Изготовление ветрогенератора в домашних условиях используя автомобильный генератор

Изготовление ветрогенератора в домашних условиях используя автомобильный генератор

Исследования в области ветроэнергетики, а именно разработка новых способов преобразования ветряной энергии в электрическую, ведется уже довольно давно. Существуют серийно выпускаемые промышленные ветрогенераторы, которые способны обеспечивать электроэнергией целые поселки. В связи с этим многие домовладельцы с интересом изучают это направление получения альтернативной энергии и задаются вопросом приобретения либо интересуются как сделать ветрогенератор в домашних условиях. Можно сделать ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора, надо только выполнить определенную переделку.

Вариант, который мы рассмотрим в этой статье — это сборка ветрогенератора из автомобильного генератора. В этом случае используется уже готовый узел (хотя он и требует некоторой модификации). Также потребуется винт, аккумулятор, преобразователь, мачта и элементы крепления. При выборе конструкции ветрового генератора традиционно отдают предпочтение ветрякам с горизонтальной ориентацией пропеллера ввиду более высокого КПД и менее сложной конструктивной части.

Пропеллер

Пропеллер для этого ветряка будет трехлопастным. Хотя двухлопастный пропеллер проще построить, у такого пропеллера есть свои недостатки, например, он не сразу стартует. Еще одним недостатком является тот факт, что при смене направления ветра двухлопастной пропеллер сильно вибрирует при повороте, а это плохо и для самого пропеллера, и для опоры генератора. Я сделал свой пропеллер из еловых досок размером 1″х4″ (Примечание: Реальный размер деловой древесины, продаваемой в Америке, меньше обозначаемой. В данном случае это ¾ на 3½ дюйма, т.е. примерно 2х9 см). Я постарался найти три доски без сучков, имеющие хорошие вертикальные волокна и имеющие примерно одинаковую плотность (это определялось по весу). Конечно, можно использовать и другие породы дерева, просто у меня нашлась под рукой только ель. Размер досок был подобран так, чтобы пропеллер был достаточно легким, чтобы быстро стартовать и не сильно нагружать опоры. На то, чтобы вырезать лопасти, ушло около 2 часов. Безусловно, если бы я потратил больше времени, пропеллер вышел бы лучше, размеры в основном определялись интуитивно (мой чертеж показан на Рисунке 1). Однако если вы хотите сделать все по правилам, в сети множество информации по аэродинамике, вырезанию по дереву и даже по изготовлению пропеллеров.

Рисунок 1. Поперечный срез лопасти.

После проверки лопастей на одинаковый размер я соединял их болтами по двое и проверял, хорошо ли сбалансирована получающаяся конструкция. Когда все три лопасти стали одинаковыми, я покрасил их и присоединил к ступице, в качестве которой использовал старую 8-дюймовую шестерню. После этого я смог насадить всю эту конструкцию на ось и попробовать покрутить, определив степень сбалансированности и подпилив слишком тяжелые части (конечно, потом их пришлось снова покрасить). В сумме процесс построения и балансировки пропеллера занял около 4 часов.

Следует заметить, что три лопасти после балансировки оказались разной толщины, в некоторых местах они отличались на 1/8 дюйма (

3 мм). Чтобы этого избежать, рекомендуется выбирать дерево лучших пород и уделять первоначальному выпиливанию больше внимания. Для выпиливания я пользовался в основном электрорубанком. Стоит также обратить внимание на то, что лопасти не закручены, то есть их угол наклона относительно оси всегда постоянный. Для пропеллера такого небольшого размера это вполне нормально.

Какая форма лопасти является оптимальной?

Основной элемент горизонтального ветряка — крыльчатка. Она больше всего напоминает пропеллер, хотя выполняет абсолютно противоположные функции. Лопасти принимают на себя энергию воздушного потока, перерабатывая ее во вращательное движение. От их конфигурации напрямую зависит эффективность работы крыльчатки и всего комплекта в целом.

Горизонтальные устройства имеют крыльчатки, снабженные большим количеством лопастей. Обычно их больше 3. В этом вопросе существует зависимость числа лопастей от производительности. Дело в том, что с возрастанием числа принимающих плоскостей падает мощность крыльчатки, а с убыванием — чувствительность. Поэтому выбирают «золотую середину», принимая среднее число лопастей.

Важно! Большое число лопастей увеличивает фронтальную нагрузку на устройство, создавая опрокидывающее усилие на основании мачты и сильное осевое давление на крыльчатку, разрушающее подшипники генератора.

На практике создано большое количество разных устройств, имеющих форму крыльчатки от простых секторов окружности, немного развернутых по радиусной оси, до сложных вариантов с тщательно просчитанной аэродинамикой, испытанных в разных условиях. Результаты испытаний показали, что оптимальной формой является модель, приближенная к пропеллеру. Такая лопасть несколько расширяется от центра (обтекателя) крыльчатки и плавно сужается к концу.

Преимуществом этого вида является равномерное распределение нагрузок на опорный подшипник, поверхность лопасти и всю систему ветряка в целом. Поток ветра воздействует на все участки с одинаковой силой, но, если расширить лопасть к концу, то получится достаточно длинный рычаг, перегружающий подшипник и выламывающий лопасти. Отсюда возникла такая форма, с небольшими изменениями используемая практически на всех ветряках.

Ветрогенератор своими руками

«Линия электропередач рядом, – говорит Сергей Васильевич, – но «свободной мощности» нет. Предложили ставить свой трансформатор по цене легкового автомобиля».

«Незачем тратить такие деньги», – резонно решил хозяин. Задачу для себя Сергей Васильевич поставил так: получать достаточное количество энергии в доме площадью 80 квадратных метров зимой и летом.

Вначале хозяин приобрел солнечную батарею общей мощностью 120Вт. Через импульсную схему она заряжает кислотную аккумуляторную батарею на 200 Ампер-часов. Летом этого хватает, однако зимой одной лишь солнечной энергии недостаточно.

На хозяйстве есть бензиновый генератор мощностью 2 киловатта. Но он предназначен для особых случаев: работы болгаркой, дрелью или аварийной подзарядки аккумуляторной батареи. Зимой использовать бензин невыгодно.

Решению сделать ветрогенератор самому альтернативы не было.

Участок Сергея Васильевича расположен в Киево-Святошинском районе. Здесь, по данным Укргидрометцентра среднегодовая скорость ветра меньше 4,5 метров в секунду. Достаточно ли такого слабого ветра для того, чтобы покрыть нужды хозяйства изобретателя?

Инженер по образованию и профессии, Сергей Васильевич подошел к процессу постройки ветряка с особой тщательностью. Вначале сделал уменьшенный макет, на котором тестировал силу ветра, действующую на лопасти. Остановился на вертикальной схеме ветрогенератора. Ее основное преимущество –ветрогенератор будет давать ток уже при скорости ветра от 1-2 метров в секунду. Кроме того, вертикальный ветрогенератор значительно менее малошумный, чем ветряк, построенный по горизонтальной схеме.

«Фундамент построил со значительным запасом, – говорит Сергей Васильевич, – для обустройства опор вполне достаточно 2-4 мешков цемента, 10 ведер песка и 30 ведер щебня. Каждый «куб» фундамента, в который помещается опора, получится размером почти с кухонную плиту. Этого более чем достаточно».

Крутящий момент лопастей ветряка передает на редуктор шестерня от болгарки:

Конечно, копать фундамент нужно на глубину, большую, чем глубина промерзания для вашего региона (в Украине это 80 сантиметров – округленно метр).

В цементный раствор замурованы уголки-сороковка. Изобретатель советует вначале собрать основу конструкции – прямоугольник на болтах – а затем уже заливать опоры бетоном. Так удастся избежать перекосов.

Итак, основание ветрогенератора – металлическая конструкция из уголка-сороковки, скрепленная болтами, высотой 5 метров. Лопасти ветрогенератора занимают в ней 2 метра высоты.

Через месяц на этом надежном основании изобретатель установил самодельные лопасти ветряка и подключенный к ним через планетарный редуктор от старой болгарки генератор мощностью 370 Ватт.

Редуктор с генератором в сборе:

Верхнее крепление лопастей:

Датчик ветра из донышек пивных жестянок (впоследствии Сергей Васильевич усовершенствовал его, добавив еще пару лопастей):

На данном этапе стоимость всех материалов конструкции ветрогенератора составила:

1. Цемент – 4 мешка по 50 грн – 200 грн ($25 ).
2. Песок, щебень – бесплатно.
3. Редуктор – бесплатно, запчасть от старой болгарки.
4. Генератор – около 250 грн ($30), это обычный б/у электродвигатель во всепогодном исполнении мощностью 370 ватт.
5. Металлический уголок – 50 м. х 20 грн/м – около 1000 грн ($125).
6. Болты с шайбами и гайками – 200 грн ($25).
7. Доски (50-ка), 0,5 м. куб (идут на настил и на создание козырька) – 200 грн ($25).
8. Бляха (4 листа) – 400 грн ($50).
9. Электрокабель – 50 грн ($6).
10. Краска – 30 грн ($4).

Итого: 2300 грн (приблизительно $290).

Продолжительность работ для одного человека:

1. выкапывание ям фундамента — 1 день;
2. создание конструкции опоры (порезка уголков, сверление отверстий под болты) – 2 дня;
3. покраска – 0,5 дня;
4. заливка четырех блоков фундамента – 0,5 дня;
5. создание лопастей ветрогенератора (каркас, порезка оцинкованной бляхи, укрепление дисков и редуктора) – 4 дня;
6. создание деревянного настила на высоте 3 метра – 0,5 дня;
7. монтаж конструкции ветряка (заносится на высоту в разобранном состоянии) – 1 день;

Однако, ветряк и генератор – далеко не полный комплект устройства для превращения в электричество энергии ветра. Как эффективно снимать с ветрогенератора мощность? Ответ на этот вопрос читайте в продолжении НАМТЕПЛО.

Про интересную конструкцию самодельного ветрогенератора, созданного британскими энтузиастами, можно узнать в следующем материале НАМТЕПЛО.

Для вертикального ветрогенератора

Ветрогенератор, который мы будем собирать своими руками, точнее его винт имеет три лопасти, поэтому первую деталь, которую будем вырезать из фанеры надо сделать в количестве шести штук — это основание крыла. Оно будет каплевидной формы. Вот как оно должно выглядеть на 10 мм фанере:

1. Посередине прямоугольного листа (90х190 мм) прочертите центральную линию;
2. На этой линии отступите 45 мм и поставьте отметку и проведите через неё перпендикуляр от одного края к другому;
3. Циркулем отметьте радиус в 45 мм и прочертите его, соединяя три крайние точки: две боковые и верхнюю;
4. Соедините нижнюю точку с краями полукруга. От нижней точки до основания полукруга, должно быть, 145 мм и наоборот до верхней точки 45 мм;
5. Теперь вырезаем.

Следующее, что нам понадобится сделать — планки длинною 500 мм, хотя подобный размер и не принципиален. Вы можете выбрать любую другую высоту лопасти ветрогенератора исходя из высоты главной вертикальной оси винта. На каждое крыло по три штуки.

У нас уже есть и основания лопастей и их рёбра, все это нужно собрать так, как изображено на картинке. Когда все деревянные детали собраны со своими сёстрами, а в основаниях просверлены отверстия для креплений, крепим на конструкцию металлические листы. Листы крепим от первой планки ко второй, а от второй к третьей. Планки №1 и 3 не соединяем. Металл может быть оцинковка или алюминий. Теперь можно собирать винт вертикального ветрогенератора и крепить его на центральный осевой стержень.

Подготовим диск с осевым стержнем. Нам понадобятся два диска диаметром 20 см. Материал в принципе роли не играет. Это может быть и фанера, из которой изготавливались основания лопастей ветряка. Или металл, которым обшивали крылья. Но металл следует использовать, если распорки винта тоже были изготовлены из металла.

В центре диска надо сделать отверстие под центральную ось. Когда оба диска собраны на стержне, к ним прикручиваются распорки, по одной на все лопасти ветрогенератора. Прежде чем окончательно закрепить крылья ветряка сверху и снизу, отрегулируйте их так, чтобы их острый конец был повернут внутрь конструкции на угол в девять градусов. Наш винт готов к установке на ротор.

Шаг 8: Делаем лопасть сплошной

С помощью инструмента «Planer Surface», выбрав верхнюю и нижнюю линии, замкните эскизы на плоскостях 1 и 7 (это концы).

Теперь объединим две длинные изогнутые поверхности и две плоские, которые мы только что создали в один сплошной объект. Для этого используем инструмент «Knit Surface», установив в его свойствах галочку «Try to Form Solid».

Если объединение прошло успешно, то разрезав модель на две части, вы увидите, что внутри модель не полая, а сплошная: это потребуется в будущем для 3D-печати.

Далее «дорисуем» кончик используя инструмент «Dome» вкладки «Features», выберите торец и установите необходимую длину кончика: в нашем случае достаточно размера 2,5 мм.

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.

Как сделать лопасти для ветряка своими руками: из трубы и прочих материалов

Из чего сделать лопасти, какой материал выбрать — это, пожалуй, самый актуальный вопрос. Лучше всего выбрать пластиковые трубы, которые есть в свободной продаже в широком ассортименте. Трубы нужно выбрать такие, которые используют для проведения канализации или газопровода. Если попадутся другие трубы, то это может привести к повреждению лопасти о мачту генератора.

Лопасти для ветрогенератора — изготавливаем самостоятельно

Лопасти выдерживают серьезные нагрузки: и чем они длиннее, тем нагрузка больше. Такая сильная нагрузка может привести к разрыву труб ПВХ, что очень опасно для человека. Избежать этого можно только одним способом: сделать длину лопастей короче и прибавить их количество.

Очень важна толщина стенок труб — это также может повлиять на разрыв трубы. Еще один способ сделать лопасти ветряного колеса: из алюминия, которые обладают усиленной прочностью, благодаря чему происходит меньше разрывов. При выборе такого материала необходимо следить за балансировкой колеса.

При выборе металла для лопастей ветряного колеса, необходимо соблюдать все рекомендации: и действовать строго по инструкции. Это необходимо, чтобы избежать повреждений лопасти. Также следует помнить о технике безопасности и работать очень аккуратно.

Техническое обслуживание

Для длительного безаварийного функционирования ветрогенератора следует проводить такие мероприятия:

1. Через десять или четырнадцать дней от начала работы, ветряной двигатель следует обследовать, особенно крепления. Делать это лучше всего в безветренную погоду.
2. Два раза в год промазывать подшипники поворотного механизма и генератора.
3. При подозрениях на нарушение балансировки колеса, которое может выражаться в вибрации лопастей при кручении по ветру, необходимо выполнить балансировку.
4. Ежегодно осматривать щетки токоприемника.
5. 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.