Як виготовити лопаті для вітрогенератор своїми руками

Останнім часом все більшу популярність набуває використання в якості альтернативного джерела енергії вітрогенераторів, в тому числі саморобних. Вітрогенератор складається з турбіни, флюгери і вітряного колеса. Зміцнюється вся конструкція на достатній висоті над землею – на даху будівлі або спеціальній щоглі. Якщо зібрати ефективний генератор в домашніх умовах досить важко, то виготовити лопаті для вітряного колеса електрогенератора з підручних матеріалів своїми руками під силу більшості домашніх умільців.

14c568b21e452c519d1f1b3e09f586ae Як виготовити лопаті для вітрогенератор своїми руками

Саморобний вітряне колесо

Давайте розглянемо детальніше процес виготовлення лопатей вітрогенератора. Насамперед, необхідно визначитися з потужністю міні електростанції. Від цього базового показника буде залежати діаметр вітряного колеса і кількість лопатей. Залежність діаметра колеса від потребной потужності при заданому числі лопатей наведені в таблиці нижче. Дані актуальні для середньої швидкості вітру 4 м/с.

700b5222005669bd1d7ff5b9bf02ea32 Як виготовити лопаті для вітрогенератор своїми руками

Залежність діаметра колеса від потребной потужності

Як видно з таблиці, практично здійсненним власними силами є будівництво вітрогенератора потужністю приблизно до ста Ват.

Визначившись з потужністю майбутньої енергоустановки, необхідно вибрати матеріал виготовлення і профіль лопатей вітрогенератора.

Найбільш очевидним рішенням представляється лопать вітрильного типу, тобто плоский профіль на подобу «крил» вітряних млинів. Такі лопаті надзвичайно прості у виготовленні і можуть бути без праці зроблені з будь-якого достатньо міцного матеріалу – жерсті, фанери, пластику і т. д. Однак найочевидніше рішення далеко не завжди оптимальний. Справа в тому, що в обертанні вітряного колеса з лопатями вітрильного типу не задіяні аеродинамічні сили, обертання здійснюється тільки за рахунок тиску вітрового потоку. Ефективність такої конструкції вкрай низька, коефіцієнт використання енергії вітру (КВЕВ) не перевищує 0,1-0,12, тобто в енергію перетворюється не більше 10-12% енергії потоку вітру. Швидше за все, при слабкому вітрі таке колесо не зможе обертати саме себе, не кажучи вже про вироблення енергії в кількості, прийнятному для практичного використання.

Набагато більш прийнятний варіант – вітряне колесо з лопатями, так званого крильчатого профілю. Внутрішня і зовнішня сторони такої лопаті мають різну площу, завдяки чому створюється різниця тиску повітря на протилежні сторони крила. Отримана аеродинамічна сила робить використання вітрового потоку набагато більш ефективним, КВЕВ досягає 0,3-0,4.

Лопаті з ПВХ труби

Не менш важливим є вибір матеріалу для виготовлення лопатей вітрогенератора. Найпростіше виготовити лопаті вітрогенератора з пластикової труби. ПВХ труби, які можна придбати в будь-якому будівельному магазині – мабуть, самий підходящий матеріал. Необхідно використовувати труби, володіють необхідною товщиною стінки (призначені для каналізації або напірного газопроводу), інакше набігаючий потік повітря при досить сильному вітрі може зігнути лопаті, що призведе до руйнування їх про щоглу генератора.

b55ec228e7cf8a04362e75066828909a Як виготовити лопаті для вітрогенератор своїми руками

ПВХ труби з розміткою для обрізки

Слід пам’ятати, що лопать вітрогенератора відчуває чималі навантаження від відцентрової сили, тим більші, чим довше лопать. Швидкість руху кінцевої частини лопаті дволопатеве колеса побутового вітрогенератора обчислюється сотнями метрів в секунду, що можна порівняти зі швидкістю пістолетної кулі (край лопаті колеса промислового вітрогенератора може досягати надзвукових швидкостей).

Лопать з ПВХ може не витримати навантаження на розрив при настільки високих швидкостях, а полова зі швидкістю кулі шрапнель осколків становить реальну загрозу життю та здоров’ю людей. Висновок очевидний – зменшуємо довжину лопаті за рахунок збільшення кількості лопатей. Крім того, вітряне колесо з великим числом лопатей значно простіше в балансуванні і створює менше шуму.

Розглянемо виготовлення лопатей для шестилопастного вітряного колеса діаметром 2 м з ПВХ труби. Для забезпечення необхідної міцності на розрив і вигин товщина стінки труби повинна бути не менше 4 мм. Розрахунок профілю лопатей колеса вітрогенератора – складний і трудомісткий процес, що вимагає вузькоспеціальних знань, тому для майстра-аматора раціональніше буде скористатися готовим шаблоном.

b8f4f7b95199671b85a9ce89361413f8 Як виготовити лопаті для вітрогенератор своїми руками

Шаблон лопаті з ПВХ труби діаметром 160 мм

Шаблон потрібно вирізати з паперу, прикласти до стінки труби та обвести маркером. Повторити процедуру ще п’ять разів – з однієї труби повинно вийти шість лопатей. Розрізаємо електролобзиком трубу за отриманими лініях і отримуємо майже шість готових лопатей. Залишається тільки зашліфувати місця розрізів і округлити кути і краї. Це додасть вітряного колеса акуратний вигляд і знизить гучність роботи.

Для з’єднання лопатей між собою і приєднання колеса до турбіни потрібно виготовити з’єднувальний вузол, який представляє вирізаний із сталі диск з привареними або вирізаними заодно шістьма сталевими смужками. Конкретні розміри і конфігурація з’єднувального вузла залежать від генератора чи двигуна постійного струму, який буде служити серцем вітряної міні електростанції. Зазначимо лише, що сталь, з якої виготовляється з’єднувальний вузол, повинна бути достатньої товщини, для того, щоб колесо не гнулося під натиском вітру.

Лопаті з алюмінію

Іншим варіантом лопатей вітряного колеса побутового вітрогенератора є лопаті з алюмінію. Такі лопаті володіють кращими характеристиками міцності щодо лопатей з ПВХ як на розтяг, так і на вигин. Однак такі лопаті володіють більшою масою, що висуває додаткові вимоги до міцності конструкції в цілому. Також більш точної повинна бути балансування колеса.

47b348e76a4757c7a2484042c5b64004 Як виготовити лопаті для вітрогенератор своїми руками

Параметри алюмінієвої лопаті для шестилопастного вітряного колеса

Спочатку, за заданими розмірами виготовляється лекало з фанери. За лекалом з алюмінієвого листа вирізається шість заготовок майбутніх лопатей. Заготівля прокочується в жолоб глибиною 10 мм таким чином, щоб вісь прокрутки становила кут 10 градусів з поздовжньою віссю заготовки. Це робиться для додання лопаті потрібних аеродинамічних характеристик. До внутрішнього торця лопаті приварюється кріпильна втулка з нарізаною різьбою

Конструкція з’єднувального вузла колеса з алюмінієвими лопатями дещо відрізняється від аналогічного вузла колеса з ПВХ. До сталевого диска приварюються не смужки, а шпильки у вигляді відрізків сталевого стержня з різьбою, відповідної різьбі втулок.

Лопаті з скловолокна

08f90e68dac728a9952b267ce73d1fdb Як виготовити лопаті для вітрогенератор своїми руками

Шаблони матриці лопаті вітряного колеса діаметром 2 метри

Найбільш досконалими як по відношенню міцність/маса, так і по аеродинамічним характеристикам є лопаті для вітряного колеса, виготовлені з скловолокна, точніше з витканій зі скловолокна склотканини. Але слід врахувати, що виготовлення таких лопатей є найбільш трудомістким з наведених варіантів, вимагає особливих навичок і досвіду роботи з деревом та склотканиною.

Найскладнішим етапом складання склопластикових лопатей є виготовлення дерев’яної матриці. Матриця являє готовий прообраз майбутньої лопаті, виточується з дерев’яного бруса по шаблонах.

Після того, як матриця готова, можна приступати до виготовлення лопатей. Кожна лопать буде складатися з двох половинок. Спочатку матрицю необхідно ретельно натерти воском. Потім з одного боку матриці наноситься шар епоксидної смоли, на який укладається аркуш склотканини. Далі відразу ж, не чекаючи застигання, наноситься знову шар епоксидної смоли, і знову шар склотканини. Таким чином наносяться 3-4 пари шарів. Не знімаючи з матриці, залишаємо отриману шарову конструкцію висихати близько доби. Після висихання ми отримали половину майбутньої лопаті. Операція повторюється з іншого боку матриці.

Половинки лопатей склеюються між собою епоксидною смолою, у внутрішній торець вклеюється дерев’яна пробка, яка буде служити для зміцнення лопаті до маточини колеса. В пробку врізається втулка з різьбленням. Маточиною служить з’єднувальний вузол, аналогічний тому, який ми розглядали в попередньому прикладі.

Балансування вітряного колеса

Після того, як лопаті для вітрогенератора зроблені, необхідно зібрати колесо і провести його балансування. Балансування вітряного колеса проводиться в закритому, досить просторому приміщенні. Важливо, щоб повітря в приміщенні, яке буде служити балансувальним «полігоном» був досить нерухомий: рух колеса під дією руху повітря може вплинути на результати балансування.

8a67aaab0a47c660855035d65b77acc9 Як виготовити лопаті для вітрогенератор своїми руками

Стенд для балансування лопатей

Балансування вітряного колеса проводиться наступним чином. Колесо підвішується в робоче положення на достатній висоті так, щоб нічого не перешкоджало вільному обертанню колеса. Площина з’єднувального вузла колеса була строго паралельна вертикальному підвісу. Зупиняємо колесо до повної нерухомості і відпускаємо. Колесо повинно залишитися нерухомим. Проворачиваем колесо вручну приблизно на кут, рівний 360/число лопатей, зупиняємо, відпускаємо і знову повторюємо спостереження. Повторюємо до повного повороту колеса навколо своєї осі. Якщо зупинене і відпущений колесо починає мимовільно обертатися, отже, та частина колеса, яка прагне вниз, важче. Потрібно полегшити його, сточив край однієї з лопатей.

Інше випробування на тому ж стенді покаже, чи всі лопаті «укладаються» в площину обертання колеса. Для цього колесо повністю зупиняється і з двох сторін однієї з лопатей поміщаються дві не перешкоджають обертанню планки на відстані 2 мм від лопаті. При обертанні колеса лопаті не повинні зачіпати контрольні планки.

Як ви могли переконатися, нічого нездійсненного в власноручного збірці вітряного колеса немає. Сподіваюся, поради з цієї статті були вам корисні. Пробуйте різні варіанти, експериментуйте, і все у вас вийде. Удачі!

Оцініть статтю
Довідник корисних порад