Наверняка многим известна такая игрушка как летающий пропеллер. Она представляет собой винт, который закреплен на оси. Для запуска такого винта его ось зажималась в ладошках, и затем параллельным движением ладоней винт раскручивался и взлетал. У более продвинутых винтов был специальный пусковой механизм, в котором для раскручивания винта нужно дергать за веревочку. В этой статье будет рассмотрен пример пускового устройства, в котором используется электродвигатель. Такая самоделка не только будет интересна ребенку, но и откроет для него чудеса мира самоделок.
Материалы и инструменты для изготовления:
- моторчик на 3В (можно найти в игрушках электробритвах и пр.);
- кнопка;
- провода;
- источник питания (две пальчиковых батарейки);
- держатель для батареек;
- винт и ось для него (если собирать пропеллер вручную);
- дрель;
- паяльник с припоем;
- ножницы;
- муфта из ПВХ;
- редуктор ПВХ;
- шариковая ручка;
- изолента;
- горячий клей и другое.
Процесс изготовления самоделки:
Шаг первый. Установка двигателя
Сборка самоделки начинается с установки двигателя. Его нужно поместить в ПВХ редуктор и закрепить там горячим клеем. При этом нужно быть осторожным и не допустить того, чтобы клей попал на вал или внутрь двигателя. Клей наносится по периметру, как можно увидеть не фото. После установки двигателя на верхнюю часть приклеивается шайба, она не влияет на конструктивные свойства устройства, а просто придает ему более приятный внешний вид. Провода двигателя должны выходить с обратной стороны трубы и быть достаточной длины для их подключения.
Шаг второй. Устанавливаем кнопку
В муфте ПВХ нужно просверлить отверстие под кнопку. Оно должно быть немного больше диаметра кнопки. Кнопка должна быть размещена таким образом, чтобы она не мешала установке редуктора в трубу. Кнопка крепится с помощью гайки, которая на ней присутствует. Если гайки нет, кнопку можно приклеить горячим клеем.
После этого можно устанавливать редуктор в муфту. Вполне возможно, редуктор будет туго заходить в муфту и понадобится сделать несколько легких ударов молотком. Важно при этом не попасть по валу двигателя.
Шаг третий. Спаиваем цепь
Теперь понадобится паяльник. Нужно соединить провод от двигателя или переключателя с батареей. Здесь важно не перепутать полярность, иначе моторчик будет раскручивать винт в другую сторону, он попросту не взлетит. Кнопка устанавливается на разрыв между батареей и контактом моторчика. Впрочем, без паяльника можно и обойтись, провода достаточно скрутить. Впоследствии провода в местах подключения нужно хорошо заизолировать.
Шаг четвертый. Собираем корпус устройства
Для установки батарейного блока используется переходник, его можно сделать также из куска ПВХ трубы или другой детали. Держатель с батарейками устанавливается в трубу, а затем эта труба крепится к муфте с помощью широкого скотча. В будущем для замены батареек будет достаточно просто отмотать скотч.
Шаг пятый. Изготавливаем вал для передачи крутящего момента винту
Для того чтобы подключать пропеллер к устройству, понадобится сделать специальный переходник. Автор делает его из наконечника шариковой ручки. Он надевается острым концом на вал двигателя и затем внутрь его наливается горячий клей. Самое важное при этом, чтобы наконечник находился точно по центру вала моторчика. В противном случае будут образовываться вибрации, а это будет мешать раскрутить винт до нужных оборотов, и будет приводить к быстрому разряду батареи.
Шаг шестой. Делаем ось винта
Ось винта изготавливается из куска пластиковой соломинки. Нужно просто отрезать кусок нужной длины и затем прикрепить ее к пропеллеру с помощью горячего клея. Здесь также очень важно, чтобы соломинка находилась по центру винта.
Шаг седьмой. Испытания самоделки
Чтобы запустить пропеллер, нужно выполнить несколько действий. Сперва пропеллер нужно установить на вал двигателя, в нашем случае это колпачок от ручки. Затем нужно взять линейку или прочий подобный предмет и немного прижать винт к устройству. После этого можно нажимать на кнопку и ждать момента, пока винт раскрутится до максимальных оборотов. Затем, как только линейка будет отведена в сторону, винт сразу же взлетит вверх. Таким образом, можно запускать винт не только вверх, но и вбок. Также можно запустить его на столе вверх ногами, чтобы он крутился как волчок.
Наверное каждый сталкивался с ситуацией, когда требуемого винта или нет в продаже, или винты нужны уже завтра, а посылка где-то застряла... Тогда в голову приходит совершенно разумный выход - а не сделать ли мне винт самому?
Обычно в этом случае есть только одна причина, которая останавливает здоровую идею: как получить винт с заданными характеристиками?
На самом деле все достаточно просто - для этого не требуется ни сложных расчетов, ни сверхсложного оборудования. Как обычно достаточно немного здравого смысла, карандаша, линейки, знания школьной геометрии и немного прямых рук.
В данной статье пойдет речь именно об этом: как правильно рассчитать геометрию винта с заданными параметрами и как его изготовить. Времени обычно надо не так уж и много - 1-2 часа на графический расчет + 2-3 часа на изготовление самого винта.
Рис 1. Теория винта. Шаг винта.
Аналогичная ситуация возникает, если нужны два винта разного направления вращения, или если нам понадобились 3-4 лопастные винты. Все это решаемо при наличии разумного подхода и простейших инструментов.
Посмотрим внимательно на рис 1. Что мы там видим? А вот что:
- Винт радиусом R, за один оборот проходит в воздухе расстояние H. R - это радиус винта (от оси вращения до его окончания), Н - это шаг винта, если он не проскальзывает в воздухе, а ввинчивается в него подобно шурупу в дереве. Это собственно два основных параметра вина. D = 2хR и H- шаг винта.
Обычно человек хорошо знает, какой именно винт ему нужен для модели... Если нет - то это тема для отдельного разговора. Пока будем предполагать, что мы хорошо представляем какой винт нам нужен: т.е. мы знаем параметры D и Н, или R и Н...
Поучить геометрические размеры требуемого винта, если мы знаем R и Н винта - проще всего геометрическим расчетом. Смотрим на рис 2. По горизонтали - откладываем в каком-то масштабе (у меня (2:1 для большей точности) радиус винта. По вертикали - расстояние, которое пройдет винт за один оборот без проскальзывания - Н/2хPi, где Pi - это известное еще со школьных лет число 3.14....
Рис 2. Определение угла наклона профиля винта.
Почему именно так а никак иначе - я доказывать здесь не стану. Те кто хорошо учил геометрию в школе - те сразу поймут, а остальным надо или заново перечитать учебники школы или задать свои вопросы в процессе обсуждения. Немного ниже нарисован боковой профиль винта. Он собственно выбран исключительно из моего опыта изготовления простых винтов. Каждый имеет право выбрать его достаточно произвольно. Я выбрал толщину винта в комеле (около ступицы - 10 мм) и в конце - на масимальном радиусе - 2 мм. Цель данного геометрического расчета - получит правильные ширины винты на виде сверху. Т.е. получить геометрические размеры винта диаметром 150 мм и с шагом 100 мм... Это и записано справа вверху листа..
См. Рис 2. Для достижения поставленной цели мы проводим прямую от точки шага на вертикальной координате к требуемому сечению (линия 1). Я для начала выбрал сечение отстоящее от оси вращения на 37.5 мм = т.е. ровно на середине проектируемого винта. Согласно боковой проекции, толщина винта в этом месте - 6.5 мм. Переносим этот размер вверх(операция 2) и рисуем прямоугольник вокруг наклонной линии. Он (прямоугольник) дает нам ширину лопасти винта на виде сверху - 14 мм. Этот размет мы переносим вниз (операция 3) и получаем ширину винта в этом сечении...
Рис 2. Определение всех углов наклона во всех расчетных точках
Выполнив аналогичные построения для всех 6-ти сечений винта мы получим ширины винта на расстоянии 12.5, 25.0, 37.5, 50, 62.5 и 75 мм. Строить большее количество сечений можно, но особой точности это не добавит. В итоге на рис 2., обведя полученные ширины винта в шести точках, мы получим профиль винта на виде сверху.
Берем заготовку из подходящей древесины и размечаем ее. Прежде всего придаем ей толщину и длину требуемого винта - 10 мм х 150 мм. Ширина заготовки должна быть чуть больше чем ширина винта в самом широком месте - 15 мм.
Рис 3. Шаблон и размеченная заготовка винта
Наносим разметку на боковой вид (толщина в комле - 10 мм и 2 мм на конце лопасти) и на виды сверху и снизу с помощью изготовленного шаблона.
Рис 4 Вид на размеченную заготовку сверху.
Рис 5 Вид заготовки сбоку и сверху
На рис 4-5 Вы видите размеченную заготовку. Первым делом с помощью напильника или ножа убираем лишнюю древесину на виде сбоку. То что должно получиться вы видите на рис 6. Если вы делаете винт из достаточно мягкой древесины(липа, бальса) то достаточно использовать модельный нож и шкурку, если же вам нужен винт из твердых пород вроде березы или бука, то лучше использовать драчевый напильник (с крупной насечкой) или мелкозубый рашпиль.
Рис 6. Балансирова заготовки
Сразу после придания заготовке правильного бокового профиля надо проделать балансировку заготовки. Я обычно делаю это так: ввинчиваю в центр вращения тонкое сверло (0.5-1.0 мм) и кладу сверлом на две вертикально стоящие опоры. В данном случае - это два одинковых стакана. (рис 6.).
Затем - сошкуриванием - добиваюсь одиакового веса обеих будующих лопастей.
Рис 7. Разметка выборки передней части
После того как вид сбоку отпрофилирован переходим к разметке выброк для получения нужного профиля ловастей. На виде сверху - спереди (мы делаем винт нормального вращения - против часовой стрелки) намечаем линию проходящую через 2/3 ширины винта. См. рис 7.
Рис 8. Разметка выборки задней части...
На виде снизу(сзади) проводим линии отстоящие от края винта примерно на 1 мм. Нижняя часть винта как раз задает шаг (или угол наклона сечения)...
Рис 9 Выбранная задняя часть винта.
Затем начинаем убирать лишнюю дрвесину ножом или напильником начиная с нижней (задней) части винта согласно сделанной разметке. Убрав все сзади (снизу), отшкуриваем сначала крупной(120-160), а потом мелкой шкуркой заднюю часть винта...
Рис 10. Выбранная передняя часть винта
Затем то же самое повторяем для передней части винта. См. рис 10...
Убедившись, что вся лишняя древесина убрана, тщательно отшкуриваем весь винт для придания ему требуемого профиля - аналогичного профилю крыла, т.е. скругленная передняя кромка, максимальная толщина примерно 30% от ширины сечения и острая задняя кромка. Неполохо в процессе придания этого профиля все время контролировать балансировку обрабатываемого винта как было показано на рис 6.
После того как обе лопасти приобрели нужную форму и профиль, а также балансировку, можно переходить к заключительному этапу - покраске и лакировке. См. рис 11.
Рис 11. Балансировка отлакированного винта.
Обычно я окрашиваю изготовленный винт в традиционный черный цвет, а затем покрываю 2-4 слоями лака. Как правило я использую классический эмалит. Быстро сохнет и легко шлифуется. Во время окрвшивания и лакировки не стоит забывать о балансировке. См. рис 11.
Полученные таким образов винты, по моему мнению ничуть не хуже покупных пластиковых винтов, которые обычно тоже нуждаются в дополнительной балансировке. Если же вас больше устраивают винты из угле- или стекло- пластика, то используя изготовленный по описанной выше методе винт в качестве мастер-модели, вы можете изготовить формы для винтов из стекло- углепластика....
Совершенно аналогичным способом вы легко сможете сделать винт любого, нужного Вам диаметра и шага, а также винт обратного вращения - по часовой стрелке.
Более того, рассчитав и изготовив одну лопасть двухлопастного винта, вы сможете изготовить по ней формы для трех или 4-х лопастных винтов из стекло-угле-пластика, но это уже тема для отдельной статьи...
Журнал "Моделист-Конструктор"Статья из журнала Моделист-Конструктор №1 за 1974 год.
Scan: Петрович.
Аэросани, аэроглиссеры, всевозможные аппараты на воздушной подушке, акранопланы, микросамолеты и микроавтожиры, различные вентиляторные установки и другие машины не могут действовать без воздушного винта (пропеллера).
Поэтому каждый энтузиаст технического творчества, задумавший построить одну из перечисленных машин, должен научиться изготовлять хорошие воздушные винты. А поскольку в любительских условиях их проще всего делать из дерева, речь пойдет только о деревянных пропеллерах.
Однако следует учесть, что по деревянному (если он окажется удачным) можно изготовить совершенно аналогичные винты из стеклопластика (методом формования в матрицу) или металла (отливкой).
Наибольшее распространение благодаря своей доступности получили двухлопастные винты из целого куска древесины (рис. 1).
Трех- и четырехлопастные воздушные винты сложнее в изготовлении.
..
Рис. 1
. Двухлопастные деревянные винты из целого куска дерева: 1 — лопасть, 2 — ступица, 3 — фланец передний, 4 — гайки шпилек ступицы, 5 — корончатая гайка носка вала, 6 — вал, 7 — фланец задний, 8 — шпильки.
ВЫБОР МАТЕРИАЛА
Из какого дерева лучше всего сделать винт? Такой вопрос часто задают читатели. Отвечаем: выбор дерева прежде всего зависит от назначения и размеров винта.Винты, предназначенные для двигателей большей мощности (порядка 15-30 л. с.), также можно изготовлять из монолитных брусков твердой породы, но требования к качеству древесины в этом случае повышаются. При выборе заготовки следует обращать внимание на расположение годичных колец в толще бруска (оно хорошо просматривается по торцу, рис. 2-А), отдавая предпочтение брускам с горизонтальным или наклонным расположением слоев, выпиленным из той части ствола, которая ближе к коре. Естественно, что заготовка не должна иметь сучков, кривослоя и других пороков.
Если подходящего по качеству монолитного бруска найти не удалось, придется склеить заготовку из нескольких более тонких дощечек, толщиной 12-15 мм каждая. Такой способ изготовления винтов был широко распространен на заре развития авиации, и его можно назвать «классическим». По соображениям прочности рекомендуется применять дощечки из древесины разных пород (например, береза и красное дерево, береза и красный бук, береза и ясень), имеющие взаимно пересекающиеся слои (рис. 2-Б). Винты, изготовленные из клееных заготовок, после окончательной обработки имеют очень красивый внешний вид.
.
.
Рис. 2.
Заготовки воздушного винта: А — из целого куска дерева: 1 — заболонная часть ствола, 2 — расположение заготовки; Б — заготовка, склеенная из нескольких дощечек в прямоугольный пакет: 1 — красное дерево или красный бук; 2 — береза или клен.
Некоторые опытные специалисты клеят заготовки из многослойной авиафанеры марки БС-1, толщиной 10-12 мм, собирая из нее пакет нужных размеров. Однако рекомендовать этот способ широкому кругу любителей мы не можем: слои шпона, расположенные поперек винта, при обработке могут образовать трудноустранимые неровности и ухудшить качество изделия. Концы лопастей винтов, изготовленных из фанеры, получаются весьма хрупкими. Кроме того, у высокооборотного винта в корне лопастей действует очень большая центробежная сила, доходящая в некоторых случаях до тонны и более, а в фанере поперечные слои на разрыв не работают. Поэтому фанеру можно применять только после расчета площади корневого сечения лопасти (1 см2 фанеры выдерживает на разрыв около 100 кг, а 1 см2 сосны — 320 кг.) Винты приходится утолщать, а это ухудшает аэродинамическое качество.
В ряде случаев ребро атаки воздушного винта закрывают полоской тонкой латуни, так называемой оковкой. Она крепится к кромке мелкими шурупами, головки которых после зачистки опаиваются оловом, чтобы предотвратить самоотворачивание.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
По чертежу воздушного винта прежде всего необходимо изготовить металлические или фанерные шаблоны — один шаблон вида сверху (рис. 3-А), один шаблон вида сбоку и двенадцать шаблонов профиля лопасти, которые будут нужны для проверки винта на стапеле.Заготовку винта (брусок) нужно тщательно отфуговать, соблюдая размер со всех четырех сторон. Затем наносят осевые линии, контуры шаблона вида сбоку (рис. 3-Б) и удаляют лишнюю древесину, сначала маленьким топором, потом рубанком и рашпилем. Следующая операция — обработка по контуру вида сверху. Наложив шаблон лопасти на заготовку (рис. 3-В) и укрепив его временно гвоздиком по центру втулки, обводят шаблон карандашом. Затем поворачивают шаблон строго на 180° и обводят вторую лопасть. Лишняя древесина удаляется на ленточной пиле, если ее нет — ручной выкружной мелкозубой пилой. Эта работа должна быть выполнена очень точно, поэтому торопиться не следует.
Изделие приобрело очертания винта (рис. 3-Г). Теперь начинается самая ответственная часть работы — придание лопастям нужного аэродинамического профиля. При этом следует помнить, что одна сторона лопасти плоская, другая выпуклая.
Главный инструмент для придания лопастям нужного профиля — остро отточенный, хорошо, присаженный топор. Это отнюдь не значит, что выполняемая работа — «топорная»: топором можно делать чудеса Достаточно вспомнить знаменитые Кижи!
Древесину удаляют последовательно и не спеша, сначала делая мелкие короткие натесы во избежание отщепления по слою (рис. 3-Г). Полезно иметь также небольшой двухручный стружок. На рисунке показано, как можно ускорить и облегчить работу по обтесыванию профильной части лопасти, сделав несколько пропилов мелкозубой ножовкой. Выполняя эту операцию, надо быть очень осторожным и не пропилить глубже, чем требуется.
.
.
Рис. 3.
Последовательность изготовления винта: А — шаблоны (вид сверху и вид сбоку); Б — разметка бруска-заготовки по шаблону вида сбоку; В — разметка заготовки по шаблону вида сверху; Г — заготовка после обработки по шаблонам; Д — обработка лопастей по профилю (нижняя, плоская часть); Е — обработка верхней, выпуклой части лопасти.
После грубой обработки лопастей винт доводится до кондиции рубанками и рашпилями с проверкой в стапеле (рис. 4-А).
Для изготовления стапеля (рис. 4) надо найти доску, равную по длине винту и достаточно толстую для того, чтобы в ней можно было сделать поперечные пропилы глубиной 20 мм для установки шаблонов. Центральный стержень стапеля изготовляется из твердого дерева, его диаметр должен соответствовать диаметру отверстия в ступице винта. Стержень вклеивается строго перпендикулярно к поверхности стапеля. Надев на него винт, определяют количество древесины, которое предстоит удалить для соответствия лопасти шаблонам профиля. Выполняя эту работу в первый раз, нужно быть очень терпеливым и осторожным. Умение приобретается не сразу.
.
.
Рис. 4.
Стапель и шаблоны профилей лопасти: А — установка шаблонов в стапель; Б — проверка обрабатываемой лопасти шаблонами и контршаблонами.
После того как нижняя (плоская) поверхность лопасти будет окончательно доведена по шаблонам, начинается доводка верхней (выпуклой) поверхности. Проверка ведется с помощью контршаблонов, как показано на рисунке 4-Б. От тщательности выполнения этой операции зависит качество винта. Если неожиданно выяснится, что одна лопасть получилась немного тоньше другой — а это часто бывает у неопытных мастеров, — придется соответственно уменьшить толщину противоположной лопасти, в противном случае и весовая и аэродинамическая балансировки винта будут нарушены. Мелкие изъяны можно исправить наклейкой кусочков стеклоткани («заплаток») или подмазкой мелкими древесными опилками, замешенными на эпоксидной смоле (эту мастику в просторечии называют хлебом).
При зачистке поверхности деревянного винта следует учитывать направление волокон древесины; строгание, циклевку и ошкуривание можно вести только «по слою» во избежание задиров и образования шероховатых участков. В некоторых случаях, помимо цикли, хорошую помощь при отделке винта могут оказать стеклянные осколки.
Опытные столяры после ошкуривания натирают поверхность гладким, хорошо отполированным металлическим предметом, сильно нажимая на него. Этим они уплотняют поверхностный слой и «заглаживают» оставшиеся на нем мельчайшие царапины.
БАЛАНСИРОВКА
Изготовленный винт должен быть тщательно отбалансирован, то есть приведен в такое состояние, когда вес его лопастей совершенно одинаков. В противном случае при вращении винта возникает тряска, которая может повлечь за собой разрушение жизненно важных узлов всей машины.На рисунке 5 изображено простейшее приспособление для балансировки винтов. Оно позволяет выполнить балансировку с точностью до 1 г — этого практически достаточно в любительских условиях.
Практика показала, что даже при очень тщательном изготовлении винта вес лопастей получается неодинаковым. Это происходит по разным причинам: иногда вследствие разного удельного веса комлевой и верхней частей бруска, из которого изготовлен винт, или разной плотности слоев, местной узловатости и т. п.
Как быть в этом случае? Подгонять лопасти по весу, сострагивая с более тяжелой какое-то количество древесины, нельзя. Надо утяжелять более легкую лопасть, вклепывая в нее кусочки свинца (рис. 6). Балансировку можно считать законченной, когда винт будет оставаться неподвижным в любом положении лопастей относительно балансировочного приспособления.
Не менее опасно биение винта. Схема проверки пропеллера на биение показана на рисунке 7. При вращении на оси каждая лопасть должна проходить на одинаковом расстоянии от контрольной плоскости или угла.
.
.
Рис. 5.
Простейшее приспособление для проверки балансировки винта — с помощью двух тщательно выровненных досок и осевого вкладыша.
Рис. 6. Балансировка винта путем вклепывания кусочков свинца в более легкую лопасть: А — определение дисбаланса с помощью монет; Б — заделка кусочка свинца равного веса на равном плече (отверстие слегка раззенковать с обеих сторон); В — вид свинцового стержня после расклепки.
Рис. 7 . Схема проверки винта на биение.
ОТДЕЛКА И ОКРАСКА ВИНТА
Готовый и тщательно отбалансированный винт должен быть окрашен или отлакирован для предохранения его от атмосферных воздействий, а также для защиты от горюче-смазочных материалов.Для нанесения краски или лака лучше всего применять пульверизатор, работающий от компрессора при минимальном давлении в 3-4 атм. Это даст возможность получить ровное и плотное покрытие, недостижимое при кистевой окраске.
Лучшие краски — эпоксидные. Можно также применять глифталевые, нитро- и нитроглифталевые или появившиеся в последнее время алкидные покрытия. Они наносятся на предварительно загрунтованную, тщательно отшпаклеванную и ошкуренную поверхность. Обязательна междуслойная сушка, соответствующая той или иной краске.
Лучшее лаковое покрытие — так называемый «химотвердительный» паркетный лак. Он отлично держится и на чистом дереве, и на окрашенной поверхности, придавая ей нарядный вид и высокую механическую прочность.
Еще пару недель назад я в помощь солнечным панелям поставил один из моих ветрогенераторов. Лопасти поставил на него какие нашёл, две лопасти из 160-й трубы и две из оцинкованной жести. Винт вроде работал, но хотелось сделать нормальный винт, чтобы и быстроходный и с хорошим стартовым моментом. Ниже на снимке ветряк со сборными лопастями, качество конечно отвратительное, но думаю понятно что изображено.
Трубы 110,160мм при быстроходности 5-6 никак не хотели показывать хороший стартовый момент в программке, а трубы диаметром больше найти проблематично. Хороший результат в программке по расчету лопастей из ПВХ труб давали трубы 250,315мм, и стартовый момент высокий, и быстроходность с КИЭВ.
Тогда решил я попробовать сделать лопасти из жести, точнее из обрезков проф-настила, которые остались после обшивки дома проф-настилом. Предварительно в программке подогнал винт из 315-й трубы для своего генератора. Винт трёх-лопастной получился диаметром 1.5м, быстроходность с высоким КИЭВ 5-7, стартовый момент при 5м/с равен 0.25Нм. Ниже скриншоты из программки по расчёту лопастей.
Здесь данные для вырезания винта – все размеры в миллиметрах, по которым далее я делал лопасти.
Из обрезков проф-настила я выбрал три подходящих небольших кусочка и обрезал болгаркой по 75см. Далее с помощью молотка начал выпрямлять профиль в подобие гладкого листа. Тыльную кромку сразу подгибал с захватом 1см.
Далее на заготовке наметил размеры из программки и начертил линию фронта, по которой буду вырезать лопасть. К размерам добавил 1см так-как буду подгибать для жёсткости и фронтальную часть. Ниже на фото видно линию, по которой я буду плоскогубцами подгибать жесть. Толщина жести 0.6мм, но вырезаю обычными ножницами, а не болгаркой, так ровнее и проще.
Процесс подгибания кромок лопасти. Подгиб делается плоскогубцами и далее простукиванием молотком
Процесс изготовления остальных лопастей такой-же, на одну лопасть ушло минут двадцать работы и в итоге получились вот такие пока еще плоские лопасти.
Так лопасти выглядят с обратной стороны.
Далее я продольным постукиванием молотком придал лопастям форму желобков примерно как у 315-й трубы. Чтобы примерно угадать нарисовал на полу круг диаметром 320мм и по нему ориентировался. Корневую часть лопастей я подвергнул на 3см, и сложив лопасти вместе просверлил отверстия по нулевой линии. Сверлил отверстия диаметром 6мм.
Вид с обратной стороны.
Вот так потратив примерно полтора часа я сделал лопасти для ветрогенератора. Лопасти получились конечно хлипковатые, но как показала практика такие лопасти выдерживают ветер до 15м/с. Далее я из фанеры вырезал хаб и уже собрал готовый винт.
Ниже фото этого винта уже на ветрогенераторе.
После установки на ветрогенератор новый винт сразу показал себя с хорошей стороны. На улице был ветер примерно 3-6м/с и винт хорошо крутился с заметно более высокой быстроходностью. Моментально отзывался на изменение скорости ветра и крутился не останавливаясь. До него стаял сначала сборный четырёх-лопастной винт, но он как-то не набирал высоких оборотов. Потом я снял жестяные лопасти две штуки и остались там две лопасти из 150-й трубы. Обмотки генератора я соединил треугольником и в таком виде с двухлопастным винтом ветряк работал, но винт периодически останавливался и потом трудно стартовал. Ток зарядки был нестабильный, но на порывах при сегодняшнем ветре доходил до 4А.
С новым трёх-лопастным винтом зарядка практически постоянная, 0.5-1А видно на амперметре постоянно с увеличением до 2А. Посмотрим как будет на более сильном ветре, но уже неплохо. Из-за быстроходности зарядка не прекращается и винт легко стартует что я и хотел сделать. А крепкость винта думаю достаточная, но это покажет время. Из жести винты для ветряков мне не встречались в интернете и конечно по прочности их не сравнить даже с ПВХ трубами, но это тоже выход когда проблематично достать канализационные трубы больших диаметров.
Винт для ветряка из жести
Фото-отчёт изготовления винта для ветрогенератора. Ветряк из авто-генератора, трёх-лопастной винт 1.5м изготавливался из жести
Основная часть ветрогенератора это винт, который и преобразует энергию ветра в механическую работу. Значит чем лучше винт, тем более больше и стабильнее ветрогенератор сможет вырабатывать электричества.
Материалы использованные для создания винта:
1) профнастил толщина 0.6 мм
2) болгарка
3) молоток
4) плоскогубцы
5) ножницы по металлу
Рассмотрим более подробно основные моменты работы над созданием винта.
Для начала он приступил к основным расчетам. Сначала были испытаны трубы диаметром 110 и 160 мм, так как они имелись в наличии в у автора, но при хороших быстроходных качествах от них не удавалось добиться достаточного стартового момента. Тогда он решил проверить какой именно диаметр будет наиболее приемлемым со стороны программы. Расчеты показали что наилучший коэффициент имеют трубы из ПВХ диаметром 250 и 315 мм. Они имеют отличные показатели как быстроходности, так и стартового момента.
Но так как труб такого диаметра не было и найти их довольно сложно, то он решил сделать лопасти из жести, которая осталась от обшивки дома профнастилом. Предварительно были совершены расчеты с винтом из 315-ой трубы в программе. Винт состоял из трех лопастей и получался диаметром около 1.5 метра. По расчетам быстроходность такого винта получалась с высоким КИЭВ 5-7, а стартовый момент при ветре в 5 мс был равен 0.25 Нм.
Ниже предоставлены выдержки из программы по расчету эффективности лопастей:
Ниже представлены все основные расчеты и данные о размерах в миллиметрах, исходя из которых приступил к изготовлению лопастей будущего винта.
Из обрезков настила были выбраны наиболее подходящие куски в количестве трех штук и обработаны болгаркой до 75 см. При помощи молотка профилю был предан вид гладкого листа, а тыльная кромка сразу подгибалась с захватом в 10 мм.
Далее на полученных листах автор произвел разметку линии фронта работ, по которой в последствии и были вырезаны лопасти. К основным размерам был добавлен один сантиметр, так как автор решил подогнуть края дабы придать жесткость конструкции. На фотографиях ниже представлена линия по которой будет происходить подгиб металла. Толщина жести получилась около 0.6 мм, что позволило справляться ножницами по металлу, а не болгаркой, благодаря чему лопасти получились более ровными.
Для жесткости кромки лопастей были подогнуты. Делалось это при помощи плоскогубцев с последующим постукиванием молотком.
При помощи продольного простукивания молотком лопастям была предана форма желобов формой похожих на 315-ую трубу. Для визуального понимания он нарисовал круг диаметром 320 мм и ориентировался по нему при манипуляциях с формой лопастей. Так же были просверлены отверстия диаметром 6 мм для последующей сборки винта.
После установки этого винта, он сразу же показал себя с лучшей стороны. При скорости ветра в 3-5 мс он отлично набирал обороты и моментально отзывался на изменение ветра. До этого винты установленные на генератор либо периодически останавливались, либо не имели достаточного количества оборотов для выдачи стабильного тока.
Теперь зарядка стала практически постоянной, сила тока от 0.5-1 А и постоянно увеличивается до 2 А. Из-за быстроходности зарядка не прекращается, даже при слабом ветре. Таким образом автор нашел отличный выход для постройки надежного и стабильного винта для ветряка из подручных средств, чего он и добивался. Эта инструкция может помочь вам, если вы так же испытываете затруднения с поиском больших ПВХ труб в вашем регионе.
Источник
Эффективный винт для ветрового генератора
Основная часть ветрогенератора это винт, который и преобразует энергию ветра в механическую работу. Значит чем лучше винт, тем более больше и стабильнее ветрогенератор сможет вырабатывать
Инструкция по сборке
Существуют несколько типов ветряных установок: горизонтальный и вертикальный, турбина. У них есть принципиальные различия, плюсы и минусы. Принцип работы всех ветрогенераторов одинаков - энергия ветра преобразуется в электрическую и накапливается в аккумуляторах, а уже с них уходит на нужды человека. Самый распространенный вид - это горизонтальный.
Знаком и узнаваем. Преимущество горизонтального ветрогенератора - более высокий КПД по сравнению с другими, так как лопасти ветряка всегда под действием воздушного потока. К недостаткам можно отнести требование к ветру выше 5 метров в секунду. Этот тип ветряка сделать проще всего, поэтому его часто берут за основу домашние мастера.
Если вы решили попробовать свои силы в сборке ветрогенератора своими руками, вот несколько рекомендаций. Начинать нужно с генератора, это сердце системы, от его параметра зависит конструкция винтового узла. Для этого подойдут автомобильные, импортного производства, есть сведения про использование шаговых двигателей, от принтеров или прочей оргтехники. Велосипедное мотор-колесо также можно использовать, чтобы самому сделать ветряк для получения электричества.
Определившись с узлом преобразователя ветряного потока в электроток, нужно собрать редукторный узел повышения оборотов с винта на вал генератора. Один оборот пропеллера передает 4-5 оборотов на вал генераторного узла.
Когда собран узел редуктор-генератор, приступают к выяснению его сопротивления крутящему моменту (грамм на миллиметр). Для этого нужно сделать плечо с противовесом на валу будущей установки, и с помощью груза выяснить при каком весе плечо пойдет вниз. Приемлемо считается менее 200 грамм на метр. Узнав размер плеча, это наша длина лопасти.
Многие думают, что чем больше лопастей тем лучше. Это не совсем верно, так как ветрогенератор делаем сами, и детали будущей силовой установки бюджетного диапазона. Нам нужны большие обороты, а много винтов создают большее сопротивление ветру, в результате чего в какой-то момент набегающий поток тормозит винт и КПД установки падает. Это можно избежать двух лопастным винтом. Такой пропеллер при нормальном ветре может раскрутиться до и более 1000 оборотов. Сделать лопасти самодельного ветрогенератора можно из подручных средств - от фанеры и оцинковки до пластика от водопроводных труб (как на фото ниже) и прочего. Главное условие легкий и прочный.
Легкий винт повысит КПД ветряка и чувствительность к воздушному потоку. Не забудьте сбалансировать воздушное колесо и убрать неровности, иначе во время работы генератора будете слушать завывание и вой.
Следующий важный элемент, это хвост. Он будет держать колесо в потоке ветра, и поворачивать конструкцию в случае изменения его направления.
Сделать токосъемник или нет, решать вам, возможно обойдетесь разъемом на кабеле и периодически, вручную его раскручивать перекрученный провод. Во время пробного запуска ветрогенератора не забудьте о технике безопасности, раскрученные в потоке ветра лопасти могут порубить как самурай капусту.
Настроенный, сбалансированный ветряк устанавливают на мачту, высотой не ниже 7 метров от земли, закрепленную распорными тросами. Далее не менее важный узел, накопительный аккумулятор, им может быть старый автомобильный потерявший свою емкость или батарея. Подключать выход самодельного ветрогенератора непосредственно к батарее нельзя, это нужно сделать через реле зарядки, можно собрать самому или же приобрести готовое.
Принцип работы реле сводится к контролю за зарядом, а в случае заряда оно переключает генератор и аккумулятор на нагрузочный балласт, система стремится всегда быть заряженной, не допуская перезаряда, и не оставляет генератор без нагрузки. Ветряк без нагрузки может достаточно сильно раскрутиться до высоких оборотов, повредить выработанным потенциалом изоляцию в обмотках. К тому же высокие обороты могут стать причиной механического разрушения элементов ветряного генератора. Далее стоит преобразователь напряжения с 12 на 220 вольт 50 Гц для подключения бытовых приборов.
Вот мы и предоставили все наиболее простые идеи сборки самодельного ветряка. Как вы видите, некоторые модели устройств сможет легко изготовить даже ребенок. Существует множество других вариантов самоделок, но для того, чтобы получить высокое напряжение на выходе, нужно использовать сложные механизмы, вроде генераторов на магнитах. В остальном, если вы хотите сделать ветрогенератор, чтобы он работал и использовался по назначению, действуйте согласно предоставленной нами инструкции!
7 идей сборки самодельного ветряка
Идеи, как сделать ветрогенератор своими руками в домашних условиях. Фото, схемы и чертежи самодельных ветряков. Видео уроки по сборке ветрогенератора.
Домашние ветряные электростанции – независимый альтернативный способ получения электроэнергии.
Установка такого оборудования позволяет существенно снизить траты на электричество при условии, что в местности присутствуют ветра хотя бы от 4 м/с.
А чем выше скорость ветра, тем большее количество энергии вырабатывается устройством.
В этой статье будет рассмотрен пошаговый план изготовления лопастей ветрогенератора своими руками.
Ветряные электростанции
Существует множество вариантов конструкции ветрогенераторов, для классификации которых есть базовые признаки:
- расположение вращательной оси: вертикальное и горизонтальное,
- количество лопастей: чаще от 1 до 6, но бывают варианты и с большим количеством,
- тип вращательной лопасти: в виде крыла или паруса,
- материал для изготовления лопасти: дерево, алюминий, ПВХ,
- конструкция винтового колеса: с фиксированным или переменным шагом.
Продуктивность работы ветрогенератора в большей степени зависит от лопастей: от того, насколько правильно рассчитаны их размеры и количество, и удачно ли подобран материал для изготовления.
Сделать лопасти своими руками не составит труда, но перед тем, как начать работу, нужно изучить некоторые факты:
- Чем длиннее лопасти, тем легче они поддаются движению ветра, даже самого слабого. Однако большая длина будет замедлять скорость вращения ветряного колеса.
- На чуткость ветряного колеса влияет и количество лопастей: чем их больше, тем проще будет запускаться вращение. При этом показатели мощности и скорости будут снижаться, а значит, такое устройство непригодно для выработки электроэнергии, но отлично подойдет для подъемных работ.
- От диаметра и скорости вращения ветряного колеса зависит уровень шума, исходящего от устройства. Это нужно учитывать при установке ветрогенератора вблизи жилых домов.
- Большее количество энергии от ветра можно получить, установив ветряк как можно выше над уровнем земли (оптимально от 6 до 15 м). Поэтому зачастую установка происходит на крыше здания или на высокой мачте.
Готовые лопасти для ветрогенератора
Инструкцию по изготовлению коптильни из бочки содержит следующая наша статья.
Создание лопастей поэтапно
При самостоятельном проектировании лопастей необходимо учитывать следующее:
- Для начала нужно определиться с формой лопасти. Для домашнего горизонтального ветрогенератора более удачной считается форма крыла. Благодаря своему строению она имеет меньшее аэродинамическое сопротивление. Такой эффект создается за счет отличия площадей внешней и внутренней поверхностей элемента, и поэтому появляется разница давления воздуха на стороны. Форма паруса имеет большее сопротивление и поэтому менее эффективна.
Так выглядит сопротивление ветра с разными моделями лопастей
- Дальше нужно определиться с количеством лопастей. Для местности, в которой присутствуют постоянные ветра, можно использовать быстроходные ветрогенераторы. Таким устройствам достаточно 2-3 лопастей для максимальной раскрутки двигателя.При использовании такого устройства в безветренной местности оно будет неэффективным, и будет просто простаивать в спокойную погоду. Еще одним недостатком трехлопастных ветрогенераторов является высокий уровень шума, по звуку напоминающий вертолет. Такая установка не рекомендуется вблизи густо заселенных домов.
Для наших широт, со слабыми и средними ветрами, лучше подойдут пяти- и шестилопастные ветряки, что позволит им улавливать слабый поток ветра и поддерживать стабильную работу двигателя
- Расчет мощности ветряного устройства. Невозможно рассчитать точный показатель, поскольку мощность напрямую будет зависеть от погоды и движения ветра. Но существует прямая зависимость между диаметром ветряного колеса с количеством лопастей и мощностью оборудования.
Данные приведены для средней скорости ветра 4 м/с (для увеличения нажмите на картинку)
Разобравшись с данными в таблице и поняв взаимосвязь, можно с помощью создания правильного винтового колеса влиять на мощность будущей конструкции
- Выбор материала для создания лопастей. Выбор материалов для создания лопастей достаточно широк: ПВХ, стекловолокно, алюминий и др. Однако каждый из них имеет свои плюсы и минусы. Остановимся на выборе материала более подробно.
Лопасти для ветрогенератора из стеклопластика
Лопасти из ПВХ-трубы
При подборе правильного размера и толщины труб, полученное колесо будет обладать высокой прочностью и эффективностью. Следует учитывать, что при сильных порывах ветра, пластик недостаточной толщины может не выдержать нагрузку, и разлететься на мелкие кусочки.
Для того чтобы обезопасить конструкцию, лучше уменьшить длину лопастей и увеличить их количество до 6. Для получения такого количества деталей как раз хватит одной трубы.
Для создания лопасти нужно взять трубу с минимальной толщиной стенки 4 мм и диаметром 160 мм, и нанести с помощью готового шаблона и маркера разметку будущих элементов.
Для того чтобы не допустить ошибки при самостоятельных расчетах, лучше воспользоваться готовым шаблоном, который легко можно найти в интернете. Поскольку без специальных знаний в этом деле не обойтись.
После порезки трубы полученные элементы нужно зашлифовать и скруглить по краям. Чтобы соединить лопасти, изготавливается самодельный стальной узел, с достаточной толщиной и прочностью.
Алюминиевые лопасти
Такая лопасть прочнее и тяжелей, а значит, и вся конструкция, удерживающая винт, должна быть массивней и устойчивей. К последующей балансировке колеса тоже нужно отнестись с повышенным вниманием.
Чертеж стандартного алюминиевого элемента для шестилопастного колеса
По представленному шаблону из листа алюминия вырезается 6 одинаковых элементов, к внутренней стороне которых нужно приварить втулки с резьбой для дальнейшего крепления.
К соединительному узлу нужно приварить шпильки, которые будут соединяться с подготовленными на лопастях втулками.
Для того чтобы улучшить аэродинамические свойства такой лопасти, ей нужно придать правильную форму. Для этого ее нужно прокатать в неглубокий желоб так, чтобы между осью прокрутки и продольной осью заготовки образовался угол 10 градусов.
Лопасти из стекловолокна
Преимуществом этого материала является оптимальное соотношение массы и прочности, в сумме с аэродинамическими свойствами. Но работа со стеклотканью требует особого мастерства и большого профессионализма, поэтому в домашних условиях такое изделие создать сложно.
Лопасти из стекловолокна
Можно сделать вывод, что наиболее подходящий материал для самостоятельной сборки ветряного колеса – ПВХ-труба. Она сочетает в себе прочность, легкость и хорошие аэродинамические характеристики. Причем, это очень доступный материал, а с работой справится даже новичок.
Как сделать лопасти для ветрогенератора своими руками
Домашние ветряные электростанции – независимый альтернативный способ получения электроэнергии. Установка такого оборудования позволяет существенно снизить траты на электричество. В этой статье будет рассмотрен пошаговый план изготовления лопастей ветрогенератора своими руками.
Г. В. Махоткин
Проектирование воздушного винта
Воздушный винт завоевал репутацию незаменимого движителя для быстроходных плавсредств, эксплуатируемых на мелководных и заросших акваториях, а также для аэросаней-амфибий, которым приходится работать на снегу, на льду и на воде. И у нас и за рубежом накоплен уже немалый опыт применения воздушных винтов на скоростных малых судах и амфибиях . Так, с 1964 г. в нашей стране серийно выпускаются и эксплуатируются аэросани-амфибии (рис. 1) КБ им. А. Н. Туполева. В США несколько десятков тысяч аэролодок, как их называют американцы, эксплуатируются во Флориде.
Проблема создания быстроходной мелкосидящей моторной лодки с воздушным винтом продолжает интересовать и наших судостроителей-любителей. Наиболее доступна для них мощность 20-30 л. с. Поэтому рассмотрим основные вопросы проектирования воздушного движителя с расчетом именно на такую мощность.
Тщательное определение геометрических размеров воздушного винта позволит полностью использовать мощность двигателя и получить тягу, близкую к максимальной при имеющейся мощности. При этом особую важность будет иметь правильный выбор диаметра винта, от которого во многом зависит не только КПД движителя, но и уровень шума, прямо обусловленный величиной окружных скоростей.
Исследованиями зависимости тяги от скорости хода установлено, что для реализации возможностей воздушного винта при мощности 25 л. с. необходимо иметь его диаметр - около 2 м. Чтобы обеспечить наименьшие энергетические затраты, воздух должен отбрасываться назад струей с большей площадью сечения; в нашем конкретном случае площадь, ометаемая винтом, составит около 3 м². Уменьшение диаметра винта до 1 м для снижения уровня шума уменьшит площадь, ометаемую винтом, в 4 раза, а это, несмотря на увеличение скорости в струе, вызовет падение тяги на швартовах на 37%. К сожалению, компенсировать это снижение тяги не удается ни шагом, ни числом лопастей, ни их шириной.
С увеличением скорости движения проигрыш в тяге от уменьшения диаметра снижается; таким образом, увеличение скоростей позволяет применять винты меньшего диаметра. Для винтов диаметром 1 и 2 м, обеспечивающих максимальную тягу на швартовах, на скорости 90 км/ч величины тяги становятся равными. Увеличение диаметра до 2,5 м, увеличивая тягу на швартовах, дает лишь незначительный прирост тяги на скоростях более 50 км/ч. В общем случае каждому диапазону эксплуатационных скоростей (при определенной мощности двигателя) соответствует свой оптимальный диаметр винта. С увеличением мощности при неизменной скорости оптимальный по КПД диаметр увеличивается.
Как следует из приведенного на рис. 2 графика, тяга воздушного винта диаметром 1 м больше тяги водяного гребного винта (штатного) подвесного мотора «Нептун-23» или «Привет-22» при скоростях свыше 55 км/ч, а воздушного винта диаметром 2 м - уже при скоростях свыше 30-35 км/ч. Расчеты показывают, что на скорости 50 км/ч километровый расход топлива двигателя с воздушным винтом диаметром 2 м будет на 20-25% меньше, чем наиболее экономичного подвесного мотора «Привет-22».
Последовательность выбора элементов воздушного винта по приводимым графикам такова. Диаметр винта определяется в зависимости от необходимой тяги на швартовах при заданной мощности на валу винта. Если эксплуатация мотолодки предполагается в населенных районах или районах, где существуют ограничения по шуму, приемлемый (на сегодня) уровень шумов будет соответствовать окружной скорости - 160-180 м/с. Определив, исходя из этой условной нормы и диаметра винта, максимальное число его оборотов, установим передаточное отношение от вала двигателя к валу винта.
Для диаметра 2 м допустимое по уровню шума число оборотов будет около 1500 об/мин (для диаметра 1 м - около 3000 об/мин); таким образом, передаточное отношение при числе оборотов двигателя 4500 об/мин составит около 3 (для диаметра 1 м - около 1,5).
При помощи графика на рис. 3 вы сможете определить величину тяги воздушного винта, если уже выбраны диаметр винта и мощность двигателя. Для нашего примера выбран двигатель самой доступной мощности - 25 л. с., а диаметр винта - 2 м. Для этого конкретного случая величина тяги равна 110 кг.
Отсутствие надежных редукторов является, пожалуй, самым серьезным препятствием, которое предстоит преодолеть. Как правило, цепные и ременные передачи, изготовленные любителями в кустарных условиях, оказываются ненадежными и имеют низкий КПД. Вынужденная же установка прямо на вал двигателя приводит к необходимости уменьшения диаметра и, следовательно, снижению эффективности движителя.
Для определения ширины лопасти и шага следует воспользоваться приводимой номограммой рис. 4. На горизонтальной правой шкале из точки, соответствующей мощности на валу винта, проводим вертикаль до пересечения с кривой, соответствующей ранее найденному диаметру винта. От точки пересечения проводим горизонтальную прямую до пересечения с вертикалью, проведенной из точки, лежащей на левой шкале числа оборотов. Полученное значение определяет величину покрытия проектируемого винта (покрытием авиастроители называют отношение суммы ширин лопастей к диаметру).
Для двухлопастных винтов покрытие равно отношению ширины лопасти к радиусу винта R. Над значениями покрытий указаны значения оптимальных шагов винта. Для нашего примера получены: покрытие σ=0,165 и относительный шаг (отношение шага к диаметру) h=0,52. Для винта диаметром 1 м σ=0,50 м и h=0,65. Винт диаметром 2 м должен быть 2-лопастным с шириной лопасти, составляющей 16,5% R, так как величина покрытия невелика; винт диаметром 1 м может быть 6-лопастным с шириной лопасти 50:3=16,6% R или 4-лопастным с шириной лопастей 50:2 = 25% R. Увеличение числа лопастей даст дополнительное уменьшение уровня шума.
С достаточной степенью точности можно считать, что шаг винта не зависит от числа лопастей. Приводим геометрические размеры деревянной лопасти шириной 16,5% R. Все размеры на чертеже рис. 5 даны в процентах радиуса. Например, сечение D составляет 16,4% R, расположено на 60% R. Хорда сечения разбивается на 10 равных частей, т. е. по 1,64% R; носок разбивается через 0,82% R. Ординаты профиля в миллиметрах определяются умножением радиуса на соответствующее каждой ординате значение в процентах, т. е. на 1,278; 1,690; 2,046 ... 0,548.
