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

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

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.