, Windgeneratoren, Mühlen, hydraulische und pneumatische Antriebe).

Bei Gebläsemaschinen bewegen Flügel oder Paddel die Strömung. Beim Antrieb treibt der Flüssigkeits- oder Gasstrom die Schaufeln oder Paddel an.

Funktionsprinzip

Abhängig von der Größe des Druckabfalls können an der Welle mehrere Druckstufen vorhanden sein.

Haupttypen von Klingen

Messermaschinen enthalten als wichtigstes Element Scheiben auf einer Welle, die mit profilierten Messern ausgestattet sind. Scheiben können je nach Art und Zweck der Maschine mit völlig unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren, von wenigen Umdrehungen pro Minute bei Windgeneratoren und Mühlen bis hin zu Zehntausenden und Hunderttausenden Umdrehungen pro Minute bei Gasturbinentriebwerken und Turboladern.

Die Klingen moderner Klingenmaschinen sind je nach Verwendungszweck, Aufgabe des Geräts und Umgebung, in der sie eingesetzt werden, sehr unterschiedlich aufgebaut. Die Entwicklung dieser Konstruktionen kann durch den Vergleich der Flügel mittelalterlicher Mühlen – Wasser- und Windmühlen – mit den Flügeln einer Windkraftmaschine und einer Wasserkraftturbine verfolgt werden.

Das Design von Schaufeln wird von Parametern wie der Dichte und der Viskosität des Mediums beeinflusst, in dem sie arbeiten. Flüssigkeit ist viel dichter als Gas, viskoser und praktisch inkompressibel. Daher sind Form und Größe der Schaufeln hydraulischer und pneumatischer Maschinen sehr unterschiedlich. Aufgrund des Volumenunterschieds bei gleichem Druck kann die Oberfläche pneumatischer Maschinenschaufeln um ein Vielfaches größer sein als die hydraulischer Schaufeln.

Es gibt Arbeits-, Richt- und Rotationsmesser. Darüber hinaus können Kompressoren sowohl Leitschaufeln als auch Einlassleitschaufeln haben, während Turbinen Düsenschaufeln und gekühlte Schaufeln haben können.

Klingendesign

Jedes Blatt hat sein eigenes aerodynamisches Profil. Es ähnelt normalerweise einem Flugzeugflügel. Der bedeutendste Unterschied zwischen einem Rotorblatt und einem Flügel besteht darin, dass die Rotorblätter in einer Strömung arbeiten, deren Parameter entlang ihrer Länge stark variieren.

Profilteil der Klinge

Entsprechend der Gestaltung des Profilteils der Klinge werden sie in Klingen mit konstantem und variablem Querschnitt unterteilt. Für Stufen werden Lamellen mit konstantem Querschnitt verwendet, bei denen die Lamellenlänge nicht mehr als ein Zehntel des durchschnittlichen Stufendurchmessers beträgt. Bei Hochleistungsturbinen sind dies meist die Schaufeln der ersten Hochdruckstufen. Die Höhe dieser Blätter ist gering und beträgt 20–100 mm.

Rotorblätter mit variablem Querschnitt weisen in den nachfolgenden Stufen ein veränderliches Profil auf, und die Querschnittsfläche nimmt vom Wurzelbereich zur Spitze hin sanft ab. Für die Schaufeln der letzten Stufen kann dieses Verhältnis 6–8 erreichen. Rotorblätter mit variablem Querschnitt weisen immer eine Anfangsdrehung auf, d. Aus aerodynamischen Gründen sind diese Winkel unterschiedlich hoch eingestellt, mit einem sanften Anstieg von der Wurzel zur Spitze.

Bei relativ kurzen Rotorblättern betragen die Profilverdrehungswinkel (die Differenz zwischen den Installationswinkeln des Umfangs- und Wurzelabschnitts) 10–30 und bei Rotorblättern der letzten Stufen können sie 65–70 erreichen.

Die relative Anordnung der Abschnitte entlang der Höhe der Schaufel während der Profilbildung und die Position dieses Profils relativ zur Scheibe stellt die Montage der Schaufel auf der Scheibe dar und muss den Anforderungen an Aerodynamik, Festigkeit und Herstellbarkeit genügen.

Klingen werden hauptsächlich aus vorgestanzten Rohlingen hergestellt. Es werden auch Methoden zur Herstellung von Klingen durch Präzisionsguss oder Präzisionsstanzen verwendet. Moderne Trends zur Steigerung der Turbinenleistung erfordern eine Vergrößerung der Schaufellänge der letzten Stufen. Die Herstellung solcher Rotorblätter hängt vom Stand der wissenschaftlichen Fortschritte auf dem Gebiet der Strömungsaerodynamik, der statischen und dynamischen Festigkeit sowie der Verfügbarkeit von Materialien mit den erforderlichen Eigenschaften ab.

Moderne Titanlegierungen ermöglichen die Herstellung von Klingen mit einer Länge von bis zu 1500 mm. In diesem Fall liegt die Beschränkung jedoch in der Festigkeit des Rotors, dessen Durchmesser vergrößert werden muss. Dann ist es jedoch erforderlich, die Länge des Rotorblatts zu verringern, um das Verhältnis aus aerodynamischen Gründen beizubehalten, andernfalls erhöht sich die Länge des Rotors Klinge ist wirkungslos. Daher gibt es eine Grenze für die Länge der Klinge, jenseits derer sie nicht mehr effektiv arbeiten kann.

1. Radialspiel-Labyrinthdichtungs-Muscheln
2. Verbandsregal
3. Mechanische Labyrinth-Dichtungskämme
4. Loch zur Zufuhr von Kühlluft zu den Innenkanälen der gekühlten Schaufel

Schwanzteil der Klinge

Die Konstruktionen von Heckverbindungen und dementsprechend von Blattschäften sind sehr vielfältig und werden auf der Grundlage der Bedingungen zur Gewährleistung der erforderlichen Festigkeit unter Berücksichtigung der Entwicklung von Technologien zu ihrer Herstellung im Unternehmen, das Turbinen herstellt, eingesetzt. Arten von Schenkeln: T-förmig, pilzförmig, gegabelt, Fischgrätenmuster usw.

Keine Art von Schwanzverbindung hat einen besonderen Vorteil gegenüber einer anderen – jede hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Verschiedene Werke produzieren unterschiedliche Arten von Schwanzverbindungen, und jedes von ihnen verwendet seine eigenen Herstellungstechnologien.

Haupttypen von Klingenschäften: 1. T-Schaft; 2. Pilzschaft; 3. Gabelschaft; 4. Weihnachtsbaumschaft

Verbindungen

Die Arbeitsschaufeln von Turbinen werden durch Verbindungen unterschiedlicher Bauart zu Paketen verbunden: an die Schaufeln genietete oder in Form von Regalen gefertigte Bänder (massiv gefrästes Band); an die Schaufeln angelötete oder lose in Löcher im Profilteil der Schaufeln eingeführte Drähte und gegen sie drückende Zentrifugalkräfte; unter Verwendung spezieller Vorsprünge, die miteinander verschweißt werden, nachdem die Schaufeln auf der Scheibe montiert wurden.

Elemente der Klingenmontage: 1. Federklinge; 2. Regal; 3. Schaft; 4. Verbandschlauch

Dampfturbinenschaufeln

Unterschied in Größe und Form der Schaufeln bei unterschiedlichen Druckniveaus einer Turbine

Der Zweck von Turbinenschaufeln besteht darin, die potenzielle Energie von komprimiertem Dampf in mechanische Arbeit umzuwandeln. Abhängig von den Betriebsbedingungen in der Turbine kann die Länge ihrer Arbeitsschaufeln zwischen mehreren zehn und eineinhalbtausend Millimetern variieren. Die Rotorblätter sind stufenweise angeordnet, wobei die Länge allmählich zunimmt und sich die Form der Oberfläche ändert. In jeder Stufe sind gleich lange Schaufeln radial zur Rotorachse angeordnet. Dies liegt an der Abhängigkeit von Parametern wie Durchfluss, Volumen und Druck.

Bei gleichmäßiger Strömungsgeschwindigkeit ist der Druck am Turbineneintritt maximal und die Strömungsgeschwindigkeit minimal. Wenn das Arbeitsmedium durch die Turbinenschaufeln strömt, wird mechanische Arbeit verrichtet, der Druck nimmt ab, aber das Volumen nimmt zu. Dadurch vergrößert sich die Oberfläche der Arbeitsklinge und damit auch ihre Größe. Beispielsweise beträgt die Länge der Schaufel der ersten Stufe einer 300-MW-Dampfturbine 97 mm, die der letzten 960 mm.

Kompressorschaufeln

Der Zweck von Kompressorschaufeln besteht darin, die Anfangsparameter des Gases zu ändern und die kinetische Energie des rotierenden Rotors in die potentielle Energie des komprimierten Gases umzuwandeln. Die Form, die Abmessungen und die Befestigungsmethoden der Verdichterschaufeln am Rotor unterscheiden sich nicht wesentlich von denen der Turbinenschaufeln. In einem Kompressor wird das Gas bei gleicher Durchflussrate komprimiert, sein Volumen nimmt ab und der Druck steigt, daher ist in der ersten Stufe des Kompressors die Länge der Schaufeln größer als in der letzten.

Schaufeln von Gasturbinentriebwerken

Ein Gasturbinentriebwerk verfügt sowohl über Verdichter- als auch über Turbinenschaufeln. Das Funktionsprinzip eines solchen Motors besteht darin, die für die Verbrennung erforderliche Luft mithilfe von Turboladerschaufeln zu verdichten, diese Luft in die Brennkammer zu leiten und bei Zündung mit Kraftstoff die Verbrennungsprodukte mechanisch auf die Schaufeln einer darauf befindlichen Turbine zu übertragen gleiche Welle wie der Kompressor. Dies unterscheidet ein Gasturbinentriebwerk von jeder anderen Maschine, die entweder Kompressoraustrittsschaufeln, wie bei Kompressoren und Gebläsen aller Art, oder Turbinenschaufeln, wie bei Dampfturbinenkraftwerken oder Wasserkraftwerken, aufweist.

Schaufeln (Blätter) von Wasserturbinen

Scheibe mit hydraulischen Turbinenschaufeln

Rotorblätter von Windkraftanlagen

Im Vergleich zu Dampf- und Gasturbinenschaufeln arbeiten hydraulische Turbinenschaufeln in einer Umgebung mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Druck. Hier ist die Länge der Klinge im Verhältnis zu ihrer Breite klein, und manchmal ist die Breite größer als die Länge, abhängig von der Dichte und dem spezifischen Volumen der Flüssigkeit. Oftmals sind hydraulische Turbinenschaufeln mit der Scheibe verschweißt oder können komplett daraus hergestellt werden.

Rotorblätter für einen Hubschrauber sind wie Reifen für ein Auto. Weiche Rotorblätter glätten die Reaktionen des Hubschraubers und machen ihn träger. Harte hingegen zwingen den Helikopter dazu, unverzüglich auf die Steuerung zu reagieren. Schwere Klingen verlangsamen die Reaktionen, leichte verstärken sie. Blätter mit hohem Profil nehmen mehr Energie auf, während Blätter mit niedrigem Profil zum Strömungsabriss neigen, wenn die Auftriebskraft stark abnimmt. Bei der Auswahl der Klingen lohnt es sich, deren Parameter zu berücksichtigen und diejenigen auszuwählen, die am besten zu Ihrem Stil und Ihrer Erfahrung passen.

Bei der Auswahl der Rotorblätter achten wir zunächst auf deren Länge, da die Länge des Rotorblatts von der Klasse des Hubschraubers abhängt. Häufiger bezieht sich die Länge auf den Abstand vom Befestigungsloch der Klinge bis zu ihrem Endteil. Einige wenige Hersteller geben die volle Länge der Klinge vom Schaft bis zur Spitze an. Glücklicherweise gibt es nur wenige solcher Fälle.
Die Hubkraft und der Rotationswiderstand, die das Blatt erzeugt, hängen von der Länge ab. Ein langes Blatt kann mehr Auftrieb erzeugen, erfordert aber auch mehr Energie für die Drehung. Mit langen Blättern ist das Modell stabiler im Schwebeflug und hat eine größere „Volatilität“, d.h. fähig zu größeren Manövern und besserer Autorotation.

Sehne (Blattbreite)

Ein wichtiger Parameter der Klinge, der meist gar nicht angegeben wird, sondern nur noch die Sehne selbst messen muss. Je breiter das Blatt, desto mehr Auftrieb kann es bei gleichen Anstellwinkeln erzeugen und desto schärfer ist der Hubschrauber, wenn er durch zyklische Nicksteuerung gesteuert wird. Ein breites Blatt hat einen höheren Rotationswiderstand und belastet daher das Kraftwerk stärker. Bei der Verwendung von Blättern mit breiter Sehne ist eine präzise Pitch-Bedienung wichtig, da man sonst leicht den Motor „abwürgen“ kann. Die größten Breitenunterschiede gibt es bei Rotorblättern für Hubschrauber der Klasse 50 und höher.

Länge und Akkord.

Material

Als nächstes müssen Sie auf das Material achten, aus dem die Klingen bestehen. Heutzutage sind die häufigsten Materialien, aus denen Hubschrauberblätter hergestellt werden, Kohlenstoff und Glasfaser. Holzblätter verschwinden nach und nach von der Bildfläche, da sie nicht ausreichend stabil sind und die Flugfähigkeit des Helikopters stark einschränken. Darüber hinaus neigen Holzklingen dazu, ihre Form zu verändern, was dazu führt, dass ständig ein „Schmetterling“ erscheint. Das Mindeste, mit dem Sie sich heute zufrieden geben sollten, sind vielleicht Glasfaserblätter. Sie unterliegen keinen Formveränderungen, sind steif genug, um leichte 3D-Flüge durchzuführen und eignen sich perfekt für Helikopter-Pilotanfänger. Erfahrene Piloten werden sicherlich Carbonblätter als die steifsten wählen, da sie dem Hubschrauber extreme Kunstflüge ermöglichen und dem Hubschrauber eine blitzschnelle Steuerreaktion verleihen.

Ein wichtiger Parameter ist das Gewicht der Klinge. Wenn alle anderen Bedingungen gleich bleiben, macht ein schwereres Blatt den Hubschrauber stabiler und verringert die Geschwindigkeit der zyklischen Nicksteuerung. Ein schweres Blatt sorgt für mehr Stabilität und Regelmäßigkeit und speichert mehr Energie während der Autorotation, was das Manöver komfortabler macht. Wenn Sie 3D-Fliegen anstreben, wählen Sie leichtere Blätter.

Klingenform

Gerade, trapezförmig. Die gerade Form ist häufiger; die Trapezform ist exotischer. Letzteres ermöglicht es Ihnen, den Rotationswiderstand auf Kosten eines geringeren Rückstoßes zu verringern.

Klingenform.

Symmetrisch – die Profilhöhe ist oben und unten am Blatt gleich. Blätter mit einem symmetrischen Profil können nur bei einer Steigung ungleich Null Auftrieb erzeugen. Solche Blätter sind bei modernen Hubschraubern am weitesten verbreitet und werden bei allen Modellen verwendet, die 3D-Kunstflug betreiben.
Halbsymmetrisch – das Profil an der Unterseite der Klinge hat eine geringere Höhe. Solche Blätter sind in der Lage, auch bei einem Anstellwinkel von null Auftrieb zu erzeugen, d. h. Sie erzeugen Auftrieb auf die gleiche Weise wie ein Flugzeugflügel. Solche Blätter werden selten verwendet, in der Regel nur bei großen Nachbildungen von Hubschraubern.

Profilhöhe

Je höher das Profil, desto besser widersteht es Strömungsstörungen, aber desto höher ist auch sein Widerstand. Hölzerne Klingen haben normalerweise ein höheres Profil, aber nur, um eine ausreichende Festigkeit zu haben.

Profilform und -höhe.

Po-Dicke

Die Dicke des Schafts steht in direktem Zusammenhang mit der Größe der Drehzapfen Ihres Hubschraubers. Wenn der Schaft dicker ist, passt die Klinge nicht in den Zapfen, im Gegenteil, sie baumelt. Typischerweise ist die Schaftdicke innerhalb einer Helikopterklasse Standard. Achten Sie jedoch beim Kauf der Rotorblätter darauf, dass sie zu Ihrem Helikopter passen. Einige Hersteller statten die Klingen mit Distanzscheiben aus, die verwendet werden können, wenn der Zapfensitz größer als die Dicke des Schaftes ist. Solche Unterlegscheiben müssen paarweise oben und unten am Schaft angebracht werden, damit die Klinge in der Mitte des Zapfens befestigt wird.

Po-Dicke.

Durchmesser der Befestigungsbohrung

Der Durchmesser des Lochs muss mit dem Durchmesser der Zapfenbefestigungsschraube übereinstimmen. Dieser Parameter ist ebenso wie die Dicke des Schafts Standard, es lohnt sich jedoch, ihn vor dem Kauf der Klingen zu überprüfen.

Die Position des Montagelochs relativ zur Vorschubkante.

Bestimmt, wie weit die vorlaufende Kante der Klinge über den Zapfen hinausragt. Durch die Öffnung nach hinten bleibt die Klinge beim Drehen hinter dem Zapfen zurück, wodurch diese Klingen stabiler werden. Im Gegenteil führt die Verschiebung des Lochs zur Vorschubkante dazu, dass sich die Klinge vor dem Zapfen dreht, und diese Position macht die Klinge weniger stabil.

Position der Befestigungslöcher.

Form der Klingenspitze.

Die Form des Endteils beeinflusst den Rotationswiderstand des Rotors. Es gibt gerade, abgerundete und abgeschrägte Formen. Die geradere Form erzeugt Auftrieb über die gesamte Länge des Blattes, weist aber auch den größten Rotationswiderstand auf.

Form der Klingenspitze.

Längsschwerpunkt.

Die Lage des Schwerpunkts in Längsrichtung. Je näher der Schwerpunkt an der Blattspitze liegt, desto stabiler ist das Blatt und desto besser ist die Autorotation. Im Gegenteil, die Verlagerung des Schwerpunkts zum Schaft macht die Klinge wendiger, allerdings leidet die Energiespeicherung der Klinge während der Autorotation.

Querschwerpunkt.

Der Schwerpunkt liegt quer zur Klinge, von der vorlaufenden zur zurückgehenden Kante. Normalerweise versuchen sie, den Schwerpunkt so zu platzieren, dass die Klinge beim Drehen nicht hinter der Achse zurückbleibt und nicht nach vorne ragt. Ein Blatt mit einem stark nach hinten gerichteten Schwerpunkt ragt bei Vorwärtsdrehung des Zapfens hervor und ist dadurch dynamischer.

Längs- und Querschwerpunkt.

Dynamisches Auswuchten: vorspringendes/zurückziehendes Blatt.

Der Parameter hängt von der Position des Befestigungslochs, dem Gewicht und der Position der Quer- und Längsschwerpunkte ab. Generell gilt: Wenn das Blatt beim Drehen nach vorne aus der Achse herausragt, ist ein solches Blatt wendiger und besser für 3D-Flüge geeignet, verbraucht aber mehr Energie und macht den Hubschrauber weniger stabil. Bleibt die Klinge hingegen beim Drehen hinter der Achse zurück, ist eine solche Klinge stabiler. Wenn die Klinge nicht nachgibt oder hervorsteht, handelt es sich um eine neutrale Klinge. Dieses Blatt ist das vielseitigste und eignet sich gleichermaßen für Schwebemanöver und 3D-Flüge.

Dynamisches Auswuchten.

Nachtklingen.

Nachtblätter mit eingebauten LEDs und einem eingebauten oder herausnehmbaren Akku dienen der Ausrüstung eines Hubschraubers für Nachtflüge. Zusammen mit den Rotorblättern kommen verschiedene Methoden zur Beleuchtung des Hubschrauberkörpers zum Einsatz.

Klingen mit Schutzstab.

Der Stab verhindert, dass die Klinge bei einem Sturz in Einzelteile zerfällt. Ein sehr nützliches Sicherheitselement, das leider nur in teuren Hölzern namhafter Hersteller vorhanden ist. Es kommt vor, dass Fragmente von Klingen, die nicht mit einem solchen Stab ausgestattet sind, bis zu 10 Meter vom Aufprallpunkt entfernt zerstreuen und zu Verletzungen führen können.

Die Hauptrotorblätter des Hubschraubers müssen so gebaut sein, dass sie bei gleichzeitiger Erzeugung der notwendigen Auftriebskraft allen auf sie einwirkenden Belastungen standhalten. Und sie würden nicht nur allen möglichen unvorhergesehenen Fällen standhalten, die im Flug und bei der Wartung des Hubschraubers am Boden auftreten können (z. B. ein starker Windstoß, ein nach oben gerichteter Luftstrom, ein scharfer). Manöver, Vereisung der Rotorblätter, unsachgemäße Drehung des Propellers nach dem Start des Motors usw.).

Einer der Entwurfsmodi für die Auswahl eines Hubschrauber-Hauptrotors ist der vertikale Steigmodus in jeder für die Berechnung gewählten Höhe. In diesem Modus ist aufgrund der fehlenden Translationsgeschwindigkeit in der Rotationsebene des Propellers die erforderliche Leistung größer.

Nachdem sie ungefähr das Gewicht des zu konstruierenden Hubschraubers kennen und die Größe der Nutzlast festlegen, die der Hubschrauber heben muss, beginnen sie mit der Auswahl des Propellers. Bei der Auswahl eines Propellers kommt es darauf an, den Durchmesser des Propellers und die Anzahl seiner Umdrehungen pro Minute zu wählen, bei denen die Auslegungslast vom Propeller mit dem geringsten Kraftaufwand vertikal angehoben werden könnte.

Es ist bekannt, dass der Schub des Hauptrotors proportional zur vierten Potenz seines Durchmessers und nur zur zweiten Potenz der Anzahl der Umdrehungen ist, d. h. der vom Hauptrotor entwickelte Schub hängt mehr vom Durchmesser als von der Anzahl ab von Revolutionen. Daher ist es einfacher, einen bestimmten Schub durch Vergrößerung des Durchmessers zu erreichen, als durch Erhöhung der Drehzahl. Wenn wir also beispielsweise den Durchmesser um das Zweifache vergrößern, erhalten wir eine Schubkraft, die 24 = 16-mal größer ist, und wenn wir die Anzahl der Umdrehungen verdoppeln, erhalten wir eine Schubkraft, die nur 22 = 4-mal größer ist.

Wenn Sie die Leistung des Motors kennen, der zum Antrieb des Rotors in den Hubschrauber eingebaut wird, wählen Sie zunächst den Durchmesser des Rotors aus. Dabei wird folgendes Verhältnis verwendet:

Das Rotorblatt arbeitet unter sehr schwierigen Bedingungen. Auf ihn wirken aerodynamische Kräfte, die ihn verbiegen, verdrehen, zerreißen und dazu neigen, die Haut davon abzureißen. Um solchen aerodynamischen Kräften „widerstehen“ zu können, muss das Blatt stark genug sein.

Beim Fliegen bei Regen, Schnee oder Wolken und Bedingungen, die zur Vereisung führen, wird die Bedienung des Rotorblatts noch schwieriger. Regentropfen, die mit enormer Geschwindigkeit auf die Klinge treffen, reißen den Lack ab. Bei Vereisung der Rotorblätter kommt es zu Eisbildung, die das Profil verzerrt, die Schwungbewegung beeinträchtigt und das Gerät schwerer macht. Bei der Lagerung eines Hubschraubers am Boden wirken sich plötzliche Temperatur-, Feuchtigkeits- und Sonneneinstrahlungsschwankungen zerstörerisch auf das Rotorblatt aus.

Das bedeutet, dass die Klinge nicht nur stark sein muss, sondern auch immun gegen den Einfluss der äußeren Umgebung sein muss. Aber wenn nur das! Dann könnte die Klinge ganz aus Metall gefertigt und mit einer Korrosionsschutzschicht überzogen werden, und das Problem wäre gelöst.

Doch es gibt noch eine weitere Anforderung: Darüber hinaus muss die Klinge leicht sein. Daher ist die Klinge hohl ausgeführt und basiert auf einem Metallholm, meist einem Stahlrohr mit variablem Querschnitt, dessen Fläche vom Wurzelteil bis zum Ende der Klinge allmählich oder stufenweise abnimmt .

Der Holm als Hauptlängskraftelement des Blattes nimmt Scherkräfte und Biegemomente auf. In dieser Hinsicht ähnelt die Funktionsweise eines Blattholms der eines Flugzeugflügelholms. Allerdings wirken auf den Blattholm durch die Rotorrotation auch Fliehkräfte ein, was bei einem Flugzeugflügelholm nicht der Fall ist. Unter dem Einfluss dieser Kräfte steht der Blattholm unter Spannung.

An den Holm werden Stahlflansche angeschweißt oder angenietet, um den Querkraftsatz – die Rippen des Blattes – zu befestigen. Jede Rippe, die aus Metall oder Holz sein kann, besteht aus Wänden und Regalen. Eine Metallummantelung wird auf Metallregale geklebt oder geschweißt, eine Sperrholzummantelung wird auf Holzregale geklebt oder geschweißt, oder eine Sperrholzummantelung wird an die Spitze geklebt und eine Segeltuchummantelung wird an das Ende genäht, wie gezeigt. Im Bugteil des Profils sind die Rippenflansche am vorderen Stringer und im Heckteil am hinteren Stringer befestigt. Stringer dienen als zusätzliche Längsfestigkeitselemente.

Die Haut, die die Rippenflansche bedeckt, bildet in jedem Abschnitt das Profil der Klinge. Am leichtesten ist der Leinenbezug. Um jedoch eine Verformung des Profils durch Durchbiegung der Stoffbespannung in den Bereichen zwischen den Rippen zu vermeiden, müssen die Rippen des Messers sehr oft in einem Abstand von etwa 5 bis 6 cm zueinander platziert werden, wodurch die Klinge schwerer. Die Oberfläche eines Rotorblatts mit schlecht gedehnter Stoffbespannung sieht gerippt aus und weist aufgrund des hohen Luftwiderstands geringe aerodynamische Eigenschaften auf. Während einer Umdrehung ändert sich das Profil eines solchen Blattes, was zum Auftreten zusätzlicher Vibrationen des Hubschraubers beiträgt. Daher wird der Stoffbezug mit Spinnlösung imprägniert, die den Stoff beim Trocknen stark dehnt.

Bei der Herstellung von Sperrholzhäuten erhöht sich die Steifigkeit der Klinge und der Abstand zwischen den Rippen kann im Vergleich zu mit Stoff überzogenen Klingen um das 2,5-fache vergrößert werden. Um den Widerstand zu verringern, wird die Oberfläche des Sperrholzes glatt bearbeitet und poliert.

Gute aerodynamische Formen und große Festigkeit können durch die Herstellung eines hohlen Ganzmetallblatts erreicht werden. Die Schwierigkeit bei seiner Herstellung liegt in der Herstellung eines Holms mit variablem Querschnitt, der den Bogen des Profils bildet. Der hintere Teil des Blattprofils besteht aus einem Blechgehäuse, dessen Vorderkanten bündig mit dem Holm verschweißt und dessen Hinterkanten miteinander vernietet sind.

Das Rotorblattprofil des Hubschraubers ist so gewählt, dass es mit zunehmendem Anstellwinkel zu einem Strömungsabriss bei möglichst hohen Anstellwinkeln kommt. Dies ist notwendig, um einen Strömungsabriss an der sich zurückziehenden Schaufel zu vermeiden, wo die Anstellwinkel besonders groß sind. Darüber hinaus muss zur Vermeidung von Vibrationen das Profil so gewählt werden, dass sich die Lage des Druckmittelpunkts bei Änderung des Anstellwinkels nicht ändert.

Ein sehr wichtiger Faktor für die Festigkeit und Leistung des Blattes ist die relative Lage des Druckzentrums und des Schwerpunkts des Profils. Tatsache ist, dass die Klinge unter der kombinierten Wirkung von Biegung und Torsion einer selbsterregten Vibration ausgesetzt ist, d. h. einer Vibration mit immer größerer Amplitude (Flattern). Um Vibrationen zu vermeiden, muss das Blatt relativ zur Sehne ausbalanciert sein, d. h. der Schwerpunkt auf der Sehne muss in einer solchen Position liegen, dass eine selbstverstärkende Vibration verhindert wird. Bei der Auswuchtaufgabe geht es darum, sicherzustellen, dass der Schwerpunkt des Profils der konstruierten Schaufel vor dem Druckmittelpunkt liegt.

Berücksichtigt man weiterhin die rauen Betriebsbedingungen des Rotorblatts, sollte man beachten, dass Schäden an der Holzhaut des Rotorblatts durch Regentropfen durch eine Verstärkung der Blecheinfassung entlang der Vorderkante verhindert werden können.

Die Bekämpfung von Blattvereisung ist eine schwierigere Aufgabe. Wenn Vereisungen im Flug wie Frost und Raureif keine große Gefahr für den Hubschrauber darstellen, dann führt glasiges Eis, das allmählich und unmerklich, aber äußerst fest auf dem Blatt wächst, zu einer Gewichtung des Blattes, einer Verformung seines Profils und, letztendlich zu einem Rückgang der Auftriebskraft, was zu einem starken Verlust der Steuerbarkeit und Stabilität des Hubschraubers führt.

Die einst bestehende Theorie, dass das Eis im Flug durch die Schlagbewegung der Rotorblätter abplatzen würde, erwies sich als unbegründet. Die Vereisung der Klinge beginnt zunächst im Wurzelbereich, wo die Biegung der Klinge während ihrer Schlagbewegung gering ist. Anschließend beginnt sich die Eisschicht zum Ende der Klinge hin immer weiter auszubreiten und verschwindet allmählich. Es sind Fälle bekannt, in denen die Eisdicke am Wurzelteil 6 mm und am Ende der Klinge 2 mm erreichte.

Es gibt zwei Möglichkeiten, Vereisung zu verhindern.

Erster Weg- Hierbei handelt es sich um eine sorgfältige Untersuchung der Wettervorhersage im Fluggebiet, die Vermeidung von unterwegs auftretenden Wolken und die Änderung der Flughöhe, um einer Vereisung zu entgehen, den Flug abzubrechen usw.

Zweiter Weg- Ausrüstung der Rotorblätter mit Vereisungsschutzvorrichtungen.

Für Hubschrauberblätter ist eine ganze Reihe dieser Vorrichtungen bekannt. Um Eis von den Rotorblättern zu entfernen, können Sie

Es sollte ein Alkohol-Enteiser verwendet werden, der Alkohol auf die Vorderkante des Propellers sprüht. Letzteres senkt, mit Wasser vermischt, seinen Gefrierpunkt und verhindert die Eisbildung.

Eis kann durch Luft, die in eine Gummikammer entlang der Vorderkante des Rotors gepumpt wird, von den Rotorblättern abgesplittert werden. Die Aufblaskammer bricht die Eiskruste auf, deren einzelne Stücke dann von der anströmenden Luft von den Propellerblättern weggeschwemmt werden.

Wenn die Vorderkante des Rotorblatts aus Metall besteht, kann sie entweder mit Strom oder mit warmer Luft beheizt werden, die durch eine entlang der Vorderkante des Rotors verlegte Rohrleitung geleitet wird.

Die Zukunft wird zeigen, welche dieser Methoden breitere Anwendung finden werden.

Für die aerodynamischen Eigenschaften des Hauptrotors sind die Anzahl der Hauptrotorblätter und die spezifische Belastung der vom Rotor überstrichenen Fläche von großer Bedeutung. Theoretisch kann die Anzahl der Rotorblätter beliebig sein, von eins bis unendlich, so groß, dass sie schließlich zu einer Spiralfläche verschmelzen, wie es im Projekt von Leonardo da Vinci oder im Hubschrauber-Fahrrad von I. Bykov angenommen wurde .

Es gibt jedoch eine bestimmte Anzahl von Klingen, die am vorteilhaftesten ist. Die Anzahl der Blätter sollte nicht weniger als drei betragen, da bei zwei Blättern große Unwuchtkräfte und Schwankungen im Propellerschub auftreten. Dargestellt ist die Änderung des Hauptrotorschubs um seinen Durchschnittswert während einer Rotorumdrehung für Einblatt- und Zweiblattpropeller. Der dreiblättrige Propeller behält während der gesamten Umdrehung praktisch den durchschnittlichen Schubwert bei.

Auch die Anzahl der Rotorblätter sollte nicht sehr groß sein, da in diesem Fall jedes Blatt in einer durch das vorherige Blatt gestörten Strömung arbeitet, was den Wirkungsgrad des Hauptrotors verringert.

Je mehr Propellerblätter vorhanden sind, desto größer ist der Anteil der überstrichenen Scheibenfläche, den sie einnehmen. In die Hubschrauberrotortheorie wurde das Konzept des Füllfaktors o eingeführt, der als Verhältnis der Gesamtfläche berechnet wird

Für die Auslegungsbetriebsart eines Hubschrauberhauptrotors (Steilsteigflug) liegt der günstigste Füllfaktorwert bei 0,05–0,08 (Durchschnittswert 0,065).

Diese Belastung ist durchschnittlich. Eine geringe Belastung ist eine Belastung im Bereich von 9-12 kg/m2. Hubschrauber, die eine solche Last transportieren, sind wendig und haben eine hohe Reisegeschwindigkeit.

Mehrzweckhubschrauber haben eine durchschnittliche Belastung von 12 bis 20 kg/m2. Und schließlich ist eine große Last, die selten verwendet wird, eine Last von 20 bis 30 kg/m2.

Tatsache ist, dass die hohe spezifische Belastung der überstrichenen Fläche zwar eine große Nutzlast für den Hubschrauber darstellt, ein solcher Hubschrauber jedoch bei einem Triebwerksausfall schnell im Selbstrotationsmodus sinkt, was inakzeptabel ist, da in diesem Fall die Sicherheit des Der Abstieg ist gefährdet.

Controller, Mast, Schaft, Wechselrichter und Batterie.

Traditionell verfügt der Windmechanismus über drei am Rotor befestigte Flügel. Wenn sich der Rotor dreht, wird ein dreiphasiger Wechselstrom erzeugt und der Steuerung zugeführt. Anschließend wird der Strom in eine stabile Spannung umgewandelt und zur Batterie geleitet.

Wenn Strom durch die Batterien fließt, werden sie mit Energie versorgt und als Stromleiter betrieben.

Anschließend gelangt der Strom in den Wechselrichter und erreicht die erforderlichen Werte: einphasiger Wechselstrom 220 V, 50 Hz. Bei einem bescheidenen Verbrauch des erzeugten Stroms, der für den Einsatz von Licht und Elektrogeräten ausreicht, wird der Strommangel durch Batterien ausgeglichen.

Wie berechnet man die Klingen?

Den Durchmesser einer Windmühle für eine bestimmte Leistung können Sie wie folgt berechnen:

1. Der Umfang eines Windgeneratorpropellers mit einer bestimmten Leistung, geringer Geschwindigkeit und Windstärke, bei dem die erforderliche Spannung geliefert wird, wird durch die Anzahl der Blätter quadriert.
2. Berechnen Sie die Fläche dieses Quadrats.
3. Teilen Sie die Fläche des resultierenden Quadrats durch die Leistung der Struktur in Watt.
4. Multiplizieren Sie das Ergebnis mit der benötigten Leistung in Watt.
5. Für dieses Ergebnis müssen Sie die Fläche des Quadrats auswählen und die Größe des Quadrats variieren, bis die Größe des Quadrats vier erreicht.
6. Tragen Sie in dieses Quadrat den Umfang des Propellers des Windgenerators ein.

Danach wird es nicht schwer sein, andere Indikatoren herauszufinden, beispielsweise den Durchmesser.

Die Berechnung der am besten geeigneten Klingenform ist ziemlich schwierig; für einen Handwerker ist es schwierig, sie durchzuführen, daher können Sie vorgefertigte Vorlagen verwenden, die von hochspezialisierten Spezialisten erstellt wurden.

Klingenschablone aus PVC-Rohr mit 160 mm Durchmesser:

Aluminiumklingenvorlage:

Sie können versuchen, die Leistung der Rotorblätter einer Windkraftanlage unabhängig zu bestimmen.

Die Geschwindigkeit eines Windrads ist das Verhältnis der Kreisgeschwindigkeit der Flügelkante und der Windgeschwindigkeit. Sie kann mit der Formel berechnet werden:

Die Leistung eines Windmotors wird durch den Durchmesser des Rades, die Form der Rotorblätter, ihre Position relativ zum Luftstrom und die Windgeschwindigkeit beeinflusst.

Es lässt sich mit der Formel ermitteln:

Bei Verwendung stromlinienförmiger Rotorblätter beträgt der Windnutzungskoeffizient nicht mehr als 0,5. Mit leicht stromlinienförmigen Flügeln – 0,3.

Benötigte Materialien und Werkzeuge

Folgende Materialien werden benötigt:

• Holz oder Sperrholz;
• Aluminium;
• Glasfaserplatten;
• PVC-Rohre und -Komponenten;
• Materialien, die zu Hause in der Garage oder im Hauswirtschaftsraum verfügbar sind;

Sie müssen sich mit folgenden Werkzeugen eindecken:

• Marker, Sie können einen Bleistift zum Zeichnen verwenden;
• Scheren zum Schneiden von Metall;
• Puzzle;
• Säge;
• Sandpapier;

Vertikaler und horizontaler Windgenerator

Vertikaler Windgenerator

Kann nach Rotoren klassifiziert werden:

• senkrecht;
• Daria;
• Savonius;
• spiralförmig;
• mehrflügelig mit Leitschaufel;

Das Gute daran ist, dass sie nicht relativ zum Wind ausgerichtet werden müssen; sie funktionieren in jeder Windrichtung. Aus diesem Grund müssen sie nicht mit Geräten ausgestattet sein, die die Windrichtung erkennen.

Diese Strukturen können auf dem Boden platziert werden; sie sind einfach. Eine solche Struktur mit eigenen Händen herzustellen ist viel einfacher als eine horizontale.

Der Schwachpunkt vertikaler Windgeneratoren ist ihre geringe Produktivität und ihr extrem geringer Wirkungsgrad, weshalb ihr Einsatzbereich begrenzt ist.

Horizontale Windgeneratoren haben gegenüber vertikalen Windgeneratoren eine Reihe von Vorteilen. Sie werden in ein-, zwei-, drei- und mehrlappig unterteilt.

Einflügelige Konstruktionen sind am schnellsten; sie drehen sich bei gleicher Windstärke doppelt so schnell wie dreiflügelige. Der Wirkungsgrad dieser Windgeneratoren ist deutlich höher als der von vertikalen.

Ein wesentlicher Nachteil horizontal-axialer Strukturen ist die Abhängigkeit des Rotors von der Windrichtung, weshalb es notwendig ist, am Windgenerator zusätzliche Geräte zu installieren, die die Windrichtung erfassen.

Auswahl des Klingentyps

Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Klingen:

• Segeltyp;
• Flügelprofil;

Man kann flache Flügel wie die „Flügel“ einer Windmühle bauen, also einen Segeltyp. Am einfachsten lassen sie sich aus den unterschiedlichsten Materialien herstellen: Sperrholz, Kunststoff, Aluminium.

Diese Methode hat ihre Nachteile. Bei der Torsion einer Windmühle mit Flügeln nach dem Segelprinzip entstehen keine aerodynamischen Kräfte, sondern lediglich die Druckkraft der Windströmung.

Die Leistung dieses Geräts ist minimal; nicht mehr als 10 % des Windstroms werden in Energie umgewandelt. Bei wenig Wind bleibt das Rad in einer statischen Position und noch weniger erzeugt keinen Strom für den Hausgebrauch.

Ein akzeptableres Design wäre ein Windrad mit Flügelprofilblättern. Dabei weisen die Außen- und Innenflächen der Flügel unterschiedliche Flächen auf, wodurch eine Luftdruckdifferenz auf den gegenüberliegenden Flächen des Flügels erreicht werden kann. Die aerodynamische Kraft erhöht den Auslastungsgrad der Windkraftanlage deutlich.

Materialauswahl

Rotorblätter für ein Windgerät können aus jedem mehr oder weniger geeigneten Material hergestellt werden, zum Beispiel:

Aus PVC-Rohr

Die Herstellung von Klingen aus diesem Material ist wahrscheinlich am einfachsten. PVC-Rohre finden Sie in jedem Baumarkt. Die von Ihnen gewählten Rohre sollten für Druckkanalisation oder Gasleitungen ausgelegt sein. Andernfalls kann der Luftstrom bei starkem Wind die Rotorblätter verformen und sie am Generatormast beschädigen.

Die Rotorblätter eines Windgenerators sind starken Belastungen durch die Zentrifugalkraft ausgesetzt. Je länger die Rotorblätter sind, desto größer ist die Belastung.

Die Kante des Rotorblatts des zweiflügeligen Rads eines Heimwindgenerators dreht sich mit einer Geschwindigkeit von Hunderten von Metern pro Sekunde, was der Geschwindigkeit einer Kugel entspricht, die aus einer Waffe abfliegt. Diese Geschwindigkeit kann zum Platzen von PVC-Rohren führen. Dies ist besonders gefährlich, da umherfliegende Rohrfragmente Menschen töten oder schwer verletzen können.

Sie können aus dieser Situation herauskommen, indem Sie die Klingen so weit wie möglich kürzen und ihre Anzahl erhöhen. Ein mehrblättriges Windrad lässt sich leichter ausbalancieren und verursacht weniger Lärm. Die Dicke der Rohrwände ist von nicht geringer Bedeutung. Beispielsweise sollte bei einem Windrad mit sechs Flügeln aus PVC-Rohr und einem Durchmesser von zwei Metern die Dicke nicht weniger als 4 Millimeter betragen. Um das Design der Klingen zu berechnen, kann der Heimwerker vorgefertigte Tabellen und Vorlagen verwenden.

Die Schablone sollte aus Papier hergestellt, am Rohr befestigt und eingekreist werden. Dies sollte so oft durchgeführt werden, wie Rotorblätter am Windgenerator vorhanden sind. Mit einer Stichsäge müssen Sie das Rohr entsprechend den Markierungen zuschneiden – die Klingen sind fast fertig. Die Kanten der Rohre sind poliert, die Ecken und Enden sind abgerundet, damit die Windmühle schön aussieht und weniger Lärm macht.

Aus Stahl sollte eine Scheibe mit sechs Streifen bestehen, die als Struktur dient, die die Schaufeln verbindet und das Rad an der Turbine befestigt.

Die Abmessungen und die Form der Verbindungskonstruktion müssen dem Typ des Generators und des Gleichstroms entsprechen, der verwendet wird. Der Stahl muss so dick gewählt werden, dass er sich unter Windeinwirkung nicht verformt.

Aus Aluminium

Im Vergleich zu Lamellen aus PVC-Rohren sind Aluminiumlamellen biege- und reißfester. Ihr Nachteil ist ihr großes Gewicht, das Maßnahmen erfordert, um die Stabilität der gesamten Struktur als Ganzes zu gewährleisten. Darüber hinaus sollten Sie das Rad möglichst sorgfältig auswuchten.

Schauen wir uns die Designmerkmale von Aluminiumblättern für ein Windrad mit sechs Blättern an.

Anhand der Schablone sollten Sie ein Muster aus Sperrholz anfertigen. Schneiden Sie bereits nach dem Muster sechs Stück Klingenrohlinge aus einem Aluminiumblech aus. Die zukünftige Klinge wird in eine 10 Millimeter tiefe Nut gerollt, wobei die Scrollachse einen Winkel von 10 Grad mit der gemeinsamen Achse des Werkstücks bilden sollte. Durch diese Manipulationen erhalten die Rotorblätter akzeptable aerodynamische Parameter. An der Innenseite der Klinge ist eine Gewindebuchse angebracht.

Der Verbindungsmechanismus eines Windrads mit Flügeln aus Aluminium verfügt im Gegensatz zu einem Rad mit Flügeln aus PVC-Rohren nicht über Streifen auf der Scheibe, sondern über Bolzen, bei denen es sich um Stahlstangenstücke mit Gewinden handelt, die zu den Gewinden der Buchsen passen .

Fiberglas

Rotorblätter aus speziellem Glasfasergewebe sind angesichts ihrer aerodynamischen Parameter, Festigkeit und ihres Gewichts am einwandfreiesten. Diese Klingen sind am schwierigsten zu bauen, da Sie in der Lage sein müssen, Holz und Glasfaser zu verarbeiten.

Wir überlegen, Glasfaserblätter für ein Rad mit einem Durchmesser von zwei Metern herzustellen.

Bei der Herstellung einer Matrize aus Holz sollte mit größter Sorgfalt vorgegangen werden. Es wird nach einer vorgefertigten Schablone aus Holz gedrechselt und dient als Modell der Klinge. Nachdem Sie mit der Arbeit an der Matrix fertig sind, können Sie mit der Herstellung der Klingen beginnen, die aus zwei Teilen bestehen.

Zunächst muss die Matrize mit Wachs behandelt, eine Seite mit Epoxidharz beschichtet und darauf Glasfasergewebe ausgebreitet werden. Tragen Sie erneut Epoxidharz und erneut eine Schicht Glasfaser auf. Die Anzahl der Schichten kann drei oder vier betragen.

Anschließend müssen Sie den entstandenen Blätterteig etwa einen Tag lang direkt auf der Matrize belassen, bis er vollständig getrocknet ist. Jetzt ist ein Teil der Klinge fertig. Auf der anderen Seite der Matrix wird die gleiche Abfolge von Aktionen ausgeführt.

Die fertigen Teile der Rotorblätter sollten mit Epoxidharz verbunden werden. Sie können einen Holzstopfen hineinstecken und ihn mit Leim befestigen. Dadurch können Sie die Blätter an der Radnabe befestigen. In den Stecker sollte eine Gewindebuchse eingesetzt werden. Der Verbindungsknoten wird auf die gleiche Weise wie in den vorherigen Beispielen zum Hub.

Das Windrad ausbalancieren

Sobald die Rotorblätter fertig sind, müssen Sie das Windrad fertigstellen und ausbalancieren. Dies sollte in einem geschlossenen Gebäude mit großer Fläche und völliger Windstille erfolgen, da Vibrationen des Rades im Wind das Auswuchtergebnis verfälschen können.

Das Auswuchten der Räder muss wie folgt durchgeführt werden:

1. Befestigen Sie das Rad in einer solchen Höhe, dass es sich frei bewegen kann. Die Ebene des Verbindungsmechanismus muss vollkommen parallel zur vertikalen Aufhängung sein.
2. Machen Sie das Rad vollständig statisch und lassen Sie es los. Es sollte sich nicht bewegen. Drehen Sie dann das Rad in einem Winkel, der dem Verhältnis von 360 zur Anzahl der Flügel entspricht, halten Sie an, lassen Sie es los, drehen Sie es erneut und beobachten Sie es eine Weile.
3. Es sollten Tests durchgeführt werden, bis sich das Rad vollständig um seine Achse dreht. Wenn ein freigegebenes oder gestopptes Rad weiter schwingt, ist der nach unten gerichtete Teil übermäßig schwer. Es ist notwendig, das Ende einer der Klingen zu schärfen.

Außerdem sollten Sie herausfinden, wie harmonisch die Schaufeln in der Rotationsebene des Rades liegen. Das Rad muss gestoppt werden. Befestigen Sie in einem Abstand von etwa zwei Millimetern von jeder Kante einer der Klingen zwei Streifen, die die Drehung nicht behindern. Beim Drehen des Rades dürfen die Messer nicht an den Stangen kleben.

Technischer Service

Für einen langfristig störungsfreien Betrieb des Windgenerators sollten folgende Maßnahmen getroffen werden:

1. Zehn oder vierzehn Tage ab Arbeitsbeginn, sollte die Windkraftanlage überprüft werden, insbesondere die Befestigungen. Dies geschieht am besten bei ruhigem Wetter.
2. Lager zweimal im Jahr schmieren Drehmechanismus und Generator.
3. Wenn Sie eine Radunwucht vermuten, die sich in Vibrationen der Rotorblätter beim Verdrehen im Wind äußern kann, ist ein Auswuchten erforderlich.
4. Überprüfen Sie die Bürsten jährlich Pantograph.
5. Wie benötigt Beschichten Sie die Metallteile des Windgenerators mit Farbstoffen.

Es ist durchaus möglich, dass ein Heimwerker Rotorblätter für eine Windkraftanlage herstellt. Sie müssen nur alles berechnen und durchdenken, und dann entsteht zu Hause eine echte Alternative zu Stromnetzen. Bei der Auswahl der Leistung eines selbstgebauten Geräts müssen Sie bedenken, dass seine maximale Leistung 1000 oder 1500 Watt nicht überschreiten sollte. Wenn diese Leistung nicht ausreicht, sollten Sie über die Anschaffung einer Industrieanlage nachdenken.

Die Nutzung alternativer Energiequellen ist einer der Haupttrends unserer Zeit. Saubere und erschwingliche Windenergie können Sie auch bei Ihnen zu Hause in Strom umwandeln, indem Sie eine Windkraftanlage bauen und diese an einen Generator anschließen.

Sie können mit Ihren eigenen Händen aus gewöhnlichen Materialien Rotorblätter für einen Windgenerator bauen, ohne spezielle Ausrüstung zu verwenden. Wir sagen Ihnen, welche Rotorblattform effizienter ist und helfen Ihnen bei der Auswahl der passenden Zeichnung für eine Windkraftanlage.

Ein Windgenerator ist ein Gerät, mit dem Sie Windenergie in Strom umwandeln können.

Sein Funktionsprinzip besteht darin, dass der Wind die Rotorblätter dreht und eine Welle in Bewegung setzt, über die die Rotation über ein Getriebe an den Generator übertragen wird, der die Geschwindigkeit erhöht.

Der Betrieb einer Windkraftanlage wird mit dem KIEV – Windenergienutzungsfaktor – bewertet. Wenn sich ein Windrad schnell dreht, interagiert es mit mehr Wind, was bedeutet, dass es ihm mehr Energie entzieht.

Es gibt zwei Haupttypen von Windgeneratoren:

• horizontal.

Vertikal ausgerichtete Modelle werden so gebaut, dass die Propellerachse senkrecht zum Boden steht. Somit setzt jede Bewegung von Luftmassen, unabhängig von der Richtung, die Struktur in Bewegung.

Diese Vielseitigkeit ist ein Vorteil dieser Art von Windkraftanlagen, sie sind jedoch hinsichtlich Produktivität und Betriebseffizienz den horizontalen Modellen unterlegen.

Ein horizontaler Windgenerator ähnelt einer Wetterfahne. Damit sich die Flügel drehen können, muss die Struktur je nach Luftbewegungsrichtung in die gewünschte Richtung gedreht werden.

Zur Überwachung und Erfassung von Windrichtungsänderungen werden spezielle Geräte installiert. Der Wirkungsgrad ist bei dieser Schneckenanordnung deutlich höher als bei vertikaler Ausrichtung. Für den häuslichen Gebrauch ist es sinnvoller, Windgeneratoren dieses Typs zu verwenden.

Welche Klingenform ist optimal?

Eines der Hauptelemente eines Windgenerators ist ein Satz Rotorblätter.

Mit diesen Teilen sind eine Reihe von Faktoren verbunden, die die Effizienz der Windmühle beeinflussen:

• Größe;
• bilden;
• Material;
• Menge.

Wenn Sie sich entscheiden, Flügel für eine selbstgebaute Windmühle zu entwerfen, müssen Sie alle diese Parameter berücksichtigen. Manche glauben, dass je mehr Flügel ein Generatorpropeller hat, desto mehr Windenergie erzeugt werden kann. Mit anderen Worten: Je mehr, desto besser.

Dies ist jedoch nicht der Fall. Jedes einzelne Teil bewegt sich gegen den Luftwiderstand. Daher erfordert eine große Anzahl von Flügeln eines Propellers mehr Windkraft, um eine Umdrehung durchzuführen.

Darüber hinaus können zu viele breite Flügel dazu führen, dass sich vor dem Propeller eine sogenannte „Luftkappe“ bildet, wenn der Luftstrom nicht durch das Windrad strömt, sondern es umrundet.

Die Form ist sehr wichtig. Die Geschwindigkeit des Propellers hängt davon ab. Bei schlechter Strömung bilden sich Wirbel, die das Windrad abbremsen

Am effizientesten ist ein Einblatt-Windgenerator. Aber es mit eigenen Händen aufzubauen und auszubalancieren ist sehr schwierig. Das Design erweist sich als unzuverlässig, allerdings mit hoher Effizienz. Nach den Erfahrungen vieler Anwender und Hersteller von Windkraftanlagen ist ein dreiflügeliges Modell das optimalste.

Das Gewicht der Klinge hängt von ihrer Größe und dem Material ab, aus dem sie hergestellt wird. Die Größe muss sorgfältig und anhand von Berechnungsformeln ausgewählt werden. Besser ist es, die Kanten so zu bearbeiten, dass auf der einen Seite eine Abrundung und auf der gegenüberliegenden Seite eine scharfe Kante entsteht.

Die richtig gewählte Flügelform eines Windgenerators ist die Grundlage für seinen guten Betrieb.

Für die Heimproduktion eignen sich folgende Möglichkeiten:

• Segeltyp;
• Flügeltyp.

Die Segelblätter sind einfache breite Streifen, wie bei einer Windmühle. Dieses Modell ist das offensichtlichste und am einfachsten herzustellende. Allerdings ist sein Wirkungsgrad so gering, dass diese Form in modernen Windgeneratoren praktisch nicht mehr verwendet wird. Der Wirkungsgrad beträgt in diesem Fall etwa 10-12 %.

Eine viel wirkungsvollere Form sind die Klingen mit Flügelprofil. Dabei handelt es sich um die Prinzipien der Aerodynamik, die riesige Flugzeuge in die Luft heben. Eine Schraube dieser Form lässt sich leichter in Bewegung setzen und dreht sich schneller. Durch den Luftstrom wird der Widerstand, den die Windmühle auf ihrem Weg erfährt, deutlich verringert.

Das richtige Profil sollte einem Flugzeugflügel ähneln. Auf der einen Seite weist die Klinge eine Verdickung und auf der anderen Seite eine sanfte Neigung auf. Luftmassen umströmen einen Teil dieser Form sehr gleichmäßig

Der Wirkungsgrad dieses Modells erreicht 30-35 %. Die gute Nachricht ist, dass Sie mit einem Minimum an Werkzeugen selbst eine Flügelklinge bauen können. Alle grundlegenden Berechnungen und Zeichnungen lassen sich problemlos an Ihre Windkraftanlage anpassen und nutzen kostenlose und saubere Windenergie ohne Einschränkungen.

Woraus werden Klingen zu Hause hergestellt?

Materialien, die für den Bau eines Windgenerators geeignet sind, sind vor allem Kunststoff, Leichtmetalle, Holz und eine moderne Lösung – Glasfaser. Die Hauptfrage ist, wie viel Arbeit und Zeit Sie bereit sind, für den Bau einer Windmühle aufzuwenden.

PVC-Abwasserrohre

Das beliebteste und am weitesten verbreitete Material zur Herstellung von Kunststoffflügeln für Windgeneratoren ist ein gewöhnliches PVC-Abwasserrohr. Für die meisten Heimgeneratoren mit einem Schneckendurchmesser von bis zu 2 m ist ein 160-mm-Rohr ausreichend.

Zu den Vorteilen dieser Methode gehören:

• niedriger Preis;
• Verfügbarkeit in jeder Region;
• einfache Bedienung;
• eine große Anzahl von Diagrammen und Zeichnungen im Internet, umfangreiche Erfahrung in der Anwendung.

Rohre sind unterschiedlich. Dies ist nicht nur denen bekannt, die selbstgebaute Windkraftanlagen bauen, sondern jedem, der schon einmal mit der Installation einer Kanalisation oder Wasserversorgung in Berührung gekommen ist. Sie unterscheiden sich in Dicke, Zusammensetzung und Hersteller. Das Rohr ist kostengünstig, sodass Sie nicht versuchen müssen, Ihre Windkraftanlage durch Einsparung von PVC-Rohren noch billiger zu machen.

Schlechtes Material von Kunststoffrohren kann dazu führen, dass die Schaufeln beim ersten Test reißen und alle Arbeiten umsonst erledigt werden

Zuerst müssen Sie sich für das Muster entscheiden. Es gibt viele Möglichkeiten, jede Form hat ihre eigenen Nachteile und Vorteile. Es könnte sich lohnen, zunächst zu experimentieren, bevor Sie die endgültige Version herausschneiden.

Da der Preis für Rohre niedrig ist und man sie in jedem Baumarkt findet, eignet sich dieses Material perfekt für die ersten Schritte im Modellieren von Klingen. Wenn etwas schief geht, können Sie jederzeit eine andere Pfeife kaufen und es erneut versuchen; Ihr Geldbeutel wird durch solche Experimente nicht viel leiden.

Erfahrene Windenergienutzer haben festgestellt, dass es besser ist, orangefarbene statt graue Rohre für die Herstellung von Windturbinenblättern zu verwenden. Sie behalten ihre Form besser, verbiegen sich nach der Flügelbildung nicht und halten länger

Amateurdesigner bevorzugen PVC, da beim Testen eine kaputte Klinge durch eine neue ersetzt werden kann, die direkt vor Ort in 15 Minuten angefertigt wird, wenn ein geeignetes Muster verfügbar ist. Einfach und schnell und vor allem erschwinglich.

Aluminium – dünn, leicht und teuer

Aluminium ist ein leichtes und langlebiges Metall. Es wird traditionell zur Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen verwendet. Aufgrund seines geringen Gewichts sind die aerodynamischen Eigenschaften des Propellers hervorragend, wenn Sie der Platte die gewünschte Form geben.

Die Hauptlasten, denen eine Windmühle während der Drehung ausgesetzt ist, zielen darauf ab, das Blatt zu verbiegen und zu brechen. Wenn der Kunststoff bei solchen Arbeiten schnell reißt und versagt, können Sie sich deutlich länger auf eine Aluminiumschraube verlassen.

Wenn man jedoch Aluminium- und PVC-Rohre vergleicht, sind Metallplatten immer noch schwerer. Bei hohen Drehzahlen besteht ein hohes Risiko, dass nicht die Klinge selbst, sondern die Schraube am Befestigungspunkt beschädigt wird

Ein weiterer Nachteil von Aluminiumteilen ist die Komplexität der Herstellung. Wenn das PVC-Rohr eine Biegung aufweist, die dazu dient, dem Blatt aerodynamische Eigenschaften zu verleihen, wird Aluminium in der Regel in Form einer Platte verwendet.

Nach dem Ausschneiden des Teils nach dem Muster, was an sich viel schwieriger ist als das Arbeiten mit Kunststoff, muss das resultierende Werkstück noch gerollt und mit der richtigen Biegung versehen werden. Dies wird zu Hause und ohne Werkzeug nicht so einfach zu bewerkstelligen sein.

Fiberglas oder Fiberglas – für Profis

Wenn Sie sich bewusst für die Herstellung einer Klinge entscheiden und bereit sind, viel Mühe und Nerven dafür aufzuwenden, reicht Glasfaser aus. Wenn Sie sich bisher noch nicht mit Windgeneratoren beschäftigt haben, ist es nicht die beste Idee, mit dem Modellieren einer Windmühle aus Glasfaser zu beginnen. Dennoch erfordert dieser Prozess Erfahrung und praktische Fähigkeiten.

Eine Klinge aus mehreren mit Epoxidkleber verbundenen Glasfaserschichten ist stark, leicht und zuverlässig. Bei einer großen Oberfläche erweist sich das Teil als hohl und praktisch schwerelos

Zur Herstellung wird Glasfaser verwendet – ein dünnes und haltbares Material, das in Rollen hergestellt wird. Zur Befestigung der Schichten eignet sich neben Glasfaser auch Epoxidkleber.

Die Arbeit beginnt mit der Erstellung einer Matrix. Hierbei handelt es sich um einen Rohling, der eine Form für ein zukünftiges Teil darstellt.

Die Matrix kann aus Holz bestehen: Holz, Bretter oder Baumstämme. Die volumetrische Silhouette der halben Klinge ist direkt aus dem Massiv herausgeschnitten. Eine weitere Option ist eine Kunststoffform.

Es ist sehr schwierig, selbst einen Rohling herzustellen; Sie müssen ein fertiges Modell einer Klinge aus Holz oder einem anderen Material vor Augen haben, und erst dann wird aus diesem Modell eine Matrize für das Teil ausgeschnitten. Sie benötigen mindestens 2 solcher Matrizen. Wenn Sie jedoch einmal eine erfolgreiche Form erstellt haben, können Sie diese mehrmals verwenden und auf diese Weise mehr als eine Windmühle bauen.

Der Boden der Form wird gründlich mit Wachs geschmiert. Dies geschieht, damit die fertige Klinge später leicht entnommen werden kann. Legen Sie eine Schicht Glasfaser auf und beschichten Sie diese mit Epoxidkleber. Der Vorgang wird mehrmals wiederholt, bis das Werkstück die gewünschte Dicke erreicht hat.

Wenn der Epoxidkleber getrocknet ist, wird die Hälfte des Teils vorsichtig von der Matrize entfernt. Dasselbe machen sie auch mit der zweiten Hälfte. Die Teile werden zu einem hohlen dreidimensionalen Teil zusammengeklebt. Das leichte, langlebige und aerodynamisch geformte Glasfaserblatt ist der Gipfel der Exzellenz für den Heimwindpark-Bastler.

Sein Hauptnachteil ist die Schwierigkeit, die Idee umzusetzen, und zunächst eine große Anzahl von Fehlern, bis die ideale Matrix erhalten und der Erstellungsalgorithmus perfektioniert ist.

Günstig und fröhlich: Holzteil für ein Windrad

Eine Holzklinge ist eine altmodische Methode, die einfach umzusetzen, aber beim heutigen Stromverbrauch wirkungslos ist. Das Teil kann aus einer massiven Platte aus hellem Holz, beispielsweise Kiefer, hergestellt werden. Es ist wichtig, ein gut getrocknetes Stück Holz zu wählen.

Sie müssen eine geeignete Form wählen, aber berücksichtigen Sie, dass die Holzklinge keine dünne Platte wie Aluminium oder Kunststoff ist, sondern eine dreidimensionale Struktur. Daher reicht es nicht aus, dem Werkstück eine Form zu geben; man muss die Prinzipien der Aerodynamik verstehen und sich den Umriss des Blattes in allen drei Dimensionen vorstellen.

Um dem Holz das endgültige Aussehen zu verleihen, müssen Sie einen Hobel verwenden, vorzugsweise einen elektrischen. Für eine lange Haltbarkeit wird das Holz mit einem antiseptischen Schutzlack oder einer antiseptischen Farbe behandelt

Der Hauptnachteil dieser Konstruktion ist das große Gewicht der Schraube. Um diesen Koloss zu bewegen, muss der Wind stark genug sein, was prinzipiell schwer zu erreichen ist. Allerdings ist Holz ein erschwingliches Material. Die geeigneten Bretter für den Bau eines Windturbinenpropellers können Sie direkt in Ihrem Garten finden, ohne einen Cent auszugeben. Und das ist in diesem Fall der Hauptvorteil von Holz.

Der Wirkungsgrad einer Holzklinge geht gegen Null. In der Regel ist der Zeit- und Arbeitsaufwand für den Bau einer solchen Windmühle das in Watt ausgedrückte Ergebnis nicht wert. Als Übungsmodell oder Teststück hat das Holzteil jedoch seinen Platz. Und eine Wetterfahne mit Holzflügeln sieht auf der Baustelle beeindruckend aus.

Zeichnungen und Beispiele von Klingen

Es ist sehr schwierig, die korrekte Berechnung des Propellers eines Windgenerators durchzuführen, ohne die grundlegenden Parameter zu kennen, die in der Formel angezeigt werden, und ohne zu wissen, wie sich diese Parameter auf den Betrieb des Windrads auswirken.

Verschwenden Sie besser keine Zeit, wenn Sie sich nicht mit den Grundlagen der Aerodynamik befassen möchten. Vorgefertigte Zeichnungen und Diagramme mit angegebenen Indikatoren helfen Ihnen bei der Auswahl eines geeigneten Rotorblatts für eine Windkraftanlage.

Zeichnung eines Blattes für einen zweiblättrigen Propeller. Hergestellt aus einem Abwasserrohr mit einem Durchmesser von 110. Der Durchmesser des Windmühlenpropellers beträgt in diesen Berechnungen 1 m

Ein so kleiner Windgenerator wird Ihnen keine hohe Leistung liefern können. Höchstwahrscheinlich ist es unwahrscheinlich, dass Sie mehr als 50 W aus dieser Konstruktion herausholen können. Ein zweiflügeliger Propeller aus einem leichten und dünnen PVC-Rohr sorgt jedoch für eine hohe Rotationsgeschwindigkeit und gewährleistet den Betrieb der Windmühle auch bei leichtem Wind.

Zeichnung eines Flügels für einen dreiflügeligen Windgeneratorpropeller, hergestellt aus einem Rohr mit 160 mm Durchmesser. Die geschätzte Geschwindigkeit beträgt bei dieser Option 5 bei einem Wind von 5 m/s

Ein dreiblättriger Propeller dieser Form kann für leistungsstärkere Einheiten verwendet werden, etwa 150 W bei 12 V. Der Durchmesser des gesamten Propellers beträgt bei diesem Modell 1,5 m. Das Windrad dreht sich schnell und lässt sich leicht starten. Die dreiflügelige Windmühle findet man am häufigsten in Heimkraftwerken.

Zeichnung eines selbstgebauten Flügels für einen 5-Blatt-Windgeneratorpropeller. Hergestellt aus PVC-Rohr mit einem Durchmesser von 160 mm. Geschätzte Geschwindigkeit – 4

Ein solcher Fünfblattpropeller kann bis zu 225 Umdrehungen pro Minute bei einer geschätzten Windgeschwindigkeit von 5 m/s erzeugen. Um ein Rotorblatt gemäß den vorgeschlagenen Zeichnungen zu bauen, müssen Sie die Koordinaten jedes Punktes aus den Spalten „Vordere/hintere Musterkoordinaten“ auf die Oberfläche des Kunststoff-Abwasserrohrs übertragen.

Aus der Tabelle geht hervor, dass je mehr Flügel ein Windgenerator hat, desto kürzer muss deren Länge sein, um einen Strom gleicher Leistung zu erzeugen

Wie die Praxis zeigt, ist es ziemlich schwierig, einen Windgenerator mit einem Durchmesser von mehr als 2 Metern zu warten. Wenn Sie laut Tabelle eine größere Windmühle benötigen, denken Sie darüber nach, die Anzahl der Flügel zu erhöhen.

Mit den Regeln und Prinzipien werden Sie in diesem Artikel vertraut gemacht, der den Ablauf der Berechnungen Schritt für Schritt beschreibt.

Auswuchten einer Windkraftanlage

Das Auswuchten der Rotorblätter eines Windgenerators trägt dazu bei, dass dieser so effizient wie möglich arbeitet. Um den Ausgleich durchzuführen, müssen Sie einen Raum finden, in dem es weder Wind noch Zugluft gibt. Natürlich wird es für ein Windrad mit einem Durchmesser von mehr als 2 m schwierig sein, einen solchen Raum zu finden.

Die Klingen werden zu einer fertigen Struktur zusammengebaut und in der Arbeitsposition installiert. Die Achse muss streng horizontal und eben positioniert sein. Die Ebene, in der sich der Propeller dreht, muss streng vertikal und senkrecht zur Achse und zum Boden eingestellt werden.

Ein Propeller, der sich nicht bewegt, muss um 360/x Grad gedreht werden, wobei x = Anzahl der Blätter. Im Idealfall weicht eine ausgeglichene Windmühle nicht um 1 Grad ab, sondern bleibt stationär. Hat sich das Blatt durch sein Eigengewicht gedreht, muss es ein wenig nachgestellt, das Gewicht auf einer Seite reduziert und die Abweichung von der Achse beseitigt werden.

Der Vorgang wird wiederholt, bis die Schraube in jeder Position absolut bewegungslos ist. Wichtig ist, dass beim Balancieren kein Wind weht. Dies kann die Testergebnisse verfälschen.

Es ist auch wichtig zu überprüfen, dass sich alle Teile genau in der gleichen Ebene drehen. Zur Kontrolle werden auf beiden Seiten einer der Schaufeln Kontrollplatten im Abstand von 2 mm angebracht. Während der Bewegung darf kein Teil der Schraube die Platte berühren.

Um einen Windgenerator mit gefertigten Rotorblättern zu betreiben, müssen Sie ein System aufbauen, das die empfangene Energie sammelt, speichert und an den Verbraucher weiterleitet. Eine der Systemkomponenten ist der Controller. Wie das geht, erfahren Sie in unserem empfohlenen Artikel.

Wenn Sie saubere und sichere Windenergie für Ihren Haushaltsbedarf nutzen möchten und nicht vorhaben, viel Geld für den Kauf teurer Geräte auszugeben, sind selbstgebaute Rotorblätter aus gewöhnlichen Materialien eine geeignete Idee. Haben Sie keine Angst vor Experimenten und Sie werden in der Lage sein, bestehende Modelle von Windmühlenpropellern weiter zu verbessern.