풍력 발전기 만들기

[햇빛전사]

DIY 풍력 터빈 프로젝트

4 피트 풍력 터빈-6 피트 스위프 옵션

이 프로젝트에는 두 부분이 있습니다.

1. 풍력 터빈 구축
2. 과학 프로젝트의 변형

풍력 터빈 구축

소개

인터넷에는 몇 가지 DIY 풍력 터빈 과학 프로젝트가 있습니다. 이 프로젝트는 고등학교 수준에 적합하며 원래 http://www.velacreations.com에서 제공 한 매우 좋은 사이트로, 독립된 부부가 유지하고 있습니다. 그들의 사이트는 확실히 볼만한 가치가 있습니다. 풍력 터빈 프로젝트를 위해 방문하기 좋은 또 다른 웹 사이트는 http://www.otherpower.com 이지만 이러한 터빈은 상당히 클 수 있습니다.

무게가 더 나가고, 블레이드가 더 크고, 블레이드를 더 잘 고정해야 하며, 타워에 부착하기 위해 베어링을 사용하는 더 큰 트레드밀 모터에 대한 원래 지침에 일부 수정 사항을 포함했습니다 .

스크랩 재료로 풍력 발전기를 만드는 것은 해당 재료를 지역 쓰레기장에서 제거하는 데 도움이됩니다. 필요한 대부분의 품목은 지역 철물점, 차고 또는 해당 지역의 "Freecycle"그룹 중 하나에서 찾을 수 있습니다. . Google에서 "freecycle"을 검색하여 무료로 얻을 수있는 부품을 확인하십시오. 이 사진에 내장 된 풍력 터빈의 경우, 우리는 eBay에서 10 달러에 배송비를 더한 가격에 모터를, 쓰레기 더미에서 블레이드 용 PVC 파이프를 선택했습니다. 꼬리는 오래된 롤러 페인트 팬으로 만들어집니다.

안전이 최우선입니다. DIY 프로젝트보다 건강이 더 중요하므로 읽은 모든 안전 지침을 따르고 상식을 사용하고 확실하지 않은 경우 도움을 받으십시오. 풍력 터빈은 무겁고 위험한 기계가 될 수 있으며 빠르게 움직이는 블레이드와 감전의 가능성이 있습니다.

이 풍력 터빈은 간단하고 효율적인 설계 및 조립이 가능한 Chispito Wind Generator를 기반으로합니다. 더 큰 20A 모터를 사용하여 변경 사항을 보여주는 여러 사진을 포함했습니다.

발전기
PMG (Permanent Magnet Generator)-25RPM마다 최소 1V DC를 생성하는 PMG가 필요하므로 풍력 터빈 블레이드가 400RPM으로 회전하면 16VDC가 생성됩니다. 6 인치 나사산 허브가있는 260 VDC, 5A 연속 작업 트레드밀 모터는 소형 풍력 터빈에 적합합니다. 이 모터는 로컬 및 eBay 또는 기타 인터넷 사이트에서 사용할 수 있습니다. 30mph의 바람에서 약 7A를 얻을 수 있습니다. 즉, 시작하는 데 도움이되는 간단하고 저렴한 소형 기계입니다. 

나는 eBay에서 90 VDC, 20A 러닝 머신 모터를 10 달러에 배송비를 더한 가격으로 선택했습니다. 이 모터는 크기와 무게가 증가하기 때문에 대부분의 원래 지침으로 업그레이드해야합니다. 또한 더 낮은 출력 전압을 생성합니다. 이 모터는 RPM을 높이기위한 기어링이있는 시스템에 더 적합합니다.

25rpm마다 최소 1V를 반환하고 10 암페어 이상을 처리 할 수있는 다른 간단한 영구 자석 DC 모터를 사용할 수 있습니다 . AMETEK (30)최고의 모터 중 하나이지만 찾기가 어렵고 가격이 다소 비싸고있는 것 같습니다. 블레이드도 부착 할 수있는 6 "허브가있는 모터를 찾으십시오-5/8"샤프트가있는 원형 톱날 어댑터가 작동 할 수 있습니다. 우리의 더 큰 모터의 경우 처음에는 3.5 인치 풀리에 볼트로 고정 된 금속 느리게 움직이는 차량 표지판을 사용했습니다. 삼각형 모양은 우리가 찾고 있던 것입니다. 우리는 나무 고리로 표지판을 강화했습니다. 이 허브는 결국 작은 블레이드의 바람을 많이 차단했고 결국 우리는 금속 도금으로 강화 된 6 인치 목재 허브로 전환했습니다. 허리케인 아이크가 지나갔을 때 그 허브도 손상되었습니다. 따라서 톱날과 같은 금속 허브 또는 사용 된 두꺼운 금속 프라이팬 바닥을 권장합니다.

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발전기 장착

• 6 피트의 "L"튜빙
• 기타 너트와 볼트
• 3/4 "셀프 태핑 나사
• 더 큰 20Amp 모터의 경우 중앙에 구멍이있는 캐스터 휠 ( 중공 킹핀이있는 캐스터) 을 사용하여 모터를 타워에 부착했습니다. 이렇게하면 무거운 모터가 매우 쉽게 회전 할 수 있으며 타워 나 플랜지가 마모 되지 않습니다 .

발전기

• 90 VDC, 20 A 연속 듀티 트레드밀 모터
• 30-50A 차단 다이오드 (단방향)
• 4 x 5/16”x ¾”모터 볼트
• 8 "X 16"PVC 파이프-러닝 머신 모터 (커버)의 크기에 따라 이상

꼬리

• 1 평방 피트 (약) 경량 재료 (금속)-사용한 롤러 페인트 트레이가 작동합니다.
• 꼬리를 부착하기위한 2 개의 X ¾ "셀프 태핑 나사

블레이드

• 8 "PVC 파이프의 24"길이
• 6 X ¼ "X 20 볼트
• 9 x ¼ "와셔
• 종이와 테이프 3 장

어셈블리

커팅 블레이드 -8 개의 블레이드 (또는 2 개 이상의 블레이드 세트)와 얇은 폐기물 스트립을 만듭니다.

더 많은 그림이있는 별도의 페이지를 만들고이 프로세스를 약간 확장했습니다. 이 작업을 한 번 수행하면 의미가 있습니다. 이 지침은 처음으로 풍력 터빈 블레이드 제조업체에 약간의 도움을 줄 수 있습니다.

페이지 링크 : PVC 터빈 블레이드 만들기

1. 24 인치 길이의 PVC 파이프와 사각형 튜브 (또는 다른 직선 모서리)를 평평한 표면에 나란히 놓습니다. 파이프를 튜브에 단단히 밀고 닿는 선을 표시합니다. 이것이 라인 A입니다.
2. 라인 A의 각 끝 근처에 23 인치 간격으로 표시를하십시오.
3. A4 용지 3 장을 함께 테이프로 묶어 길고 완전히 곧은 종이가되도록합니다. 방금 만든 두 개의 마크 각각에서 파이프 섹션 주위를 감싸십시오. 용지의 짧은면이 라인 A를 따라 일직선이되고 용지가 겹치는 부분에 대해 일직선인지 확인하십시오. 각 끝에 용지 가장자리를 따라 선을 표시하십시오. 한 LineB와 다른 Line C에 전화하십시오.
4. 라인 A가 라인 B와 교차하는 지점에서 시작합니다. 라인 B 주변에서 왼쪽으로 145mm마다 표시를합니다. 마지막 섹션은 약 115mm 여야합니다.  
5. 라인 A가 라인 C와 교차하는 지점에서 시작합니다. 라인 C를 우회하여 145mm마다 표시를합니다. 마지막 섹션은 약 115mm 여야합니다.  
6. 직선 모서리를 사용하여 각 선을 표시하십시오. 
7. 퍼즐을 사용하여이 선을 따라 145mm 스트립 4 개와 약 115mm 스트립 1 개를 만드십시오.
8. 각 스트립을 가져 와서 파이프 안쪽이 아래를 향하도록 놓습니다.
9. 왼쪽 가장자리에서 115mm 떨어진 각 스트립의 한쪽 끝에 표시를합니다.
10. 왼쪽 가장자리에서 30mm 떨어진 각 스트립의 다른 쪽 끝에 표시를합니다.
11. 퍼즐을 사용하여이 선을 표시하고 자릅니다.

참고 : 또한 동일한 측정 값을 사용하여 38 인치 길이의 블레이드 세트를 만들었습니다. 길이 만 변경되었습니다. 2

4 인치에서 38 인치로 변경되었습니다.

블레이드 샌딩
원하는 익형을 얻으려면 블레이드를 샌딩 해야합니다. 이렇게하면 블레이드의 효율성이 향상되고 더 조용해집니다.

각진 (선행) 가장자리는 둥글게 만들고, 직선 (꼬리) 가장자리는 뾰족하게 만들고자합니다.

날카로운 모서리는 노이즈를 줄이기 위해 약간 둥글어야합니다.

꼬리 만들기 꼬리
의 정확한 치수는 중요하지 않습니다. 약 1 평방 피트의 가벼운 재료, 가급적이면 금속이 필요합니다. 꼬리를 원하는 모양으로 만들 수 있습니다. 최종 결과가 플로피가 아닌 뻣뻣한 경우 오래된 알루미늄 페인트 트레이 (평평한)를 사용했습니다. 6 피트 길이의 레일에는 이미 구멍이 있으므로 레일 끝 근처에 꼬리를 볼트로 고정하기 만하면됩니다. 전체 설정 "균형 조정"에 대한 아래 지침을 참조하십시오. 이 디자인은 매우 높은 바람 조건에서 블레이드를 바람에서 빼낼 수있는 FURLING 이 없습니다 . 여기 디자인을 접음에 대한 자세한 내용을보실 수 있습니다 : 당신의 풍력 터빈을 퍼링

블레이드의 드릴 구멍 -¼ "드릴 비트 사용

1. 3 개의 블레이드 각각의 넓은 끝과 직선 가장자리를 따라 두 개의 구멍을 표시합니다. 첫 번째 구멍은 직선 가장자리에서 3/8 ", 바닥에서 ½"떨어져 있어야합니다. 두 번째 구멍은 직선 가장자리에서 3/8 ", 바닥에서 1¼"떨어져 있어야합니다.  
2. 이 6 개의 구멍을 뚫습니다-블레이드 당 2 개 (총 3 개의 블레이드)

허브의 드릴 구멍 -7/32 "드릴 비트 및 ¼" 탭 사용

참고 : 이 지침을 수정할 수 있습니다. 허브를 오래된 중고 7 1/4 인치 스킬 톱날로 교체해보십시오. 더 넓은 표면적은 블레이드를 나사로 조이거나 볼트로 고정 할 수있는 더 많은 공간을 제공합니다. 또한 구멍을 뚫고 두드리는 대신 1/4 인치 볼트를 사용했습니다. 이 용도로 사용되는 오래된 알루미늄 프라이팬도 보았습니다. 가볍고 단단합니다!

1. 트레드밀 모터가 허브가 부착 된 상태로 제공되는 경우, 그것을 분리하고 펜치로 샤프트의 끝 (허브를 통과하는)을 단단히 잡고 허브를 시계 방향으로 돌립니다. 이 허브는 시계 방향으로 나사가 풀리기 때문에 블레이드가 시계 반대 방향으로 회전합니다.
2. 나침반과 각도기를 사용하여 종이에 허브 템플릿을 만듭니다.
3. 각각 원의 중심에서 2 3/8 "떨어져 있고 서로 등거리에있는 3 개의 구멍을 표시합니다.
4. 이 템플릿을 허브 위에 놓고 용지를 통해 각 구멍의 허브에 시작 구멍을 뚫습니다.
5. 7/32 "드릴 비트로이 구멍을 뚫습니다.
6. ¼ "x 20 탭으로 구멍을 두드립니다.
7. ¼ "볼트를 사용하여 블레이드를 허브에 볼트로 고정합니다.이 시점에서 외부 구멍은 뚫리지 않았습니다.
8. 각 칼날 끝의 직선 가장자리 사이의 거리를 측정합니다. 모두 등거리가되도록 조정하십시오. 각 블레이드의 빈 구멍을 통해 허브의 각 구멍을 표시하고 펀치합니다.
9. 나중 단계에서 어떤 블레이드가 어디로 가는지 일치시킬 수 있도록 블레이드와 허브에 레이블을 붙입니다.
10. 블레이드를 제거한 다음이 바깥 쪽 세 개의 구멍을 뚫고 두 드리십시오.

참고 : 금속으로 천천히 움직이는 차량 표지판은 강풍에 서있을만큼 단단하지 않습니다. 우리는 필요한 힘을주기 위해 표지판 뒷면에 나무 고리를 조였습니다. 이것은 많은 바람을 막아서 6 인치 나무 허브로 교체하고 뒷면에 ​​금속판으로 보강했습니다. 나중에 우리는 강도를 높이기 위해이 허브를 6 인치 금속 허브로 교체했습니다.

모터 보호 커버 만들기

1. 8”x 16”PVC 파이프의 길이를 따라 약 ¾”떨어진 두 개의 직선을 그립니다. 이 선을 따라 자르십시오.
2. 파이프 끝을 45º 절단합니다. 
3. 덮개를 모터 위로 밀어 제자리에 고정합니다.

터빈 어셈블리

1. 캐스터에서 고무 바퀴를 제거하십시오. 캐스터와 볼트를 통해 타워 어셈블리 (타워의 상단 파이프)로 드릴
2. 모터 뒤쪽의 "L"튜브에 다이오드를 놓고 셀프 태핑 금속 나사를 사용하여 제자리에 고정합니다.
3. 모터에서 나오는 검은 색 와이어를 다이오드의 양극 입력 단자에 연결합니다 (양극쪽에 레이블이있는 AC).
4. 모터에서 나오는 빨간색 와이어를 다이오드의 음극 입력 단자에 연결합니다 (음극쪽에 AC 레이블이 붙어 있음).
5. 모든 구멍이 정렬되도록 각 블레이드를 허브에 놓습니다. ¼ "볼트와 와셔를 사용하여 블레이드를 허브에 볼트로 고정합니다. 내부 3 개의 구멍에는 볼트 당 2 개의 와셔 (블레이드의 각 측면에 하나씩)를 사용합니다. 외부 3 개의 구멍에는 헤드 옆에 와셔 하나만 사용합니다. 볼트를 조입니다. 이렇게하면 블레이드가 타워에서 멀어집니다.
6. 펜치로 모터의 축 끝 (허브를 통과하는)을 단단히 잡고 허브가 조여 멈출 때까지 시계 반대 방향으로 돌립니다. 모터에는 허브가 제공되지 않았으므로 "풀리 허브"를 샤프트에 부착했습니다.
7. 캐스터 돌리를 모터와 "L"레일에 부착합니다. 6 피트 길이의 레일을 따라 1 평방 피트의 꼬리 부분을 이동하여 전체 설정의 균형을 맞 춥니 다. 모든 것이 균형 잡힌 지점을 찾으면 꼬리를 그 지점의 레일에 볼트로 고정하십시오.
8. 더 큰 (무거운) 모터의 경우 타워 상단에 볼트로 고정 된 속이 빈 킹핀이있는 회전 캐스터를 사용했습니다. 돌리 / 캐스터 는 타워를 통해 전선을 아래로 내려갈 수 있도록 중앙에 구멍이 있어야합니다 . 돌리는 DC 모터에 직접 볼트로 고정되어 전체 장착 시스템을 훨씬 쉽게 만들 수 있습니다.

풍력 발전기의 수명을 늘리려면 블레이드, 모터 슬리브, 마운트 및 테일을 페인트해야합니다.

더 큰 20A 런닝 머신 모터에서는 돌리 베어링을 모터 하단에 직접 부착 한 다음 타워 상단에 부착했습니다. 중앙에 구멍이있는 돌리 휠을 가져 와서 전선을 통과시킵니다.

또한 동일한 PVC 블레이드 패턴을 사용하여 3 피트 블레이드를 절단했습니다. 길이를 2 피트가 아닌 3 피트로 만드십시오. 양쪽 끝의 측정 값은 동일하게 유지됩니다. 너비가 145cm이고 다음으로 2 개의 블레이드로 절단됩니다. 이것은 블레이드에 동일한 곡선을 제공합니다.

모터의 크기에 따라 다양한 길이의 블레이드를 실험 할 수 있습니다. 우리의 더 큰 블레이드는 초기에 더 짧은 블레이드만큼 균형이 맞지 않아서 느리게 회전했습니다. 길이를 36 인치에서 32 인치로 줄이고 균형을 잡았습니다. 블레이드의 균형을 맞추기 위해 블레이드와 허브를 길고 뾰족한 못에 배치했습니다. 균형점을 찾기 위해 칼날을 따라 와셔를 밀어 넣는 것보다. 그런 다음 와셔를 제자리에 에폭시로 만듭니다 (에폭시의 무게도 고려).

바람에서 얼마나 많은 힘을 얻을 수 있습니까?

바람에서 사용 가능한 전력 = .5 x 공기 밀도 x 휩쓸린 면적 x (풍속 큐브)

예 : 공기 밀도 = 해수면에서 입방 미터당 1.23kg. 스윕 면적 = 파이 xr 제곱. 2 피트 블레이드 = 0.609m, 4 피트 = 1.219m. 10mph = 4.4704m / s, 20mph = 8.9408m / s.

바람의 힘 : 2 피트 블레이드, 10mph의 바람 = .5 x 1.23 x 3.14 x 0.609squared x 4.4704 cubed

= .5 x 1.23 x 1.159 x 89.338 = 63.7 와트

4 피트 블레이드 및 10mph 바람 = .5 x 1.23 x 4.666 x 89.338 = 256 와트

4 피트 블레이드와 20mph 바람 = .5 x 1.23 x 4.666 x 714.708 = 2051 와트

그것은 바람의 최대 힘입니다. 그러나 모든 힘을 모으는 것은 불가능합니다. 베츠 제한은 우리가 바람을 수확 수있는 전력의 최대 비율이 59.26 %로 우리에게 알려줍니다.

따라서 이러한 터빈의 최대 출력은 다음과 같습니다.

2 피트 블레이드, 10mph 바람 = 37.7 와트

4 피트 블레이드, 10mph 바람 = 152 와트

4 피트 블레이드, 20mph 바람 = 1,215 와트

이 값은 달성 가능한 최대 전력입니다. 블레이드의 모양, 블레이드 어셈블리의 균형, 허브 위의 드래그, 구리 손실 등에 따라 결과는 더 적을 것입니다. 아주 잘 만들어진 DIY HAWT는 50 % 이상을 얻지 못할 것입니다. 숫자 위.

추가 정보

더 높은 RPM 모터를위한 기어링

Ametek 30 과 같은 좋은 낮은 RMP 모터를 찾을 수없고 가지고있는 모터를 조정해야하는 경우 가능한 레이아웃 중 하나에 대한 비디오가 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

과학 프로젝트의 변형

과학 프로젝트를 만드는 경우 몇 가지 매개 변수를 변경하고 변화를 측정해야 할 가능성이 있습니다. 그렇다면 전력 출력에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까? 전력은 풍속 및 블레이드 (스위핑 영역)의 크기에 따라 달라집니다. 물론 타워의 높이를 변경하면 출력도 달라 지지만 실제로는 풍속 만 변경됩니다. 그래서 당신은 무엇을 할 수 있습니까?

1. 풍속의 요소로서의 힘. 다양한 풍속에 대한 전력 출력 (암페어 시간 전압 = 와트)을 측정합니다. 무엇을 찾을 수 있을까요? 풍속이 두 배로 증가하면 출력에 어떤 일이 발생한다고 생각하십니까?
2. 블레이드 길이 (스윕 영역)의 계수로서의 전력. 하나의 튜브에서 3 세트의 블레이드를 얻으므로 "다른"블레이드의 길이를 줄이십시오. 길이를 10 % 줄이면 전력 출력에 미치는 영향 (물론 같은 풍속에서 측정)
3. 타워 높이 변경? 시간이 지남에 따라 다른 높이에서 "총"산출량을 측정해야하는 장기 프로젝트입니다. 실제로 다른 높이에서 "풍속"을 측정하는 것이므로 과학 교사가 확실하지 않습니다. 이것을 위해 갈 것입니다.

추가 정보:

DIY 수직 풍력 터빈에 대한 다양한 계획

PVC로 블레이드를 만들기위한 자세한 지침

Ametek DC 모터에 대한 정보

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아래는 원문 

출처 : https://greenterrafirma.com/DIY_Wind_Turbine.html

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Do-It-Yourself Wind Turbine Project

4 Foot Wind Turbine - option for 6 Foot Sweep

There are 2 parts to this project:

1. Building the Wind Turbine
2. Variations for your science project

Building the Wind Turbine

INTRODUCTION

There are several DIY wind turbine science projects on the internet. This project is appropriate for high school level and was originally sourced from http://www.velacreations.com a very good site, maintained by a couple living off-grid. Their site is definitely worth a look. Another good website to visit for wind turbine projects is http://www.otherpower.com though these turbines can be fairly large.

We have included some modifications to the original instructions for a larger treadmill motor which weighs more, takes larger blades, requires better fastening for the blades and uses a bearing to attach to the tower.

Making a wind powered generator from scrap materials helps keep those materials out of the local dump.  Most of the items you need, can be found in your local hardware store, your own garage or from one of the "Freecycle" groups in your area. .  Try doing a search on Google for "freecycle" to see what parts you can pick up for free. For the wind turbine built in these pictures, we picked up the motor on eBay for $10 plus shipping and the PVC pipe for the blades from a junk pile. The tail is made from an old roller paint pan.

Safety should be your first priority.  Your health is more important than a DIY project, so please follow all safety instructions you read, use common sense and get help if you are unsure about something.  Wind turbines can be heavy, dangerous machines, with fast moving blades and the chance for electrical shocks.

This wind turbine is based on the Chispito Wind Generator with it's simple and efficient design and assembly. We have included several photos showing our changes, using the larger 20 amp motor.

Generator
The Permanent Magnet Generator (PMG) - You'll need a PMG that produces at least 1 volt DC for every 25 RPM, thus if your wind turbine blades turn at 400 RPM it would generate 16 VDC. A 260 VDC, 5 A continuous duty Treadmill Motor with a 6 inch threaded hub is well suited for a small wind turbine. These motors are available locally and on eBay or other internet sites. You can get about 7 amps in a 30 mph wind. In other words, it is a simple, cheap little machine to get you started. 

I picked up a 90 VDC, 20A treadmill motor off eBay for $10 plus shipping. This motor requires an upgrade to most of the original instructions due to the increase in size and weight. It also produces a lower output voltage. The motor is better suited for a system with gearing to increase the RPM.

You may use any other simple permanent magnet DC motor that returns at least 1 V for every 25 rpm and can handle upwards of 10 amps. The Ametek 30 is one of the best motors but is hard to find and the price seems to be getting rather high.Try to find a motor that comes with a 6" hub to attach the blades too - a circular saw blade with a 5/8" shaft adaptor might work. For our larger motor we initially used a metal slow moving vehicle sign, bolted to a 3.5 inch pulley. The triangular shape was just what we were looking for. We reinforced the sign with a wooden ring. This hub ended up blocking much of the wind on the smaller blades and we eventually switched to a six inch wooden hub, reinforced with metal plating. When hurricane Ike went through, that hub was also damaged. Thus we'd recommend a metal hub such as the saw blade or a used thick metal frying pan bottom.

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Mounting the Generator

• 6 ft of "L" tubing
• misc nuts and bolts
• 3/4" Self-tapping Screws
• For the larger 20Amp motor, I used a caster wheel with a hole in the center(Caster with a Hollow Kingpin) to attach the motor to the tower. This allows the heavy motor to turn very easily and doesn't provide wear to the tower or flange.

Generator

• 90 VDC, 20 A continuous duty Treadmill Motor
• 30 - 50 Amp Blocking Diode (one-way)
• 4 x 5/16” x ¾” Motor Bolts
• 8" X 16" PVC Pipe - or larger depending on the size of the treadmill motor (cover)

Tail

• 1 sqft (approx) lightweight material (metal) - used roller paint tray will work
• 2 X ¾" Self-tapping Screws to attach the tail

Blades

• 24" length of 8" PVC Pipe
• 6 X ¼" X 20 Bolts
• 9 x ¼" washers
• 3 sheets of paper and tape

ASSEMBLY

Cutting Blades - makes 8 blades (or 2+ blade sets) and a thin waste strip.

I have created a separate page with more pictures and expanded on this process a bit. After you've done this once, it makes sense. These instructions could use a little help for the first time wind turbine blade maker.

Here's the link to the page: Making PVC Turbine Blades

1. Place the 24" Length of PVC pipe and square tubing (or other straight edge) side by side on a flat surface. Push the pipe tight against the tubing and mark the line where they touch. This is Line A.
2. Make a mark near each end of Line A, 23" apart.
3. Tape 3 sheets of A4 paper together, so that they form a long, completely straight piece of paper. Wrap this around the section of pipe at each of the two the marks you just made, one then the other. Make sure the short side of the paper is straight along Line A and the paper is straight against itself where it overlaps. Mark a line along the edge of the paper at each end. Call one LineB and the other Line C.
4. Start where Line A intersects Line B. Going left around Line B, make a mark at every 145 mm. The last section should be about 115 mm.  
5. Start where Line A intersects Line C. Going right around Line C, make a mark at every 145 mm. The last section should be about 115 mm.  
6. Mark each line using a straight edge. 
7. Cut along these lines, using a jigsaw, so that you have 4 strips of 145 mm and one strip about 115 mm.
8. Take each strip and place them with the inside of the pipe facing down.
9. Make a mark at one end of each strip 115 mm from the left edge.
10. Make a mark at the other end of each strip 30 mm from the left edge.
11. Mark and cut these lines, using a jigsaw.

Note: we also made a set of blades 38 inches long using the same measurement - only the length was changed - 24 inches to 38 inches.

Sanding the Blades
You should sand the blades to achieve the desired airfoil. This will increase the efficiency of the blades, as well as making them quieter.

The angled (leading) edge wants to be rounded, while the straight (tailing) edge wants to be pointed.

Any sharp corners should be slightly rounded to cut down on noise.

Making The Tail
The exact dimensions of the tail are not important.  You need about one square foot of lightweight material, preferably metal.  You can make the tail any shape you want, so long as the end result is stiff rather than floppy, we used an old aluminum paint tray (flattened). Our 6 foot long rail has holes already in it, so we will simply bolted the tail in place near the end of the rail - see instructions below about "balancing" the complete setup. Note that this design has no FURLING to take the blades out of the wind, in very high wind conditions. You can read more about furling designs here: FURLING YOUR WIND TURBINE

Drilling Holes in Blades - using the ¼" drill bit

1. Mark two holes at the wide end and along the straight edge of each of the three blades. The first hole should be 3/8 " from the straight edge and ½ " from the bottom. The second hole should be 3/8 " from the straight edge and 1 ¼" from the bottom.  
2. Drill these 6 holes - 2 per blade (3 blades in total)

Drilling Holes in Hub - using the 7/32" drill bit and ¼" tap

NOTE: You may want to modify these instructions. Try replacing the hub with an old, used 7 1/4 inch skill saw blade. The larger surface area will give you more space to screw or bolt the blades to. We also used 1/4 inch bolts rather than drilling and tapping holes. I've also see old aluminum frying pans used for this purpose. They are light and solid!

1. If the Treadmill motor comes with the hub attached, take it off, hold the end of the shaft (which comes through the hub) firmly with pliers, and turn the hub clockwise. This hub unscrews clockwise, which is why the blades turn counter-clockwise.
2. Make a template of the hub on a piece of paper, using a compass and protractor.
3. Mark 3 holes, each of which is 2 3/8" from the center of the circle and equidistant from each other.
4. Place this template over the hub and punch a starter hole through the paper and onto the hub at each hole.
5. Drill these holes with the 7/32" drill bit.
6. Tap the holes with the ¼" x 20 tap.
7. Bolt the blades onto the hub using the ¼" bolts. At this point, the outer holes have not been drilled.
8. Measure the distance between the straight edge of the tips of each blade. Adjust them so that they are all equidistant.  Mark and punch each hole on the hub through the empty hole in each blade.
9. Label the blades and hub so that you can match which blade goes where at a later stage.
10. Remove the blades and then drill and tap these outer three holes.

Note: the metal slow moving vehicle sign is not solid enough to stand-up in high winds. We screwed on a wooden ring to the back of the sign to give it the required strength. This blocked to much wind so we ended up replacing it with a 6 inch wooden hub, reinforced with a metal plate on the back. Even later, we ended up replacing this hub with a 6" metal hub for added strength.

Make a Protective Cover for the Motor

1. Draw two straight lines, about ¾” apart, along the length of the 8 ” x 16” PVC Pipe. Cut along these lines.
2. Make a 45º cut at the end of the pipe. 
3. Slide the cover over the motor and secure in place.

TURBINE ASSEMBLY

1. Remove the rubber wheel from the Caster. Drill through the caster and bolt to your tower assembly (top pipe of your tower)
2. Place the diode on the "L" tubing, about 2” behind the motor, and screw it into position using a self-tapping metal screw.
3. Connect the black wire coming out of the motor to the positive incoming terminal of the diode (Labeled AC on the positive side).
4. Connect the red wire coming out of the motor to the negative incoming terminal of the diode (Labeled AC on the negative side).
5. Place each blade on the hub so that all the holes line up.  Using the ¼" bolts and washers, bolt the blades to the hub.  For the inner three holes, use two washers per bolt, one on each side of the blade. For the outer three holes, just use one washer next to the head of the bolt. Tighten. This points the blades away from your tower.
6. Hold the end of the shaft of the motor (which comes through the hub) firmly with pliers, and turn the hub counterclockwise until it tightens and stops. Our motor didn't come with a hub, thus we attached our "pulley-hub" to the shaft.
7. Attach the caster dolly to the motor and "L" rail. Balance this whole setup by moving the 1 square foot tail section along the 6' long rail. Once you find the spot where everything is balance, bolt the tail to the rail at that spot.
8. For our larger (heavier) motor, we used a rotating caster with a hollow kingpin, bolted to the top of the tower. The dolly/caster needs to have a hole in the middle that you will run the power wires down, through the tower. The dolly is bolted directly to the DC motor which made the complete mounting system much easier.

For a longer life span of your wind generator, you should paint the blades, motor sleeve, mount and tail.

On the larger 20A treadmill motor, we attached a dolly bearing directly to the bottom of the motor and then onto the top of the tower. Get a dolly wheel with a hole in the middle, which you thread the power wires through.

We also used the same PVC Blade Pattern to cut 3 foot blades. Just make the length 3 feet rather than 2 feet. The measurements at both ends stay the same - 145 cm wide sections that are next cut into 2 blades. This gives the same curve to the blades.

Depending on the size of your motor, you may want to experiment with different lengths of blades. Our larger blades were not balanced as well as the shorter blades initially and thus turned slower. We cut them down in length from 36 inches to 32 inches and balanced them. To balance the blades, we placed the blades and hub, onto a long pointed nail. We than slid a washer along the blades to find the balance point. Then epoxy the washer in place (try to account for the weight of the epoxy as well).

How much power can we get from the wind?

Power AVAILABLE in the wind = .5 x air density x swept area x (wind velocity cubed)

Example: air density = 1.23 kg per cubic meter at sea level. Swept area = pi x r squared. Our 2 foot blades = 0.609m, 4 ft = 1.219m. 10 mph = 4.4704 m/s, 20 mph = 8.9408 m/s.

How much power is in the wind: 2 ft blade, 10 mph winds = .5 x 1.23 x 3.14 x 0.609squared x 4.4704 cubed

= .5 x 1.23 x 1.159 x 89.338 = 63.7 watts

With 4 foot blades and 10 mph winds = .5 x 1.23 x 4.666 x 89.338 = 256 watts

With 4 foot blades and 20 mph winds = .5 x 1.23 x 4.666 x 714.708 = 2051 watts

That's the MAXIMUM power in the wind. However, it's impossible to harvest ALL the power. The Betz Limit tells us that the maximum percentage of power we can harvest from the wind is 59.26%.

Thus our maximum power from these turbines would be:

2 ft blades, 10 mph wind = 37.7 watts

4 ft blades, 10 mph wind = 152 watts

4 ft blades, 20 mph wind = 1,215 watts

These values are the maximum power achievable. Your results will be less, depending on how well you shape the blades, how well balanced the blade assembly is, drag going over the hub, copper losses, etc. A very well built DIY HAWT would not likely get more than 50% of the above numbers.

ADDITIONAL INFORMATION

Gearing for a higher RPM motor

If you can't find a good, low RMP motor such as the Ametek 30 and need to gear-up the motor you have, here's a video of one possible layout:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Variations for Science Project

Chances are, if you're making a science project, you'll need to vary a couple of parameters and measure the change. So what factors affect your power output? The power will vary with wind speed and with the size of the blades (swept area). Of course the power output will also vary as you change the height of the tower, but this is really just changing your wind speed. So what can you do?

1. Power as a factor of wind speed. Measure the power output (amps times voltage = watts) for various wind speeds. What do you think you'll find? If the wind speed doubles, what do you think happens to the power output?
2. Power as a factor of blade length (swept area). Since you get 3 sets of blades from one tube, try cutting down the length of the "other" blades. If you shorten the length by 10%, what is the impact on power output (measured at the same wind speed of course)
3. Tower height changes? This is a long term project as you'd need to measure your "total" output over time, at different heights... You are really just measuring the "wind speed" at different heights, so I'm not sure your science teacher will go for this one.

Additional Information:

Various plans for DIY Vertical Wind Turbines

Detailed instructions for making blades from PVC

Information on Ametek DC Motors