установить на некотором расстоянии от основных строений, мачту обязательно закрепить растяжками из стального троса. Высота зависит от возможной силы ветра, рельефа и искусственных препятствий, окружающих электростанцию.
Электрический ток после диодного моста должен через контрольный амперметр поступать на электронную схему зарядки аккумулятора. Напрямую к такому генератору можно подключить маломощные лампы накаливания. Заряженные батареи выдают стабильное постоянное напряжение. Его рекомендуется использовать для освещения (галогенные лампы и светодиодные ленты), либо вывести на инвертор, чтобы получить 220В переменного тока и подключить любые бытовые приборы, мощность которых не превышает параметры инвертора.
Представленная фото и видео информация даст вам более наглядное представление о сборке ветрогенератора своими руками.
