Как да направите перки за ветрогенератор със собствени ръце: примери за самостоятелно изработване на перки за вятърна турбина

Използването на алтернативни енергийни източници е един от основните тенденции на нашето време. Чистата и достъпна енергия на вятъра може да се преобразува в електричество дори във вашия дом, ако построите вятърна турбина и я свържете с генератор.

Можете да изработите лопатки за вятърен генератор със собствени ръце от обикновени материали, без да използвате специално оборудване. Ще ви разкажем коя форма на лопатките е по-ефективна и ще ви помогнем да изберете подходящ чертеж за вятърна електроцентрала.

Как работи обикновен вятърен генератор?

Вятърният генератор – устройство, което позволява да се преобразува енергията на вятъра в електричество.

Принципът му на работа се състои в това, че вятърът върти лопатките, задвижва вала, по който въртенето се подва на генератора през редуктор, който увеличава скоростта.

Работата на вятърната електроцентрала се оценява чрез КИЕВ – коефициента на използване на енергията на вятъра. Когато вятърното колело се върти бързо, то взаимодейства с повече вятър, а следователно отнема от него по-голямо количество енергия.

Разделят се два основни вида вятърни генератори:

• вертикални;
• хоризонтални.

Вертикално ориентираните модели са изградени така, че оста на перката да бъде разположена перпендикулярно на земята. По този начин всяко движение на въздушните маси, независимо от посоката, привежда конструкцията в движение.

Такава универсалност е предимство на този тип вятърни турбини, но те губят спрямо хоризонталните модели по производителност и ефективност на работа.

Хоризонталният вятърен генератор напомня ветропоказател. За да се въртят лопатките, конструкцията трябва да бъде обърната в нужната посока, в зависимост от посоката на движение на въздуха.

За контрол и улавяне на промените в посоката на вятъра се инсталират специални устройства. КПД при такова разположение на перката е значително по-висок, отколкото при вертикална ориентация. В битово приложение е по-рационално да се използват вятърни генератори от тоз и тип.

Коя форма на лопатката е оптимална?

Един от основните елементи на вятърния генератор е комплектът от лопатки.

Съществуват редица фактори, свързани с тези части, които влияят на ефективността на вятърния генератор:

• тегло;
• размер;
• форма;
• материал;
• количество.

Ако сте решили да конструирате лопатки за сомоделен вятърен генератор, непременно трябва да вземете предвид всички тези параметри. Някои сматат, че колкото по-вече крила има на витлото на генератора, толкова по-вече вятърна енергия моа да се получи. С други думи, колкото по-вече, толкова по-добре.

Това обаче далеч не е така. Всяка отделна част се движи, преодолявайки съпротивлението на въздуха. По този начин голям брой лопатки на витлото изисква по-голяма сила на вятъра, за да направи един оборот.

Освен това, твърде много широки крила могат да станат причина за образуване на така наречената «въздушна шапка» пред витлото, когато въздушният поток не преминава през вятърния генератор, а го заобикаля.

Формата има голямо значение. От нея зависи скоростта на движение на витлото. Лошото обтичане става причина за възникване на вихри, които забавят вятърното колело.

Най-ефективен е еднолопастният вятърен генератор. Но да го построите и балансирате със собствените си ръце е много трудно. Конструкцията се оказва ненадеждна, макар и с висок коефициент на полезно действие. По опит на много потребители и производители на вятърни генератори, най-оптималният модел е трилопастният.

Теглото на лопатката зависи от нейния размер и материала, от който ще бъде изработена. Размерът трябва да се подбира внимателно, като се ръководите от формули за изчисления. Краищата е по-добре да се обработват така, че от едната страна да има закръгление, а противоположната страна да бъде остра.

Правилно подбраната форма на лопатката за вятърния генератор е основа за неговата добра работа.

За домашно изработване подхождат следните варианти:

• от платноходен тип;
• от тип лопатка.

Лопатките от платноходен тип представляват прости широки ленти, като на вятърната мелница. Този модел е най-очевиден и прост за изработване. Въпреки това, неговият КПД е толкова малък, че тази форма практически не се използва в съвременните вятърни генератори. Коефициентът на полезно действие в този случай е около 10-12%.

Много по-ефективна форма са лопатките с крилен профил. Тук се използват принципите на аеродинамиката, които издигат във въздуха огромни самолети. Винт с такава форма се задвижва по-лесно и се върти по-бързо. Обтичането от въздуха значително намалява съпротивлението, което среща вятърната турбина по пътя си.

Правилният профил трябва да наподобява крило на самолет. От едната страна лопатката има удебеляване, а от другата – полегат спуск. Въздушните маси обтичат детайл с такава форма много плавно.

Коефициентът на полезно действие (КПД) на този модел достига стойност от 30-35%. Добрата новина е, че можете да построите криловидна лопатка и със собствените си ръце, като използвате минимум инструменти. Всички основни изчисления и чертежи могат лесно да се адаптират към вашата вятърна турбина и да използвате безплатна и чиста енергия от вятъра без ограничения.

От какво се правят лопатките в домашни условия?

Материалите, които са подходящи за изграждане на вятърен генератор, са преди всичко пластмаса, леки метали, дърво и модерно решение – стъклотъкан. Основният въпрос е колко труд и време сте готови да вложите в изработката на вятърната турбина.

Канализационни тръби от поливинилхлорид

Най-популярният и широко разпространен материал за изработване на пластмасови лопатки за вятърен генератор е обикновена канализационна PVC тръба. За повечето домашни генератори с диаметър на винта до 2 m е достатъчна тръба с диаметър 160 mm.

Към предимствата на този метод спадат:

• ниска цена;
• достъпност във всеки регион;
• простота на работа;
• голямо количество схеми и чертежи в интернет, голям опит в използването.

Тръбите биват различни. Това е известно не само на тези, които изработват самоделни вятърни електроцентрали, но и на всички, които са се сблъсквали с монтаж на канализация или водопровод. Те се различават по дебелина, състав, производител. Тръбата струва евтино, така че не е необходимо да се опитвате да още повече да поевтините своята вятърна турбина, като пестите от PVC тръби.

Некачественият материал на пластмасовите тръби може да доведе до това лопатките да се напукат още при първото изпитване и цялата работа да бъде свършена напразно.

Първо трябва да се определите с шаблона. Вариантите са много, всяка форма има своите недостатъци и предимства. Вероятно има смисъл първо да експериментирате, преди да изрежете окончателния вариант.

Тъй като цената на тръбите е ниска и можете да ги намерите във всеки строителен магазин, този материал е отличен за първите стъпки в моделирането на лопатки. Ако нещо се обърка, винаги можете да купите още една тръба и да опитате отначало, портфейлът няма да пострада много от подобни експерименти.

Опитните потребители на вятърна енергия забелязаха, че за направата на лопатки за ветрогенератор е по-добре да се използват оранжеви, а не сиви тръби. Те по-добре запазват формата си, не се извиват след оформяне на крилото и издържат по-дълго.

Конструкторите-любители предпочитат PVC, тъй като по време на изпитванията счупената лопатка може да бъде заменена с нова, изработена за 15 минути на самото място при наличие на подходящ шаблон. Просто и бързо, а най-важното – достъпно.

Фото-инструкция за изработване на лопатки за вятърна мелница от полимерни тръби ще помогне визуално да усвоите стъпките и последователността на процеса:

Всички подготвителни стъпки са изпълнени, сега лопатките трябва да се присъединят към въртящата се по посока на вятъра част:

Алуминий – тънък, лек и скъп

Алуминият е лек и здрав метал. Традиционно се използва за изработване на лопатки за вятърни генератори. Благодарение на малкото тегло, ако се придаде на пластината нужната форма, аеродинамичните свойства на винта ще бъдат отлични.

Основните натоварвания, които изпитва вятърният генератор по време на въртене, са насочени към огъване и разкъсване на лопатката. Ако пластмасата при такава работа бързо се напука и излезе от строя, на алуминиевия винт можете да разчитате много по-дълго.

Обаче ако се сравнят алуминият и PVC тръбите, металните пластини така или иначе ще бъдат по-тежки. При висока скорост на въртене има голям риск да се повреди не самата лопатка, а винтът в мястото на закрепване.

Още един минус на детайлите от алуминий е сложността на изработката. Ако PVC тръбата има извивка, която ще бъде използвана за придаване на аеродинамични свойства на лопатката, то алуминият обикновено се взема под формата на лист.

След изрязване на детайла по шаблон, което само по себе си е много по-сложно от работата с пластмаса, получената заготовка още ще трябва да се валцува и да се придаде правилната извивка. В домашни условия и без инструмент това няма да е толкова лесно.

Вместо скъпия алуминий можете да използвате остатъци от покривна ламарина или парчета профилиран лист, останали след полагането:

Фибростъкло или стъклотъкан – за професионалисти

Ако сте решили да подходите към въпроса за създаването на перка съзнателно и сте готови да отделите много усилия и нерви, подходящо е стъкловлакното. Ако преди това не сте имали работа с вятърни генератори, да започнете запознанството с моделиране на вятърна мелница от стъклотъкан не е най-добрата идея. В крайна сметка този процес изисква опит и практически умения.

Перка от няколко слоя стъклотъкан, закрепени с епоксидно лепило, ще бъде здрава, лека и надеждна. При голяма площ на повърхността, детайлът става кух и практически безтегловен.

За изработката се взема стъклотъкан – тънък и здрав материал, който се произвежда на рула. Освен стъкловлакно ще е необходимо и епоксидно лепило за закрепване на слоевете.

Работата започва със създаване на матрица. Това е заготовка, която представлява форма за бъдещия детайл.

Матрицата може да бъде изработена от дърво: греда, дъска или труп. Направо от масива се изсича обемният силует на половината перка. Друг вариант – форма от пластмаса.

Да направите заготовка самостоятелно е много трудно, трябва да имате пред очите си готов модел на перка от дърво или друг материал, и едва след това по този модел се изрязва матрица за детайла. Такива матрици са необходими поне 2. Но след като веднъж създадете успешна форма, тя може да се използва многократно и по този начин да се построи не само един вятърен генератор.

Дъното на формата се намазва внимателно с восък. Това се прави, за да може готовата перка лесно да се извади впоследствие. Поставя се слой стъкловлакно, намазва се с епоксидно лепило. Процесът се повтаря няколко пъти, докато заготовката не достигне необходимата дебелина.

След това лепилото трябва да изсъхне. Някои препоръчват да поставите формата във вакуумен пакет и да изпомпате въздуха. Така лепилото прониква по-добре във всички слоеве стъклотъкан, без да оставя непропити участъци.

Когато епоксидното лепило изсъхне, половината от детайла внимателно се изважда от матрицата. Същото се прави и с втората половина. Частите се залепват една за друга, за да се получи кух обемен детайл. Лека, здрава, с правилна аеродинамична форма лопатка от стъкловлакно – връх в майсторството на домашния любител на вятърни електроцентрали.

Основният ѝ недостатък е сложността на реализацията на идеята и голямото количество брак в началото, докато не се получи идеална матрица и алгоритъмът на създаване не бъде изпипан.

Евтино и сърдито: дървена част за вятърно колело

Дървената лопатка – дядовски метод, който лесно се осъществява, но е малоефективен при днешното ниво на потребление на електроенергия. Детайлът може да се направи от цяла дъска от леки дървесни видове, например бор. Важно е да се подбере добре изсушена дървена заготовка.

Ако дървото е влажно, по време на изсъхване винтът може да се “изкриви” и да се деформира. Освен това теглото на влажното дърво е значително по-голямо от това на сухото.

Трябва да се избере подходяща форма, но да се вземе предвид фактът, че дървената лопатка няма да бъде тънка плоча, като алуминиевата или пластмасовата, а обемна конструкция. Затова не е достатъчно да се придаде форма на заготовката, трябва да се разбират принципите на аеродинамиката и да се представят очертанията на лопатката във всичките три измерения.

Ще трябва да придадете окончателния вид на дървото с ренде, за предпочитане електрическо. За дълготрайност дървесината се обработва с антисептичен защитен лак или боя.

Основният недостатък на такава конструкция е голямото тегло на винта. За да се премести тази махина, вятърът трябва да е достатъчно силен, което по принцип е трудноосъществимо. Въпреки това дървото е достъпен материал. Дъски, подходящи за изработка на винт за вятърен генератор, могат да се намерят направо в собствения ви двор, без да похарчите нито стотинка. И това е основното предимство на дървесината в този случай.

Коефициентът на полезно действие на дървената лопатка клони към нула. По принцип времето и усилията, които се изразходват за създаването на такъв вятърняк, не си струват получения резултат, изразен във ватове. Въпреки това, като учебен модел или пробен екземпляр, дървеният детайл напълно има право на съществуване. Освен това, ветропоказател с дървени лопатки изглежда ефектно на участъка.

Следващата подборка от снимки ще ви запознае със стъпките на изработка на вятърняк с лопатки, изрязани от шперплат:

Работната част е готова и проверена за работоспособност, значи остава само да я боядисаме и прикрепим към мачтата:

Чертежи и примери на лопатки

Да направите правилно изчисление на винта на ветрогенератора, без да знаете основните параметри, които се отразяват във формулата, както и без да имате представа как тези параметри влияят на работата на ветрогенератора, е много трудно.

По-добре да не губите времето си, ако нямате желание да навлизате в основите на аеродинамиката. Готовите чертежи-схеми с зададени показатели ще ви помогнат да изберете подходяща лопатка за вятърната електростанция.

Чертеж на лопатка за двулопатков винт. Изготвя се от канализационна тръба с диаметър 110. Диаметърът на винта на ветрогенератора в тези изчисления е 1 м

Подобен малък ветрогенератор не може да ви осигури висока мощност. Най-вероятно трудно ще успеете да изстискате от тази конструкция повече от 50 W. Въпреки това двулопатковият винт от лека и тънка ПВХ-тръба ще даде висока скорост на въртене и ще осигури работа на ветрогенератора дори при слаб вятър.

Чертеж на лопатка за трилопатков винт на вятърен генератор от тръба с диаметър 160 mm. Изчислената скорост на въртене в този вариант е 5 при вятър 5 m/s.

Трилопатков винт с такава форма може да бъде използван за по-мощни агрегати, около 150 W при 12 V. Диаметърът на целия винт в този модел достига 1,5 m. Вятърното колело ще се върти бързо и лесно ще се задвижва. Ветрогенератор с три крила се среща най-често в домашните електроцентрали.

Чертеж на самоделна лопатка за 5-лопатков винт на вятърен генератор. Изработва се от ПВХ тръба с диаметър 160 mm. Изчислената скорост на въртене – 4

Такъв петлопатков винт ще може да издава до 225 оборота в минута при изчислена скорост на вятъра 5 m/s. За да се построи лопатка по предложените чертежи, трябва да се пренесат координатите на всяка точка от колоните «Координати на калъпа фронт/тил» върху повърхността на пластмасова канализационна тръба.

По предложената по-долу таблица може да се изчисли диаметърът на ветрогенератора с 2-16 лопатки. При това може да се подбира размер, като се вземе предвид желаната мощност на изхода.

От таблицата се вижда, че колкото повече са крилата на ветрогенератора, толкова по-малка трябва да бъде дължината им за получаване на ток с еднаква мощност.

Както показва практиката, обслужването на ветрогенератор с диаметър над 2 метра е доста сложно. Ако в съответствие с таблицата имате нужда от ветрогенератор с по-голям размер, помислете за увеличаване на броя на лопатките.

С правилата и принципите на изчисляване на ветрогенератора ще Ви запознае статия, в която стъпка по стъпка е изложен процесът на извършване на изчисленията.

Извършване на балансиране на вятърната турбина

Балансирането на лопатките на ветрогенератора ще помогне да се направи работата му максимално ефективна. За осъществяване на балансирането трябва да се намери помещение, в което няма вятър или течение. Разбира се, за вятърно колело с диаметър над 2 m да се намери такова помещение ще бъде трудно.

Лопатките се сглобяват в готова конструкция и се монтират в работно положение. Оста трябва да бъде разположена строго хоризонтално, по нивелир. Равнината, в която ще се върти винтът, трябва да бъде изложена строго вертикално, перпендикулярно на оста и на нивото на земята.

Винтът, който не се движи, трябва да се завърти на 360/х градуса, където х = броят на лопатките. В идеалния случай балансираният ветрогенератор няма да се отклонява нито на 1 градус, а ще остане неподвижен. Ако лопатката се е завъртяла под собственото си тегло, трябва леко да се коригира, да се намали теглото от едната страна, да се отстрани отклонението от оста.

Процесът се повтаря, докато винтът не стане абсолютно неподвижен във всяко положение. Важно е по време на балансирането да няма вятър. Това може да изкриви резултатите от изпитванията.

Също така е важно да се контролира, че всички части се въртят строго в една равнина. За проверка на разстояние 2 мм от двете страни на една от лопатките се поставят контролни пластини. По време на движение никоя част от винта не трябва да докосва пластината.

За експлоатация на вятърния генератор с изработените лопатки ще е необходимо да се сглоби система, която акумулира получената енергия, съхранява я и я предава на потребителя. Един от компонентите на системата е контролерът. За това как да направите контролер за вятърна мелница, ще научите, като се запознаете с препоръчаната от нас статия.

Изводи и полезно видео по темата

Да построите вятърна мелница със собствените си ръце от подръчни материали е напълно възможно. Ако започнете с по-прости модели, то и първият опит вероятно ще бъде успешен. С опит се заемайте с по-сложни проекти, за да получите максимално ефективен и мощен вятърен генератор.

Видео #1. Как да направите вятърна мелница от PVC тръби:

Видео #2. Вятърен генератор със собствените си ръце:

Видео #3. Вятърна мелница от поцинкована стомана:

Ако искате да използвате чиста и безопасна енергия на вятъра за битови нужди и не планирате да харчите огромни пари за закупуване на скъпо оборудване, самоделните лопатки от обикновени материали ще бъдат подходяща идея. Не се страхувайте от експерименти и ще успеете още повече да усъвършенствате съществуващите модели на винтовете на вятърната мелница.

Искате ли да разкажете как сте направили лопатки за вятърна мелница, която захранва с електричество вилата? Желаете ли да споделите полезна информация с посетителите на сайта или да зададете въпрос? Пишете, моля, коментари в разположения по-долу блок.