Лопасть ветроколеса



Лопасть ветроколеса
Лопасть ветроколеса
Лопасть ветроколеса
Лопасть ветроколеса
Лопасть ветроколеса
Лопасть ветроколеса
Лопасть ветроколеса
Лопасть ветроколеса
Лопасть ветроколеса

 


Владельцы патента RU 2469208:

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ГОСУДАРСТВЕННОЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО "РАДУГА" ИМЕНИ А.Я. БЕРЕЗНЯКА" (RU)

Изобретение относится к ветроэнергетике. Лопасть ветроколеса содержит трубчатый лонжерон и отсеки, на которые по размаху расчленена лопасть. Лонжерон выполнен с занижением от контура лопасти. Отсеки включают обшивки и нервюры. Отсеки имеют в своем составе размещенные между обшивками и полками лонжерона соединительные профили и скрепленные с ними, установленные на стенках нервюр соединительные детали. Соединительные детали сочленены крепежными деталями со стенками лонжерона. Соединительными накладками соседние отсеки сочленены между собой с возможностью взаимного перемещения. Расчленение лопасти на отсеки выполнено таким образом, что хотя бы в наиболее нагруженных отсеках только две нервюры посредством соединительных и крепежных деталей сочленены с лонжероном. Соединительные профили в них разобщены с полками лонжерона. По другим нервюрам соединительные детали и соединительные профили выполнены и смонтированы таким образом, что между ними и лонжероном по стенкам и полкам образован зазор на величину прогибов лонжерона. В зоне соединительных деталей и соединительных профилей на лонжероне установлены защитные накладки. Изобретение направлено на увеличение ресурса лопасти. 9 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к конструкциям лопастей ветроэнергетических установок (ВЭУ).

Известна конструкция лопасти ВЭУ, принятая в качестве прототипа (патент РФ на изобретение №1828000), содержащая стальной трубчатый лонжерон, на котором с помощью соединительных и крепежных деталей смонтированы носовые и хвостовые отсеки, включающие образующие аэродинамический контур лопасти обшивку с нервюрами. Лонжерон выполнен с прямолинейными образующими и с занижением от контура лопасти на высоту соединительных деталей, выполненных в виде профилей, с одной стороны опертых через клеевое соединение на верхние и нижние полки лонжерона и охватывающих их в виде хомута с натягом через стяжные профили, закрепленные на стенках лонжерона крепежными деталями, размещенными на расстоянии не более половины высоты от нейтральной оси лонжерона до его наружного контура, а с другой стороны с помощью крепежных деталей соединенных с обшивками и нервюрами отсеков. Обшивки отсеков лопасти расчленены по ее размаху на секции, взаимодействующие между собой через соединительные детали, обеспечивающие взаимное перемещение секций, с возможностью передачи крутящего момента. Секции обшивки, в совокупности с расположенными под ними нервюрами, имеющими в своем составе размещенные между обшивками и полками лонжерона соединительные профили и скрепленные с ними, установленные на стенках нервюр соединительные детали, сочлененные крепежными деталями со стенками лонжерона, образуют отсеки лопасти, расположенные по ее размаху. Подвижно сопрягаемые соединительные детали отсеков выполнены в виде накладок с нанесенным на них в местах сочленения твердым покрытием с малым коэффициентом трения, преимущественно ВАП-3.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предложенного решения, являются следующие - лопасть ветроколеса, содержащие трубчатый лонжерон, выполненный с занижением от контура лопасти, отсеки, на которые по размаху расчленена лопасть, включающие обшивки, нервюры, имеющие в своем составе размещенные между обшивками и полками лонжерона соединительные профили и скрепленные с ними, установленные на стенках нервюр соединительные детали, сочлененные крепежными деталями со стенками лонжерона, и соединительные накладки, которыми сочленены между собой соседние отсеки с возможностью взаимного перемещения.

При подобном сочленении отсеков лопасти с лонжероном и количестве нервюр, закрепленных в отсеке на лонжероне больше двух, при деформациях лонжерона через соединительные и крепежные детали отсеков происходят «вынужденные» деформации отсеков, а следовательно, дополнительно к «чисто аэродинамическим» и центробежным нагрузкам появляется знакопеременное нагружение обшивок, деталей отсека и сопрягаемых с крепежными деталями мест лонжерона, снижающее ресурс работы обшивок и лонжерона, а соответственно ресурс лопасти. Кроме того, в местах сочленения соединительных деталей с полками лонжерона при изгибных деформациях лонжерона и деформациях соединительных деталей возможно разрушение клеевого соединения из-за неравномерного отрыва, что приводит к перемещениям под нагрузкой соединительных деталей и профилей по поверхности лонжерона и, следовательно, к нарушению покрытий, задирам и коррозии деталей лопасти, что уменьшает ресурс лопасти. Соединительные накладки, через которые взаимодействуют соседние отсеки, при изгибе лопасти деформируются, что при взаимных перемещениях отсеков может привести к разрушению их и сопрягаемых с ними деталями отсеков, потере герметизации стыка отсеков, уменьшению аэродинамической эффективности лопасти и ресурса ее работы.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое устройство, является увеличение рабочего ресурса лопасти путем устранения дополнительного знакопеременного нагружения обшивок, деталей отсеков, крепежных деталей и сопрягаемых с ними мест лонжерона, вызванного изгибными деформациями лонжерона, сохранение от повреждения поверхности лонжерона, накладок и обшивки лопасти.

Для достижения указанного технического результата в лопасти ветроколеса, содержащей трубчатый лонжерон, выполненный с занижением от контура лопасти, отсеки, на которые по размаху расчленена лопасть, включающие обшивки, нервюры, имеющие в своем составе размещенные между обшивками и полками лонжерона соединительные профили и скрепленные с ними, установленные на стенках нервюр соединительные детали, сочлененные крепежными деталями со стенками лонжерона, и соединительные накладки, которыми сочленены между собой соседние отсеки с возможностью взаимного перемещения, расчленение лопасти на отсеки выполнено таким образом, что хотя бы в наиболее нагруженных отсеках только две нервюры посредством соединительных и крепежных деталей сочленены с лонжероном, при этом соединительные профили в них разобщены с полками лонжерона, а по другим нервюрам соединительные детали и соединительные профили выполнены и смонтированы таким образом, что между ними и лонжероном по стенкам и полкам образован зазор на величину прогибов лонжерона, причем в зоне соединительных деталей и соединительных профилей на лонжероне установлены защитные накладки.

Отличительными признаками предлагаемой лопасти является то, что расчленение лопасти на отсеки выполнено таким образом, что хотя бы в наиболее нагруженных отсеках только две нервюры посредством соединительных и крепежных деталей сочленены с лонжероном, при этом соединительные профили в них разобщены с полками лонжерона, а по другим нервюрам соединительные детали и соединительные профили выполнены и смонтированы таким образом, что между ними и лонжероном по стенкам и полкам образован зазор на величину прогибов лонжерона, причем в зоне соединительных деталей и профилей на лонжероне установлены защитные накладки.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы), достигается следующий технический результат - существенно увеличивается ресурс лопасти и предотвращается уменьшение аэродинамической эффективности лопасти в течение рабочего ресурса.

Предложенное техническое решение может найти применение в конструкциях ветроколес преимущественно мощных ВЭУ (50 кВт/час и более). Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию охраноспособности «промышленно применимо».

Изобретение поясняется чертежами фиг.1…9.

На фиг.1 изображен вид лопасти в плане, на фиг.2…9 - детали отсеков и их сочленение между собой и с лонжероном.

Представленная лопасть содержит основной силовой элемент - лонжерон 1, выполненный с занижением от контура лопасти, отсеки 2, которые имеют в своем составе обшивки 3 (фиг.2), две внутренние 4 (фиг.1) и две наружные 5 нервюры, состоящие из носовых и хвостовых частей, соединенных между собой соединительными профилями, установленными между обшивками 3 (фиг.2) и полками лонжерона 1 и выполненными соответственно из стальных диафрагм 6 и 7 (фиг.6), скрепленных с установленными на стенках нервюр 4 и 5 соединительными деталями 8 (фиг.2) и 9 (фиг.6), и алюминиевых профилей 10 (фиг.2) и 11 (фиг.6), скрепленных с обшивками 3 и соответственно с диафрагмами 6 и 7. Соединительные детали 8 двух внутренних нервюр 4 закреплены на стенках лонжерона 1 с помощью крепежных деталей 12 (фиг.2). На стенках и полках лонжерона 1 в зонах установки диафрагм 6 и 7 смонтированы на клею и компенсирующем технологические неточности слое стеклоткани 13 (фиг.4, 8, 9) защитные накладки 14. Зазоры 15 между отсеками 2 закрыты соединительными накладками 16 (фиг.7), которыми сочленены между собой соседние отсеки 2, с возможностью взаимного перемещения. Накладки 16 могут быть выполнены, например, гибкими из тонкой (0,2 мм) закаленной стали и прикреплены к одной из соседних нервюр 5 (фиг.7) или изготовлены из эластичного материала (ткани, пленки - на чертежах не показаны). Стальные диафрагмы 6 установлены с небольшим зазором 17 (фиг.4) над полками лонжерона 1, соединительные детали 9 двух наружных нервюр 5 и диафрагмы 7 выполнены и смонтированы в отсеках так, что между ними и лонжероном по стенкам и полкам образованы зазоры 18 (фиг.8) и 19 (фиг.9), равные деформациям лонжерона в этих местах при эксплуатационных нагрузках на лопасть. Защитные 14 (фиг.4, 8, 9) и соединительные 16 накладки покрыты со стороны соединительных деталей 8, 9 и диафрагм 6, 7 твердым покрытием 20 (фиг.4, 7, 8, 9) с малым коэффициентом трения. В качестве твердого покрытия 20 можно использовать покрытие ВАП-2 или ВАП-3 (антифрикционное твердое покрытие на основе двухсернистого молибдена).

Описанное устройство работает следующим образом. Действующие на отсеки лопасти аэродинамическая нагрузка и центробежные силы через обшивку 3, нервюры 4, профили 10, диафрагмы 6, соединительные 8 и крепежные 12 детали передаются на лонжерон 1, трансформируясь в момент, вращающий ветроколесо. Под действием нагрузок лонжерон 1 изгибается, зазор 15 и накладки 16 позволяют соседним отсекам 2 беспрепятственно перемещаться относительно друг друга по размаху, зазор 17 освобождает полки лонжерона 1 от упора в них диафрагм 6 при сборке лопасти и деформациях сопрягаемых деталей при работе лопасти под нагрузкой, зазоры 18 и 19 освобождают полки и стенки лонжерона 1 от упора в них диафрагм 7 и соединительных деталей 9 при изгибе лонжерона от эксплуатационных нагрузок, а при действии на лопасть случайных нерасчетных нагрузок диафрагмы 7 и соединительные детали 9, выбирая зазоры 18 и 19, взаимодействуют с лонжероном 1 через защитные накладки 14 с нанесенным на них покрытием 20. При закреплении хотя бы в наиболее нагруженных отсеках 2 лопасти ветроколеса на лонжероне 1 только по двум нервюрам 4 через диафрагмы 6, соединительные 8 и крепежные 12 детали, а также при наличии зазоров 15, 17, 18 и 19 между элементами отсеков 2 и лонжерона 1 в остальных местах отсеки 2 не участвуют в изгибе лонжерона 1, а только передают на лонжерон действующие на них аэродинамические и центробежные силы, что существенно уменьшает напряжение в обшивках 3, в сопрягаемых с ними соединительных 8, 9 и крепежных 12 деталях, исключает нарушения поверхности лонжерона 1 при расчетных режимах работы лопасти, а защитные накладки 14, установленные на клею, не ослабляя сечения лонжерона 1, предохраняют его на возможных нерасчетных режимах, что в сумме существенно повышает ресурс работы лопасти ветроколеса. Вследствие разгрузки отсеков 2 от изгибных напряжений предотвращается деформация обшивок 3 при изгибе лонжерона 1, что обеспечивает сохранение аэродинамической эффективности лопасти в течение рабочего ресурса, а также появилась возможность использования гибких или эластичных накладок 16, что существенно уменьшает износ соединительных элементов отсеков 2 при их деформациях и взаимных перемещениях, сохраняет герметизацию в местах стыка отсеков 2, тем самым повышается ресурс работы лопасти, ее эффективность. Проведенная на предприятии серия расчетов конструкций лопасти методом «конечных элементов» показала, что в предложенной конструкции лопасти оптимальным количеством является четыре нервюры 4 и 5 в наиболее нагруженных отсеках 2, из которых скреплены с лонжероном 1 две внутренние нервюры 4, приемлем также вариант с пятью нервюрами 4 и 5, из которых скрепленными с лонжероном 1 должны быть нервюры 4 вторые от обрезов обшивки 3 отсеков 2, при этом напряжения в обшивках по сравнению с известной конструкцией лопасти уменьшились ~ в 5 раз, напряжения в соединительных элементах ~ в 4 раза, а в местах крепления соединительных деталей с лонжероном ~ в 2,5 раза.

Лопасть ветроколеса, содержащая трубчатый лонжерон, выполненный с занижением от контура лопасти, отсеки, на которые по размаху расчленена лопасть, включающие обшивки, нервюры, имеющие в своем составе размещенные между обшивками и полками лонжерона соединительные профили и скрепленные с ними установленные на стенках нервюр соединительные детали, сочлененные крепежными деталями со стенками лонжерона, и соединительные накладки, которыми сочленены между собой соседние отсеки с возможностью взаимного перемещения, отличающаяся тем, что расчленение лопасти на отсеки выполнено таким образом, что хотя бы в наиболее нагруженных отсеках только две нервюры посредством соединительных и крепежных деталей сочленены с лонжероном, при этом соединительные профили в них разобщены с полками лонжерона, а по другим нервюрам соединительные детали и соединительные профили выполнены и смонтированы таким образом, что между ними и лонжероном по стенкам и полкам образован зазор на величину прогибов лонжерона, причем в зоне соединительных деталей и соединительных профилей на лонжероне установлены защитные накладки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэлектрогенераторам сегментного типа. .

Изобретение относится к области ветроэнергетики. .

Изобретение относится к энергетике, в частности к конструкциям ветроэлектрических установок, у которых оси вращения роторов могут иметь различное положение относительно координатных осей, но всегда соосно с направлением воздушного потока, что может быть использовано для выработки электроэнергии за счет преобразования энергии воздушного потока, удаляемого вентиляционными установками из различных помещений (метро, заводские цеха и др.), а также на ветровых электростанциях с выдачей ее как в частную, так и в общественную энергосистемы.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в устройствах для генерирования энергии за счет силы ветра с горизонтальной осью вращения. .

Изобретение относится к ветровой энергетике, более точно, к ротору для применения в ветровых турбинах. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию в ветряных двигателях с осью вращения ротора, совпадающей с направлением ветра.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для улавливания и преобразования энергии воздушного потока. .

Изобретение относится к ветроэнергетике и касается ветроустановок с вращающимися цилиндрами, использующими для работы эффект Магнуса. .

Изобретение относится к области авиации, более конкретно к свободно вращающимся роторам несущего винта. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в ветродвигателях. .

Изобретение относится к области ветро-гелиоэнергетики. Ветровое колесо содержит ступицу с радиально прикрепленными к ней лопастями. Каждая лопасть имеет выемку для размещения в ней фотоэлектрического генератора. Выемка выполнена с одной стороны лопасти. Выемки могут быть выполнены с каждой стороны лопасти. Изобретение расширяет функциональные возможности ветрового колеса и позволяет использовать его в качестве единой ветрогелиоэнергетической установки. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Крыльчатая лопасть роторного ветродвигателя, образованная боковыми поверхностями обтекаемого профиля, соединенными перемычками так, что одна из них имеет длину от передней кромки до зоны ее максимальной толщины, а другая представляет полнопротяженный контур полого крыла, имеющего внутри передней кромки продольную полость между этими боковыми поверхностями. Лопасть выполнена в виде секционированного крыла из чередующейся последовательности взаимно развернутых на 180 градусов вышеуказанных поверхностей незамкнутого обтекаемого профиля. В передней части крыла этот профиль образован двумя изогнутыми листовыми поверхностями, закрепленными на П-образном центральном лонжероне и связующем уголке передней кромки крыла, а его незамкнутые участки образованы третьей листовой поверхностью с поперечными надрезами, не доходящими до ее задней кромки, и частично перекрытыми поперечными перемычками - полу нервюрами. Полунервюры обеспечивают сквозную воздушную связь между незамкнутыми частями третьей листовой поверхности, закрепленными на задних кромках двух продольных листовых поверхностей у центрального лонжерона. Изобретение повышает эффективность использования ветра. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель содержит горизонтальный вал с установленным на нем колесом с лопастями. Ветродвигатель дополнительно содержит закрепленный на обечайке ступицы колеса конусный направитель воздушного потока и наружную обечайку. На наружной обечайке равномерно размещены лопасти второго уровня. Лопасти первого уровня крепятся к обечайке ступицы колеса и конусному направителю. Образующие лопастей первого и второго уровня выполнены криволинейными с возрастающим углом атаки воздушному потоку. Изобретение направлено на повышение эффективности. 5 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроколесам ветросиловых и ветроэлектроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения, преимущественно предназначенным для работы с электрогенераторами сегментного типа. У ветроколеса электрогенератора сегментного типа, содержащего ступицу, лопасти с лонжеронами, выполненными в виде парусных оперений, согласно изобретению крепления лонжеронов к ободу, соединенному со ступицей с помощью спиц, выполнены в виде П-образных скоб, на вертикальных сторонах которых выполнены попарно расположенные вырезы, которые контактируют с ободом. П-образные скобы соединены с ободом крепежными элементами, а лонжероны закреплены на горизонтальных полках П-образных скоб. Преимуществом заявленного устройства является возможность использования лонжеронов лопасти одновременно в качестве конструкционных элементов и магнитопроводов сегментного генератора, что обеспечивает упрощение и удешевление конструкции при использовании парусных оперений. 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к ветроэнергетике. Ротор сегментного электрогенератора содержит вал, ступицу, обод и магнитопроводы, выполненные в виде двух уголковых соединений полос, одно из которых размещено внутри другого. Сами полосы снабжены креплениями к ободу. Технический результат состоит в повышении эффективности генератора при минимизации его стоимости за счет того, что ротор в магнитном отношении взаимодействует со статором по двум воздушным зазорам: внешнему и внутреннему, что уменьшает магнитное рассеивание. Дополнительное приращение ЭДС достигается за счет только дополнительных роторных элементов, при этом источник магнитного поля остается прежним. Использование элементов полосового типа повышает технологичность. 1 ил.

Изобретения относятся к области ветроэнергетики и могут быть использованы для преобразования энергии ветра. Лопасть (200) ротора состоит из тела (206) с имеющим напорную сторону (204.2) и сторону всасывания (204.1) аэродинамическим профилем (204), основания на первом конце тела (206) и наконечника (100) на втором конце тела, причем для соединения с наконечником (100) тело (206) имеет вторые компоненты соединительного механизма, которые содержат соответствующие первым направляющим средствам (110) наконечника (100) вторые направляющие средства (210), а также взаимодействующие с первыми блокировочными средствами (120) наконечника (100) вторые блокировочные средства (220). Наконечник (100) лопасти (200) ротора выполнен в виде самостоятельной, соединяемой с лопастью (200) детали, и имеет первую соединительную поверхность (102), направленную к соединяемой лопасти. Для создания соединения с лопастью (200) на соединительной поверхности (102) предусмотрены первые направляющие средства (110) с направлением (FR) ввода и первые блокировочные средства (120) в качестве первых компонентов соединительного механизма для закрепления наконечника (100) на лопасти (200). Использование изобретений позволит упростить использование установки и надежность ее транспортировки. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроколесам ветросиловых и ветроэлектроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения, преимущественно предназначенным для работы с электрогенераторами сегментного типа. Технический результат, заключающийся в упрощении и удешевлении конструкции, а также возможности обеспечения крутки, достигается за счет того, что основная лопасть ветроколеса снабжена шарниром, в котором закреплен угол Г-образного рычага, причем к его первой стороне присоединено натяжное устройство с тросом, а ко второй стороне - система балансиров. Парусные оперения выполнены в виде петель из ленты, концы которой закреплены на балансирах, а сама петля перекинута через трос. 4 ил.

Предложено ветроколесо, содержащее ступицу и лопасти из изогнутой упругой полосы, соединенные со ступицей. Каждая из лопастей образуется путем односторонней стыковки противоположных концов изогнутой упругой полосы. Кроме того, его лопасти установлены с расчетными углами заклинения на их конце и в узлах их соединения со ступицей. Применение изобретения позволит увеличить кпд ветроустановок. 2 ил.

Универсальный ротор относится к отрасли машиностроения, в частности к производству роторов для ветродвигателей, гидротурбин, гребных винтов, вентиляторов и летательных аппаратов. Универсальный ротор содержит как минимум две дугообразные лопасти, которые расположены вокруг оси 3 вращения ротора и каждая из которых связана с крепежным элементом, расположенным вдоль оси 3 вращения ротора. Образующая выгнутой боковой поверхности 1 дугообразной лопасти расположена близко к плоскости, которая параллельна оси 3 вращения ротора. Верхний край выгнутой боковой поверхности 1 дугообразной лопасти связан с краем вогнутой боковой поверхности 2 дугообразной лопасти. Вогнутая поверхность 2 дугообразной лопасти без крутых изгибов и углов наклонена от оси 3 вращения ротора в направлении к основанию этой лопасти. Связь края вогнутой боковой поверхности 2 дугообразной лопасти с верхним краем выгнутой боковой поверхности 1 дугообразной лопасти выполнена под углом. Противоположный край вогнутой боковой поверхности 2 дугообразной лопасти связан под углом с выгнутой боковой поверхностью 1 смежной дугообразной лопасти. Изобретение направлено на обеспечение уменьшения потерь энергии энергетического потока. 2 ил.
Наверх