ветроколесо

Формула изобретения

Ветроколесо, содержащее ступицу и лопасти, выполненные в виде парусных оперений, лонжероны, трос, D-образную переднюю кромку, отличающееся тем, что парусные оперения выполнены в виде упругих пластин, передняя кромка которых имеет форму арки и снабжена отверстиями под лонжерон.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ветроэнергетике, преимущественно к ветроколесам ветросиловых и ветроэлектроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения, оснащенных устройством буревой защиты.

Известны воздушные винты [1] с самоустанавливающимся шагом, лопастями, установленными во втулке, которая имеет возможность осевого перемещения на валу винта, а усилие на лопасти передается с помощью кулисы с кольцевыми пазами, сухарями, шаровыми подшипниками и пальцами.

Недостатком данного винта, который, в принципе, обеспечивает буревую защиту, является сложность конструкции, наличие многих подвижных элементов, к точности изготовления которых предъявляются повышенные требования, что в конечном итоге приводит к существенному удорожанию конструкции.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является ветроколесо с парусными лопастями, описанное, например, в [2]. Оно представляет собой различные комбинации парусных оперений с круглой, D-образной передней кромкой, концевыми обтекателями, центральными обтекателями, а также с различными в плане передними обтекателями, лонжеронами и тросовыми растяжками.

Его недостатком является малая способность противостоять буревым порывам ветра, поскольку площадь лобовой проекции практически не меняется при существенно различных силовых воздействиях ветрового потока.

Изобретение направлено на упрощение конструкции, повышение надежности, обеспечение качественной буревой защиты при относительном удешевлении и обеспечении модульности и технологичности.

Это достигается тем, что ветроколесо, содержащее ступицу и лопасти, выполненные в виде парусных оперений, лонжероны, трос, D-образную переднюю кромку, причем парусные оперения выполнены в виде упругих пластин, передняя кромка которых имеет форму арки и снабжена отверстиями под лонжерон.

Достижение технического результата обеспечивается за счет того, что лопасть приобретает модульную структуру, при этом форма модуля чрезвычайно проста, надежна, и способствует функциональному назначению - образованию аэродинамической поверхности с обеспечением буревой защиты.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показано изображение элемента парусного оперения; на фиг.2 показано сечение ветроколеса по хорде лопасти; на фиг.3, 4, 5 показано соответственно однослойное, двухслойное и промежуточное расположение перекрытий упругих пластин (вид по лонжерону); на фиг.6 показана работа пластины в свободном потоке; на фиг.7 показан общий вид ветроколеса; на фиг.8 показана работа пластины в буревом потоке.

Ветроколесо состоит из нескольких основных элементов - упругих эластичных пластин 1, передняя кромка которых имеет форму арки 2, арка снабжена отверстиями 3 под лонжероны 4 круглого сечения. Спереди всей лопасти установлена передняя кромка 5 D-образной формы. Различные варианты перекрытия (т. е. порядка установки отверстий в лонжероны) показаны на фиг.3 - перекрытия нет, на фиг.4 - полное перекрытие стыков и на фиг.5 - разностороннее перекрытие. Основу ветроколеса, укрепленного на ступице 9, составляет лонжерон 4, на который в каком-либо (фиг.3, 4 или 5) порядке нанизаны пластины 1 в отверстия 3. Крутку создают неподвижные стержни 6 и 8, в торец прикрепленные к лонжерону под требуемыми углами. Между стержнями 6 и 8 натянут трос 7, входящий в отверстия в хвостовой части пластин. На лонжерон насажена на два отверстия неподвижная часть лопасти 10.

Работа ветроколеса в свободном потоке показана на фиг.6.

В этом случае форма, показанная на фиг.1, сохраняется. При буревом порыве свободная (консольная) часть 11 каждой из пластин отклонится под действием ветрового давления и примет форму, показанную на фиг.8. Сечение активной части ветроколеса уменьшится, лишняя ветровая энергия пропустится без ущерба конструкции. После прохождения порыва ветра форма, показанная на фиг.6, восстановится под действием упругости материала пластины 1.

Характерной особенностью ветроколеса является его модульная структура, позволяющая легко осуществлять сборку и замену отдельных пластин, которые могут выполняться из широкого спектра упругих эластичных материалов, начиная от пружинистых сталей (для малолопастных винтов) и кончая различными видами пластмасс - для относительно дешевых многолопастных винтов.

Источники информации

1. A.C. СССР 1742123 - Воздушный винт с самоустанавливающимся шагом / Н. М. Гилязетдинов. - з-ка 4673534/23 от 05.04.89, опуб. 23.06.92, Бюл. 23, МКИ⁵ В 64 С 11/30.

2. Ветроэнергетика / Под ред. Д. де Рендо: Пер. с англ.; под ред. Я.И. Шефтера. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - с. 109, рис.3, 17; с. 114, рис. 3,19 и 3,20.