Hur du tillverkar blad till en vindgenerator själv: exempel på egentillverkning av blad för vindkraftverk

Användning av alternativa energikällor är en av de viktigaste trenderna i vår tid. Ren och tillgänglig vindenergi kan omvandlas till elektricitet även i ditt hem om du bygger en vindturbin och ansluter den till en generator.

Du kan tillverka vindturbinblad själv av vanliga material utan speciell utrustning. Vi berättar vilken bladform som är mest effektiv och hjälper dig att välja rätt ritning för vindkraftverket.

Hur fungerar en enkel vindgenerator?

En vindgenerator är en anordning som omvandlar vindenergi till elektricitet.

Dess funktionsprincip är att vinden roterar bladen, driver axeln, och rotationen överförs till generatorn via en växel som ökar hastigheten.

Effektiviteten hos ett vindkraftverk bedöms utifrån KIEV – koefficienten för vindenergiutnyttjande. När vindturbinen roterar snabbt samverkar den med en större mängd vind, vilket innebär att den tar upp mer energi från den.

Det finns två huvudsakliga typer av vindgeneratorer:

• vertikala;
• horisontella.

Vertikalt orienterade modeller är konstruerade så att propelleraxeln är vinkelrätt mot marken. På så sätt sätter varje rörelse av luftmassorna, oberoende av riktning, igång konstruktionen.

Denna mångsidighet är en fördel med denna typ av vindkraftverk, men de förlorar mot horisontella modeller i prestanda och arbetseffektivitet.

En horisontell vindgenerator påminner om en vindflöjel. För att bladen ska rotera måste konstruktionen vridas åt rätt håll, beroende på luftens rörelseriktning.

För att övervaka och fånga upp ändringar i vindriktningen installeras speciella instrument. Verkningsgraden vid denna placering av propellern är betydligt högre än vid vertikal orientering. För hushållsbruk är det mer rationellt att använda vindgeneratorer av denna typ.

Vilken bladform är optimal?

En av vindgeneratorns huvudkomponenter är bladuppsättningen.

Det finns ett antal faktorer relaterade till dessa delar som påverkar vindkraftverkets effektivitet:

• vikt;
• storlek;
• form;
• material;
• antal.

Om du har bestämt dig för att konstruera blad till ett hemmabyggt vindkraftverk måste du absolut ta hänsyn till alla dessa parametrar. Vissa tror att ju fler vingar på generatorns propeller, desto mer vindenergi kan man få. Med andra ord, ju fler, desto bättre.

Men så är det långt ifrån. Varje enskild del rör sig och övervinner luftmotståndet. Därmed kräver ett stort antal blad på propellern en större vindstyrka för att göra ett varv.

Dessutom kan för många breda vingar orsaka bildandet av en så kallad ”luftmössa” framför propellern, där luftströmmen inte passerar genom vindkraftverket utan går runt det.

Formen har stor betydelse. Den påverkar propellerns hastighet. Dålig strömning orsakar virvlar som bromsar vindhjulet.

Den mest effektiva är en enbladig vindgenerator. Men att bygga och balansera den själv är mycket svårt. Konstruktionen blir opålitlig, även om den har hög verkningsgrad. Enligt erfarenhet från många användare och tillverkare av vindkraftverk är den optimala modellen trebladig.

Bladets vikt beror på dess storlek och material. Storleken måste väljas noggrant med hjälp av beräkningsformler. Kanterna bearbetas bäst så att ena sidan är rundad och den motsatta sidan är vass.

Rätt vald bladform för en vindgenerator är grunden för dess goda funktion.

För hemmatillverkning passar dessa alternativ:

• segeltyp;
• vingtyp.

Segeltypens blad är enkla breda remsor, som på en väderkvarn. Denna modell är den mest uppenbara och enkel att tillverka. Men dess verkningsgrad är så låg att denna form nästan inte används i moderna vindgeneratorer. Verkningsgraden är i detta fall cirka 10-12%.

En mycket mer effektiv form är blad med vingprofil. Här används aerodynamiska principer som lyfter enorma flygplan. En propeller med denna form är lättare att få i rörelse och snurrar snabbare. Luftströmningen minskar avsevärt det motstånd som vindkraftverket möter.

Rätt profil bör likna en flygplansvinge. På ena sidan har bladet en förtjockning, och på den andra – en svag lutning. Luftmassorna strömmar mycket jämnt över en detalj med denna form.

Verkningsgraden för denna modell når 30-35%. Den goda nyheten är att man kan bygga ett vingblad själv med minimala verktyg. Alla grundläggande beräkningar och ritningar kan enkelt anpassas till sitt eget vindkraftverk och njuta av gratis och ren vindenergi utan begränsningar.

Vad gör man blad av hemma?

Material som passar för att bygga ett vindkraftverk är främst plast, lätta metaller, trä och en modern lösning – glasfiber. Huvudfrågan är hur mycket arbete och tid du är beredd att lägga på tillverkningen av vindkraftverket.

PVC-avloppsrör

Det mest populära och vanligaste materialet för att tillverka plastblad till en vindgenerator är vanliga avloppsrör av PVC. För de flesta hemmageneratorer med en rotordiameter på upp till 2 m räcker det med ett rör på 160 mm.

Till fördelarna med denna metod hör:

• lågt pris;
• tillgänglighet i alla regioner;
• enkel bearbetning;
• ett stort antal scheman och ritningar på internet, lång erfarenhet av användning.

Rör finns i olika varianter. Det vet inte bara de som tillverkar hemmagjorda vindkraftverk, utan alla som har monterat avlopp eller vattenledningar. De skiljer sig i tjocklek, sammansättning och tillverkare. Rör är inte dyra, så man behöver inte försöka göra vindturbinen ännu billigare genom att snåla på PVC-rören.

Material av dålig kvalitet i plaströren kan leda till att bladen spricker redan vid första testet och allt arbete är förgäves.

Först måste man bestämma sig för en mall. Det finns många alternativ, varje form har sina nackdelar och fördelar. Kanske är det vettigt att först experimentera innan man skär ut det slutgiltiga alternativet.

Eftersom priset på rör är lågt och de finns i alla byggvaruhus, är detta material utmärkt för de första stegen i att modellera blad. Om något går fel kan man alltid köpa ett nytt rör och försöka igen, plånboken lider inte så mycket av sådana experiment.

Erfarna användare av vindenergi har noterat att det är bättre att använda orangea snarare än grå rör för att tillverka blad till en vindgenerator. De håller formen bättre, böjer sig inte efter att vingen formats och håller längre.

Hobbykonstruktörer föredrar PVC eftersom ett trasigt blad under tester kan bytas ut mot ett nytt som tillverkas på 15 minuter direkt på plats om man har rätt mall. Enkelt och snabbt, och framför allt – tillgängligt.

En fotoinstruktion för tillverkning av vindturbinblad av polymerrör hjälper dig att visuellt lära dig stegen och processens ordning:

Alla förberedande steg är klara, nu måste bladen fästas på den del som roterar med vinden:

Aluminium – tunt, lätt och dyrt

Aluminium – en lätt och stark metall. Den används traditionellt för att tillverka blad till vindkraftverk. Tack vare den låga vikten, om plattan ges rätt form, blir propellerns aerodynamiska egenskaper utmärkta.

De huvudsakliga belastningarna som ett vindkraftverk utsätts för under rotation är böjning och brott av bladet. Om plasten snabbt spricker och går sönder vid sådan drift, kan man räkna med en aluminiumskruv under mycket längre tid.

Men om man jämför aluminium med PVC-rör så är metallplattorna fortfarande tyngre. Vid hög rotationshastighet är risken stor att skada inte själva bladet utan skruven vid fästpunkten.

En annan nackdel med aluminiumdetaljer är tillverkningssvårigheten. Om ett PVC-rör har en böjning som kan användas för att ge bladet aerodynamiska egenskaper, tas aluminium oftast i form av en plåt.

Efter att ha skurit ut delen efter en mall, vilket i sig är mycket svårare än att arbeta med plast, måste det erhållna ämnet fortfarande valsas och ges rätt böjning. Hemma utan verktyg är det inte så enkelt.

Istället för dyr aluminium kan man använda rester av takplåt eller bitar av profilerad plåt som blivit över efter läggning:

Glasfiber eller glasfiberväv – för proffs

Om du har bestämt dig för att närma dig frågan om att skapa ett blad medvetet och är beredd att lägga ner mycket tid och energi, så passar glasfiber. Om du inte tidigare har arbetat med vindgeneratorer, är det inte en bra idé att börja bekanta sig med att modellera en vindkraftverk från glasfiberväv. Denna process kräver trots allt erfarenhet och praktiska färdigheter.

Ett blad av flera lager glasfiberväv, sammanfogade med epoxilim, blir starkt, lätt och pålitligt. Med stor yta blir delen ihålig och nästan viktlös.

För tillverkning används glasfiberväv – ett tunt och hållbart material som säljs i rullar. Förutom glasfiber behövs epoxilim för att fästa lagren.

Arbetet börjar med att skapa en matris. Det är en mall som representerar formen för den framtida delen.

Matrisen kan tillverkas av trä: balk, bräda eller stock. Direkt ur massivt trä hugger man ut en volymetrisk silhuett av halva bladet. Ett annat alternativ är en form av plast.

Att göra en mall själv är mycket svårt, man måste ha en färdig modell av bladet i trä eller annat material framför sig, och först sedan skär man ut matrisen för delen utifrån den modellen. Man behöver minst 2 sådana matriser. Men om man lyckas göra en bra form en gång, kan den användas flera gånger och på så sätt bygga mer än en vindkraftverk.

Formens botten smörjs noggrant med vax. Detta görs för att det färdiga bladet lätt ska kunna tas ut senare. Man lägger ett lager glasfiber, penslar på epoxilim. Processen upprepas flera gånger tills arbetsstycket når önskad tjocklek.

Sedan måste limmet torka. Vissa rekommenderar att lägga formen i en vakuumpåse och suga ut luften. På så sätt tränger limmet bättre in i alla lager av glasfiberväven, utan att lämna opåverkade områden.

När epoxilimmet har torkat tas halvan av delen försiktigt ut ur matrisen. Samma sak görs med den andra halvan. Delarna limmas ihop för att få en ihålig volymetrisk del. Ett lätt, starkt blad med rätt aerodynamisk form av glasfiber – höjdpunkten av hantverksskicklighet för en hemmabyggare av vindkraftverk.

Dess största nackdel är svårigheten att förverkliga idén och den stora mängden defekter i början, tills en idealisk matris erhålls och tillverkningsalgoritmen finslipas.

Billigt och enkelt: trädel för vindturbinhjulet

Träblad – en traditionell metod som är lätt att genomföra, men ineffektiv med dagens elförbrukning. Delen kan göras av en hel bräda av lätt träslag, till exempel furu. Det är viktigt att välja ett väl torkat träämne.

Om träet är fuktigt kan propellern “slå sig” under torkningen och den deformeras. Dessutom är vikten på fuktigt trä betydligt högre än på torrt.

Man måste välja en lämplig form, men ta hänsyn till att ett träblad inte är en tunn platta som en aluminium- eller plastblads, utan en voluminös konstruktion. Därför räcker det inte att bara ge ämnet form, man måste förstå principerna för aerodynamik och föreställa sig bladets konturer i alla tre dimensioner.

Det slutliga utseendet på träet måste ges med hyvel, helst elektrisk. För hållbarhet behandlas träet med antiseptisk skyddslack eller färg.

Den största nackdelen med en sådan konstruktion är propellerns stora vikt. För att flytta denna koloss måste vinden vara tillräckligt stark, vilket i princip är svårt att uppnå. Trä är dock ett lättillgängligt material. Brädor som är lämpliga för att tillverka en vindgenerators propeller kan man hitta direkt på sin gård utan att spendera en krona. Och det är träets främsta fördel i detta fall.

Verkningsgraden för ett träblad närmar sig noll. Som regel är den tid och ansträngning som läggs på att bygga en sådan vindkraftverk inte värd resultatet uttryckt i watt. Men som en pedagogisk modell eller ett prov exemplar har träbladet sin plats. Dessutom ser en väderflöjel med träblad imponerande ut på tomten.

Följande bildserie visar stegen för att tillverka en vindkraftverk med blad ur plywood.

Arbetsdelen är klar och funktionstestad, så det återstår bara att måla den och skruva fast den på masten:

Ritningar och exempel på blad

Det är mycket svårt att göra en korrekt beräkning av vindturbinens skruv utan att känna till de grundläggande parametrarna som visas i formeln, och utan att ha en aning om hur dessa parametrar påverkar turbinens funktion.

Slösa inte din tid om du inte vill sätta dig in i aerodynamikens grunder. Färdiga ritningsscheman med givna parametrar hjälper dig att välja lämpligt blad för vindkraftverket.

Ritning av blad för tvåbladig skruv. Tillverkas av avloppsrör med diameter 110. Turbinskruvens diameter i dessa beräkningar är 1 m.

En sådan liten vindturbin kan inte ge dig hög effekt. Troligtvis kommer du knappast att kunna få ut mer än 50 W ur denna konstruktion. Men en tvåbladig skruv av lätt och tunn PVC-slang ger hög rotationshastighet och säkerställer turbindrift även vid låg vind.

Ritning av blad för trebladig vindturbinskruv av rör med diameter 160 mm. Beräknad snabbhet i detta alternativ är 5 vid vindhastighet 5 m/s.

En trebladig skruv av denna form kan användas för kraftfullare enheter, cirka 150 W vid 12 V. Diametern på hela skruven i denna modell når 1,5 m. Vindhjulet kommer att snurra snabbt och lätt starta. En turbin med tre blad förekommer oftast i hemkraftverk.

Ritning av hemmagjort blad för 5-bladig vindturbinskruv. Tillverkas av PVC-rör med diameter 160 mm. Beräknad snabbhet – 4

En sådan fembladig propeller kan ge upp till 225 varv per minut vid en beräknad vindhastighet på 5 m/s. För att bygga ett blad enligt de föreslagna ritningarna måste du överföra koordinaterna för varje punkt från kolumnerna 'Koordinater för mall fram/bak' till ytan på ett plastavloppsrör.

Med hjälp av tabellen nedan kan du beräkna diametern på ett vindkraftverk med 2-16 blad. Du kan då välja storlek med hänsyn till önskad effekt vid utgången.

Det framgår av tabellen att ju fler blad vindkraftverket har, desto kortare måste de vara för att producera samma effekt.

Som erfarenheten visar är det ganska svårt att underhålla ett vindkraftverk med en diameter på mer än 2 meter. Om du enligt tabellen behöver ett större vindkraftverk, överväg att öka antalet blad.

En artikel som steg för steg beskriver beräkningsprocessen introducerar regler och principer för beräkning av vindkraftverk.

Balansering av vindturbinen

Balansering av vindkraftverkets blad hjälper till att göra dess drift så effektiv som möjligt. För att utföra balanseringen måste du hitta ett rum utan vind eller drag. Naturligtvis kommer det att vara svårt att hitta ett sådant rum för ett vindhjul med en diameter på mer än 2 m.

Bladen monteras i en färdig konstruktion och installeras i driftläge. Axeln måste vara strikt horisontell, i våg. Planet i vilket propellern kommer att rotera måste vara strikt vertikalt, vinkelrätt mot axeln och marknivån.

Den stillastående propellern måste vridas 360/x grader, där x = antalet blad. Helst kommer ett balanserat vindkraftverk inte att avvika en enda grad, utan förbli stilla. Om ett blad har vridit sig under sin egen vikt måste du justera det lite, minska vikten på ena sidan och eliminera avvikelsen från axeln.

Processen upprepas tills propellern är helt stilla i alla lägen. Det är viktigt att det inte blåser under balanseringen. Detta kan förvränga testresultaten.

Det är också viktigt att kontrollera att alla delar roterar strikt i samma plan. För att kontrollera detta placeras kontrollplattor på 2 mm avstånd på båda sidor av ett av bladen. Under rörelse får ingen del av propellern vidröra plattan.

För att driva ett vindkraftverk med tillverkade blad måste du bygga ett system som ackumulerar den producerade energin, lagrar den och överför den till konsumenten. En av systemets komponenter är en regulator. Om hur du gör en regulator för ett vindkraftverk får du veta genom att läsa den artikel vi rekommenderar.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Det är fullt möjligt att bygga ett vindkraftverk själv med hjälp av material som finns till hands. Om du börjar med enklare modeller kommer troligen första försöket att lyckas. Med erfarenhet kan du ta dig an mer komplexa idéer för att få en så effektiv och kraftfull vindgenerator som möjligt.

Video #1. Hur man gör ett vindkraftverk av PVC-rör:

Video #2. Vindgenerator med egna händer:

Video #3. Vindkraftverk av galvaniserat stål:

Om du vill använda ren och säker vindenergi för hushållsbehov och inte planerar att spendera massor av pengar på dyr utrustning, är hemmagjorda blad av vanliga material en lämplig idé. Var inte rädd för experiment, och du kommer att kunna förbättra befintliga modeller av vindturbinblad ytterligare.

Vill du berätta hur du själv gjorde blad till ett vindkraftverk som förser din sommarstuga med el? Vill du dela användbar information med webbplatsens besökare eller ställa en fråga? Skriv gärna en kommentar i blocket nedan.