ВЕТРОКОЛЕСО

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения и может быть использована в конструкции ветроколес.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является устройство, содержащее вал ротора, подвижные лопасти, цилиндрические полости, перфорированную пластину (см. патент на полезную модель №145979 Российская Федерация: МПК F03D 1/00 (2006/01) Ветроколесо / Хахалева Л.В., Хахалев Ю.А., Мустафин P.P., Бочкарева Е.В.; заявитель и патентообладатель Ульян. гос. тех. ун-т. - №2013148335.06; опубл. 27.09.2014, Бюл. №27), принятое за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип относится то, что в известном устройстве лопасти, содержащие на поверхности цилиндрические полости и перфорированную пластину, имеют неизменяемые технические характеристики и не могут адаптироваться к потоку. Предлагаемое конструктивное решение позволяет подстраиваться под поток и изменять технические характеристики лопасти таким образом, что они становятся оптимальными, что позволяет добиваться технического результата.
Сущность полезной модели заключается в следующем: для повышения эффективности работы ветроагрегата желательным является снижение сопротивления трения. В ветроколесах, использующих подъемную силу, снижение сопротивления трения улучшает качество крыла и снижает потери на трение, повышая тем самым коэффициент использования энергии ветра.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является разработка ветрогенератора.
Технический результат - повышение эффективности работы ветроагрегата.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном устройстве уменьшается дисбаланс лопастей ветроколеса относительно оси вала и уменьшается угол поворота лопастей в процессе работы ветроколеса с соответствующим увеличением коэффициента полезного действия и ресурса безотказной работы ветроколеса. Также на поверхности каждой лопасти ветроколеса выполнены цилиндрические полости, закрытые перфорированной пластиной, способствуют дополнительному снижению сопротивления трения на поверхности лопасти ветроколеса и снижению потерь на трение, за счет чего повышается эффективность работы ветроколеса. Особенность заключается в том, что в полости закачивается гель, позволяющий изменять объем полостей под действием ветрового давления на поверхности лопасти.
p
Полость можно рассматривать как резонатор Гельмгольца. Тогда резонансная частота ƒ, Гц, может быть определена как
2
3
где с - скорость звука, м/с; S - площадь перфорационного отверстия, м; V - объем полости, м;  - длина перфорационного отверстия, м (толщина пластины). Если в спектре пульсаций давления присутствуют такие частоты, то полость работает в режиме режектора и подавляет их. То есть, изменяя объем, можно управлять процессом.
Включение в совокупность существенных признаков, характеризующих ветроколесо, позволяет оптимизировать аэродинамические характеристики лопасти ветроколеса в зависимости от угла атаки и ветрового давления на лопасть, что дает возможность значительно повысить эффективность ветроколеса и ветроагрегата в целом.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена схема глухой демпфирующей полости; на фиг. 2 представлена схема поверхности лопасти ветроколеса, обтекаемой воздушным потоком; на фиг. 3 представлена схема лопасти ветроколеса; на фиг. 4 представлено ветроколесо.
Ветроколесо содержит: цилиндрические полости 1, перфорацию 2, гель 3, лопасти 4, перфорированную пластину 5, вал 6 ротора.
Ветроколесо содержит цилиндрические полости 1 на поверхности лопасти 4 (фиг. 4). Внутри цилиндрической полости 1 имеется гель 3, изменяющий свой объем, а, следовательно, и объем цилиндрической полости 1 под действием ветрового давления. Цилиндрические полости 1 закрыты перфорированной пластиной 5 (фиг. 2). Перфорированная пластина 5 содержит перфорации 2 (фиг. 1, фиг. 2), при помощи которых цилиндрические полости 1 сообщаются с потоком воздуха. Этим достигается эффект, способствующий подавлению турбулентных пульсаций и ламинаризации потока на поверхности лопасти (фиг. 1).
Работа устройства осуществляется следующим образом. Поток воздуха, движущийся со скоростью w и вращающий лопасти 4 ветроколеса (фиг. 4), сообщается с цилиндрической полостью 1 на поверхности лопасти 4 через перфорацию 2, При этом турбулентные пульсации давления (и скорости) потока воздуха вблизи поверхности лопасти 4 приводят к перетеканию некоторой массы воздуха m в полость и обратно. При этом избыточное давление турбулентного моля потока воздуха стравливается в цилиндрическую полость 1. Под действием ветрового давления гель 3, находящийся в цилиндрической полости 1, изменяет свой объем и объем цилиндрической полости 1. Возникает демпфирующий эффект (на чертеже фиг. 1 символом k обозначена упругость эквивалентной пружины), гасящий турбулентные пульсации, которые будут ослабевать, что приведет к уменьшению сопротивления трения. Таким образом, течение потока воздуха около поверхности лопасти 4 ламинаризуется и сопротивление трения снижается. При этом будут снижаться и потери на трение, следовательно значительная часть энергии ветра будет полезно использоваться, и это приведет к вышеуказанному техническому результату - повышению эффективности работы ветроагрегата.