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 А.М. - заявка №2002104027 / 06 от 14.02.2002]. Технический результат, заключающийся в упрощении конструкции, повышения надежности, обеспечении модульности и технологичности, обеспечивается за счет того, что в ветроколесе, содержащем ступицу в 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 под лонжерон.
Недостатком данного ветроколеса является невозможность использования тканевых оболочек парусного типа.
Также известно ветроколесо [пат. РФ №2249720, опубл. 10.04.2005, бюл. №10 / Литвиненко А.М. - заявка №2003130051 / 06 от 09.10.2003]. Технический 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 трудности реализации замыкания магнитного потока при наличии немагнитной ступицы.
Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является ветроколесо [пат. РФ №2659838, опубл. 04.07.2018, бюл. №19 / Литвиненко А.М.- заявка №2016143928 от 08.11.2016].
Ветроколесо содержит ступицу, лонжерон, выполненный в виде трубы, лопасти в виде упругих пластин, передняя кромка которых имеет форму арки, и снабжено дополнительным лонжероном на передней кромки пластин выполнены выемки под дополнительный лонжерон, пластины снабжены стягивающими хомутами, основной и дополнительный лонжероны скреплены на внешней стороне.
Недостатком такого ветроколеса является малая жесткость. Изобретение направлено на повышение жесткости конструкции ветроколеса.
Это достигается тем, что лопасти изготовлены в виде пластины, в которой выполнены две продольных прорези на расстояние не менее ширины лопасти до внешних краев ветроколеса, при этом в самой зоне внешних краев ветроколеса выполнены две поперечных прорези, начинающихся от внешних концов продольных прорезей и имеющих длину не менее одной третьей ширины лопасти, при этом внешние края пластины выполнены в Z-образной форме, а на ступице закреплены внутренние края лопастей, полученных из пластины путем формирования прорезей.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 показана исходная пластина с двумя продольными прорезями, не доходящими до внешних краев ветроколеса, на фиг. 2 показана та же пластина, причем в зоне внешних краев выполнены две поперечные прорези, не доходящие до середины плоскости, расположенной между продольными прорезями, на фиг. 3 показан внешний край пластины (вид с внешнего торца) Z-образной формы, на фиг. 4 показана схема крепления к ступице, вид спереди, на фиг. 5 то же, вид сверху.
Ветроколесо ветроэлектрогенератора состоит из ступицы и деформированных пластин, каждая из которых состоит в свою очередь как минимум из трех лопастей, собранных в пакет, образованный из одной пластины, причем эта пластина имеет две продольные прорези 2 и 3, не доходящие до внешних краев 4 ветроколеса на расстояние не менее ширины лопасти. Таким образом, образуются три лопасти: 5 и 6 внешних и 7 - внутренняя. В зоне внешних краев выполнены две поперечные прорези 8 и 9, не доходящей до середины плоскости 7 с образованием перемычки 10. Перемычка 11, соединяющая внешние края лопастей выполнена Z-образной формы (при виде с торца) - см. фиг.3. Внутренние края 12 пластины закреплены на ступице. Сама ступица выполнена в виде квадратной (в случае четырех лопастей) пластины 13 с крепящим отверстием в центре. Плоскости 5, 6 и 7 на краях ступицы 13 могут быть закреплены, например, с помощью разновысоких проставок 14 и болтов 15. Таким образом, каждая пластина состоит из трех лопастей: 5, 6, 7, которые после закрепления образуют тетраэдр из четырех треугольников: первый треугольник основания: - см. фиг. 5, второй треугольник лопасть 5 - перемычка 11 - лопасть 6, третий треугольник лопасть 5 - перемычка 11 - лопасть 7, четвертый треугольник лопасть 6 - перемычка 11 - лопасть 7.
Работа устройства. Ветровой поток воздействуя на ветроколесо приводит во вращение три лопасти 5, 6, 7, состоящую из пластины 1 и трех плоскостей: 5, 6 и 7. Наличие силовых треугольников, характеризующихся четырьмя пространственными углами, вершиной первого из которых является перемычка 11, а три остальных примыкают к ступице 13, гарантирует жесткость лопасти ветроколеса.
Технико-экономическим преимуществом данного устройства является повышенная жесткость, вызванная наличием плоскостей которые не позволяют отклоняться концом лопастей под действием центробежных усилий.