ЛОПАСТЬ ВЕТРОТУРБИНЫ С ИЗМЕНЯЮЩИМИСЯ РАЗМЕРАМИ
WIND TURBINE BLADE WITH CHANGING DIMENSIONS

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветродвигателям с вертикальной осью вращения ветротурбины, и может быть использовано для получения механической и электрической энергии.
Известен ветродвигатель, состоящий из ветротурбины с вертикальной осью вращения, где каждая лопасть ветротурбины содержит наконечник, выполненный в виде входной части аэродинамического профиля, состоящий из двух свободно поворачивающихся частей, соединенных между собой шарниром с вертикальной осью вращения, расположенным в крайней входной точке наконечника, где крайние положения сектора свободного поворота каждой из двух частей заданы осью симметрии наконечника и позицией частей, при которой образуется очертание входной части сформированного аэродинамического профиля, при этом наконечник снабжен механизмом фиксированного изменения расстояния между свободными концами наконечника [патент РФ №2292484 С1 МПК F03D 3/00, опубл. 27.01.2007 Бюл. №3].
Недостатком указанного ветродвигателя является то, что изготовление наконечника лопасти криволинейного очертания трудоемко и не обеспечено достаточной жесткостью, прочностью и плохо регулируется размеры лопасти.
Известна лопасть ветротурбины с вертикальной осью вращения, включающая наконечник, выполненный из плоских пластин, соединенных шарниром, а внутренние поверхности плоских пластин наконечника снабжены раскосной системой ребер жесткости, наконечник снабжен отрегулированными пружинами, вставленными в телескопические цилиндры, которые закреплены шарнирами к плоским пластинам с одного конца и к стопору, находящемуся на оси симметрии наконечника в развернутом виде, с другого конца [патент РФ №2518794 С1 МПК F03D 3/00, опубл. 10.06.2014 Бюл. №7] (прототип).
Недостатком указанной лопасти является то, что при изменении направления и скорости ветра недостаточно изменяется размеры наконечника лопасти.
Технический результат заявляемого изобретения выражается в повышении эффективности работы лопасти ветротурбины с вертикальной осью вращения, при изменении направления движения природной скорости ветра меняются размеры профиля лопасти.
Указанный технический результат достигается тем, что в лопасти ветротурбины с изменяющимися размерами, включающей наконечник, который изготовлен из плоских пластин, соединенных шарниром, согласно изобретению наконечник лопасти снабжен механизмом изменения расстояния между свободными концами плоских пластин наконечника, выполненным в виде нескольких пружин расположенных на вертикальной оси шарнира, где один конец каждой пружины закреплен на ребре жесткости одной плоской пластины наконечника, а второй конец пружины закреплен к ребру жесткости другой плоской пластины наконечника, при этом каждая плоская пластина наконечника шарнирно соединена с муфтой при помощи двух тяг, муфта свободно передвигается по направляющей штанге, установленной по оси симметрии профиля лопасти, муфта при помощи тяги шарнирно соединена с подвижной стабилизирующей плоскостью.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
на фиг. 1 представлен профиль лопасти с наконечником, стабилизирующей плоскостью и механизмом изменения размеров профиля лопасти в развернутом виде и выдвинутой подвижной стабилизирующей плоскостью (с пружиной в свободном ненапряженном состоянии), работающего при попутном движении природного воздушного потока;
на фиг. 2 представлен профиль лопасти с наконечником, стабилизирующей плоскостью и механизмом изменения размеров профиля лопасти в закрытом виде и втянутой в объем наконечника стабилизирующей плоскостью (при растянутой пружине), работающий при встречном или боковом движении природного воздушного потока;
на фиг. 3 представлена внутренняя развертка плоских пластин наконечника с пружинами и ребрами жесткости.
Лопасть ветротурбины с изменяющимися размерами содержит наконечник, состоящий из двух плоских пластин наконечника 1, соединенных вертикальным шарниром 2, оборудованного механизмом изменения размеров профиля лопасти, включающий изменение расстояния между свободными концами плоских пластин наконечника 1 и подвижную стабилизирующую плоскость 8. Механизм изменения расстояния между свободными концами плоских пластин наконечника состоит из нескольких пружин 9, расположенных на вертикальной оси 2, где один конец пружины 10 закреплен на ребре жесткости 11 одной плоской пластине 1 наконечника, а второй конец пружины 10 закреплен к ребру жесткости 11 другой плоской пластине 1 наконечника. Каждая плоская пластина 1 наконечника с помощью тяг 3 шарнирно соединены с муфтой 6, свободно передвигающейся по направляющей штанге 7, установленной на оси симметрии профиля лопасти. Подвижная стабилизирующая плоскость 8 соединена с шарниром 5, закрепленным на подвижной муфте 6 при помощи тяги 13. Ребра жесткости 11 наконечника 1 могут свободно перемещаться относительно друг друга. Шарниры 4 могут свободно или принудительно перемещаться по направляющей 12.
Лопасть ветротурбины с изменяющимися размерами работает следующим образом. При боковом и встречном воздействии воздушного потока на плоские пластины 1 наконечника их свободные концы сближаются, закручивая вертикальные пружины 9, на вертикальной оси 2 и при помощи, шарнирно закрепленных двух тяг 3 заставляют перемещаться муфту 6 по направляющей штанге 7. Перемещаясь по направляющей штанге 7, муфта 6 при помощи тяги 13 втягивает стабилизирующую плоскость 8 в объем наконечника, а плоские пластины 1 наконечника уменьшают его раскрытие и тем самым снижают сопротивление лопасти воздушному потоку. При действии воздушного потока по направлению движения лопасти, пружины 9, местоположение муфты 6, и плоские пластины 1 наконечника приходят в исходное положение, раскрывая наконечник лопасти и выталкивая стабилизирующую плоскость 8 назад.