Лопасти для ветрогенератора: характеристики, как рассчитать, своими руками

Функционирующий ветрогенератор включает в себя генератор, 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.

Основные характеристики

Производительность ветрового генератора зависит от количества и размера лопастей, установленных на нем, что ясно видно из формулы:

N=pSV3/2, где

N – мощность воздушного потока, определяющая мощность устройства;

р – плотность воздуха;

S – площадь, ометаемая ветровым генератором;

V- скорость ветра.

Основными характеристиками этого элемента технических устройств данного типа являются:

Геометрические размеры.

В соответствии с ниже приведенной схемой:

R — радиус, определяющий ометаемую площадь устройства;

b — ширина, определяет быстроходность конкретной модели;

c — толщина, зависит от материала из которого изготавливается и конструктивных особенностей;

φ — угол установки определяет расположение плоскости вращения лопасти по отношению к своей оси;

r — радиус сечения или внутренний радиус вращения.

Механическая прочность – определяет способность элемента выдерживать нагрузки, прилагаемые к нему и зависит от материала, использованного при изготовлении и его конструкции.
Аэродинамическая эффективность – определяет способность преобразовывать поступательное движение энергии ветра во вращательное движение вала ветрового генератора.
Аэроакустичекие параметры – характеризуют уровень шума, производимого во время работы ветровой установки.

Принцип работы ветряной установки

Ветрогенератор или ветроэлектрическая установка (ВЭУ) – это устройство, которое используется в целях преобразования кинетической энергии потока ветра в механическую энергию. Полученная механическая энергия вращает ротор и преобразуется в необходимый нам электрический вид.

Принцип действия и устройство кинетического ветряка подробно описаны в статье, с которой мы рекомендуем ознакомиться.

В состав ВЭУ входят:

лопасти, образующие пропеллер,
вращающийся ротор турбины,
ось генератора и сам генератор,
инвертор, который преобразует переменный ток в постоянный, использующийся для зарядки батарей,
аккумулятор.

Суть устройства ветряных установок проста. В процессе вращения ротора образуется трехфазный переменный ток, который затем проходит через контроллер и заряжает аккумуляторную батарею постоянного тока. Дальше инвертор преобразует ток, чтобы его можно было потреблять, питая освещение, радиоприемник, телевизор, микроволновую печь и так далее.

Подробное устройство ветрогенератора с горизонтальной осью вращения позволяет хорошо представить себе, какие элементы способствуют превращению кинетической энергии в механическую, а затем в электрическую

В целом, принцип работы ветрогенератора любого типа и конструкции заключается в следующем: в процессе вращения возникает три вида силового воздействия на лопасти: тормозящее, импульсное и подъёмное.

Эта схема работы ветроустановки позволяет понять, что происходит с электроэнергией, произведенной работой ветрогенератора: часть её аккумулируется, а другая – потребляется

Две последние силы преодолевают тормозящую силу и приводят в движение маховик. На неподвижной части генератора ротор формирует магнитное поле, чтобы электрический ток пошел по проводам.

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».

Вертикальный и горизонтальный ветрогенератор

Вертикальный ветрогенератор

Можно классифицировать по роторам:

ортогональный;
дарье;
савониуса;
геликойдный;
многолопастной с направляющим аппаратом;

Вертикальные ветрогенераторы 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.

Горизонтальный ветрогенератор

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.

Виды лопастей

В зависимости от типа ветрового генератора, вид лопастей используемых в каждом конкретном случае, может меняться, но основные конструкции соответствуют следующим типам.

1.Крыльчатого вида – используются в установка с горизонтальной и вертикальной осью вращения и могут изготавливаться из жестких материалов.

2.Парусного вида, могут быть крыльчатой формы и изготавливаться с применением мягких материалов:

3.Плоские – в виде лопастей мельницы, объединяют в себе оба выше приведенных вида, и могут быть изготовлены из легкого и прочного материала (фанера, пластик и т.д.).

Изготовление статора

Как видно на фото, катушки имеют форму, похожую на вытянутую каплю воды. Это делается для того, чтобы направление движения магнитов было перпендикулярным длинным боковым участкам катушки (именно здесь индуцируется максимальная ЭДС).

Если используются круглые магниты, внутренний диаметр катушки должен примерно соответствовать диаметру магнита. Если же используются квадратные магниты, конфигурация витков катушки должна быть построена таким образом, чтобы магниты перекрывали прямые отрезки витков. Установка более длинных магнитов особого смысла не имеет, ведь максимальные значения ЭДС возникают лишь на тех участках проводника, которые расположены перпендикулярно направлению движения магнитного поля.

Изготовление статора начинается с намотки катушек. Катушки проще всего мотать по заранее заготовленному шаблону. Шаблоны бывают самыми разными: от небольших ручных приспособлений до миниатюрных самодельных станков.

Катушки каждой отдельно взятой фазы соединяются между собой последовательно: конец первой катушки соединяется с началом четвертой, конец четвертой – с началом седьмой и т. д.

Напомним, что при соединении фаз по схеме «звезда» концы обмоток (фаз) устройства соединяются в один общий узел, который будет являться нейтралью генератора. При этом три свободных провода (начало каждой фазы) подключаются к трехфазному диодному мосту.

Когда все катушки будут собраны в единую схему, можно готовить форму под заливку статора. После этого погружаем в форму всю электрическую часть и заливаем эпоксидной смолой.

Aleksei2011

Далее выкладываю фото готового статора. Заливал обычной эпоксидной смолой. Снизу и сверху стеклоткань положил. Внешний диаметр статора – 280 мм, внутреннее отверстие – 70 мм.

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.

Какая всё-таки нужна мощность?

Прежде чем покупать ветряную электростанцию, следует полностью определиться с величиной пиковой суммарной мощности, потребляемой всей бытовой техникой, приборами и электроустановками в доме, всем, что может быть включено в сеть одновременно

И тут очень важно, будет ли ВЭС использоваться как дополнительный или резервный источник энергии, либо вы желаете перевести ваше хозяйство на полностью автономное электроснабжение

В первом случае надо всего лишь знать тот минимум потребления энергии, который необходим в случае отключения внешнего электроснабжения, и покупать установку соответствующей мощности. Для полной энергетической автономности приходится приобретать ветрогенераторы повышенной мощности, которые могут обеспечить общее потребление всей домашней техники. Конечно, это недёшево, но зато вам больше не понадобится покупать электроэнергию на стороне.

Как сделать своими руками

Умея работать с различным ручным инструментом и приняв решение построить ветровой генератор своими силами, лопасти такого устройства, также можно изготовить самостоятельно. В этом случае выбор материала, используемого для изготовления, зависит от имеющегося в наличии, и это могут быть следующие варианты:

Из ПВХ трубы

В этом случае используются трубы, используемые для сетей канализации или водопровода, большого диаметра и обладающие высокой прочностью, что обусловлено их применением в сетях с избыточным давлением.

Расчет формы лопасти произвести самостоятельно довольно таки сложно, поэтому оптимальный вариант, это найти шаблон требуемого размера. Для этого можно воспользоваться специализированной литературой, журналами или интернет ресурсами, в которых приводится большое количество разнообразных по конфигурации и геометрическим размерам изделий.

По шаблону, на поверхности трубы, наносятся размеры, после чего, при помощи режущего инструмента, выполняется выпиливание лопастей, как на ниже приведенном рисунке.

Боковые грани зачищаются, удаляются заусеницы и неровности. После изготовления требуемого количества, лопасти соединяются в единый блок и помещаются на вал ветрового генератора.

Из стеклопластика

При использовании стеклопластика (стекловолокна), вначале из дерева изготавливается шаблон, по которому в дальнейшем, и изготавливаются элементы лопастей. Как правило, в этом случае, они делаются полыми, при необходимости возможна установка усиливающих лонжеронов и заполнении пустот различными компонентами.

При создании шаблона, поверхность лопасти условно делится по горизонтальной оси, после чего получается шаблон нижней и шаблон верхней частей. По изготовленному основанию (шаблону), который можно назвать матрицей, изготавливаются отдельные элементы лопасти. Для этого по матрице, с использованием эпоксидной смолы и отвердителя, наносятся несколько слоев стекловолокна, которое должно затвердеть. После застывания, внутрь поверхности изготавливаемого изделия, устанавливаются лонжероны и уплотнитель (в хвостовую часть). Уплотнитель укладывается в случае необходимости, что должно быть подтверждено соответствующим расчетом или обоснованием, приведенном в технической литературе, где был взят шаблон.

Изготовленные части соединяются между собой при помощи клея, в комлевой части, монтируется хвостовик, с помощью которого лопасть крепится к валу ветрового генератора.

При выполнении работ потребуется следующий инструмент:

Ножовки различного типа, в зависимости от используемого материала;
Ножницы по металлу или ручной электрический инструмент (лобзик, «болгарка» и т.д.);
Маркеры и чертилки, используемые для разметки изготавливаемых деталей;
Абразивные материалы: наждачная бумага, шлифовальные круги для углошлифовальной машинки, напильники – используемые для обработки поверхностей.

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.

Где купить?

Ветрогенератор и его комплектующие, это специализированный товар, который не реализуется в обычных торговых сетях, что обуславливает не широкий круг фирм его реализующий.

При возникновении потребности в приобретении комплекта лопастей или их отдельных элементов, лучше всего обратиться к фирме выпускающей подобное оборудование. При наличии и эксплуатации генератора определенной марки, следует обращаться к его производителю, что позволит избежать сложностей при монтаже, а также сохранит технические характеристики устройства и не нарушит условий его эксплуатации.

При изготовлении ветрового генератора своими силами, лопасти можно приобрести заводского производства, которые реализуются специализированными торговыми организациями и интернет-магазинами.

Какие ветряки выбирать

Ну а тем, кто живет далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, стоит приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Так как от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.

Другая категория потребителей, вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а наоборот, предпочитает самодельные ветряки от мастеров самоучек. Свои выгоды в этом тоже имеются.

В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. И практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку, если что-то пошло не так, или ее нужно подремонтировать. С этим проблем уж точно не будет.

У промышленных китайский ветряков, внешний вид конечно посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.

Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.

Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.

А закончить хотелось бы мудростью от тех пользователей, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами. Запомните, самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор!

Средние цены

Стоимость лопастей зависит от мощности ветрового генератора, на который они устанавливаются, материала из которого они изготовлены, страны и бренда производителя, а также места их приобретения.

Так стоимость комплекта лопастей для ветровых генераторов марки «Exmork» (Zonhan) производства КНР, в зависимости от мощности устройства, составляет:

Для Р=1,0 кВт – от 13000,00 рублей;
Для Р=1,5 кВт – от 22000,00 рублей;
Для Р=2,0 кВт – от 23000,00 рублей.
Для Р=3,0 кВт – от 34000,00 рублей.

Лопасти для ветрогенератора марки SWG FD2.7-500 (Китай), реализуются по цене от 7500,00 рублей.

Лопасти для генераторов типа «РВ» (Россия), в зависимости от геометрических размеров, реализуются по следующим ценам:

1,2 метра – от 4500,00 рублей;
2,6 метра – от 12000,00 рублей;
3,0 метра – от 15000,00 рублей;
4,0 метра – от 29000,00 рублей;
6,0 метров – от 75000,00 рублей;
7,5 метров – 135000,00 рублей.

Есть ли смысл вкладывать деньги в это устройство?

Да, но только в местах, где средняя (в течение года) скорость ветра составляет от 8 метров в секунду. Лопасти некоторых больших по размерам ветрогенераторов способны приходить в движение, даже если скорость ветра составляет всего 4 м/с. При этом максимальный коэффициент полезного действия достигается при скорости ветра в 12 м/с.

Мощность устройства, имеющего три лопасти, рассчитывается по следующей формуле:

— P=0,6·(¶r2)v3 где, 1. P – расчетная мощность, кВТ; 2. r – расстояние от центральной точки ротора до конца лопасти, м; 3. v – средняя скорость, м/с; 4. ¶=3,14.

Установка ветрогенераторов осуществляется в пустынных местах, долинах, в морях: везде, где со стабильным постоянством дует ветер.

Разновидности генераторов

Прежде чем решить, как сделать ветрогенератор своими руками, рассмотрим особенности конструкции:

По расположению генератора устройство может быть горизонтальным или вертикальным

Классическая конструкция — ось вращения расположена параллельно земле, плоскость лопастей — перпендикулярно. Такая схема предусматривает свободное вращение вокруг вертикальной оси, для позиционирования «по ветру».Чтобы плоскость вращения всегда занимала эффективное положения перпендикулярно направлению ветра, требуется хвостовое оперение, которое работает по принципу флюгера. Принцип действия простой: ветер меняет направление, воздействует на хвостовую плоскость, ось вращения генератора всегда расположена вдоль движения потока воздуха. Единственная сложность — подключение силовых кабелей. Если корпус генератора совершит несколько оборотов вокруг вертикальной оси, провода намотаются на мачту, и оборвутся. Поэтому требуется установка ограничителя. Он не позволяет совершить полный оборот, но приводит к зависанию) корпуса в мертвых зонах.Промышленные образцы имеют электронный регулятор слежения за направлением, и поворачивает корпус с помощью встроенного электромотора.Решить проблему можно с помощью цилиндрического пропеллера, который принимает воздушный поток как поперек, так и вдоль оси вращения. Правда, эффективность зависит от угла атаки. Чем больше ветер отклоняется от угла 90°, тем ниже КПД.Но такую конструкцию трудно сделать своими руками, из-за сложностей в аэродинамике движителя.
Оптимальный вариант — вертикальные генераторы (то есть, ось вращения вала располагается перпендикулярно земле). При таком расположении аэродинамического движителя, вы вообще не зависите от направления ветра. Вращение одинаково эффективно, и зависит только от силы потока воздуха.Форма лопастей может быть самой разной, есть простор для инженерной мысли. Существует множество интересных аэродинамических проектов, разработанных научными учреждениями. Причем чертежи большинства их них представлены в свободном доступе. Причем конструкции, опубликованные в литературе технической направленности времен СССР, порой оказываются наиболее рациональными.Роторные винты имеют неоспоримое преимущество: вертикальный генератор закреплен статично, что упрощает электрическое подключение. Нет необходимости устанавливать ограничители вращения, как в горизонтальных схемах.

По номиналу генерируемого напряжения

Ветрогенераторы, изготовленные своими руками на 220 вольт, не требуют дополнительных преобразователей величины напряжения, и являются конструкциями прямого применения. Однако их работа зависит от силы ветра. Как минимум, необходим стабилизатор на выходе, выполняющий функцию регулятора при разных оборотах вала. При отсутствии ветра, система просто не работает.Преимущества неоспоримы: как правило, используется мощный электродвигатель, на который можно устанавливать винт, непосредственно закрепив его к валу ротора. Переделки минимальны по трудозатратам, такие моторы уже имеют удобный постамент, остается лишь изготовить опорную площадку.Электродвигатели можно найти с минимальными финансовыми затратами: от любой списанной электроустановки. Например, промышленного вентилятора. Подходят и моторы от бытовой техники: стиральные машины, пылесосы.
12 вольт (реже 24 вольта). Наиболее популярная конструкция — ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора. Причем он демонтируется из автомобиля-донора в комплекте с преобразователем напряжения. Переделка схемы не требуется: на выходе мы получаем либо 14 вольт (в автомобиле таким напряжением заряжается аккумулятор), либо требуемые для питания вашей энергосистемы 12 вольт. Наличие шкива позволяет сконструировать ременную передачу с требуемым соотношением оборотов. Ответную часть также можно снять с автомобиля донора.При желании, лопасти крепятся непосредственно на вал.Такие ветрогенераторы можно использовать как для непосредственного подключения к потребителю, так и в автомобильном режиме, воспроизведя систему зарядки в комплекте с аккумулятором. Если для организации энергоснабжения требуется 12 вольт, питание берется напрямую с клемм аккумулятора. Для получения 220 вольт, используется преобразователь. Подходящий вариант — источник бесперебойного питания.Система работает следующим образом: если отбираемая мощность ниже, чем может обеспечить генератор — аккумуляторные батареи заряжаются. Если порог превышен — мощность генерируется от АКБ.

Значение процедуры

Если пренебречь расчетами нагрузки движения воздуха, можно, как говорится, на корню загубить все дело и подвергнуть опасности жизни людей.

Если с давлением снега на стены зданий обычно сложностей не возникает — нагрузку эту видно, её можно взвесить и даже потрогать — то с ветровой всё гораздо сложнее. Ее не видно, предугадать ее интуитивно очень сложно. Да, конечно, ветер какое-то воздействие на несущие конструкции оказывает, и в некоторых случаях оно бывает даже разрушительное: скручивает рекламные баннеры, заваливает заборы и каркасы стен, срывает крыши. Но как же возможно предугадать и учесть эту силу? Поддаётся ли в принципе она расчётам?

Поддаётся! Однако дело это муторное, и непрофессионалы ветровую нагрузку подсчитывать крайне не любят. Тому существует понятное объяснение: значение расчетов — дело очень ответственное и трудное, гораздо сложнее расчётов снеговой нагрузки. Если в специально посвященному этому СП снеговой нагрузке уделено всего лишь две с половиной страницы, то исчисление ветровой втрое больше! Плюс к нему приписано обязательное приложение, размещаются на 19 страницах с указанием аэродинамических коэффициентов.

Если гражданам России еще повезло с этим, то для жителей Беларуси всё ещё сложнее — документ TKP_ЕN_1991−1−4−2О09 «Ветровые воздействия», регламентирующий нормативы и расчеты, имеет объем в 120 страниц!

С Еврокодом (ЕN_1991−1−4−2О09) в масштабах постройки частного сооружения по ветровым воздействиям немногим захочется разбираться дома за чашкой чая. Профессионально интересующимся рекомендуется скачать и изучать его основательно, имея в окружении специалиста-консультанта. Иначе из-за неверного подхода и понимания последствия расчетов могут быть плачевными.

О безопасности

Вопрос безопасности использования ветрогенератора непрост. Лопасти ветряка при высоких скоростях и больших размерах способны причинить серьезные травмы, вплоть до летального исхода. Кроме того, высокие мачты опасны при возникновении сильного ветра, поскольку могут опрокинуться на жилые дома, людей, оказавшихся поблизости, причинить вред имуществу или постройкам.

При этом, большинство противников ветроэнергетики находят проблемы не там, где они есть. Существует масса утверждений о вреде устройств:

наличие шума
вибрация
мерцающая тень, способствующая нервно-психическим расстройствам
магнитный фон
помехи радио- и телевизионным приемникам
непереносимость установок животными, опасность для птиц

Большинство из этих утверждений — следствие надуманных противниками автономных источников питания аргументов. Они имеют место, но величина проблем настолько не соответствует действительности, что эти проблемы попросту не заслуживают времени на обсуждение. Если ветрогенераторы и представляют опасность, то лишь для представителей ресурсоснабжающих компаний, не желающих терять клиентов.

Тем не менее, мощные промышленные установки, использующиеся в составе крупных электростанций, способны создавать неудобства для жителей, что доказано в американском суде. Ветряки продуцировали инфразвук, вызывавший расстройства здоровья у индейцев, живших в резервации на расстоянии 200 км. Однако, учитывая размеры и мощность частного ветряка, говорить о вреде от него незачем.

С чего начать?

Ветряк своими руками, как говорилось, начинают изготавливать с поиска большой емкости. Она составит основу.

На нее наносят разметку, пользуясь маркером, т.е. делят на равные 4 части. Далее будет объясняться, как делать разрезы болгаркой. При их выполнении металл до конца разрезать нельзя.

Параллельно с изготовлением лопастей, переделывают у генератора шкив. В нем и днище исходной кастрюли необходимо просверлить отверстия, в которые вставляться будут болты.

Делают это максимально аккуратно, чтобы соблюсти симметрию. Это нужно, чтобы в ходе работы не возникал дисбаланс.

Далее, каждую лопасть отгибаем поочередно. Но делаем это с учетом направления, в котором вращаться станет генератор. Чаще она совпадает с движения стрелки часов. Угол, изгиба, определяет скорость и площадь воздействия воздушного потока.

Для присоединения аккумулятора выбирают провод диаметром 4 мм². Достаточно будет 1 метра. Такой же потребуется, чтобы подключить инвертор.

Если батарею, к примеру, использовали 75 амперную, а преобразователь 1000-ватный, ветряка своими руками хватит, чтобы работали одновременно сигнализация охранная, камеры видеонаблюдения и освещение улицы.

Три маленьких секрета

Первый секрет заключается в том, на какую высоту будет установлен самодельный ветрогенератор. Понятно, что проще смонтировать его на высоте нескольких метров от земли, но и толку от него тогда будет не особенно много. Следует учитывать, что чем выше ветрогенератор, тем сильнее ветер, быстрее крутятся его лопасти, и тем больше энергии можно получить от сделанной своими руками электростанции.

Второй секрет заключается в выборе АКБ. В интернете советуют не мудрить и ставить автомобильный аккумулятор. Да, это проще и, на первый взгляд, дешевле. Но, необходимо знать, что автомобильные аккумуляторы следует устанавливать в хорошо проветриваемом помещении, они требуют ухода, а их срок службы не превышает 3-х лет. Будет лучше приобрести специальный аккумулятор. Хотя он и стоит дороже, но это себя оправдает.

Третий секрет, какой ветрогенератор лучше подходит для изготовления своими руками — горизонтальный или вертикальный? У каждого варианта свои достоинства и недостатки. Мы рассмотрим ветрогенераторы вертикального типа, принцип работы которых показан на рис.2.

Сначала о недостатках: вертикальный ветрогенератор имеет низкий КПД по сравнению с горизонтальными моделями, на его сборку уходит больше материалов, что, соответственно, ведёт к удорожанию конструкции. С другой стороны, вертикальные ветряки могут работать при более слабом ветре, чем их горизонтальные аналоги, что компенсирует их невысокий КПД. Их не требуется поднимать на слишком большую высоту, они проще и дешевле при монтаже и установке, что сводит на нет разницу в стоимости материалов.

Немаловажным фактором является и то, что вертикальный ветрогенератор надёжнее при резких порывах ветра и ураганах, так как его устойчивость растёт с повышением скорости вращения. Кроме того, вертикальные конструкции практически бесшумны, что позволяет устанавливать их в любом месте, вплоть до крыши жилого дома. Всё вышеперечисленное ведёт к тому, что эти установки пользуются растущим спросом и выпускаются в различных модификациях, применительно к требуемой мощности и ветрам, преобладающим в определённых регионах, с чем, кстати, можно ознакомиться на видео ниже.

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.

Особенности сборки деталей

На завершающем этапе конструирования ветрогенератора нужно соединить крылья с ветряным колесом и турбиной.

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.

Источники

https://o-trubah.com/materialy/pvx-truby/lopasti-dlja-vetrogeneratora/
https://Energo.house/veter/lopasti-dlya-vetrogeneratora.html
https://pechiexpert.ru/lopasti-dlya-vetrogeneratora-01/
https://alter220.ru/veter/lopasti-dlya-vetrogeneratora.html
https://slarkenergy.ru/vetrogenerator/lopasti-svoimi-rukami.html
https://SdelaySam-SvoimiRukami.ru/6448-kak-sdelat-samye-prostye-lopasti-vetrogeneratora.html
https://vetronet.com/raschet-lopastey-dlya-vetryakov/

О безопасности

наличие шума
вибрация
мерцающая тень, способствующая нервно-психическим расстройствам
магнитный фон
помехи радио- и телевизионным приемникам
непереносимость установок животными, опасность для птиц

Мачта

Мачта, на которой крепится ветрогенератор — это один из самых важных его узлов. Она не только обеспечивает безопасность эксплуатации ветряка (нижняя точка круга, описываемого лопастями, должна быть не ближе 2 метров к земле), но и позволяет ему максимально эффективно использовать энергию ветра, поток которого вблизи от земли становится более турбулентным.

Большая высота приводит к низкой жесткости мачты ветрогенератора и делает ее прочностной расчет достаточно сложным не только для мастера-любителя, но и для инженера. Можно перечислить лишь основные моменты:

Размещайте мачту возможно дальше от дома и деревьев, затеняющих воздушный поток. Кроме того, при сильном ветре возможно падение ветрогенератора на здание либо его повреждение деревьями;
Оптимальная конструкция мачты — это ажурная сварная ферма наподобие вышек электропередач, но в изготовлении она сложна и дорога. Простейший, но достаточно эффективный вариант — это несколько параллельных труб диаметром 80-100 мм, сваренных короткими швами между собой и забетонированных на глубину не менее метра в земле. Конструкцию из одной трубы крайне желательно усилить тросовыми растяжками, которые также крепятся к залитым в бетон опорам.
Для упрощения обслуживания ветряка его мачту можно сделать переломной: в этом случае при ослаблении растяжки, идущей в направлении перелома, мачту можно будет наклонить к земле.

Рассказ об очень простом ветрогенераторе из домашнего вентилятора