Лопасти для ветряка размеры

Пример расчета лопастей из ПВХ труб в таблице эксель

К примеру у нас получился генератор с такой мощностью при заряде аккумулятора на 12 вольт. Эти данные получены при вращении реального генератора в станке, а показания считал ваттметр, генератор выдает:

50об/м — 0 Ампер
100об/м- 2 Ампер 30 Вт
150об/м — 8 Ампер 120 Вт
200об/м -14 Ампер 270 Вт
250об/м- 20 Ампер — 350 Вт
300об/м — 26 Ампер 450 Вт

Теперь зная мощность генератора прикинем винт. Для этого воспользуемся табличкой для расчета лопастей. Скачиваем архив Расчет лопастей из ПВХ труб, данная табличка взята с форума windpower-russia.ru . Распаковываем архив и у вас появится таблица эксель 2d4z10t315.xls, открываете ее, если не открывается то скачайте дополнительную программу для работы с файлами xls, это Офисный пакет для windows, и аналогичные программы для андроид устройств.

После открытия таблички у вас должно появится на экране вот такая таблица с разными параметрами и данными винта. Я открываю программу с планшета андроид и у меня таблица выглядит так (см. ниже скриншот). По умолчанию в ней уже рассчитан двух-лопастной винт с быстроходностью Z10 диаметром 4 метра из 315-й ПВХ трубы. Расчет на вкладке «Расчет», а геометрия лопасти на вкладке «Геометрия лопасти».

В желтые поля нужно вводить свои данные, такие как диаметр трубы, ее вес (в левом верхнем углу таблицы в столбцах А и В указан диаметр труб и масса). Диаметр труб стандартный, 110, 160, 250, 315мм, вес погонного метра трубы указан в таблице в верхнем левом угле в столбце «В». Далее вводим диаметр винта, быстроходность винта, количество лопастей, нужную скорость ветра. При этом в зеленых полях таблицы должны изменится данные о винте, если данные не отображаются и вместо них вот такое, как на скриншоте ниже:

Значит вы ввели недопустимые цифры и таблица такое не может высчитать. Так к примеру если винт двухлопастной, то его быстроходность не может быть 2 -3, она должна быть как минимум 6 и выше, так-же если вы хотите 6-9 лопастей, то не ставьте быстроходность 6-7, для тихоходных винтов быстроходность 3-4 или ниже это норма. Далее при маленьком диаметре труб не ставьте большой диаметр винта, так-как тонкие лопасти не смогут работать в реальных условиях. Диаметр винта для каждого диаметра трубы должен быть разумным, так к примеру из 110-й трубы не более 1,2м, для 160-й не более 1,7м, так-как тонкие лопасти будут прогибаться на ветру и ловить флаттер.

Кроме того смотрите в нижнюю часть таблицы где зеленые столбцы «фронт» и «тыл», в которых отображаются координаты лопасти. Если рядом появились красные цифры, это значит что углы лопасти запредельные и при таких углах лопасть работать не будет. Нужно изменить или размеры лопасти, или быстроходность, количество лопастей или диаметр, пока не исчезнут красные цифры. Координаты лопасти задаются в желтых полях где красные цифры в столбцах (фронт 0,1R тыл 0,1R и другие). Остальные параметры такте как «Степень торможения», «Жуковский/Сабинин 0/1» и прочее лучше не меняйте если не знаете зачем это.

После ввода основных координат лопасти 0,1R 0,5R и 0,2R внизу в зеленых полях «фронт» и «тыл» изменятся цифры и все другие параметры лопасти, если рядом появятся красные цифры значит вы ввели недопустимые данные. Не торопитесь и все станет понятно, в таблице выводятся все необходимые данные включая стартовый момент на определенном ветре, по этому если генератор имеет залипание, то можно вычислить при каком ветре сторонится винт.

Пример расчета лопастей из 160-й трубы для данного генератора

Самый лучший результат я получил из 160-й трубы при диаметре 2,2м и быстроходности Z3,4 — лопастей 6шт, но такой диаметр винта из трубы 160мм лучше не делать, слишком тонкие и хлипкие лопасти получатся. При 3м/с номинальные обороты винта составили 84об/м и мощность винта 25ватт, то-есть примерно подходит. Надо конечно с запасом на КПД генератора, но 160-я труба и так тонкая и скорее всего уже при 7м/с будет наблюдаться флаттер. Но для примера пойдет. Теперь если изменять скорость ветра в таблице, то видно что мощность винта и его обороты будут примерно совпадать с параметрами винта, что нам и требуется, так-как важно чтобы винт был не перегружен и не недогружен — иначе пойдет вразнос на большом ветре.

Так при разном ветре я получил такие данные винта. Ниже на скриншоте данные винта при 3м/с, максимальная мощность винта (КИЭВ) при быстроходности Z3,4 Обороты и мощность при этом примерно совпадают с мощностью генератора при этих оборотах. Обороты генератора 100об/м- 2 Ампер 30 ватт

Далее вводим скорость 5м/с, это как видно на скриншоте 141об/м винта и мощность на валу винта 124 ватта, тоже примерно совпадает с генератором. Обороты генератора 150об/м — 8 Ампер 120 ватт

При 7м/с винт начинает по мощности обходить генератор и естественно недогруженный набирает большие обороты, по этому быстроходность я поднял до Z4 , получилось тоже примерное совпадение по мощности и оборотам с генератором. Обороты генератора 200об/м -14 Ампер 270 ватт

При 10м/с винт стал гораздо мощнее генератора при номинальной быстроходности так-как мало-оборотистый и не может раскрутить генератор быстрее. Так при Z4 мощность винта 991ватт, а обороты всего 332об/м. Обороты генератора 300об/м — 26 Ампер 450 ватт. Но недогруженный генератор позволяет раскрутится винту до быстроходности Z5 и выше, при этом КИЭВ винта падает, а следовательно и мощность, но при этом возрастают обороты, по этому получилось так что винт раскрутит генератор немного больше, но сам при этом потеряет в мощности и где то наступит баланс. Данные при этом примерно совпадут с генератором, но винт явно по мощности обгоняет генератор, по-этому при этом ветре пора делать защиту уводом винта из под ветра.

Так мы подогнали винт из ПВХ трубы диаметром 160мм под генератор. Сразу скажу что именно шести-лопастной винт такой быстроходности оказался самым подходящим. А так можно считать винт любого диаметра и количества лопастей. Просто трех-лопастной винт диаметром 2,3м для этого генератора оказался слишком скоростным и он не набрал бы обороты для своего максимального КИЭВ, так-как генератор сразу бы его начал тормозить.

По этому увеличением количества лопастей я понизил обороты винта и сохранил его мощность. Так винт получился подходящим под генератор, но 160-я труба внесла свои ограничения, в частности и так диаметр слишком большой и на ветру от 7м/с винт с хлипкими и тонкими лопастями скорее всего получит флаттер, и будет рокотать как взлетающий вертолет. Да и этим винтом мы снимаем с генератора грубо говоря при ветре 10м/с всего ватт 600-700, а можно в два раза больше, если поднять быстроходность винта и немного увеличить его диаметр.

Ниже скриншот с вкладки «Геометрия лопасти». Это размеры для вырезания лопасти из трубы

Второй пример расчета винта для этого генератора

В первом варианте расчета мы подогнали тихоходный винт из 160-й трубы. Ветрогенратор с таким винтом получился всего 600-700 ватт при ветре 10м/с, 160-я труба не позволяет нам увеличить еще диаметр так-как слишком слабая, но можно взять более подходящую трубу и сделать ветряк гораздо мощнее применив быстроходный винт. К примеру возьмем трубу 250мм и винт диаметром 2,7м и начнем с 3м/с, нам же хочется чтобы зарядка начиналась как можно раньше. Вводим данные винта пока все показатели не подойдут под наш генератор. У меня получилось так:

Скорость ветра 3м/с, обороты винта и мощность примерно совпадают с параметрами генератора, осталось проверить как будут совпадать данные при увеличении скорости ветра. При 6м/с снова винт примерно совпадает с генератором и немного мощнее что и надо чтобы компенсировать потери на КПД генератора и другие.

Дальше на скриншоте ниже видно что винт при быстроходности Z5 далеко ушол от генератора по мощности, по-этому надо подминать быстроходность, так-как недогруженный винт пойдет набирать обороты дальше пока его КИЭВ не упадет, следовательно и мощность. Быстроходность я поднял до Z7,7, в результате КИЭВ упал, но возрасти обороты, так как в реале недогруженный винт пойдет раскручиваться до большей быстроходности. В результате обороты около 550 и мощность 1,2кВт, что как раз и будет у генератора при таких оборотах.

Получается в сравнении с предыдущим винтом при использовании одного и того же генератора мощность составила 600 ватт примерно, максимум 700. А во втором случае увеличением диаметра винта и его быстроходности удалось поднять максимальную мощность до 1200 ватт. Если бы мы оставили 6 лопастей, то не получили бы таких оборотов и винт был бы с огромным перебором по мощности но с маленькими оборотами, а генератор давал бы меньше энергии так-как обороты генератора были бы меньше.

Весь смысл подгона винта под генератор заключается в подгонке по мощности и оборотам, чтобы винт был под нагрузкой, но при этом смог тянуть генератор и раскручиваться до номинальных оборотов в соответствии с быстроходностью, иначе мощность винта (КИЭВ) будет маленькая. И чтобы винт не-был с перебором по мощности, иначе он с шумом лопастей будет набирать бешеные обороты, и уйдет вразнос что может быть очень опасно если винт плохо сбалансирован и мачта слабая, от вибраций много чего может не выдержать, тут обязательно защита нужна уводом винта из под ветра. Если винт с перебором по мощности, то электро тормозом его не остановишь, генератор ведь слабее будет.

Как вырезать лопасти

После того как винт подогнали под генератор, то можно вырезать лопасти, для этого на вкладке «геометрия лопасти» в табличке есть все параметры. На трубе чертится ровная линия вдоль трубы. Чтобы начертить линию ровно поставьте трубу вертикально, прислоните например к дверному косяку, который должен быть строго вертикальным (проверьте строительным уровнем). А далее грузик на ниточке к верху трубы и делаете две засечки, вверху и внизу, соединяете линию и у вас получится ровная линия вдоль трубы.

Далее по линии начиняя с корня лопасти отмечаете размеры радиуса лопасти — в столбце «Радиус лопасти» в зеленых колонках. По этим размерам на линии ставите точки в лево и в право от корня лопасти. Влево если смотреть от корня лопасти к кончику будут координаты лекала Тыл мм, а справа от линии координаты лекала Фронт мм. После соединяете точки и у вас образуется лопасть, которую обычно вырезают с помощью полотна от ножовки по металлу, или электролобзиком.

Отверстия для крепления лопасти на хаб делаются строго по центральной линии лопасти, которую чертили на трубе в самом начале, если сместить отверстия, то лопасть встанет под другим углом к ветру и потеряет все свои качества. Кромки лопасти нужно обязательно обработать, фронтальную часть лопасти закруглить, тыльную часть заострить’ и закруглить кончики лопастей чтобы ничего не свистело и не шумело. Таблица эксель уже учитывает при расчете обработку кромок таким образом как на картинке ниже.

Надеюсь вам стало понятнее как пользоваться табличкой и как подбирать винт под генератор. Для примера я конечно выбрал генератор с неподходящими параметрами так-как слишком рано начинается зарядка 12в АКБ, для 24в и 48 вольт результаты были бы другие и мощность еще выше, но все примеры не опишешь.

Самое главное понять принципы, например подбирая винт если он имеет хорошую мощность при одних оборотах, это не значит что он будет ее иметь на практике, если генератор слишком рано нагрузит винт, то он не выйдет на свои обороты и не разовьет ту мощность, которая должна быть при меньших оборотах, хоть и ветер будет расчетный или даже выше. Лопасти настроены на определенную быстроходность и будут брать максимум мощности от ветра при своей быстроходности.

Быстроходность винта это отношение скорости кончика лопасти к скорости ветра и не не связана с оборотами винта. При одной и той-же быстроходности винты разных диаметров будут иметь разные обороты. Так например винт диаметром 2м с быстроходностью Z5 сделает при ветре 5м/с примерно ( 2*3,14=6,28) 1,3об/с. А винт диаметром 1м с быстроходностью Z5 сделает (1*314=3,14) 1,8об/с. Дополнительные материалы по расчету лопастей смотрите в разделе «Расчет ветрогенераторов». Вопросы можете оставить в комментариях ниже.

Источник

Лопасти для ветрогенератора

Пост опубликован: 7 ноября, 2017

Ветровой генератор – это техническое устройство, служащее для производства электрической энергии путем преобразования кинетической энергии ветра, посредством передачи вращательного движения лопастей на вал генератора.

Лопасти ветрового генератора являются сложным и основным элементом устройства, определяющим его технические параметры, возможность установки в том или ином месте, а также его геометрические размеры.

Основные характеристики

Производительность ветрового генератора зависит от количества и размера лопастей, установленных на нем, что ясно видно из формулы:

N – мощность воздушного потока, определяющая мощность устройства;

р – плотность воздуха;

S – площадь, ометаемая ветровым генератором;

V- скорость ветра.

Основными характеристиками этого элемента технических устройств данного типа являются:

В соответствии с ниже приведенной схемой:

R — радиус, определяющий ометаемую площадь устройства;

b — ширина, определяет быстроходность конкретной модели;

c — толщина, зависит от материала из которого изготавливается и конструктивных особенностей;

φ — угол установки определяет расположение плоскости вращения лопасти по отношению к своей оси;

r — радиус сечения или внутренний радиус вращения.

• Механическая прочность – определяет способность элемента выдерживать нагрузки, прилагаемые к нему и зависит от материала, использованного при изготовлении и его конструкции.
• Аэродинамическая эффективность – определяет способность преобразовывать поступательное движение энергии ветра во вращательное движение вала ветрового генератора.
• Аэроакустичекие параметры – характеризуют уровень шума, производимого во время работы ветровой установки.

Как рассчитать правильно

На КПД ветрового генератора оказывает значительное влияние аэродинамические характеристики устанавливаемых на него лопастей, поэтому перед их изготовлением, производятся специальные расчеты. В результате проведения таких расчетов, изделия проверяются на соответствие полученных результатов требуемым параметрам и прочим требованиям, предъявляемым к ним.

Ветер оказывает воздействие на лопасти генератора и эта сила, или иными словами – напор, действует по направлению воздушного потока. В свою очередь, перпендикулярно к силе напора действует подъемная сила, именно которая и работает в ветровых генераторах с горизонтальной осью вращения (показано на ниже приведенной схеме).

При расчете геометрических размеров лопасти определяется ширина ее хорды и угол ее установки, на схеме β, на всей протяженности элемента устройства.

При проведении расчетов используется метод конечных элементов, суть которого заключается в том, что лопасть рассматривается как совокупность отдельных элементов, входящих в ее состав.

Сила напора ветровых потоков направлена против движения лопасти (на схеме названа «истинным ветром») и на диаграмме разложена на вектора — «скорость ветра» и «окружная скорость». Окружная скорость обеспечивает движение лопастей в плоскости вращения, при этом подъемная сила оказывает воздействие именно в этом направлении.

Сила напора и подъемная сила, определяют производительность ветрового генератора (формула приведена в разделе «Основные характеристики») и зависят от коэффициента подъемной силы, а также коэффициента лобового сопротивления. Кроме этого, данные коэффициенты, находятся в прямой зависимости от геометрического профиля лопасти и угла между линией ее хорды и направлением воздушного потока.

Линия хорды– самая длинная линия при рассмотрении ее сечения, от носка лопасти до ее задней кромки.

Угол между линией хорды и направлением воздушного потока (набегающий поток) называется углом атаки (угол α).

Коэффициенты подъемной силы и лобового сопротивления определены экспериментальным путем и занесены в специальные журналы (атласы). График зависимости подъемной силы от угла атаки (формы лопасти), выглядит следующим образом:

Наилучшие аэродинамические показатели имеют подобные элементы, обладающие углом α (углом атаки) равным значению – 5.

Еще одним важным параметром, при расположении элементов, является угол их установки (угол β), который определяется по формуле:

R – радиус наружного круга вращения;

r – радиус вращения, без учета комля и и прикомлевой части;

Z – быстроходность кончика данного элемента устройства.

Ширина лопасти (размер «b») это также важный параметр, требующий соответствующего расчета. Наиболее важной частью является наружная, что обусловлено кольцом ветра и площадью охвата, с которым эта часть устройства работает.

Расчет выполняется по формуле:

R – наружный радиус вращения;

r – внутренний радиус вращения, без учета комля и и прикомлевой части;

Z – быстроходность кончика.

i – количество лопастей.

Из данной формулы видно, что:

• Ширина обратно пропорциональна внутреннему радиусу ее вращения, и что, в свою очередь говорит о том, что наиболее оптимальной формой, является форма треугольника;
• Ветровой генератор с малым количеством лопастей должен иметь более широкие лопасти;
• Увеличение быстроходности снижает их ширину.

Быстроходность с показателем «5», является наиболее оптимальной, что позволяет снизить потери установки при максимальном количестве лопастей. На приведенном ниже рисунке, указано, как количество однотипных элементов, установленных на ветровом генераторе, влияет на его быстроходность:

Высокая быстроходность позволяет увеличить КПД ветровых генераторов, при этом негативными факторами, при эксплуатации подобных устройств, будут:

• Повышенный уровень производимого шума;
• Вибрация, при использовании одной или двух лопастей;
• Повышенная эрозия кромок;
• Трудности старта при малых потоках ветра.

Для снижения уровня шума кончики лопастей делают заостренной формы, а для облегчения старта, основания изготавливаются несколько шире, чем размер «b».

Виды лопастей

В зависимости от типа ветрового генератора, вид лопастей используемых в каждом конкретном случае, может меняться, но основные конструкции соответствуют следующим типам.

1.Крыльчатого вида – используются в установка с горизонтальной и вертикальной осью вращения и могут изготавливаться из жестких материалов.

2.Парусного вида, могут быть крыльчатой формы и изготавливаться с применением мягких материалов:

3.Плоские – в виде лопастей мельницы, объединяют в себе оба выше приведенных вида, и могут быть изготовлены из легкого и прочного материала (фанера, пластик и т.д.).

Выбор материала

Для изготовления лопастей используются различные материалы, главными требованиями, предъявляемые к ним, являются следующие:

• Прочность – способность выдерживать постоянные нагрузки, обусловленные воздействием ветровых потоков;
• Малый вес – увеличивает срок службы узлов и механизмов аппарата (подшипники, растяжки и т.д.);
• Стойкость по отношению к атмосферным явлениям (осадки, солнечный свет, температура окружающего воздуха).

Всем, выше перечисленными требованиям, соответствуют: стекловолокно, композитные материалы, пластик и легкие металлы (алюминий, титан и прочие).

Выбор материала осуществляет производитель, в соответствии с экономической целесообразностью, наличием материала на соответствующем рынке, а также трудоемкости его обработки в процессе выполнения работ.

Как сделать своими руками

Умея работать с различным ручным инструментом и приняв решение построить ветровой генератор своими силами, лопасти такого устройства, также можно изготовить самостоятельно. В этом случае выбор материала, используемого для изготовления, зависит от имеющегося в наличии, и это могут быть следующие варианты:

Из ПВХ трубы

В этом случае используются трубы, используемые для сетей канализации или водопровода, большого диаметра и обладающие высокой прочностью, что обусловлено их применением в сетях с избыточным давлением.

Расчет формы лопасти произвести самостоятельно довольно таки сложно, поэтому оптимальный вариант, это найти шаблон требуемого размера. Для этого можно воспользоваться специализированной литературой, журналами или интернет ресурсами, в которых приводится большое количество разнообразных по конфигурации и геометрическим размерам изделий.

По шаблону, на поверхности трубы, наносятся размеры, после чего, при помощи режущего инструмента, выполняется выпиливание лопастей, как на ниже приведенном рисунке.

Боковые грани зачищаются, удаляются заусеницы и неровности. После изготовления требуемого количества, лопасти соединяются в единый блок и помещаются на вал ветрового генератора.

Из стеклопластика

При использовании стеклопластика (стекловолокна), вначале из дерева изготавливается шаблон, по которому в дальнейшем, и изготавливаются элементы лопастей. Как правило, в этом случае, они делаются полыми, при необходимости возможна установка усиливающих лонжеронов и заполнении пустот различными компонентами.

При создании шаблона, поверхность лопасти условно делится по горизонтальной оси, после чего получается шаблон нижней и шаблон верхней частей. По изготовленному основанию (шаблону), который можно назвать матрицей, изготавливаются отдельные элементы лопасти. Для этого по матрице, с использованием эпоксидной смолы и отвердителя, наносятся несколько слоев стекловолокна, которое должно затвердеть. После застывания, внутрь поверхности изготавливаемого изделия, устанавливаются лонжероны и уплотнитель (в хвостовую часть). Уплотнитель укладывается в случае необходимости, что должно быть подтверждено соответствующим расчетом или обоснованием, приведенном в технической литературе, где был взят шаблон.

Изготовленные части соединяются между собой при помощи клея, в комлевой части, монтируется хвостовик, с помощью которого лопасть крепится к валу ветрового генератора.

При выполнении работ потребуется следующий инструмент:

• Ножовки различного типа, в зависимости от используемого материала;
• Ножницы по металлу или ручной электрический инструмент (лобзик, «болгарка» и т.д.);
• Маркеры и чертилки, используемые для разметки изготавливаемых деталей;
• Абразивные материалы: наждачная бумага, шлифовальные круги для углошлифовальной машинки, напильники – используемые для обработки поверхностей.

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.

Средние цены

Стоимость лопастей зависит от мощности ветрового генератора, на который они устанавливаются, материала из которого они изготовлены, страны и бренда производителя, а также места их приобретения.

Так стоимость комплекта лопастей для ветровых генераторов марки «Exmork» (Zonhan) производства КНР, в зависимости от мощности устройства, составляет:

• Для Р=1,0 кВт – от 13000,00 рублей;
• Для Р=1,5 кВт – от 22000,00 рублей;
• Для Р=2,0 кВт – от 23000,00 рублей.
• Для Р=3,0 кВт – от 34000,00 рублей.

Лопасти для ветрогенератора марки SWG FD2.7-500 (Китай), реализуются по цене от 7500,00 рублей.

Лопасти для генераторов типа «РВ» (Россия), в зависимости от геометрических размеров, реализуются по следующим ценам:

• 1,2 метра – от 4500,00 рублей;
• 2,6 метра – от 12000,00 рублей;
• 3,0 метра – от 15000,00 рублей;
• 4,0 метра – от 29000,00 рублей;
• 6,0 метров – от 75000,00 рублей;
• 7,5 метров – 135000,00 рублей.

Обслуживание и уход

Одним из главных условий безаварийной эксплуатации ветрового генератора, является надежное крепление лопастей. Сроки проверки узлов, прочность их крепления, а также надежность прочих элементов установки, регламентируются предприятием-изготовителем и отражаются в его паспорте и инструкции по эксплуатации.

Если рассматривать общие правила по обслуживанию и уходу, то они, в отношении лопастей установок, выполняются в следующей последовательности:

• Ежемесячно – проводится внешний осмотр и закрепление узлов соединения (по мере необходимости).
• Ежеквартально – подтягивание резьбовых соединений, при их наличии в данном элементе устройства (по мере необходимости).
• Раз в полгода – производится проверка на дисбаланс и выполнении балансировки, если таковая необходима.
• Раз в год – производится проверка общего состояния, выполняется ремонт и покраска (по мере необходимости).

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы: Цены на ветрогенераторы

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.

Источник