ЛОПАСТЬ ВЕТРОКОЛЕСА

Полезная модель относится к ветроэнергетике, а именно, к конструкциям лопастей ветроэнергетических установок (ВЭУ).
Известна конструкция лопасти несущего винта вертолета принятая в качестве прототипа (а.с. РФ на изобретение №163896), содержащая стальной трубчатый лонжерон переменного сечения, покрытый снаружи стеклопластиковой оболочкой, по длине которого смонтирован образующий аэродинамический профиль лопасти каркас, состоящий из носовой и хвостовой частей, выполненных в виде контуров из стеклопластика с заполнителем.
Признаками прототипа совпадающими с существенными признаками предложенного решения лопасти являются: стальной трубчатый лонжерон, покрытый по наружной поверхности оболочкой из стеклопластика, по длине которого смонтирован образующий аэродинамический контур лопасти стеклопластиковый каркас.
Конструкция подобных лопастей многодетальна, так как каркас лопасти состоит из значительного количества перестыкованных между собой контуров, требует многонаменклотурной оснастки, стыки контуров между собой и с лонжероном выходят на наружный контур лопасти и, ухудшая ее аэродинамические характеристики, требуют мероприятий по их заделке, лакокрасочные покрытия лопасти трудоемки в исполнении, что в совокупности приводит к усложнению технологии изготовления лопасти, повышению ее стоимости, кроме того, подобные конструкции неудовлетворительно работают при циклических нагружениях лопасти, что снижает ресурс ее работы и не оптимальны по весовым характеристикам, особенно для лопастей значительных размеров (для ВЭУ мощностью более 2 кВт/час.).
Предлагаемым техническим решением конструкции лопасти решаются следующие задачи: упрощение конструкции и технологии изготовления лопасти, уменьшение количества деталей лопасти и оснастки для ее изготовления, снижение себестоимости лопасти, повышение ее весовой и аэродинамической эффективности.
Для достижения указанного технического результата в лопасти, содержащей стальной трубчатый лонжерон, покрытый по наружной поверхности оболочкой из стеклопластика, по длине которого смонтирован образующий аэродинамический контур лопасти стеклопластиковый каркас, каркас выполнен из верхней и нижней панелей, включающих наружную и внутреннюю обшивки с размещенным между ними пенопластовым заполнителем, скрепленных между собой по периметру клеевым соединением по выполненным в панелях стыковочным поверхностям, подкрепленным в верхней панели упорами из пенопласта, и нервюр, выполненных в виде пенопластовых стенок, облицованных по боковым поверхностям стеклопластиком с наполнителем из стеклосетки, размещенных между панелями и скрепленных с внутренними обшивками панелей и со стенками лонжерона клеевым соединением, лонжерон выполнен прямолинейными образующими, а на его полки нанесены компенсирующие слои из пропитанного клеем нетканного полотна, верхняя панель дополнительно скреплена со стенками лонжерона уголками из стеклопластика, одна полка которых сочленена с внутренней обшивкой верхней панели, а вторая - со стенками лонжерона, при этом выходящий на аэродинамический контур стык панелей по периметру закрыт накладками из стеклосетки, клеевые соединения панелей между собой, с деталями каркаса и с лонжероном выполнены на пеноклее ВКВ - 27, а при формовании панелей на них нанесен наружный смоляной слой - гелькоат, содержащий выбранные для наружной поверхности лопасти пигменты и инертные наполнители.
Отличительными признаками предлагаемой лопасти является то, что в ней каркас выполнен из верхней и нижней панелей, включающих наружную и внутреннюю обшивки с размещенным между ними заполнителем из листового пенопласта, скрепленных между собой по периметру клеевым соединением по выполненным в панелях стыковочным поверхностям, подкрепленным в верхней панели упорами из пенопласта, и нервюр, выполненных в виде стенок из листового пенопласта, облицованных по боковым поверхностям стеклопластиком с наполнителем из стеклосетки, размещенных между панелями и скрепленных с внутренними обшивками панелей и со стенками лонжерона клеевым соединением, лонжерон выполнен прямолинейными образующими, а на его полки нанесены компенсирующие слои из пропитанного клеем нетканного полотна, верхняя панель дополнительно скреплена со стенками лонжерона уголками из стеклопластика, одна полка которых сочленена с внутренней обшивкой верхней панели, а вторая - со стенками лонжерона, при этом, выходящий на аэродинамический контур стык панелей закрыт по периметру накладками из стеклосетки, клеевые соединения панелей между собой, с деталями каркаса и с лонжероном выполнены на пеноклее ВКВ - 27, а при формовании панелей на них нанесен наружный смоляной слой - гелькоат, содержащий выбранные для наружной поверхности лопасти пигменты и инертные наполнители.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы), достигается следующий технический результат - по сравнению с прототипом уменьшается количество деталей и оснастки для изготовления лопасти, упрощается технология ее изготовления, снижается себестоимость лопасти, повышается качество поверхности, а соответственно и аэродинамические характеристики лопасти, панели лопасти практически избавлены от изгибных знакопеременных нагрузок (воспринимают, в основном, сжимающие и растягивающие нагрузки), что увеличивает ресурс работы лопасти, улучшает ее весовые характеристики.
Предложенное техническое решение может найти применение в конструкциях ветроколес для ВЭУ преимущественно средней мощности (от 2 до 100 кВт/час.). Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию охраноспособности «промышленно применима».
Полезная модель поясняется чертежами фиг.1... 5
На фиг.1 изображен вид лопасти в плане, на фиг.2…5 - детали конструкции лопасти и их соединение между собой и с лонжероном.
Представленная лопасть состоит из каркаса 1, выполненного из верхней 2 и нижней 3 панелей, состоящих из наружных 4, 5 и внутренних 6, 7 обшивок и размещенных между ними заполнителей 8, 9. Между панелями 2, 3 вклеены нервюры, выполненные из пенопластовых стенок 10, облицованных стеклопластиком 11, обшивки 5, 6 скреплены клеевым соединением с полками лонжерона 12 через компенсирующие слои 13 из нетканого полотна, панель 2 снабжена уголками 14, одна полка которых скреплена с обшивкой 6, а вторая - со стенками лонжерона 12, стыковочная поверхность верхней панели подкреплена упором 15, стык панелей по периметру закрыт накладками 16 и 17 из пропитанной клеем стеклосетки.
Описанное устройство работает следующим образом. Действующие на отсеки лопасти аэродинамическая нагрузка и центробежные силы через каркас (панели, нервюры, уголки) передаются на лонжерон, трансформируясь в момент вращающий ветроколесо, при этом перерезывающие силы передаются на лонжерон, в основном, нервюрами, а сопутствующий им изгибающий момент - сжимающими и растягивающими силами в обшивках панелей, подкрепленных заполнителем.
В настоящее время эффективность предложенного технического решения подтверждена испытаниями опытной ВЭУ мощностью 8 кВт/час., в которой использованы лопасти предложенной конструкции.