ветряк своими руками

Автономность энергообеспечения, или как сделать ветрогенератор своими руками

Ирина Бесхлебная Ирина Бесхлебная

В последнее время достаточно популярным стало изготовление ветровых электрогенераторов у себя дома. Вопросы о том, как делать ветрогенераторы своими руками, обсуждаются на многих форумах. Такие станции будут особо нужны в тех местах, где человек не имеет доступа к бытовой электросети. К примеру, речь может идти об удаленном дачном участке.

ветряк своими руками
Ветрогенератор будет отличным прибором для экономии электричества

Такие станции можно устанавливать у себя на участке и в целях экономии электричества. Конечно, никто не запрещает воспользоваться бензиновыми или дизельными генераторами. Но от подобных устройств дыма и шума достаточно много, а в то же время расходы на топливо не порадуют.

Что же касается ветровых электростанций, то подобные сооружения способны заряжать аккумуляторные батареи для того, чтобы электроприборы в доме могли питаться электричеством даже в тихую погоду. Учитывая то, что сегодня практически нет никаких ограничений по материалам, подобные конструкции соорудить может любой желающий. Главное здесь желание, а также наличие определенных средств и свободного времени.

Стоит заметить, что в зависимости от количества оборотов, которые проделывает пропеллер станции в минуту, ветрогенераторы разделяются по классу тихоходности, что непосредственно влияет на мощность.

Мощность как залог надежности

Наверняка многие люди, которые интересовались вопросом установки у себя дома ветровой электростанции, хотели не только холодильник или лампочку питать от генератора, но еще и при необходимости включить мощные батареи для отопления или бойлеры. Но в таком случае строить станцию своими руками будет сложнее.

Стоит всегда помнить о том, что сложность строительства генератора будет напрямую зависеть от его мощности. А поэтому с ростом мощности конструктивная сложность будет увеличиваться в разы.

как работает ветрогенератор
Принцип работы ветрогенератора достаточно прост, нужен только ветер

В качестве примера маломощного ветряка можно привести W-HR2, который выпускает компания AVIC. У этого ветрогенератора при мощности в 2 кВт диаметр ротора составляет более трех метров. Чтобы конструкция получала достаточно воздушного потока, ее устанавливают на башню высотой в 8 метров, закрепленную на поверхности земли при помощи мощного фундамента.

Такой ветряк устанавливают при помощи крана. Так что если подумать, то сооружение ветряка является достаточно сложным занятием. Чаще всего ветроколесо может иметь 2, 3, 4, 6, 8 или 12 лопастей:

В таблице ниже отображена зависимость мощности от диаметра крыльчатки генератора и количества лопастей на ней. Иными словами, там показано, сколько и какой длины должны быть лопасти у ветряка, чтобы он выдавал заданную мощность. Данные получены опытным путем посредством проведения многих тестов. Информация достоверна в случае применения ветрогенератора с коэффициентом использования ветра в 0,35, а также КПД редуктора и генератора соответственно 0,9 и 0,8.

Таблица зависимости мощности от диаметра колеса и числа лопастей

Мощность, Вт Наружный диаметр ветроколеса при количестве лопастей, м
16 8 6 4 3 2
500 5 7 8,16 9,94 11,48 14
300 3,88 5,46 6,34 7,76 8,98 10,94
100 2,24 3,16 3,68 4,5 5,2 6,34
90 2,12 3 3,48 4,26 4,92 6
80 2 2,82 3,28 4 4,64 5,66
70 1,88 2,64 3,08 3,76 4,34 5,3
60 1,74 2,44 2,84 3,48 4 4,9
50 1,58 1,24 2,6 3,18 3,68 4,48
40 1,42 2 2,32 2,84 3,28 4
30 1,22 1,72 2 1,44 2,82 3,44
20 1 1,42 1,64 2 2,32 2,82
10 0,72 1 1,16 1,42 1,64 2

Эти данные для многих могут показаться завышенными. К примеру, для станции мощностью в 500 Ватт с тремя лопастями диаметр крыльчатки должен составлять более 11 метров. Но таких цифр пугаться не стоит, ведь данные в таблице приведены для скорости ветра в четыре метра в секунду. Это скорость ветра в обычной местности вдали от моря. С ее возрастанием соответственно будет увеличиваться и мощность генератора.

Стоит помнить, что мощность станции будет пропорциональной скорости потока ветра в кубе. С ростом скорости в два раза, до 8 м/с, мощность вырастет в 8 раз. Если же скорость ветра будет более высокой, тогда необходимо организовывать защиту ветростанции от повреждений.

Недостатки трех и двух лопастей

Прежде, чем начать делать ветрогенератор для дома своими руками, вам нужно определиться с количеством лопастей. Самыми распространенными на сегодня являются двух- и трехлопастные генераторы. Но они имеют определенные недостатки.

Высокие обороты в процессе работы ведут к возникновению достаточно высоких гироскопических и центробежных сил. Первые существенно увеличивают нагрузку на ось генератора, мачту и крепления, в то время как центробежные постоянно находятся в стремлении разорвать лопасти на куски.

схема ветроколес
Схема создания двух- и трехлопастного ветроколеса

Схема создания двух- и трехлопастного ветроколеса

Чем быстрее будет вращаться винт, тем более высокой будет сила трения его о воздух. Именно поэтому лопасти быстроходного колеса имеют высокие требования к качеству аэродинамики. Даже мизерные погрешности смогут в разы сократить коэффициент полезного использования ветрового потока. Кроме этого, стоит позаботиться о форме лопастей таких ветроколес. Она должна напоминать крыло самолета. Если же речь идет о тихоходном винте, то сделать его может каждый желающий, в отличие от требующего большей точности быстроходного.

Быстроходные ветряки с такими крыльчатками издают очень много шума. Такая ситуация наблюдается потому, что даже лопасти с высокой аэродинамикой создают зоны, в которых серьезно скачет давление, а о кустарных вентиляторах и вовсе речь не идет. Соответственно, чем большими будут лопасти ветроколеса, а также его окружная скорость, тем больше шума в процессе работы оно будет создавать. Так что такой ветряк на крыше дома установить не получится, в противном случае можно среди ночи просыпаться под звуки взлетающей авиатехники.

И последним, но не менее важным недостатком таких ветряков является то, что от количества лопастей будет зависеть количество вибрации. Поскольку двухлопастные ветряки сбалансировать сложно, то и шума они будут издавать больше.

Длина лопастей

Учитывая все вышесказанное, лучше сооружать ветряки с 5-6 лопастями. В таком случае окружная скорость будет ниже, нагрузка на ось генератора упадет, а вдобавок еще и диаметр колеса можно будет сделать меньшим, чем в случае с 3 лопастями. Принимая в учет данные с вышеуказанной таблицы, можно рассчитать максимальную длину лопасти для ветровой электростанции.

Естественно, изготовить винт диаметром 3 метра с шестью лопастями будет достаточно сложно. Трудно даже представить установку такого сооружения на мачту, которая должна быть очень прочной. То же самое касается и балансировки – вряд ли получится сделать это на сто процентов.

самодельная лопасть
Лопасти можно изготовить из любого материала

Но если диаметр будет находиться на уровне 2 метров, тогда все работы по силам даже начинающим энтузиастам. Многие могут захотеть еще больше увеличить полезную мощность своего генератора, и захочет соорудить колесо с 12 лопастями. Это потребует больше усилий, времени и материалов. При таком количестве лопастей ветер скоростью в 8 м/с позволит получать 500 Вт мощности.

Но такое колесо будет весьма тихоходным, а это влечет дополнительные и никому не нужные проблемы. В первую очередь это касается тихоходности ветроколеса подобной конструкции. Учитывая ее низкий уровень, мастер должен будет соорудить специальный редуктор, что существенно усложнит конструкцию станции и сделает ее еще более дорогостоящей. Можно говорить с уверенностью, что самым подходящим для энтузиастов вариантом будет ветроколесо диаметром в 2 метра и 6 лопастями.

Защита станции от сильного ветра

Стоит заметить, что вертикальный ветрогенератор своими руками сделать можно, и он будет обладать более высокими показателями рабочей скорости ветра, чем горизонтальные. Максимальная скорость ветра, допустимая для эксплуатации ветровой электростанции, равна 8-9 метрам в секунду. В случае превышения данного показателя скорости потока воздуха, работу станции необходимо ограничивать. Причем делать это нужно даже в том случае, если ветряк относится к типу тихоходных.

Конечно, вряд ли ветроколесу удастся раскрутиться до такой скорости, что оно разрушится. Но если ветер сильный, то давление на хвост оперения значительно увеличивается, а в случае резкого изменения направления потока воздуха генератор будет резко крутиться.

безопасность ветряка

Принимая в учет то, что при высоких показателях скорости ветра крыльчатка генератора способна вращаться достаточно быстро, то вся конструкция превращается в гироскоп, противящийся любым поворотам. Это становится причиной сосредоточения на валу генератора значительных нагрузок между ветроколесом и рамой.

В истории существует много случаев, когда энтузиасты возводили свои собственные электрогенераторы, но не предусматривали никакой защиты от сильного ветра. В результате этого у них даже прочные оси автомобильного генератора не выдерживали всей нагрузки и ломались как спички.

Кроме всего прочего, выбранное ранее 6-лопастное колесо с диаметром в 2 метра будет обладать высокими показателями аэродинамического сопротивления. При сильном ветре это грозит высокими нагрузками на мачту. А поэтому для более надежной и длительной эксплуатации ветрогенератора, стоит побеспокоиться о защите.

Проще всего использовать для подобных целей так называемую боковую лопату. Это весьма простое устройство, способное существенно сэкономить средства, силы и время, затраченные на возведение станции.

Работа такого устройства заключается в том, что при рабочем ветре со скоростью в 8 м/с давление ветра на конструкцию ниже давления пружины защиты. Это позволяет генератору работать в обычном режиме и держаться по ветру при помощи оперения. Чтобы в рабочем режиме ветряк не складывался, имеется растяжка между боковой лопатой и хвостом. Но при сильном ветровом потоке, давление на ветроколесо превышает силу давления пружины, в результате срабатывает защита. Когда генератор начинает складываться, ветровой поток попадает на ветрогенератор под углом, что серьезно сокращает его мощность.

При очень высоких показателях скорости ветра защита полностью складывает генератор, который ложится параллельно направлению ветрового потока. В результате практически полностью прекращается работа ветряка. Стоит заметить, что в таком случае хвост оперения не крепится жестко с рамой, а имеет возможность вращения. Шарнир, который при этом используется, должен изготавливаться из высокопрочной стали, а его диаметр не должен быть менее 12 миллиметров.

Правильный уход

Чтобы электроветрогенератор работал как можно более эффективно, стоит побеспокоиться о его уходе. Тихоходный ветрогенератор, даже если он сделан своими руками, достаточно хорошо запускается при низкой скорости ветра. Но чтобы его работа была нормальной, стоит придерживаться выполнения определенных правил.

Спустя две недели после первой установки генератор необходимо демонтировать и проверить все крепления. Стоит делать все при слабом ветре, в противном случае высок риск травматизма.

Подшипники генератора и поворотного узла конструкции должны смазываться не реже раза в полгода. При малейших признаках того, что ветроколесо разбалансировалось, нужно снять его и устранить неисправность. В качестве признака подобных неприятностей может служить дрожание лопастей даже в том случае, если генератор установлен по ветру.

Раз в полгода стоит уделять и несколько минут на проверку щеток системы токоприемника. Раз в 2-5 лет необходимо красить металлические детали станции во избежание коррозии и прочих неприятностей.

шлифовка коллектора
Ветрогенератор требует постоянного ухода, не забывайте об этом

Кроме всего прочего, большую роль в данной установке играет состояние генератора, а поэтому ему нужно уделить особое внимание. Стоит регулярно проверять его на нагрев. Если на генераторе сложно удержать руку, тогда лучше отдать его в мастерскую, в которой устранят неисправность. Также очень важным является состояние не только щеток, но и коллектора. В случае наличия на контактах загрязнения, его тут же нужно отчистить, в противном случае работа будет неэффективной.

Нужно следить за механическим состоянием этих контактов, ведь при большой выработке эффективность работы генератора падает в разы, а кроме всего прочего, могут наблюдаться побочные эффекты в виде сгоревших обмоток, перегрева генератора и т.д.

Если же процесс создания и ухода своими руками для человека кажется очень сложным, тогда можно купить ветрогенератор для дома и оградить себя от различных неприятностей. Правда, в таком случае об экономии средств можно будет забыть.

Похожие статьи
Добавить комментарий