Виготовлення лопатей для вітрогенератора своїми руками

Використання альтернативних джерел енергії – один з основних трендів нашого часу. Чистий і доступна енергія вітру може перетворюватися в електрику навіть у вас вдома, якщо побудувати вітряк і з’єднати його з генератором. Спорудити лопаті для вітрогенератора своїми руками можна зі звичайних матеріалів, не використовуючи спеціального обладнання. Дізнайтеся, яка форма лопатей ефективніше, і підберіть відповідний креслення для вітрової електростанції.

Як працює простий вітрогенератор

Вітрогенератор – прилад, що дозволяє перетворювати енергію вітру в електрику.

Принцип роботи його полягає в тому, що вітер обертає лопаті, призводить в рух вал, за яким обертання надходить на генератор через редуктор, що збільшує швидкість.


Робота вітряної електростанції оцінюється по КВЕВ – коефіцієнту використання енергії вітру. Коли ветроколесо обертається швидко, воно взаємодіє з великою кількістю вітру, а значить забирає у нього більшу кількість енергії

Поділяють дві основні різновиди вітряних генераторів:

  • ветрікальние;
  • горизонтальні.

Вертикально орієнтовані моделі побудовані так, щоб вісь пропелера була розташована перпендикулярно землі. Таким чином, будь-яке переміщення повітряних мас, незалежно від напрямку, призводить конструкцію в рух.


Така універсальність є плюсом даного типу вітряків, але вони програють горизонтальним моделям по продуктивності і ефективності роботи

Горизонтальний вітрогенератор нагадує флюгер. Щоб лопаті оберталися, конструкція повинна бути повернута в потрібну сторону, в залежності від напрямку руху повітря. Для контролю і уловлювання змін напрямку вітру встановлюють спеціальні прилади. ККД при такому розташуванні гвинта значно вище, ніж при вертикальній орієнтації. У побутовому застосуванні раціональніше використовувати вітрогенератори цього типу.

Яка форма лопаті є оптимальною

Один з головних елементів вітрогенератора – комплект лопатей. Існує ряд факторів, пов’язаних з цими деталями, які позначаються на ефективності вітряка:

  • вага;
  • розмір;
  • форма;
  • матеріал;
  • кількість.

Якщо ви вирішили сконструювати лопаті для саморобного вітряка, обов’язково потрібно враховувати всі ці параметри. Деякі вважають, що чим більше крил на гвинті генератора, тим більше енергії вітру можна отримати. Іншими словами, чим більше, тим краще.

Однак, це далеко не так. Кожна окрема частина рухається, долаючи опір повітря. Таким чином, велика кількість лопатей на гвинті вимагає більшої сили вітру для здійснення одного обороту. Крім того, занадто багато широких крил можуть стати причиною утворення так званої «повітряної шапки» перед гвинтом, коли повітряний потік не проходить крізь вітряк, а огинає його.


Форма має велике значення. Від неї залежить швидкість руху гвинта. Погане обтікання стає причиною виникнення вихорів, які гальмують ветроколесо

Найефективнішим є однолопастний вітрогенератор. Але побудувати і збалансувати його своїми руками дуже складно. Конструкція виходить ненадійна, хоч і з високим коефіцієнтом корисної дії. З досвіду багатьох користувачів і виробників вітряків, найоптимальнішою моделлю є трехлопастная.


Вага лопаті залежить від її розміру і матеріалу, з якого вона буде виготовлена. Розмір потрібно підбирати ретельно, керуючись формулами для розрахунків. Краї краще обробляти так, щоб з одного боку було закруглення, а протилежна сторона була гострою

Правильно підібрана форма лопаті для вітрогенератора є фундаментом його гарної роботи. Для домашнього виготовлення підходять такі варіанти:

  • парусного типу;
  • крильчатого типу.

Лопаті парусного типу являють собою прості широкі смуги, як на вітряку. Ця модель найбільш очевидна і проста у виготовленні. Однак, її ККД настільки малий, що ця форма практично не застосовується в сучасних вітрогенератори. Коефіцієнт корисної дії в даному випадку становить близько 10-12%.

Набагато більш ефективна форма – лопаті крильчатого профілю. Тут задіяні принципи аеродинаміки, які піднімають в повітря величезні літаки. Гвинт такої форми легше приводиться в рух і обертається швидше. Обтікання повітрям значно скорочує опір, яке зустрічає на своєму шляху вітряк.


Правильний профіль повинен нагадувати крило літака. З одного боку лопать має потовщення, а з іншого – пологий спуск. Повітряні маси обтікають деталь такої форми дуже плавно

ККД цієї моделі досягає значення 30-35%. Гарна новина полягає в тому, що побудувати крильчасті лопать можна і своїми руками із застосуванням мінімуму інструментів. Всі основні розрахунки і креслення можна легко адаптувати під свій вітряк і отримувати безкоштовну та чистою енергією вітру без обмежень.

З чого роблять лопаті в домашніх умовах

Матеріали, які підійдуть для будівництва вітрогенератора – це, перш за все, пластик, легкі метали, деревина і сучасне рішення – склотканина. Головне питання полягає в тому, скільки праці і часу ви готові витратити на виготовлення вітряка.

Каналізаційні труби з полівінілхлориду

Найпопулярніший і широко поширений матеріал для виготовлення пластикових лопатей для вітрогенератора є звичайна каналізаційна ПВХ-труба. Для більшості домашніх генераторів з діаметром гвинта до 2 м вистачить труби 160 мм.

До переваг такого методу відносять:

  • невисоку ціну;
  • доступність в будь-якому регіоні;
  • простоту роботи;
  • велика кількість схем і креслень в інтернеті, великий досвід використання.

Труби бувають різними. Це відомо не тільки тим, хто виготовляє саморобні вітряні електростанції, але всім, хто стикався з монтажем каналізації або водопроводу. Вони відрізняються по товщині, складу, виробнику. Труба коштує недорого, тому не потрібно намагатися ще більше здешевити свій вітряк, економлячи на ПВХ-трубах.


Неякісний матеріал пластикових труб може привести до того, що лопаті тріснуть при першому ж випробуванні і вся робота буде виконана даремно

Спочатку потрібно визначитися з лекалом. Варіантів існує багато, кожна форма має свої недоліки і переваги. Можливо, має сенс спочатку поекспериментувати, перш ніж вирізати підсумковий варіант.

Оскільки ціна на труби невисока, а знайти їх можна в будь-якому будівельному магазині, цей матеріал відмінно підійде для перших кроків в моделюванні лопатей. Якщо щось піде не так, завжди можна купити ще одну трубу і спробувати спочатку, гаманець від таких експериментів не сильно постраждає.


Досвідчені користувачі енергії вітру помітили, що для виготовлення лопатей для вітрогенератора краще використовувати помаранчеві, а не сірі труби. Вони краще тримають форму, не згинаються після формування крила і довше служать

Конструктори-аматори воліють ПВХ, так як під час випробувань зламану лопать можна замінити на нову, виготовлену за 15 хвилин прямо на місці за наявності відповідного лекала. Просто і швидко, а головне – доступно.

Алюміній – тонкий, легкий і дорогий

Алюміній – легкий і міцний метал. Його традиційно використовують для виготовлення лопатей для вітрогенераторів. Завдяки невеликій вазі, якщо надати пластині потрібну форму, аеродинамічні властивості гвинта будуть на висоті.

Основні навантаження, які випробовує вітряк під час обертання, спрямовані на вигин і розрив лопаті. Якщо пластик при такій роботі швидко дасть тріщину і вийде з ладу, розраховувати на алюмінієвий гвинт можна набагато довше.


Однак якщо порівнювати алюміній і ПВХ-труби, металеві пластини все одно будуть важче. При високій швидкості обертання великий ризик пошкодити не саму лопать, а гвинт в місці кріплення

Ще один мінус деталей з алюмінію – складність виготовлення. Якщо ПВХ-труба має вигин, який буде використаний для надання аеродинамічних властивостей лопаті, то алюміній, як правило, береться у вигляді листа.

Після вирізання деталі за лекалом, що само по собі набагато складніше, ніж робота з пластиком, отриману заготовку ще потрібно буде прокатати і надати їй правильний вигин. У домашніх умовах і без інструменту зробити це буде не так просто.

Скловолокно або склотканина – для професіоналів

Якщо ви вирішили підійти до питання створення лопаті усвідомлено і готові витратити на це багато сил і нервів, підійде скловолокно. Якщо раніше ви не мали справи з вітрогенераторами, починати знайомство з моделювання вітряка з склотканини – не найкраща ідея. Все-таки цей процес вимагає досвіду і практичних навичок.


Лопата з декількох шарів склотканини, скріплених епоксидним клеєм, буде міцною, легкою і надійною. При великій площі поверхні деталь виходить порожня і практично невагома

Для виготовлення береться склотканина – тонкий і міцний матеріал, який випускається в рулонах. Крім скловолокна знадобиться епоксидний клей для закріплення шарів. Починають роботу з створення матриці. Це така заготовка, яка представляє собою форму для майбутньої деталі.


Матриця може бути виготовлена ??з дерева: бруса, дошки або колоди. Прямо з масиву вирубують об’ємний силует половини лопаті. Ще варіант – форма із пластику

Зробити заготовку самостійно дуже складно, потрібно мати перед очима готову модель лопаті з дерева або іншого матеріалу, а тільки потім за цією моделлю вирізують матрицю для деталі. Таких матриць потрібно як мінімум 2. Зате, зробивши вдалу форму одного разу, її можна застосовувати багаторазово і спорудити таким чином не один вітряк.

Дно форми ретельно змащують воском. Це робиться для того, щоб готову лопать можна було легко витягти згодом. Укладають шар скловолокна, промазують його епоксидним клеєм. Процес повторюють кілька разів, поки заготівля не досягне потрібної товщини.


Потім клей повинен висохнути. Деякі рекомендують помістити форму в вакуумний пакет і відкачати повітря. Так клей краще проникає в усі шари склотканини, не залишаючи непросочених ділянок

Коли епоксидний клей висохне, половину деталі акуратно виймають з матриці. Те ж роблять з другою половиною. Частини склеюють між собою, щоб вийшла порожниста об’ємна деталь. Легка, міцна, правильної аеродинамічної форми лопать зі скловолокна – вершина майстерності домашнього любителя вітряних електростанцій.

Її головний мінус – складність реалізації задумки і велика кількість браку на перших порах, поки не буде отримана ідеальна матриця, а алгоритм створіння не буде відточений.

Дешево і сердито: дерев’яна деталь для вітроколеса

Дерев’яна лопата – дідівський метод, який легко здійснимо, але малоефективний при сьогоднішньому рівні споживання електрики. Зробити деталь можна з цільної дошки легких порід деревини, наприклад, сосни. Важливо підібрати добре висушену дерев’яну заготовку.


Якщо дерево буде сирим, в процесі висихання гвинт може «повісті» і він деформується. Та й вага вологого дерева істотно вище сухого

Потрібно вибрати відповідну форму, але враховувати той факт, що дерев’яна лопата буде не тонкої пластиною, як алюмінієва або пластикова, а об’ємної конструкцією. Тому надати заготівлі форму мало, потрібно розуміти принципи аеродинаміки і уявляти собі обриси лопаті у всіх трьох вимірах.


Надавати остаточний вигляд дереву доведеться рубанком, краще електро. Для довговічності деревину обробляють антисептичним захисним лаком або фарбою

Головний недолік такої конструкції – велика вага гвинта. Щоб зрушити з місця цю махину, вітер повинен бути досить сильним, що трудноосуществимо в принципі. Однак дерево – доступний матеріал. Дошки, які підходять для створення гвинта вітрогенератора, можна знайти прямо у себе у дворі, не витративши ні копійки. І це головна перевага деревини в даному випадку.

ККД дерев’яної лопати прагне до нуля. Як правило, час і сили, які йдуть на створення такого вітряка не варті отриманого результату, вираженого в ватах. Однак, як навчальна модель або пробний екземпляр дерев’яна деталь цілком має місце бути. А ще флюгер з дерев’яними лопастями ефектно виглядає на ділянці.

Креслення і приклади лопатей

Зробити правильний розрахунок гвинта вітрогенератора, не знаючи основних параметрів, які відображаються у формулі, а так само не маючи поняття, як ці параметри впливають на роботу вітряка, дуже складно. Краще не витрачати свій час, якщо бажання вникати в основи аеродинаміки немає. Готові креслення-схеми із заданими показниками допоможуть підібрати підходящу лопать для вітряної електростанції.


Креслення лопаті для двухлопастного гвинта. Виготовляється з каналізаційної труби 110 діаметра. Діаметр гвинта вітряка в даних розрахунках – 1 м

Подібний невеликий вітрогенератор не зможе забезпечити вас високою потужністю. Швидше за все, ви навряд чи зможете вичавити з цієї конструкції більше 50 Вт. Однак дволопатеве гвинт з легкої і тонкої ПВХ-труби дасть високу швидкість обертання і забезпечить роботу вітряка навіть при невеликому вітрі.


Креслення лопаті для трехлопастного гвинта вітрогенератора з труби 160 мм діаметру. Розрахункова бистроходность в цьому варіанті – 5 при вітрі 5 м / с

Трилопатевої гвинт такої форми може бути використаний для більш потужних агрегатів, приблизно 150 Вт при 12 В. Діаметр всього гвинта в цій моделі досягає 1,5 м. Вітроколесо буде обертатися швидко і легко запускатися в рух. Вітряк з трьома крилами зустрічається в домашніх електростанціях найчастіше.


Креслення саморобної лопаті для 5-ти лопатевого гвинта вітрогенератора. Виготовляється з труби ПВХ діаметром 160 мм. Розрахункова швидкохідні – 4

Такий пятілопастная гвинт зможе видавати до 225 оборотів в хвилину при розрахунковій швидкості вітру 5 м / с. Щоб побудувати лопать по запропонованим кресленнями, потрібно перенести координати кожної точки з колонок «Координати лекала фронт / тил» на поверхню пластикової каналізаційної труби.

За запропонованою нижче таблиці можна розрахувати діаметр вітряка з 2-16 лопастями. При цьому можна підбирати розмір з урахуванням бажаної потужності на виході.


По таблиці видно, що чим більше крил у вітрогенератора, тим менше повинна бути їх довжина для отримання струму однакової потужності

Як показує практика, обслуговувати вітрогенератор більше 2 метрів в діаметрі досить складно. Якщо відповідно до таблиці вам необхідний вітряк більшого розміру, подумайте над збільшенням числа лопатей.

Навіщо потрібна балансування вітряка

Балансування лопатей вітрогенератора допоможе зробити його роботу максимально ефективною. Для здійснення балансування потрібно знайти приміщення, де немає вітру або протягу. Зрозуміло, для вітроколеса більше 2 м в діаметрі знайти таке приміщення буде складно.

Лопаті збираються в готову конструкцію і встановлюються в робоче положення. Ось повинна розташовуватися строго горизонтально, по рівню. Площина, в якій буде обертатися гвинт, повинна бути виставлена ??строго вертикально, перпендикулярно осі і рівню землі.

Гвинт, що не рухається, потрібно повернути на 360 / х градусів, де х = кількість лопатей. В ідеалі збалансований вітряк буде відхилятися ні на 1 градус, а залишиться нерухомим. Якщо лопать повернулася під власною вагою, її потрібно трохи підправити, зменшити вагу з одного боку, усунути відхилення від осі.


Процес повторюється до тих пір, поки гвинт не буде абсолютно нерухомим в будь-якому положенні. Важливо, щоб під час балансування не було вітру. Це може спотворити результати випробувань

Також важливо проконтролювати, щоб всі частини крутилися строго в одній площині. Для перевірки на відстані 2 мм по обидва боки однієї з лопатей встановлюють контрольні пластини. Під час руху жодна частина гвинта не повинна торкнутися пластини.

Відеоінструкції з виготовлення лопатей

Побудувати вітряк своїми руками з підручних матеріалів цілком можливо. Якщо почати з більш простих моделей, то і перша спроба, ймовірно, стане успішною. З досвідом беріться за більш складні задумки, щоб отримати максимально ефективний і потужний вітрогенератор.

Як зробити вітряк з труб ПВХ:

Вітрогенератор своїми руками:

Вітряк з оцинкованої сталі:

Якщо ви хочете використовувати чисту і безпечну енергію вітру для побутових потреб і не плануєте витрачати величезні гроші на покупку дорогого устаткування, саморобні лопаті зі звичайних матеріалів будуть підходящої ідеєю. Не бійтеся експериментів, і вам вдасться ще більше вдосконалити існуючі моделі гвинтів вітряка.