Hogyan készítsen széllapátokat szélgenerátorhoz saját kezűleg: példák a szélkeréklapátok házi elkészítéséhez

Az alternatív energiaforrások használata korunk egyik fő trendje. A tiszta és elérhető szélenergia akár otthon is elektromos árammá alakítható, ha építünk egy szélkereket és összekapcsoljuk egy generátorral.

Széllapátokat házilag is készíthetünk hétköznapi anyagokból, különleges szerszámok nélkül. Bemutatjuk, melyik lapátforma a leghatékonyabb, és segítünk kiválasztani a megfelelő tervrajzot a szélerőműhöz.

Hogyan működik egy egyszerű szélgenerátor?

A szélgenerátor egy olyan berendezés, amely a szél energiáját elektromos árammá alakítja.

Működési elve: a szél forgatja a lapátokat, amelyek mozgásba hozzák a tengelyt; e forgás egy sebességnövelő hajtóművön keresztül jut a generátorhoz.

A szélerőmű teljesítményét a szélenergia-hasznosítási együtthatóval (SZHE) mérik. Amikor a szélkerék gyorsan forog, nagyobb mennyiségű széllel lép kölcsönhatásba, és így több energiát nyer ki belőle.

A szélgenerátoroknak két fő típusa van:

• függőleges;
• vízszintes.

A függőleges orientációjú modelleket úgy építik, hogy a propeller tengelye merőleges legyen a talajra. Így bármilyen légtömeg-elmozdulás, iránytól függetlenül, mozgásba hozza a szerkezetet.

Ez a sokoldalúság előnye ennek a szélturbina-típusnak, de teljesítményben és hatékonyságban alulmaradnak a vízszintes modellekkel szemben.

A vízszintes szélgenerátor egy szélkakasra emlékeztet. Ahhoz, hogy a lapátok forogjanak, a szerkezetet a levegő mozgásának irányától függően a megfelelő irányba kell fordítani.

A szélirány változásainak ellenőrzésére és érzékelésére speciális eszközöket szerelnek fel. A propeller ilyen elrendezése mellett a hatásfok lényegesen magasabb, mint a függőleges orientációnál. Háztartási felhasználásra célszerűbb ilyen típusú szélgenerátorokat alkalmazni.

Melyik lapátforma az optimális?

A szélgenerátor egyik fő eleme a lapátkészlet.

Számos olyan tényező van, amely ezekhez az alkatrészekhez kapcsolódik, és befolyásolja a szélturbina hatékonyságát:

• súly;
• méret;
• alak;
• anyag;
• mennyiség.

Ha házi készítésű szélturbinához tervez lapátokat, feltétlenül figyelembe kell vennie ezeket a paramétereket. Vannak, akik úgy vélik, hogy minél több szárny van a generátor propellerén, annál több szélenergiát lehet nyerni. Más szóval, minél több, annál jobb.

Ez azonban korántsem igaz. Minden egyes alkatrész mozgás közben legyőzi a légellenállást. Így a nagy számú lapát a propelleren nagyobb szélerőt igényel egyetlen fordulat megtételéhez.

Ráadásul a túl sok széles szárny úgynevezett „légsapka” kialakulásához vezethet a propeller előtt, amikor a légáram nem hatol át a szélturbinán, hanem megkerüli azt.

Az alak nagy jelentőséggel bír. Ettől függ a forgórész sebessége. A rossz áramlás örvényeket okoz, amelyek lelassítják a szélkereket.

A leghatékonyabb az egylapátos szélgenerátor. De saját kezűleg megépíteni és kiegyensúlyozni nagyon nehéz. A szerkezet megbízhatatlanná válik, bár a hatásfoka magas. Sok felhasználó és gyártó tapasztalata szerint a háromlapátos modell a legoptimálisabb.

A lapát súlya a méretétől és az anyagtól függ, amelyből készül. A méretet gondosan kell megválasztani, a számítási képletek alapján. Az éleket úgy érdemes megmunkálni, hogy az egyik oldal lekerekített, a másik oldal pedig éles legyen.

A szélgenerátor lapátjának megfelelően megválasztott alakja a jó működés alapja.

Otthoni készítéshez a kővétkező váltőzatok alkalmasak:

• vitorla típusú;
• légcsavar típusú.

A vitorla típusú lapátok egyszerű, széles csíkok, mint a szélmalomban. Ez a modell a legkézenfekvőbb és legegyszerűbb elkészíteni. Azonban a hatásfoka olyan alacsony, hogy ezt a formát gyakorlatilag nem használják modern szélgenerátorokban. A hatásfok ebben az esetben körülbelül 10-12%.

Sokkal hatékonyabb forma a légcsavar-profilú lapát. Itt azerodinamika elvei érvényesülnek, amelyek hatalmas repülőgépeket emelnek a levegőbe. Az ilyen alakú forgórész könnyebben mozgásba hozható és gyorsabban forog. A levegőáramlás jelentősen csökkenti a szélkerek által tapasztalt ellenállást.

A helyes profilnak egy repülőgép szárnyára kell emlékeztetnie. Az egyik oldalon a lapát vastagabb, a másik oldalon pedig enyhe lejt található. A levegőtömegek nagyon simán áramlanak meg egy ilyen formájú alkatrész körül.

Ennek a modellnek a hatásfoka eléri a 30-35%-ot. A jó hír az, hogy egy légcsavar-lapátot saját kezűleg is megépíthet, minimális szerszámhasználattal. Az összes alapvető számítását és rajzot könnyedén hozzáigazíthatja a saját szélkerekéhez, és korlátlanul élvezheti az ingyenes és tiszta szélenergiát.

Miből készülnek a lapátok házilag?

A szélgenerátor építéséhez alkalmas anyagok elsősorban a műanyag, a könnyű fémek, a fa és a modern megoldás, az üvegszövet. A fő kérdés az, hogy mennyi munkát és időt hajlandó beléfektetni a szélkerék elkészítésébe.

PVC csatornacsövek

A szélgenerátorokhoz használt műanyag lapátok gyártásának legnépszerűbb és legelterjedtebb anyaga a közönséges PVC csatornacső. A legtöbb házi generátorhoz, amelyek rotorátmérője legfeljebb 2 m, elegendő egy 160 mm-es cső.

Ennek a módszernek az előnyei közé tartoznak:

• alacsony ár;
• elérhetőség bármely régióban;
• egyszerű munkavégzés;
• nagyszámú séma és rajz az interneten, nagy tapasztalat a használatban.

A csövek különbözőek. Ezt nemcsak azok tudják, akik házi szélerőműveket készítenek, hanem mindazok, akik találkoztak már csatorna- vagy vízvezeték-szereléssel. Vastagságban, összetételben és gyártóban különböznek. A cső nem drága, ezért nem kell megpróbálni még olcsóbbá tenni a szélturbinát a PVC csöveken spórolva.

A műanyag csövek rossz minőségű anyaga ahhoz vezethet, hogy a lapátok már az első tesztnél megrepednek, és az egész munka hiábavaló lesz.

Először el kell dönteni a sablonról. Sok változat létezik, minden formának megvannak a maga hátrányai és előnyei. Talán érdemes előbb kísérletezni, mielőtt kivágja a végleges verziót.

Mivel a csövek ára alacsony, és bármely vasáruházban megtalálhatók, ez az anyag kiválóan alkalmas a lapátmodellezés első lépéseihez. Ha valami nem sikerül, mindig lehet venni egy másik csövet és újra próbálkozni, a pénztárca nem szenved sokat az ilyen kísérletektől.

A tapasztalt szélenergia-felhasználók észrevették, hogy a szélgenerátor lapátjainak készítéséhez jobb a narancssárga csöveket használni a szürke helyett. Jobban tartják a formájukat, nem hajlanak el a szárny kialakítása után, és tovább tartanak.

Az amatőr tervezők a PVC-t részesítik előnyben, mert a tesztek során a törött lapátot kicserélhetik egy újra, amelyet 15 perc alatt, a helyszínen is el lehet készíteni, ha megfelelő sablon áll rendelkezésre. Egyszerű és gyors, és ami a legfontosabb: elérhető.

A polimer csövekből készült szélturbina-lapátok készítésének képes útmutatója segít vizuálisan elsajátítani a lépéseket és a folyamat sorrendjét:

Az összes előkészítő lépést elvégeztük, most a lapátokat kell csatlakoztatnunk a szél után forgó alkatrészhez:

Alumínium – vékony, könnyű és drága

Az alumínium könnyű és tartós fém. Hagyományosan a szélerősítők lapátjainak gyártásához használják. Kis súlyának köszönhetően, ha a lemeznek megadják a megfelelő formát, a propeller aerodinamikai tulajdonságai kiválóak lesznek.

A szélkerék forgás közben fellépő fő terhelései a lapát hajlítására és szakadására irányulnak. Ha a műanyag ilyen munka közben gyorsan megreped és tönkremegy, az alumínium csavarra sokkal tovább lehet számítani.

Ha azonban összehasonlítjuk az alumíniumot és a PVC-csöveket, a fémlemezek továbbra is nehezebbek lesznek. Nagy forgási sebességnél nagy a kockázata annak, hogy nem maga a lapát, hanem a csavar a rögzítési helyén sérül meg.

Az alumínium alkatrészek másik hátránya a gyártás bonyolultsága. Míg a PVC-cső rendelkezik egy hajlítással, amelyet a lapát aerodinamikai tulajdonságainak kialakításához használnak fel, addig az alumíniumot általában lemez formájában veszik.

Miután a sablon szerint kivágta az alkatrészt – ami önmagában sokkal nehezebb, mint a műanyaggal való munka –, a kapott nyersdarabot még hengerelnie kell, és meg kell adnia neki a megfelelő hajlítást. Otthoni körülmények között és szerszámok nélkül ezt nem lesz olyan egyszerű megtennie.

A nem olcsó alumínium helyett használhat tetőfedő lemezmaradványokat vagy hullámlemez-darabokat, amelyek a lerakás után maradtak:

Üvegszál vagy üvegszövet – profiknak

Ha Ön tudatosan szeretne hozzáállni a lapát készítéséhez, és készen áll sok erőfeszítést és idegfeszültséget beleölni, akkor az üvegszál megfelelő. Ha korábban nem volt dolga szélturbinákkal, nem a legjobb ötlet az üvegszálas szélkerék modellezésével kezdeni. Hiszen ez a folyamat tapasztalatot és gyakorlati készségeket igényel.

A több réteg üvegszövetből, epoxigyantával összeragasztott lapát erős, könnyű és megbízható lesz. Nagy felület esetén a darab üreges és szinte súlytalan lesz.

A gyártáshoz üvegszövetet használnak – egy vékony és erős anyagot, amelyet tekercsekben árusítanak. Az üvegszálon kívül epoxigyanta szükséges a rétegek rögzítéséhez.

A munkát a mátrix elkészítésével kezdik. Ez egy olyan előforma, amely a jövőbeli alkatrész formáját adja.

A mátrix készülhet fából: gerendából, deszkából vagy rönkből. A tömör fából kivágják a lapát egyik felének térbeli sziluettjét. Másik lehetőség a műanyagból készült forma.

Az előforma saját kezűleg elkészíteni nagyon nehéz; szükség van egy kész lapátmodellre fából vagy más anyagból, és csak azután vágják ki a mátrixot az alkatrészhez. Legalább 2 ilyen mátrixra van szükség. Viszont ha egyszer sikerült egy jó formát készíteni, az többször is felhasználható, és így nem is egy szélkereket lehet építeni.

A forma alját alaposan bekenik viasszal. Ez azért történik, hogy a kész lapát később könnyen kivehető legyen. Lefektetnek egy réteg üvegszövetet, majd bekenik epoxigyantával. A folyamatot többször megismétlik, amíg az előforma eléri a kívánt vastagságot.

Ezután a ragasztónak meg kell száradnia. Néhányan javasolják, hogy a formát helyezzék vákuumzsákba, és szívják ki a levegőt. Így a ragasztó jobban behatol az üvegszövet összes rétegébe, anélkül hogy átitatatlan területek maradnának.

Amikor az epoxigyanta megszáradt, az alkatrész egyik felét óvatosan kiveszik a mátrixból. Ugyanezt teszik a másik felével is. A részeket összeragasztják, hogy egy üreges térbeli alkatrészt kapjanak. A könnyű, erős, megfelelő aerodinamikai formájú üvegszálas lapát a házi szélerőmű-rajongók mesterségbeli tudásának csúcsa.

Fő hátránya az ötlet megvalósításának bonyolultsága és a nagy selejtszám az elején, amíg nem sikerül elérni a tökéletes mátrixot, és a készítési algoritmus ki nem finomodik.

Olcsó és megbízható: fa alkatrész a szélkerékhez

A fa lapát egy régimódi módszer, amely könnyen kivitelezhető, de kevéssé hatékony a mai áramfogyasztási szint mellett. Az alkatrész elkészíthető egy tömör deszkából, könnyű fafajtákból, például fenyőből. Fontos, hogy jól szárított fa előformát válasszunk.

Ha a fa nyers, a száradás során a légcsavar “elvetemedhet” és deformálódhat. Ráadásul a nedves fa súlya lényegesen nagyobb, mint a szárazé.

Válassza ki a megfelelő formát, de vegye figyelembe, hogy a fa lapát nem vékony lemez lesz, mint az alumínium vagy a műanyag, hanem térbeli szerkezet. Ezért nem elegendő a nyersdarabot formára hozni, értenie kell az aerodinamika alapelveit, és el kell képzelnie a lapát körvonalait mindhárom dimenzióban.

A végső formát gyaluval (lehetőleg elektromos gyaluval) kell a fának adni. A tartósság érdekében a fát antiszeprikus védőlakkal vagy festékkel kell kezelni.

Az ilyen szerkezet fő hátránya a légcsavar nagy súlya. Ahhoz, hogy ezt a kolosszust elmozdítsa, a szélnek elég erősnek kell lennie, ami elvben nehezen megvalósítható. Ugyanakkor a fa olcsó anyag. A szélgenerátor légcsavarjához alkalmas deszkákat akár a saját udvarában is megtalálhatja, anélkül, hogy egy fillért is költene. És ez a fa fő előnye ebben az esetben.

A fa lapát hatásfoka nullához közelít. Általában az ilyen szélkerék elkészítésére fordított idő és erő nem éri meg a kapott eredményt, wattban kifejezve. Mindazáltal, tanulmánymodellként vagy próbapéldányként a fa alkatrésznek teljesen jogos a létezése. Ráadásul a fa lapátos szélkakas látványosan mutat a telken.

A rétegelt lemezből kivágott lapátos szélkerék gyártásának lépéseivel a következő fotóválogatás ismerteti meg Önt:

A munkarész kész és működésre kész, már csak le kell festeni és rácsavarozni az árbocra:

Lapátrajzok és példák

A szélerőmű légcsavarjának helyes kiszámítása nagyon nehéz anélkül, hogy ismernénk a képletben szereplő alapvető paramétereket, és fogalmunk sem lenne arról, hogy ezek a paraméterek hogyan befolyásolják a szélkerék működését.

Jobb, ha nem vesztegeti az idejét, ha nincs kedve elmélyedni az aerodinamika alapjaiban. A kész rajzok-sémák a megadott paraméterekkel segítenek kiválasztani a megfelelő lapátot a szélerőműhöz.

Kétlapátos légcsavar lapátjának rajza. 110 mm átmérőjű csatornacsőből készül. A szélkerék légcsavarjának átmérője e számítások szerint 1 m.

Egy ilyen kis szélerőmű nem tud nagy teljesítményt biztosítani. Valószínűleg aligha tud kicsikarni ebből a konstrukcióból 50 W-nál többet. Azonban a könnyű és vékony PVC csőből készült kétlapátos légcsavar nagy forgási sebességet biztosít, és a szélkereket még gyenge szélben is működésre készteti.

Háromlapátos szélerőmű légcsavar lapátjának rajza 160 mm átmérőjű csőből. A számított gyorsjárás ebben a változatban 5, 5 m/s szél esetén.

Az ilyen formájú háromlapátos légcsavar erősebb egységekhez használható, körülbelül 150 W 12 V mellett. A teljes légcsavar átmérője ebben a modellben eléri az 1,5 m-t. A szélkerék gyorsan fog forogni, és könnyen beindul. A háromszárnyú szélkerék a házi erőművekben fordul elő leggyakrabban.

Házilag készített lapát rajza 5 lapátos szélerőmű légcsavarhoz. 160 mm átmérőjű PVC csőből készül. Számított gyorsjárás: 4.

Ez az ötlapátos légcsavar akár 225 fordulat/perc sebességet is elérhet 5 m/s számított szélsebességnél. Ahhoz, hogy a megadott rajzok alapján elkészítse a lapátot, át kell vinnie az egyes pontok koordinátáit az „Előlap/hátlap sablon koordinátái” oszlopokból a műanyag csatornacső felületére.

Az alábbi táblázat segítségével kiszámíthatja a 2–16 lapáttal rendelkező szélkerék átmérőjét. Emellett a kívánt kimeneti teljesítmény figyelembevételével kiválaszthatja a méretet.

A táblázatból látható, hogy minél több lapátja van a szélgenerátornak, annál rövidebbnek kell lenniük az azonos teljesítmény eléréséhez.

A gyakorlat azt mutatja, hogy a 2 méternél nagyobb átmérőjű szélgenerátor karbantartása meglehetősen nehéz. Ha a táblázat szerint nagyobb méretű szélkerékre van szüksége, gondolja át a lapátok számának növelését.

A szélgenerátor számításának szabályaival és elveivel az a cikk ismerteti meg Önt, amely lépésről lépésre bemutatja a számítások elvégzésének folyamatát.

A szélkerék kiegyensúlyozása

A szélgenerátor lapátjainak kiegyensúlyozása segít a lehető leghatékonyabbá tenni a működését. A kiegyensúlyozáshoz olyan helyiséget kell találnia, ahol nincs szél vagy huzat. Természetesen a 2 méternél nagyobb átmérőjű szélkerékhez nehéz lesz ilyen helyiséget találni.

A lapátokat össze kell szerelni egy kész szerkezetté, és munkavégzési helyzetbe kell állítani. A tengelynek szigorúan vízszintesen, szintező segítségével kell elhelyezkednie. A síknak, amelyben a légcsavar forogni fog, szigorúan függőlegesen kell elhelyezkednie, merőlegesen a tengelyre és a talajszintre.

A mozdulatlan légcsavart el kell forgatni 360/х fokkal, ahol х a lapátok száma. Ideális esetben a kiegyensúlyozott szélkerék egyetlen fokot sem fog eltérni, hanem mozdulatlan marad. Ha egy lapát a saját súlya alatt elfordul, kissé korrigálni kell: csökkenteni kell a súlyát az egyik oldalon, ezzel megszüntetve a tengelytől való eltérést.

A folyamatot addig kell ismételni, amíg a légcsavar minden helyzetben teljesen mozdulatlan nem lesz. Fontos, hogy a kiegyensúlyozás alatt ne legyen szél. Ez torzíthatja a tesztek eredményeit.

Az is fontos, hogy ellenőrizze, hogy minden rész szigorúan egy síkban forogjon. Az ellenőrzéshez az egyik lapát mindkét oldalán 2 mm távolságra ellenőrző lemezeket kell elhelyezni. Forgás közben a légcsavar egyetlen része sem érintheti meg a lemezt.

A gyártott lapátokkal rendelkező szélgenerátor üzemeltetéséhez össze kell állítani egy rendszert, amely összegyűjti a kapott energiát, tárolja, és továbbítja a fogyasztónak. A rendszer egyik alkatrésze a vezérlő. Arról, hogy hogyan készítsen vezérlőt a szélkerékhez, az általunk ajánlott cikkből tájékozódhat.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Lehetséges saját kezűleg házilagos anyagokból szélkereket építeni. Ha egyszerűbb modellekkel kezdi, akkor az első próbálkozás is valószínűleg sikeres lesz. A tapasztalattal később fogjon hozzá a bonyolultabb tervekhez, hogy a lehető leghatékonyabb és legerősebb szélgenerátort kapja.

1. videó. Hogyan készítsen szélkereket PVC-csövekből:

2. videó. Szélgenerátor saját kezűleg:

3. videó. Szélkerék horganyzott acélból:

Ha tiszta és biztonságos szélenergiát szeretne használni háztartási célokra, és nem tervez hatalmas összegeket költeni drága berendezések vásárlására, akkor a hagyományos anyagokból készült házi készítésű lapátok megfelelő ötlet lesz. Ne féljen a kísérletezéstől, és sikerülni fog még tovább tökéletesíteni a szélkerék meglévő légcsavar modelljeit.

Szeretné elmesélni, hogyan készítette saját kezűleg a szélkerék lapátjait, amely a nyaralót árammal látja el? Szeretne hasznos információt megosztani a weboldal látogatóival, vagy kérdést feltenni? Kérjük, írjon megjegyzéseket az alábbi mezőbe.