как определить размеры крыльев самодельного ветряка (ветрогенератора) на заданную мощность.

Крылья ветроколеса являются наиболее важной частью ветряка. От формы их лопастей зависят мощность и обороты ветрогенератора.

Мы не будем останавли­ваться в этой брошюре на расчете новых крыльев ввиду слож­ности этой задачи, а воспользуемся готовыми крыльями, име­ющими определенную форму и отличающимися высоким коэф­фициентом использования энергии ветра и большой быстро­ходностью. Нам необходимо лишь решить вопрос, как опреде­лить размеры новых крыльев на желаемую мощность, исходя из размеров известных крыльев при сохранении первоначальной их характеристики.

Примем для маломощных ветряков быстроходное двухлопастное ветроколесо со следующей из­вестной из практики характеристикой:

Число  лопастей………………………………………………………………………………………………………….. 2

Коэффициент использования энергии ветра ………………………………0,35

Быстроходность ветроколеса………………………………………………………………………… 7,0

Под быстроходностью ветроколеса надо понимать отношение окружной скорости конца лопасти к скорости ветра

Принимая одну и ту же быстроходность, равную 7, для ветроколес разных диаметров, мы будем получать разные обороты ветроколес при одной и той же скорости ветра. Наи­большие обороты будет развивать ветроколесо с наимень­шим диаметром. Вообще обороты ветроколес с равными быстроходностями будут относиться друг к другу обратно про­порционально их диаметрам, т. е.

Это значит ветроколесо с диаметром D₁будет делать обо­ротов в минуту во столько раз больше, во сколько диаметр этого ветроколеса D₁ меньше диаметра D₂ другого ветроколеса. Например, если ветроколесо с диаметром 1,5 м делает 714 об/мин, то ветроколесо с диаметром 3 м будет делать 357 об/мин, т. е. в два раза меньше, хотя быстроходности их одинаковы.

Для удобства подсчета размеров лопастей ветроколес раз­ных диаметров, но с одинаковой быстроходностью в табл. 4 даны размеры двухлопастного ветроколеса с диаметром, рав­ным 1 м. Вверху таблицы дан рисунок лопасти с буквенными обозначениями ее размеров, а под рисунком в таблице дают­ся цифровые значения этих размеров.

Слева в 4 графах приведены размеры лопасти к левому рисунку; справа в 10 графах даны размеры пяти профилей этой лопасти. Как проставлять размеры профиля, показано на рисунке таблицы справа.

Чтобы соблюсти принятую характеристику ветроколеса с изменением его диаметра, необходимо все размеры данных лопастей изменить в том же отношении, в каком мы изменяем диаметр ветроколеса. При этом у нас будет соблюдено гео­метрическое подобие, без чего нельзя было бы воспользо­ваться этим способом пересчета.

Так как ветроколесо с размерами, приведенными в табл. 4, имеет в диаметре 1 м, то отношение диаметра другого вет­роколеса к единице будет равно D, т. е.

Для увеличения таблицы кликните на ней мышкой

Следовательно, чтобы получить размеры лопасти ветроколеса с другим диаметром, необходимо каждый размер, приведенный в табл. 4, умножить на величину этого диаметра. Неизменными должны оставаться лишь углы заклинения каждого сечения лопасти и число их. Например, для ветроколеса диаметром 1,2 м необходимо каждый размер табл. 4 умножить на 1,2, при этом получим:

Для увеличения таблицы кликните на ней мышкой

Чтобы получить законченную форму лопасти, необходимо по размерам, п
одсчитанным в табл. 5, построить на листе бу­маги точки для пяти профилей лопасти и обвести по точкам контуры с помощью лекала, как показано на фиг. 13. Про­фили каждою сечения вычерчивают в натуральную величину с тем, чтобы по ним можно было при изготовлении лопасти вырезать шаблоны.

Для генератора мощностью в 1 квт необходимо ветроколесо диаметром 3,5 м. Чтобы получить размеры лопасти этого ветроколеса, необходимо приведенные в табл. 4 размеры ветроколеса диаметром 1 м умножить на 3,5 и составить табли­цу, а затем вычертить профили лопасти, которые потребуются при изготовлении.

Мощности и обороты двухлопастных ветроколес с данной выше характеристикой приведены в табл. 6.

Этой таблицей необходимо пользоваться при выборе диа­метра ветроколеса данной мощности и определения переда­точного отношения редуктора, если обороты генератора ока­жутся больше оборотов ветроколеса, развиваемых им при скорости ветра 8 м/сек.

Например, при использовании для ветроэлектрического аг­регата генератора автомобильного типа ГБФ мощностью в 60 вт при 900 об/мин подходит ветроколесо, имеющее D==1,2 м, мощностью 0,169 л. с. при 895 об/мин (см. первые две строчки табл. 6).

данном случае ветроколесо можно закреплять на валу гене­ратора. Получается самый простой и удобный в эксплоатации ветроэлектрический агрегат.

Если бы мы задумали построить ветроэлектрический агре­гат мощностью 400 вт, то необходимо было бы принять диа­метр ветроколеса 3 м, которое при скорости ветра 8 м/сек развивает 1,060 л. с. или 1,060 X 0,736 = 0,78 квт. Принимая к. п. д. генератора равным 0,5, получим:

P=0,78×0,5=0,39 квт = 390 вт

Ветроколесо при скорости ветра 8 м/сек развивает 357 об/мин, а генератор при мощности в 390 вт требует 1 000 об/мин. Следовательно, в данном случае требуется ре­дуктор, повышающий обороты в передаче от ветроколеса к генератору. Редуктор должен повысить обороты в отношении.

1000:357=2,8

Величину 2,8 называют передаточным отноше­нием. С помощью этого отношения определяют число зубьев шестерен редуктора. Например, если мы примем у ше­стерни, насаженной на вал генератора, 16 зу.бьев, то у веду­щей шестерни, сидящей на валу ветроколеса, должно быть

16×2,8 = 45 зубьев

Двухлопастные ветроколеса, мощности и обороты которых приведены в табл. 6, мы рекомендуем строить для ветроэлек­трических агрегатов потому, что они отличаются высокой бы­строходностью и более удобны в изготовлении, чем много­лопастные.

Быстроходные ветроколеса страдают очень существенным недостатком, заключающимся в том, что они плохо тро­гаются с места, следовательно, они могут начинать рабо­тать только при высоких скоростях ветра.

Многим начинающим ветротехникам кажется, что, чем больше число лопастей у ветроколеса, тем большую мощность оно будет развивать. Это представление ошибочно. Два вет­роколеса малолопастное и многолопастное с одинаково хоро­шо построенными лопастями и с одинаковыми диаметрами ометаемой поверхности будут развивать одинаковую мощ­ность. Объясняется это тем, что раз они одинаково хорошо выполнены, то и коэффициенты использования энергии ветра их будут равны, т. е. они будут одинаковое количество энер­гии передавать рабочей машине. Количества же поступающей энергии ветра на то и другое ветроколесо равны, так как рав­ны их ометаемые поверхности. Что же касается оборотов, то они будут тем больше, чем меньше лопастей, если они у того и другого ветроколеса имеют одинаковую ширину; иначе го­воря, число оборотов тем больше, чем меньше общая по­верхность лопастей, образующих ометаемую поверхность.