Ветроколесо
WIND WHEEL

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроколесам ветросиловых и ветроэнергетических установок с горизонтальной осью вращения, преимущественно предназначенным для работы с электрогенераторами сегментного типа.
Известно ветроколесо [пат. РФ №2211366, опубл. 27.08.2003, бюл. №24 / Литвиненко A.M. - заявка №2002104027/06 от 14.02.2002]. Технический результат, заключающийся в упрощении конструкции, повышении надежности, обеспечении буревой защиты при относительном удешевлении и обеспечении модульности и технологичности, обеспечивается за счет того, что в ветроколесе, содержащем ступицу, лопасти, выполненные в виде парусных оперений, лонжероны, трос, D-образную переднюю кромку, согласно изобретению парусные оперения выполнены в виде упругих пластин, передняя кромка которых имеет форму арки и снабжена отверстиями для лонжеронов.
Недостатком данного ветроколеса является невозможность использования тканевых оболочек парусного типа.
Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является ветроколесо [пат. РФ №2249720, опубл. 10.04.2005, бюл. №10/ Литвиненко A.M. - заявка №2003130051/06 от 09.10.2003]. Технические результат заключается в упрощении конструкции, повышении надежности и технологичности при обеспечении удешевления и модульности. Это достигается тем, что лопасти, как основные, так и, возможно, дополнительные, выполнены в виде парусных оперений, а именно оболочечного, двухслойного, скрепленного по периметру равнобедренного треугольника, вершина которого закреплена у ступицы, основание снабжено натяжной планкой, которая шарнирно соединена с балансиром, балансир шарнирно установлен на внешнем конце трубчатого лонжерона и соединен с натяжной тягой.
Его недостатком является затруднение в обеспечении крутки лопастей, которая, как известно, обеспечивает лучшие аэродинамические характеристики, а также невозможность использования стандартных парусов с гиком.
Сущность изобретения состоит в том, что в ветроколесе, содержащем вал, ступицу, парусные лопасти, согласно изобретению ступица через осевые стяжки связана с ободом, при этом на самом ободе установлены передние мачты парусных лопастей, а на ступице укреплены задние мачты парусных лопастей.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 схематично показана схема ветроколеса, вариант с передней протяженной кромкой и задним угловым креплением, на фиг. 2 - вариант с задним мачтовым креплением, обеспечивающим крутку лопасти, на фиг. 3 показано в разрезе соединение осевых стяжек с передними или задними ободами - в последнем случае - консольными полками, на фиг. 4 показано соединение мачт с ободами, на фиг. 5 отдельно показана ступица - в составе вала, основания, консольной полки - обода, на фиг. 6 - то же, но только в разрезе, на фиг. 7 показан вариант (вид в вертикальной плоскости) с передним угловым креплением.
Ветроколесо содержит вал 1, парусные лопасти 2, ступицу, содержащую основание 3 с консольной полкой - ободом 4, в центре основания закреплен вал, основание связано осевыми стяжками 5 с дистанционным ободом 6, на котором установлены передние мачты 7, а задние мачты 8 укреплены на консольных полках - задних ободах 4. Парусные лопасти снабжены узлами крепления - люверсами 9 с хомутами 10.
Крепление стяжек и мачт может быть осуществлено, например, с помощью гаек 11, болтов 12 и несимметричных шайб 13. Количество лопастей может быть и большим, чем на фиг. 1, 2 и 7.
Работа устройства. При наличии ветрового потока (слева направо на фиг. 1, 2 и 7) вследствие наличия угла атаки у парусных лопастей, к ним оказывается приложенное аэродинамическое давление. Угол атаки создается с помощью углового смещения задних мачт относительно передних - угол α на фиг. 1. Давление через люверсы и хомуты, а далее через мачты, обод, осевые стяжки и ступицу приводит к образованию момента на валу. Применение задней протяженной кромки - фиг. 2 - обеспечивает аэродинамическую крутку, а использование варианта, показанного на фиг. 7, - минимальный консольный момент.
Технические преимущества парусного оперения - возможность автоматического приспосабливания за счет гибкого реагирования на аэродинамические параметры ветрового потока, сочетается у данного ветроколеса с удовлетворительными экономическими показателями, обусловленными относительно невысокими первоначальными затратами на парусные лопасти по сравнению со сплошными и пустотелыми, выполненными из традиционных твердых негибких материалов.