Как за $150 сделать ветрогенератор для дачи. Часть 2. Инструменты, детали и материалы. Конструкция лопастей.

Продолжение
Начало читайте здесь

Необходимые инструменты

Удивительно, но для постройки ветрогенератора требуется минимальный набор инструментов. Вот, чем пользовался я …

• Лобзик (или ножовка) и очень много терпения
• Дрель
• Два сверла 12.7 мм и 5.6 мм
• Рулетка
• Рожковый ключ
• Трубный ключ
• Транспортир (для измерения углов при изготовлении держателя лопастей)
• Шкурка (различной зернистости)

Необходимые детали и материалы

Я бедный студент колледжа и хотел придумать конструкцию настолько примитивную, насколько возможно. Я нашел такую в Интернете, и сделал ее еще проще. Все детали продаются в магазине, а собрать устройство можно за выходные дни одной недели. Какие-то детали, наверняка, валяются вокруг вас, а какие-то можно чем-нибудь заменить. (К примеру, вместо трубы 1" для опоры, можно взять диполь от телевизионной антенны).
Вот из чего я делал свой генератор…

• Стальной лист размером 254 × 356 мм
• Стальная трубка диаметром 6.3 мм, длиной 254 мм
• Фланец 1-1/4"
• Стальная труба прямоугольного сечения 25 мм, длиной 910 мм 
• Диск от циркулярной пилы с внутренним отверстием 12.7 мм 
• Оправка 15.9 мм × 12.7 мм для соединения диска с валом мотора
• Два металлических автомобильных хомута
• Отрезок ПВХ трубы диаметром 100 мм, длиной 200 мм 
• Отрезок ПВХ трубы диаметром 200 мм, длиной 760 мм (подойдет и труба диаметром 150 мм)
• Мотор постоянного тока с постоянными магнитами (предпочтительно мотор от бегущей дорожки 30 В или 260 В, 5 А)
• Восемь 6 мм болтов с гаками и шайбами
• Два самореза по металлу диаметром 6.3 мм
• Выпрямительный диод на 10…40 А (чем мощнее, тем лучше)

Большинство перечисленных выше деталей (за исключением мотора) можно за один раз приобрести в магазине «Все для дома». Что касается моторов, самыми популярными типами считаются старые моторы, выпускавшиеся фирмой Ametek. Подбирать мотор надо по максимуму выходного напряжения на оборот в минуту. К примеру, один из моторов Ametek выдает напряжение 30 В при скорости вращения 325 оборотов в минуту, что позволяет использовать его как отличный генератор. Впрочем, подойдет практически любой коллекторный двигатель постоянного тока с возбуждением постоянными магнитами, при условии хорошего соотношения вольт/об. в минуту. Только имейте ввиду, что если вы намерены использовать вырабатываемую электроэнергию, необходимо получать напряжение, по крайней мере, 12 В, чтобы иметь возможность заряжать аккумулятор или питать инвертор. Моя установка может легко развивать 300…400 об./мин при среднем (для штата Оклахома) ветре. Последующие инструкции относятся к постройке генератора на основе двигателя Ametek с диаметров вала 5/8" (~15.9 мм), но легко могут быть применены к любому другому мотору. Введите в ebay «wind generator», и получите целый список хороших моторов.

Конструкция лопастей

Пожалуй, самой важной частью ветрогенератора являются его лопасти. Многие вырезали их из дерева или изготавливали из композитных материалов. Однако, нам проще будет сделать комплект лопастей из стандартных ПВХ труб, причем без заметной потери эффективности. С помощью двух-трех футовых отрезков ПВХ трубы диаметром 150 или 200 мм мы прекрасно решим свою задачу. Но прежде, несколько банальных фактов из теории лопастей

• Чем длиннее лопасти, тем больше, если можно так выразиться, «площадь, с которой вы собираете энергию», тем легче раскручиваются лопасти при слабом ветре, но тем медленнее вращается генератор.
• Периферийные области лопастей всегда вращаются быстрее, чем внутренние, и это «передаточное отношение» всегда надо учитывать при конструировании лопастей. Наши предки учитывали, поэтому старые ветряные мельницы круглый год вращаются со скоростью 40 оборотов в минуту.
• Мощность, которую можно извлекать из энергии ветра пропорциональна кубу его скорости. Соотношение имеет следующий вид:

P=k·V³, где
k – константа ветрогенератора
V – скорость ветра

• Согласно закону Бетца (Betz), ветровая энергия не может быть использована более чем на 59.3%. Так что, реальная формула будет такой:

P=0.593·k·V³, где
k – константа, учитывающая потери в моторе генератора

• Чем выше вы поднимете генератор над землей, тем сильнее будет воздействие ветра на него. Обычная рекомендация – 7…15 метров, но меня вполне устроили результаты, полученые при высоте 3.5 метра.

Вырезать лопасти для генератора совсем несложно. Вам необходимо разрезать трубу вдоль на три секции. Две по 150°, и одну 60°. (Я попытался очень приблизительно иллюстрировать это с помощью CAD системы. Правда, на самом деле, моя CAD система – это MS Paint). Красным цветом изображены линии разреза. Для того, чтобы разметить трубу, вам потребуется рулетка и чертежная бумага (или газета). Из 150° секций можно будет изготовить широкие лопасти, которые раскручиваются при меньшей скорости ветра, но и вращаются медленнее. Вы сами поймете на практике, что оптимальный диапазон углов где-то между 75° и 150°. Лучше всего начать с комплекта широких лопастей, которые, если будет нужно, всегда можно сделать уже. Не забывайте: семь раз отмерь, один отрежь !
 

Вырезав лопасти, я хотел пойти дальше и сгладить все края. Если строго следовать теории аэродинамики, то лопасти у основания должны быть закруглены, а на концах сделаны плоскими. Но на практике я не видел особого различия между такими лопастями, и отрезками ПВХ трубы.
Итак, у вас должно получиться что-то типа такого:

Окончание читайте здесь