ветроколесо

Формула изобретения

Ветроколесо, содержащее ступицу и лопасти, выполненные в виде парусных оперений, имеющих трубчатый лонжерон, отличающееся тем, что лопасти выполнены в виде оболочечного двухслойного скрепленного по периметру равнобедренного треугольника, вершина которого закреплена у ступицы, а основание снабжено натяжной планкой, которая шарнирно соединена с балансиром, балансир шарнирно установлен на внешнем конце трубчатого лонжерона и соединен с натяжной тягой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроколесам ветросиловых и ветроэлектроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения, преимущественно предназначенным для работы с электрогенераторами сегментного типа.

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 удоражанию 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 передними кромками, концевыми обтекателями, центральными обтекателями, а также с различными в плане передними обтекателями, трубчатыми лонжеронами и тросовыми растяжками.

Его недостатком является недостаточная надежность и пониженная технологичность, что связано, во-первых, с наличием D-образной кромки, а во-вторых, с необходимостью стыковки тканевых полотнищ с D-образной кромкой, кроме того, остаются нерешенными вопросы достижения натяжения.

Изобретение направленно на упрощение конструкции, повышение надежности и технологичности при обеспечении удешевления и модульности.

Это достигается тем, что лопасти выполнены в виде оболочечного двухслойного, скрепленного по периметру равнобедренного треугольника, вершина которого закреплена у ступицы, а основание снабжено натяжной планкой, которая шарнирно соединена с балансиром, балансир шарнирно установлен на внешнем конце трубчатого лонжерона и соединен с натяжной тягой.

Достижение технического результата обеспечивается рациональной формой парусного полотнища лопасти, а также за счет того, что основная труба - лонжерон и тяга, обтянутые гибкой поверхностью паруса, образуют аэродинамический профиль.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображено ветроколесо, вид спереди, на фиг.2 показано внутреннее устройство лопасти в увеличенном виде, на фиг.3 приведен разрез лопасти по среднему сечению, на фиг.4 нарисован вид с торца основания лопасти, противоположного основному лонжерону, на фиг.5 можно увидеть вид с торца основания лопасти, который расположен у основного трубчатого лонжерона и натяжной тяги.

Ветроколесо представляет собой ступицу 1, на которой с помощью хомутов 2 укреплена труба 3 - основной лонжерон, на которой установлен вблизи ступицы уголок 4, который служит для обеспечения упора натяжной тяги и местом закрепления вершины 5 равнобедренного оболочечного треугольника лопасти, который образован двумя сшитыми (скрепленными) по периметру слоями гибкого полотнища (парусными оперениями).

Основание 6 равнобедренного треугольника снабжено натяжной планкой 7, которая может быть выполнена, например, в виде швеллера, планка снабжена установленным в середине шарниром 8, в котором также закреплено левое плечо балансира 9, балансир снабжен центральным шарниром 10, который установлен на внешнем конце трубы основного лонжерона, а также правым шарниром 11, в котором закреплена натяжная тяга 12, имеющая натяжной винт 13, проходящий через отверстие в уголке 4, винт снабжен гайкой 14, уголок 4 прикреплен к трубе 3 болтом 15. Аэродинамический профиль образован тягой 12, трубой 3 основного лонжерона, слоем 16 и слоем 17 гибкого полотнища.

Ветроколесо функционирует следующим образом. При набегании ветрового потока, перпендикулярного плоскости фиг.1, вследствие наличия углового смещения основания б относительно места закрепления вершины 5 (в плоскостях, перпендикулярных оси трубы 3), появляется окружное усилие, приложенное к лопастям, благодаря чему ветроколесо приходит во вращение.

Сборка ветроколеса происходит в следующей последовательности. При положении основных деталей, показанных на фиг.2, происходит обтягивание этих деталей полотнищами, выполненными, например, из парусной ткани, в форме равнобедренных треугольников (2 шт.), далее полотнища скрепляют по периметру. Вершина равных сторон 5 закрепляется в уголке 4, например, с помощью кольцевого крепления. Далее происходит натяжение основания 6 планкой 7. При закручивании гайкой 14 по стержню 13 тяга 12 идет вниз - см. фиг.2. Поскольку балансир 9 закреплен в шарнире 10 и представляет собой рычаг, его правый конец - см. фиг.2 - с шарниром 11 движется вниз с тягой 12, а левый конец с шарниром 8 движется вверх, отводя тем самым планку 7 вверх. Вследствие этого происходит натяжение основания 6 относительно закрепленной раннее вершины 5 и, соответственно, натяжение всего парусного полотнища лопасти. Благодаря угловому (относительно сечения трубы 3) смещению уголка 4 и шарнира 10 обеспечивается крутка лопасти, что в сочетании с аэродинамическим профилем - см. фиг.3 - приводит к получению удовлетворительных аэродинамических характеристик, которое достигается сравнительно простыми техническими средствами.

К основным технико-экономическим преимуществам данного ветроколеса относятся следующие:

- дешевизна и легкость исходных материалов - алюминиевых труб (3 и 12) и парусных полотнищ со слоями 16 и 17;

- простота и надежность механизма натяжения - фиг.2;

- высокая технологичность, простота сборки;

- модульность, обеспечиваемая возможностью однотипного исполнения нескольких лопастей;

- высокие аэродинамические характеристики профиля - см. фиг.3.

Источники информации

1. А.с. СССР №1742123 - Воздушный винт с самоустанавливающимся шагом /Н.М.Гилязетдинов, з-ка №4673534/23 от 05.04.89, опубл. 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.