Изготовление лопастей для ветрогенератора своими руками

Обслуживание и уход

Одним из главных условий безаварийной эксплуатации ветрового генератора, является надежное крепление лопастей. Сроки проверки узлов, прочность их крепления, а также надежность прочих элементов установки, регламентируются предприятием-изготовителем и отражаются в его паспорте и инструкции по эксплуатации.

Если рассматривать общие правила по обслуживанию и уходу, то они, в отношении лопастей установок, выполняются в следующей последовательности:

• Ежемесячно – проводится внешний осмотр и закрепление узлов соединения (по мере необходимости).
• Ежеквартально – подтягивание резьбовых соединений, при их наличии в данном элементе устройства (по мере необходимости).
• Раз в полгода – производится проверка на дисбаланс и выполнении балансировки, если таковая необходима.
• Раз в год – производится проверка общего состояния, выполняется ремонт и покраска (по мере необходимости).

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы: Цены на ветрогенераторы

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте , Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

Ветряки для слабого ветра

Ветроэнергетика, имевшая невысокую ценность в глазах большинства еще совсем недавно, обретает уверенный подъем и рост. Даже в условиях преобладания слабых и умеренных ветров ведутся серьезные разработки, позволяющие использовать неограниченный природный ресурс с максимальной пользой. Создаются новые, более удачные и эффективные образцы конструкции ветряков, дающие возможность предполагать скорое развитие автономных сельских усадеб.

Европейская часть континента Евразия, исключая прибрежные зоны, имеет преобладающие слабые и умеренные ветра. Использование ветряков обычных горизонтальных конструкций в большинстве регионов малоэффективно. Ресурс устройства в таких условиях используется на ничтожно малый процент, поэтому эффективность крайне низка.

При этом, менее производительные в теории вертикальные модели зачастую выигрывают у горизонтальных, так как имеют более приспособленную для слабых потоков геометрию лопастей, не нуждаются в наведении на ветер, что снижает потери.

Тем не менее, разработки в области горизонтальных роторов продолжаются. Созданы различные устройства, дающие высокие показатели на низких скоростях вращения. Основные направления исследований:

• создание генератора, дающего высокую производительность при низкой скорости вращения
• изготовление оптимальной для слабых потоков конструкции крыльчатки, способной уверенно вращаться при слабом ветре

Решение вопроса возможно только при одновременном развитии в обоих направлениях, так как ветрогенератор представляет собой комплекс оборудования, работающий в единой системе. Слабый элемент в комплексе снижает его эффективность, что вынуждает подбирать оборудования в максимальном соответствии всех узлов и деталей.

Выбор материала

Для изготовления лопастей используются различные материалы, главными требованиями, предъявляемые к ним, являются следующие:

• Прочность – способность выдерживать постоянные нагрузки, обусловленные воздействием ветровых потоков;
• Малый вес – увеличивает срок службы узлов и механизмов аппарата (подшипники, растяжки и т.д.);
• Стойкость по отношению к атмосферным явлениям (осадки, солнечный свет, температура окружающего воздуха).

Всем, выше перечисленными требованиям, соответствуют: стекловолокно, композитные материалы, пластик и легкие металлы (алюминий, титан и прочие).

Выбор материала осуществляет производитель, в соответствии с экономической целесообразностью, наличием материала на соответствующем рынке, а также трудоемкости его обработки в процессе выполнения работ.

Электростанция своими руками

В условиях удаленности от централизованной системы электроснабжения (на даче, за городом) необходимость в поиске подходящего источника электрической энергии приводит к рассмотрению вариантов постройки электростанции своими руками. Чаще всего при этом рассматриваются проекты экологических электростанций, источником энергии которых являются природные факторы. К таким электростанциям относят ветряные, солнечные и водяные. Предлагаемые в продаже подобные агрегаты, как правило, имеют слишком высокую стоимость и не всегда удовлетворяют требованиям конкретной ситуации со стороны потребителей электроэнергии.

Немаловажным минусом покупных электростанций является необходимость единовременно затратить довольно значительные денежные средства, что не всегда реализуемо. В то же время электростанция своими руками – это проект, который можно создавать постепенно, затраты на него растягиваются во времени, а результат от ее работы можно ощутить с проверкой на практических примерах

Важно понимать, что каким бы ни был источник энергии (солнце, ветер или вода), самодельная электростанция в любом случае должна иметь в своем составе аккумуляторный накопитель электрической энергии и электронную систему, управляющую работой электроэнергетического комплекса

Ветряная электростанция для дома своими руками

Для того, чтобы создать ветряную электростанцию своими руками, необходимо сконструировать ветродвигательную установку, присоединить к ней электрический генератор и подключить его выход к системе управления накоплением и расходованием электроэнергии. В качестве ветродвигательной установки чаще всего рассматривают варианты с горизонтальным и вертикальным вращением ротора ветряной электростанции. Конструктивно вариант вертикальной оси вращения ротора представляется более реализуемым из-за простоты конструкции. Она представляет собой вал, на котором крепятся параллельные ему лопасти.

Каждая лопасть – это кусок листового материала (сталь, дюралюминий, многослойная лакированная фанера и т.п.), изогнутый по дуге так, что бы получилось подобие крыла. Оно имеет прямоугольную форму и крепится к валу длинной стороной параллельно оси его вращения. На валу может быть несколько таких лопастей. В более сложных конструкциях ветровых электростанций предусматривается механизм изменения углового положения лопастей. Это позволяет регулировать воздушное сопротивление агрегата и минимизировать его в случае возникновения слишком сильного ветра (чтобы избежать разрушения конструкции).

Солнечная электростанция для дома своими руками

Конструкция самодельньной солнечной электростанции, построенной своими руками, представляет собой сочетание самодельной солнечной батареи и системы накопления и расходования электроэнергии. В такой электростанции наиболее дорогостоящей частью является набор солнечных элементов, которые необходимо поместить в защитный поддон. После соединения солнечной панели с аккумулирующей системой остается правильно установить и ориентировать фотопанели.

В некоторых конструкциях солнечных панелей для этого предусматриваются специальные стойки, позволяющие регулировать угол наклона панели и фиксировать азимутальную ее ориентацию. Это позволяет обеспечить максимальность количества получаемой электроэнергии в зависимости от положения солнца.

Водяная электростанция своими руками

БКак и в варианте ветряного энергоагрегата, в состав гидроэлектростанции входит лопастная установка, электрогенератор и конструкция, объединяющая все эти устройства в одну систему. В качестве электрогенератора можно использовать соответствующий узел от легкового или грузового автомобиля в комплексе с его электрической обвязкой.

Лопастники

Как у сказано, по классике горизонтальный ветрогенератор с лопастным ротором – наилучший. Но, во-первых, ему нужен стабильный хотя бы средней силы ветер. Во-вторых, конструкция для самодельщика таит в себе немало подводных камней, из-за чего нередко плод долгих упорных трудов в лучшем случае освещает туалет, прихожую или крыльцо, а то и оказывается способен только раскрутить самого себя.

По схемам на рис. рассмотрим подробнее; позиции:

Фиг. А:

1. лопасти ротора;
2. генератор;
3. станина генератора;
4. защитный флюгер (ураганная лопата);
5. токосъемник;
6. шасси;
7. поворотный узел;
8. рабочий флюгер;
9. мачта;
10. хомут под ванты.

Фиг. Б, вид сверху:

1. защитный флюгер;
2. рабочий флюгер;
3. регулятор натяжения пружины защитного флюгера.

Фиг. Г, токосъемник:

1. коллектор с медными неразрезными кольцевыми шинами;
2. подпружиненные меднографитовые щетки.

Итак, где нас ждут «спотыки»?

Лопасти

Профилировка и крутка лопасти ВСУ

Рассчитывать добиться мощности на валу генератора более 150-200 Вт на лопастях любого размаха, вырезанных из толстостенной пластиковой трубы, как часто советуют – надежды беспросветного дилетанта. Лопасть из трубы (если только она не настолько толстая, что используется просто как заготовка) будет иметь сегментный профиль, т.е. его верхняя, или обе поверхности будут дугами окружности.

Сегментные профили пригодны для несжимаемой среды, скажем, для подводных крыльев или лопастей гребного винта. Для газов же нужна лопасть переменного профиля и шага, для примера см. рис.; размах – 2 м. Это будет сложное и трудоемкое изделие, требующее кропотливого расчета во всеоружии теории, продувок в трубе и натурных испытаний.

Генератор

При насадке ротора прямо на его вал штатный подшипник скоро разобьется – одинаковой нагрузки на все лопасти в ветряках не бывает. Нужен промежуточный вал со специальным опорным подшипником и механическая передача от него на генератор. Для больших ветряков опорный подшипник берут самоустанавливающийся двухрядный; в лучших моделях – трехъярусный, Фиг. Д на рис. выше. Такой позволяет валу ротора не только слегка изгибаться, но и немного смещаться из стороны в сторону или вверх-вниз.

Аварийный флюгер

Принцип его работы показывает Фиг. В. Ветер, усиливаясь, давит на лопату, пружина растягивается, ротор перекашивается, обороты его падают и в конце концов он становится параллельно потоку. Вроде бы все хорошо, но – гладко было на бумаге…

Попробуйте в ветреный день удержать за ручку параллельно ветру крышку от выварки или большой кастрюли

Только осторожно – вертлявая железяка может садануть по физиономbии так, что расквасит нос, рассечет губу, а то и выбьет глаз

Плоский ветер бывает только в теоретических выкладках и, с достаточной для практики точностью, в аэродинамических трубах. Реально же ураган ветряки с ураганной лопатой корежит больше, чем вовсе беззащитные. Лучше все-таки менять исковерканные лопасти, чем делать заново все. В промышленных установках – другое дело. Там шаг лопастей, по каждой в отдельности, отслеживает и регулирует автоматика под управлением бортового компьютера. И делаются они из сверхпрочных композитов, а не из водопроводных труб.

Токосъемник

Это – регулярно обслуживаемый узел. Любой энергетик знает, что коллектор со щетками нужно чистить, смазывать, регулировать. А мачта – из водопроводной трубы. Не залезешь, раз в месяц-два придется весь ветряк валить на землю и потом опять поднимать. Сколько он протянет от такой «профилактики»?

Видео: лопастной ветрогенератор + солнечная панель для электроснабжения дачи

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.

Виды генераторов

Генератор – это основной узел любого ветряка. Он, собственно, и преобразует энергию ветра в электрическую. Видов этого устройства бывает несколько. Рассмотрим только основные различия и особенности.

В первую очередь, генераторы могут выдавать постоянный ток, и переменный. Постоянный ток выгоден тем, что его не надо выпрямлять перед подачей на аккумулятор. Переменный же ток придется не только стабилизировать, но и преобразовывать в постоянный. Какой вариант лучше выбрать? Очень просто. Генераторы постоянного тока упрощают использование выработанного электричества, а модели переменного тока – на порядок эффективнее.

Далее генераторы различаются по выдаваемому напряжению. От этого параметра зависит конфигурация оборудования, которое будет стабилизировать подаваемое на АКБ напряжение.

Следующий важный параметр – мощность. Чем мощнее генератор, тем больше потребителей он сможет обеспечить энергией. Одновременно с мощностью генератора увеличиваются размеры ветряка, в частности, его лопастей.

Сборка

Самостоятельную сборку лучше всего начинать с расчетов. Здесь проще всего отталкиваться от имеющегося генератора, точнее, от его мощности. В зависимости от этого высчитываются размеры лопастей. Все эти расчеты несложно провести в специальных программах, либо определить требуемые размеры по таблицам.

Лопасти

Простейшие лопасти для самодельного ветряка можно изготовить из канализационной трубы диаметром 150-200 мм. Рекомендуется для этих целей приобретать трубу оранжевого цвета. Такие изделия изготовлены из более прочного пластика, нежели бытовые серые.

Для домашнего ветрогенератора достаточно будет всего три лопасти. Как правило, все они изготавливаются из одной вышеописанной трубы. Для этого труба разрезается вдоль на три равных сегмента. После этого каждой заготовке по шаблону придается форма лопасти

На этом этапе важно зашлифовать (лучше – скруглить) все кромки лопастей, что положительно скажется на аэродинамических характеристиках, а также на прочности узла

Готовые лопасти крепятся на ступице. Простейший ее вариант можно изготовить из куска фанеры толщиной около 10 мм. На такой ступице все лопасти следует закрепить при помощи болтов. Чтобы соединения не раскрутились от вибраций, используются специальные шайбы-гроверы.

Флюгер

Основная роль флюгера заключается в ориентации лопастей в зависимости от направления ветра. Одновременно эта часть ветряка является несущей. Помимо направляющей пластины на флюгере крепится генератор и лопастной узел.

Для изготовления флюгера маломощного ветрогенератора можно использовать древесину. Для больших ветряков лучше применить алюминиевые трубки, уголки или профили. Они прочнее и легче древесины. Вполне подойдет и стальной прокат.

На флюгере также крепится токосъемный механизм, через который независимо от вращения ветряка вокруг своей оси будет передаваться выработанная генератором электроэнергия.

Основание и мачта

Мачта служит для установки ветряка на необходимой высоте. Как правило, для бытовых нужд вполне достаточно поднять ветрогенератор на высоту около 5 метров. Для изготовления мачты понадобится прочная стальная труба диаметром, как минимум 40 мм. При высоте больше 5 метров следует также позаботиться о дополнительном креплении мачты. Как правило, для этого используются либо растяжки, либо точки крепления к фронтону постройки.

Основание служит для установки мачты с ветряком. Может быть стационарным и шарнирным. Последний вариант выгоден тем, что позволяет в любой момент без особых усилий «уложить» ветряк на землю. Такая возможность особенно пригождается в период бури, либо во время сервисного обслуживания и ремонта ветряка.

Технологические особенности сборки ВЭУ

Из чего сделать лопасти для ветряка? Для изготовления лопастей проще всего использовать пластиковые трубы. Они достаточно просты в обработке и способны выдерживать немалые динамические нагрузки. Но для того, чтобы ветряк в процессе эксплуатации не разлетелся на куски, желательно учесть несколько важных нюансов:

• Толщину трубы. В процессе вращения несущие детали устройства испытывают большую нагрузку из-за влияния центробежной силы. Чтобы ее уменьшить желательно взять в качестве материала канализационную или газопроводную трубу с большей толщиной стенки – не менее 4 мм;
• Длину лопастей. Чем длиннее лопасть, тем большую нагрузку она испытывает. Чтобы продлить срок службы конструкции, не делайте крылья слишком длинными. Наиболее приемлемым вариантом станет крыло с длиной от 30 до 50 см;
• Количество лопастей. От количества крыльев напрямую зависит сопротивляемость ветряка воздушным массам. Чтобы увеличить его КПД, число крыльев стоит увеличить. Оптимальным вариантом станет ВЭУ с 5 или 6 крыльями.

Разметка ПВХ трубы

В качестве примера рассмотрим процесс маркировки крыльев для ВЭУ из трубы с диаметром в 10 см и толщиной стенки – 5 мм.

Генератор вертикального типа

Как разметить заготовку?

1. Чтобы правильно разметить цилиндрическую поверхность, оберните трубу листом бумаги; 2. Кромка листа станет ориентиром для формирования оси на трубе; 3. Ширина листа укажет на длину окружности; 4. Теперь сложите листок пополам, чтобы отметить половину от окружности заготовки; 5. Сложите листок четыре раза, чтобы отметить на цилиндре 4 линии для предполагаемых разрезов.

Порезка ПВХ трубы

Как разрезать ПВХ трубу? Для того, чтобы порезать заготовку лучше всего использовать электролобзик с пилкой по металлу. Порезка трубы на составные части делается следующим образом: 1. Сначала размеченную заготовку разрезают на две равные части; 2. Теперь половинки трубы также нужно разрезать пополам; 3. У основания каждой из лопастей делают прямоугольные надрезы длиной не более 5-6 см; 4. Чтобы не разрушить структурную целостность материала, в углах крыльев нужно просверлить небольшие отверстия; 5. После этого заготовленные части следует разрезать по диагонали; 6. Таким образом, у вас получатся лопасти конусного типа.

Как это сделать?

• Необходимо изготовить соединительный узел. Деталь представляет собой стальной диск с шестью металлическими лентами;
• Форма узла определяется конфигурацией самого генератора, выполняющий роль преобразователя кинетической энергии ветра в электрическую;
• Чтобы лопасти ветрогенератора не сломались и не деформировались под давлением воздушных масс, толщина стальных лент и диска должна варьироваться в пределах от 2 до 6 мм.

https://youtube.com/watch?v=I9MLnopzJQM

Балансировка колеса

После сборки ветряка необходимо осуществить балансировку ветряного колеса. Чтобы результаты были максимально достоверными, юстировать устройство стоит в закрытом помещении.

Как совершают балансировку?

1. Ветряное колесо подвешивается таким образом, чтобы его вращению ничего не препятствовало; 2. В процессе балансировки нужно следить за тем, чтобы плоскость соединительного диска была вертикальна по отношению к подвесу; 3. Теперь следует повернуть колесо на угол, который равен 360/N, где N – количество лопастей в конструкции; 4. Процедуру повторяем до полного поворота диска вокруг собственной оси; 5. Если после остановки диск приходит в движение, значит, лопасти, стремящиеся вниз, тяжелее остальных.

Как рассчитать правильно

На КПД ветрового генератора оказывает значительное влияние аэродинамические характеристики устанавливаемых на него лопастей, поэтому перед их изготовлением, производятся специальные расчеты. В результате проведения таких расчетов, изделия проверяются на соответствие полученных результатов требуемым параметрам и прочим требованиям, предъявляемым к ним.

Ветер оказывает воздействие на лопасти генератора и эта сила, или иными словами – напор, действует по направлению воздушного потока. В свою очередь, перпендикулярно к силе напора действует подъемная сила, именно которая и работает в ветровых генераторах с горизонтальной осью вращения (показано на ниже приведенной схеме).

При расчете геометрических размеров лопасти определяется ширина ее хорды и угол ее установки, на схеме β, на всей протяженности элемента устройства.

При проведении расчетов используется метод конечных элементов, суть которого заключается в том, что лопасть рассматривается как совокупность отдельных элементов, входящих в ее состав.

Сила напора ветровых потоков направлена против движения лопасти (на схеме названа «истинным ветром») и на диаграмме разложена на вектора — «скорость ветра» и «окружная скорость». Окружная скорость обеспечивает движение лопастей в плоскости вращения, при этом подъемная сила оказывает воздействие именно в этом направлении.

Сила напора и подъемная сила, определяют производительность ветрового генератора (формула приведена в разделе «Основные характеристики») и зависят от коэффициента подъемной силы, а также коэффициента лобового сопротивления. Кроме этого, данные коэффициенты, находятся в прямой зависимости от геометрического профиля лопасти и угла между линией ее хорды и направлением воздушного потока.

Линия хорды– самая длинная линия при рассмотрении ее сечения, от носка лопасти до ее задней кромки.

  Угол между линией хорды и направлением воздушного потока (набегающий поток) называется углом атаки (угол α).

Коэффициенты подъемной силы и лобового сопротивления определены экспериментальным путем и занесены в специальные журналы (атласы). График зависимости подъемной силы от угла атаки (формы лопасти), выглядит следующим образом:

Наилучшие аэродинамические показатели имеют подобные элементы, обладающие углом α (углом атаки) равным значению – 5.

Еще одним важным параметром, при расположении элементов, является угол их установки (угол β), который определяется по формуле:

где:

R – радиус наружного круга вращения;

r – радиус вращения, без учета комля и и прикомлевой части;

Z – быстроходность кончика данного элемента устройства.

Ширина лопасти (размер «b») это также важный параметр, требующий соответствующего расчета

Наиболее важной частью является наружная, что обусловлено кольцом ветра и площадью охвата, с которым эта часть устройства работает

Расчет выполняется по формуле:

где:

R – наружный радиус вращения;

r – внутренний радиус вращения, без учета комля и и прикомлевой части;

Z – быстроходность кончика.

i – количество лопастей.

Из данной формулы видно, что:

• Ширина обратно пропорциональна внутреннему радиусу ее вращения, и что, в свою очередь говорит о том, что наиболее оптимальной формой, является форма треугольника;
• Ветровой генератор с малым количеством лопастей должен иметь более широкие лопасти;
• Увеличение быстроходности снижает их ширину.

Быстроходность с показателем «5», является наиболее оптимальной, что позволяет снизить потери установки при максимальном количестве лопастей. На приведенном ниже рисунке, указано, как количество однотипных элементов, установленных на ветровом генераторе, влияет на его быстроходность:

Высокая быстроходность позволяет увеличить КПД ветровых генераторов, при этом негативными факторами, при эксплуатации подобных устройств, будут:

• Повышенный уровень производимого шума;
• Вибрация, при использовании одной или двух лопастей;
• Повышенная эрозия кромок;
• Трудности старта при малых потоках ветра.

Для снижения уровня шума кончики лопастей делают заостренной формы, а для облегчения старта, основания изготавливаются несколько шире, чем размер «b».