В контакте

Пример расчета лопастей из ПВХ труб в таблице эксель

Многие спрашивают как пользоваться программкой по расчету лопастей, но в двух словах не объяснить, по-этому попробую показать на конкретном примере. И так чтобы рассчитать винт и геометрию лопастей для вырезания из трубы нужно сначала узнать параметры генератора. Для этого его можно покрутить на аккумулятор мерия силу тока при разных оборотах, или покрутить в холостую (без нагрузки) и записать напряжение генератора, а потом по формуле высчитать мощность генератора, думаю как вычислить мощность генератора вы определитесь.

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".

расчет лопастей ветрогенератора

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:

расчет лопастей ветрогенератора

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.

расчет лопастей ветрогенератора

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

К примеру нам нужен винт под мощность нашего генератора, данные которого в самом начало статьи. Нам нужно чтобы ветряк начал давать зарядку уже при 3м/с, а это около 70-80об/м генератора и его мощность при этом около 20 ватт. Труба у нас к примеру 160мм, пробуем ее и смотрим на мощность винта и обороты изменяя диаметр, быстроходность, количество лопастей и координаты лопасти пока нас не устроит мощность винта и его обороты. Нужно чтобы мощность винта и обороты совпадали с мощностью и оборотами генератора, или были чуть больше. Если мощность винта будет ниже чем генератора, то винт будет "задыхаться" и не разовьет всю мощность, так-как генератор не даст ему раскрутится и выйти на свои обороты.

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.

расчет лопастей ветрогенератора

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

расчет лопастей ветрогенератора

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

расчет лопастей ветрогенератора

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

расчет лопастей ветрогенератора

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.

расчет лопастей ветрогенератора

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

расчет лопастей ветрогенератора

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:

расчет лопастей ветрогенератора

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.

расчет лопастей ветрогенератора

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.

расчет лопастей ветрогенератора

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



расчет лопастей ветрогенератора

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.

расчет лопастей ветрогенератора

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.