Самостоятельное изготовление лопастей для ветряка: пошаговое руководство

Альтернативные источники энергии становятся все более актуальными. Чистая и доступная энергия, получаемая из ветра, может быть преобразована в электроэнергию прямо у вас на участке, если создать ветрогенератор и подключить его к генератору.

Вы можете изготовить лопасти для ветрогенератора самостоятельно, используя распространенные материалы и без необходимости в специальном оборудовании. Мы расскажем о наиболее эффективных формах лопастей и поможем вам выбрать соответствующий чертеж для вашей ветровой электростанции.

Как функционирует простой ветрогенератор?

Ветрогенератор — это устройство, способствующее преобразованию энергии ветра в электрическую.

Принцип работы заключается в том, что ветер вращает лопасти, которые приводят в движение вал. Ротация передается к генератору через редуктор, что увеличивает скорость вращения.

Эффективность работы ветряной электростанции измеряется через КИЭВ — коэффициент использования энергии ветра. Когда лопасти вращаются с высокой скоростью, они взаимодействуют с большим объемом ветра, что позволяет извлекать больше энергии.

Выделяются два основных типа ветряных генераторов:

Вертикально ориентированные конструкции имеют ось пропеллера, установленную перпендикулярно земле. Это позволяет им реагировать на любые изменения в направлении воздушных масс.

Несомненное преимущество такой конструкции — универсальность, однако она уступает горизонтальным моделям по производительности и эффективности.

Горизонтальный ветрогенератор напоминает флюгер. Для корректного вращения его лопастей необходимо, чтобы устройство было направлено по ветру.

Для отслеживания изменений направления ветра устанавливаются специальные приборы. КПД при этом значительно выше, чем при вертикальных конструкциях. В быту более рационально применять именно горизонтальные ветрогенераторы.

Какой конфигурации лопасти будут наиболее эффективными?

Одним из ключевых элементов ветрогенератора являются лопасти.

На эффективность работы ветряков влияют ряд факторов, таких как:

• вес;
• размера;
• конфигурация;
• материалы;
• количество лопастей.

Если вы решили самостоятельно изготовить лопасти для своего ветряка, важно учитывать все вышеперечисленные параметры. Некоторым кажется, что чем больше лопастей на винте, тем больше энергии удастся усвоить, однако это не соответствует действительности.

Каждая лопасть движется, преодолевая сопротивление воздуха, и, следовательно, большое количество лопастей увеличивает потребность в силе ветра для совершения одного оборота.

Форма лопастей должна быть адаптирована в зависимости от ветровой активности и местной аэродинамики.

В регионах с интенсивным ветром лопасти могут быть выполнены в виде прямых или слегка изогнутых элементов, в то время как в зонах с низкой ветровой нагрузкой потребуется специальная форма для оптимизации работы. Это может быть конструкция с парными крыльями или турбина.

Если ветрогенератор запускается надежно и работает стабильно, сложная форма лопастей может быть не обязательной.

Тем не менее, если лопастей будет слишком много и они будут широкими, это может привести к образованию так называемой «воздушной шапки» перед винтом, когда воздушные потоки обходят ветряк, а не проходят через него.

Поэтому форма играет ведущую роль. Она определяет скорость вращения лопастей. Некачественное обтекание приводит к образованию вихрей, которые замедляют работу устройства.

Однолопастной ветрогенератор демонстрирует высокий КПД, однако его трудно самостоятельно создать и сбалансировать. Конструкция получается ненадежной, хотя эффективность высока. По мнению многих экспертов, наиболее оптимальной является модель с тремя лопастями.

Вес лопасти зависит от ее размеров и используемого материала, и необходимо тщательно подбирать размеры, основываясь на формулах расчета. Кромки желательно обработать так, чтобы одна сторона была закругленной, а противоположная — острой.

Правильно сформированная лопасть — это залог успешной работы ветрогенератора.

Самостоятельное изготовление возможно с использованием следующих типов лопастей:

• парусного типа;
• крыльчатого типа.

Лопасти парусного типа представляют собой широкие полосы, аналогичные тем, что используются в ветряных мельницах. Эта модель проста в изготовлении, однако ее эффективность крайне низка и составляет около 10-12%. Поэтому она практически не применяется в современных ветрогенераторах.

Более эффективны лопасти крыльчатого профиля, основанные на принципах аэродинамики. Такой тип лопастей легче вращается и обеспечивает меньшую сопротивляемость ветру. Правильный профиль напоминает крыло самолета: одна сторона утолщена, а другая — пологая. Воздушные массы легко обтекают такую форму.

КПД крыльчатых лопастей может достигать 30-35%. Хорошая новость заключается в том, что сконструировать такие лопасти можно самостоятельно, используя минимум инструментов. Все основные расчеты и схемы можно адаптировать для вашего ветряка, чтобы неограниченно использовать чистую энергию ветра.

Из каких материалов лучше всего изготавливать лопасти в домашних условиях?

Подходящими материалами для постройки ветрогенератора являются, прежде всего, пластик, легкие металлы, древесина и современные композиты, такие как стеклоткань. Главное — это решить, сколько времени и усилий вы готовы вложить в процесс создания ветряка.

Наиболее прочным и способным выдерживать ветровые нагрузки материалом является листовой металл. Он легко поддается сгибанию для получения аэродинамичной формы.

Полимерные трубы являются самым недорогим и практичным вариантом. Они легко режутся и сверлятся, но могут быстро потерять свою жесткость, при этом их замена абсолютно не будет проблемой.

Работа с фанерой, ОСП и МДФ не вызывает затруднений, но стоит помнить, что под воздействием внешних факторов такие лопасти могут стать непригодными со временем.

ПВХ канализационные трубы

Наиболее популярным материалом для пластиковых лопастей ветрогенератора являются обычные канализационные ПВХ-трубы. Для большинства домашних генераторов с диаметром винта до 2 метров подойдет труба диаметром 160 мм.

Преимущества данного метода включают:

• низкую стоимость;
• доступность в любом регионе;
• простоту в работе;
• множество схем и чертежей в интернете, а также обширный опыт применения.

Трубы разнообразны по товщине, составу и производителю. Их невысокая цена позволяет не экономить на их качестве, чтобы избежать неудач при тестировании и предотвратить поломку лопастей.

Проблемы с подбором качественного материала могут привести к трещинам лопастей, что сведет на нет всю проделанную работу.

Сначала стоит определиться с шаблоном. Существует множество вариантов, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы. Возможно, имеет смысл поэкспериментировать перед тем, как создавать окончательный вариант.

Поскольку цена на трубы невысокая и их легко найти в магазине строительных материалов, этот материал отличный для первых шагов в создании лопастей. Если что-то пойдет не так, не будет проблемой приобрести еще одну трубу и повторить попытку, не обременяя сильно свой бюджет.

Опытные пользователи рекомендуют использовать оранжевые, а не серые трубы, так как они лучше держат форму и дольше служат.

Мастера предпочитают ПВХ, поскольку в случае поломки лопастей на месте можно быстро изготовить новые в течение 15 минут, используя подходящий шаблон. Это просто и быстро, а главное – доступно.

Подробный фото-гид по созданию лопастей из полимерных труб поможет вам поэтапно понять процесс:

Сначала переносим заранее подготовленный шаблон на обрезки полимерных труб, оставшиеся от системы.

По обозначенным линиям вырезаем лопасти, начиная с продольных линий и далее поперечных.

На широкой стороне лопастей размечаем выступ для крепления их к вращающему диску.

Выкраиваем выступы на всех лопастях с помощью болгарки, после чего зачищаем края от заусенцев с помощью мелкой наждачной бумаги.

Поскольку длинные монтажные пластины не будут нужны, сгибаем их пополам, чтобы получить две части.

Затем с помощью болгарки или электропилы разрезаем согнутую монтажную пластину вдоль сгиба.

После резки, используя молоток и деревянный брусок в качестве подложки, выравниваем металлические пластины.

Обрезанные края металлических пластин обрабатываем наждачной бумагой, чтобы избежать повреждений во время сборки.

Шаг 1: Размаркировка контура лопастей ветряка. Шаг 2: Раскрой лопастей с помощью болгарки. Шаг 3: Разметка выступа для крепления. Шаг 4: Вырезание выступа и снятие заусенцев. Шаг 5: Подготовка металлических пластин. Шаг 6: Разделение монтажной пластины на две части. Шаг 7: Выравнивание разрезанных пластин. Шаг 8: Зачистка обрезанной части наждачкой.

Все предварительные этапы завершены, и теперь нужно соединить лопасти с вращающейся частью.

Галерея изображений

Прикладываем к выступу на лопасти обрезанную монтажную пластину и отмечаем через отверстия точки крепления.

Сверлим отверстия для установки крепежа, подставив под лопасть кусок доски или бруска. Рекомендуется использовать сверло чуть меньшего диаметра, чем диаметр шурупа.

После сверления аккуратно удаляем полимерную стружку из отверстий, стараясь не увеличить размер гнезд для крепления.

На металлическом диске отмечаем центр, куда будет установлен анкерный болт, и рисуем равносторонний треугольник, чьи углы обозначат местоположение монтажной пластины.

Приклеиваем пластины к диску, устанавливая их в вершинах треугольника, что упростит процесс сварки.

В середине диска привариваем гайку для анкерного болта, а приклеенные пластины соединяем выпуклым швом.

После чего прикручиваем лопасти, вырезанные из труб, к сваренной детали, располагая их так, чтобы все изгибы были направлены в одну сторону.

На каждый шуруп с обратной стороны накручиваем гайку, а для предотвращения самопроизвольного раскручивания рекомендуется дополнительно закрепить их пайкой или сваркой.

Шаг 9: Разметка точек для крепления. Шаг 10: Сверление отверстий для крепежа. Шаг 11: Подготовка отверстий к сборке. Шаг 12: Разметка диска для установки лопастей. Шаг 13: Приклеивание пластин перед сваркой. Шаг 14: Подготовка вращающегося диска к сборке. Шаг 15: Крепление пластиковых лопастей. Шаг 16: Закручивание гаек на шурупы.

Алюминий – легкий, прочный и дорогой материал

Алюминий – это легкий и прочный металл, который часто используется для производства лопастей ветряков. Благодаря его малому весу, можно добиваться отличных аэродинамических характеристик, придавая пластины нужную форму.

Во время вращения ветряка основные нагрузки действуют на изгиб и разрыв лопастей. В отличие от пластика, который может быстро выйти из строя, алюминиевые винты работают значительно дольше.

Тем не менее, в сравнении с ПВХ-трубами, металлические пластины всегда будут тяжелее. При высоких скоростях вращения существует риск повреждения не самой лопасти, а места ее крепления.

Еще одним недостатком алюминиевых деталей является их высокая цена и сложность производства. Если ПВХ-труба может быть использована с готовым изгибом для создания аэродинамических свойств, то алюминий чаще всего представляет собой листовой материал.

После вырезки детали по шаблону, что самостоятельно гораздо труднее, чем работа с пластиком, необходимо также прокатать ее и придать нужный изгиб. Выполнить это дома без соответствующего инструмента достаточно сложно.

Вместо дорогого алюминия можно рассмотреть использование остатков кровельной жести или профнастила, оставшихся после работы:

Галерея изображений

Выравниваем остатки профилированной кровельной жести с помощью молотка на ровной деревянной поверхности. Затем вычерчиваем контур для лопастей, оставляя вокруг 1 см отступа.

Этот оставшийся 1 см изгибаем с помощью ножниц и молотка, чтобы повысить жесткость конструкции и обеспечить большую безопасность при сборке.

Так же поступаем со всеми заготовками для лопастей ветряка. Для дополнительной надежности по краю деталей можно пройтись плоскогубцами.

Все лопасти укладываем в стопку, чтобы проверить их соответствие. При наличии значительных отклонений исправляем ситуацию доступными способами.

С помощью молотка придаем лопастям форму желобов, используя трубу диаметром 320 мм в качестве шаблона для изгиба.

Чтобы прикрепить лопасти к основании с вмонтированным подшипником, размечаем места и сверлим в них отверстия.

Собираем вращающуюся часть ветряка. Лопасти фиксируем на основании с помощью шурупов и гаек. Чтобы гайки не раскручивались при вращении, их рекомендуется дополнительно удерживать пайкой или сваркой.

Устанавливаем ветряк на мачту, соединяем его с генератором, а тот, в свою очередь, с освещением или инвертором.

Шаг 1: Подготовка материалов для лопастей. Шаг 2: Загибание краев лопастей. Шаг 3: Обработка всех лопастей ветряка. Шаг 4: Подгонка размеров лопастей. Шаг 5: Формирование желобков. Шаг 6: Разметка отверстий для крепления. Шаг 7: Сборка рабочей части ветряка. Шаг 8: Установка ветряка на мачту.

Стекловолокно и стеклоткань — для опытных мастеров

Если вы стремитесь создать лопасти с серьезным подходом и готовы потратить много усилий, стекловолокно станет идеальным выбором. Если же вы никогда не работали с ветряками, начинать с изготовления деталей из стеклоткани – не лучший вариант, так как этот процесс требует определенного опыта.

Лопасти, которые состоят из нескольких слоев стеклоткани, склеенных эпоксидным клеем, будут легкими, прочными и надежными. За счет значительной площади поверхности, деталь получится практически невесомой и полой.

Для работы потребуется стеклоткань – тонкий, прочный материал, который поставляется в рулонах. Помимо стекловолокна, понадобится эпоксидный клей для соединения слоев.

Работу начинают с создания формы для лопасти – матрицы.

Матрица может быть изготовлена из древесины, например, бруса или доски. Из массива вырезают контур половины лопасти. Также можно использовать пластиковую форму.

Создание заготовки самостоятельно может быть довольно сложно, и нужно иметь под рукой уже готовую модель лопасти для получения формы. Важно, что таких матриц должно быть как минимум две. Однако однажды создав удачную форму, вы сможете использовать ее повторно и изготовить много других ветряков.

Дно формы тщательно смазывается воском, чтобы готовую лопасть было легко извлечь. Укладываем слой стекловолокна и покрываем его эпоксидным клеем. Этот процесс повторяется до достижения нужной толщины заготовки.

После этого следует позволить клею высохнуть. Некоторые рекомендуют помещать форму в вакуумный пакет, чтобы улучшить пропитку клеем, избегая непропитанных участков.

Когда клей высохнет, аккуратно вынимаем одну половину детали из матрицы, а затем вторую. Половинки склеиваем, чтобы получить полую объемную деталь. Лопасть из стекловолокна – легкая, прочная и правильной аэродинамической формы – является настоящей вершиной мастерства любителей ветряных электростанций.

Однако главное преимущество такого подхода – это сложность процесса и возможность получения большого количества брака на начальных этапах, пока не будет достигнута идеальная форма матрицы и алгоритм создания не будет отработан.

Экономичный и практичный: деревянная лопасть для ветряка

Деревянные лопасти – это традиционный метод, который легко реализовать, но он менее эффективен в условиях современного потребления электроэнергии. Такие детали можно сделать из цельной доски легких древесных пород, например, сосны. Важно выбирать хорошо высушенные заготовки.

Если дерево будет влажным, то при высыхании винт может деформироваться. Кроме того, вес влажного дерева значительно превышает вес сухого.

Следует подобрать подходящую форму, но учесть, что деревянная лопасть будет не тонкой, как алюминиевая или пластиковая, а трехмерной конструкцией. Поэтому необходимо не только формировать заготовку, но и учитывать основные принципы аэродинамики, представляя форму лопасти в трех измерениях.

Финальную обработку дерева лучше делать рубанком, особенно электроинструментом. Для долговечности древесину рекомендуется обрабатывать антисептическим лаком или специальной краской.

Главный недостаток такой конструкции – это высокая масса винта. Для его запуска потребуется сильный ветер, что сложно осуществить. Но дерево доступно и найти подходящие доски для ветряка можно даже на своем дворе, не затрачивая деньги, что и является основным его преимуществом.

Коэффициент полезного действия деревянной лопасти очень низок. Обычно время и усилия, потраченные на создание такого ветряка, не сопоставимы с его продуктивностью. Однако, как модель для обучения или пробный экземпляр, деревянная деталь имеет право на существование. Кроме того, флюгер с деревянными лопастями станет красивым элементом на вашем участке.

С процессом изготовления ветряка с лопастями из фанеры ознакомит следующая подборка фотографий:

Галерея изображений

Снимаем генератор с использованного велосипеда и сверлим в нем отверстия для крепления рабочей части ветряка — фанерного диска с лопастями.

На листе фанеры вычерчиваем контуры будущих лопастей. Чтобы сократить расход материала, лучше расположить их не так, как на фото, а направив основанием в противоположные стороны.

Сначала мы создаем чертежи всех компонентов рабочей части ветряка на бумаге, а затем переносим их на лист фанеры.

В соответствии с созданной разметкой начинаем выпиливать детали: сперва делаем это грубо с помощью электролобзика, а затем при необходимости корректируем их вручную.

С учетом условий эксплуатации нашей мини электростанции, перед сборкой обработаем все детали. Мы покроем их антисептической пропиткой и антипиреном.

К центральному диску прикручиваем срезанные по углу отрезки бруска — именно к этому диску впоследствии будут крепиться все элементы фанерного винта ветрогенератора.

На установленный на диске каркас прикрепляем фанерные лопасти и генератор, взятый от старого велосипеда.

По завершении сборки рабочей части ветрогенератора проверяем, как свободно вращается диск с генератором; если возникают преграды, проводят подтачивание и корректировки.

Шаг 1: Подготовка генератора от велосипеда
Шаг 2: Нанесение шаблона для лопастей
Шаг 3: Чертежи шаблонов деталей ветряка
Шаг 4: Выпиливание компонентов рабочей части
Шаг 5: Обработка деталей антисептиком
Шаг 6: Крепление скошенных колышков
Шаг 7: Установка велосипедного генератора
Шаг 8: Проверка свободного вращения винта

Рабочая часть завершена и проверена на правильность работы, теперь остается только покрасить её и прикрепить к мачте:

Галерея изображений

Закрепим фанерный винт ветрогенератора на опоре, с которой его установят на мачту. Здесь также прикрепим хвостовую часть, и проверим..

Снова разбираем ветряк из фанеры для подготовки к покраске. Все компоненты покрываем грунтовкой, которая хорошо сочетается с защитно-декоративным составом.

Окрашиваем ветряк в выборные яркие цвета. Замечательно, если колер будет ассоциироваться с яркими цветами из детских книг или мультфильмов.

Установка ветряка на невысокую мачту будет проще, если сначала завершить установку мачты, избегая неудобств во время работ. Можно сразу закрепить устройство, но это усложнит задачу.

Шаг 9: Фиксация винта ветряка на опоре
Шаг 10: Обработка деталей грунтовкой
Шаг 11: Окрашивание деталей ветряка
Шаг 12: Установка рабочей части на мачте

Чертежи и примеры лопастей

Правильно рассчитать винт для ветрогенератора без знания основных параметров, отображаемых в формулах, а также без понимания их воздействия на работу устройства, очень трудно.

Если нет желания углубляться в основы аэродинамики, лучше не тратить время. Готовые схемы и чертежи с нужными параметрами помогут подобрать пригодные лопасти для ветряной электростанции.

Вот чертеж лопасти для двухлопастного винта, изготовляемого из канализационной трубы диаметром 110 мм. В данном расчетах диаметр винта составляет 1 м.

Такой мини-ветрогенератор вряд ли сможет предоставить значительную мощность; скорее всего, вы не сможете извлечь из него более 50 Вт. Но двухлопастной винт из легкой и тонкой ПВХ трубы даст хорошую скорость вращения и будет функционировать даже при слабом ветре.

Пример чертежа лопасти для трехлопастного винта из трубы диаметром 160 мм. Расчетная скорость для этого варианта — 5 при ветре 5 м/с.

Трехлопастной винт такой конструкции подходит для более мощных агрегатов, около 150 Вт при 12 В. Диаметр этого винта достигает 1,5 м. Ветроколесо будет вращаться быстро и легко запускаться в работу. Ветряк с тремя лопастями используется в домашних станциях наиболее часто.

Чертеж самодельной лопасти для пятилопастного винта ветрогенератора. Она изготавливается из ПВХ трубы с диаметром 160 мм. Расчетная скорость — 4.

Такой пятилопастной винт может достигать 225 оборотов в минуту при расчетной скорости ветра 5 м/с. Для создания лопасти по приведенным чертежам необходимо перенести координаты каждой точки на поверхность пластиковой канализационной трубы.

В таблице можно рассчитать диаметр ветряка, который может иметь от 2 до 16 лопастей, при этом подбирая масштаб с учетом желаемой выходной мощности.

Из таблицы видно, что чем больше крыльев у ветрогенератора, тем меньше должна быть их длина для получения одинаковой мощности.

Практика показывает, что обслуживать ветрогенератор диаметром более 2 метров довольно сложно. Если таблица требует ветряк большего размера, лучше подумать о добавлении дополнительных лопастей.

С правилами и принципами расчета ветрогенераторов можно ознакомиться в статье, где подробно представлена процедура вычислений.

Балансировка ветряка

Балансировка лопастей ветрогенератора необходима для повышения его эффективности. Для этой процедуры надо найти помещение без ветра. Конечно, для ветряка с диаметром более 2 м сделать это будет непросто.

Лопасти собираются в полную конструкцию и устанавливаются в рабочее положение. Ось должна находиться строго горизонтально и по уровню. Плоскость вращения винта должна быть выставлена строго вертикально и перпендикулярно оси и уровню земли.

Статичный винт следует повернуть на 360/х градусов, где х — количество лопастей. Идеально сбалансированный ветряк не должен отклоняться ни на один градус, оставаясь неподвижным. Если лопасть сместилась под собственным весом, ее необходимо немного откорректировать, убавив массу с одной стороны для устранения отклонения от оси.

Этот процесс повторяется, пока винт не станет абсолютно неподвижным в любом положении. Важно, чтобы во время балансировки не дул ветер, так как это может искажать результаты.

Также следует убедиться, что все части вращаются строго в одной плоскости. Для проверки следует установить контрольные пластины на расстоянии 2 мм с обеих сторон одной из лопастей. Ни одна часть винта не должна касаться пластины при вращении.

Для работы ветрогенератора с созданными лопастями потребуется собрать систему, накапливающую сгенерированную энергию, сохраняющую её и передающую потребителю. Один из компонентов такой системы — контроллер. Узнать, как создать контроллер для ветряка, можно из рекомендованной статьи.

Заключение и полезные видео по теме

Создать ветряк своими руками из доступных материалов довольно реально. Начав с простых моделей, вы с большей вероятностью добьетесь успеха с первой попытки. По мере накопления опыта можно перейти к более сложным проектам, чтобы создать максимально эффективный и мощный ветрогенератор.

Видео #1. Как сделать ветряк из труб ПВХ:

Видео #2. Ветрогенератор своими руками:

Видео #3. Ветряк из оцинкованной стали:

Если вы хотите использовать экологически чистую энергию ветра для своих нужд и не планируете тратить большие суммы на покупку дорогого оборудования, самодельные лопасти из обычных материалов будут отличным решением. Не бойтесь проводить эксперименты, и вы сможете значительно усовершенствовать существующие модели ветряков.

Желаете рассказать о том, как вы сделали лопасти для своего ветряка, который обеспечивает электроэнергией дачу? Хотите поделиться полезной информацией с другими или задать вопрос? Пишите свои комментарии в блок ниже.