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, 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 малая жесткость конструкции, а также технологические трудности формирования D-образной кромки.
Также известно ветроколесо [пат. РФ №2249720, опубл. 10.04.2005, бюл. №10 / Литвиненко A.M. - 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 так же трудности реализации замыкании 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 A.M. - 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 и низкая технологичность. Изобретение направлено на повышение жесткости конструкции ветроколеса и упрощение технологии изготовления.
Это достигается тем, что в ветроколесе, содержащем ступицу, лонжерон, выполненный в виде трубы и лопасти, согласно изобретению, лопасти выполнены в виде двух дугообразных профилей, имеющих продольные ребра с вогнутой стороны, причем лонжерон, выполненный в виде трубы расположен на переднем крае лопасти, а между лонжероном и продольным ребром профиля установлен дополнительный профиль, причем лонжерон и дополнительный профиль расположены между вогнутой стороной одного дугообразного профиля и выпуклой стороной второго дугообразного профиля, а дугообразные профили лонжерон и дополнительный профиль, стянуты крепежными элементами.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 показана один из исходных дугообразных профилей с продольными ребрами (в данном случае четырьмя ребрами), на фиг. 2 показан поперечный разрез лопасти, на фиг. 3 - ступицы ветроколеса с одной парой лопастей, вид сверху.
Ветроколесо ветроэлектрогенератора состоит из ступицы и лопастей, каждое из которых состоит в свою очередь как минимум из четырех деталей: лонжерона 1, выполненного в виде трубы, нижнего дугообразного профиля 2, дополнительного профиля 3, верхнего дугообразного профиля 4. Дугообразные профили имеют продольные ребра 5. Передняя кромка лопасти образована лонжероном 1. К нему с помощью крепежных элементов 6 (например, болтов с гайками), притянут дополнительный, например, П-образный профиль 3, правой кромкой упирающийся в ребро 7. Крепежные элементы 8 стягивают оба дугообразных профиля вогнутой и выгнутой сторонами. Чередование крепежных элементов показано на фиг. 3. Лопасти крепятся к основанию 9 (на фиг. 3 показана лишь одна пара лопастей, чтобы не загромождать чертеж). Внешние концы лопастей ветроколеса несут замыкающиеся элементы 10, на которых могут быть установлены роторные элементы 11.
Работа устройства
Ветровой поток, воздействуя на лопасть, в частности, на профиль 4 приводит ее во вращение. Наличие силовых треугольников, характеризует жесткость конструкции. Роторный элемент, замыкая магнитную цепь статора, способствует появлению э.д.с.
Технико-экономическим преимуществом данного устройства является повышенная жесткость, вызванная наличием двух дугообразных профилей которые разнесены на толщину (диаметр) лонжерона.