Стенд для испытаний вертикальных лопастей

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована для исследования моментных характеристик лопастей вертикально-осевых ветроэнергетических установок, угла установки, выбора числа и типа профиля лопастей.
Известно устройство для круговых продувок крыла в аэродинамической трубе, с целью определения гидродинамических сил на крыле при различных углах атаки набегающего потока, имеющего обтекаемое основание, на котором через узел крепления установлена модель крыла с фланцем, имеющим возможность дискретного поворота крыла вокруг своей продольной оси (В.Н. Трещевский, Л.Д. Волков, А.И. Короткин, Аэродинамический эксперимент в судостроении, «Судостроение», 1976 г.).
Однако указанное устройство предназначено лишь для испытаний одиночных крыльев и не позволяет исследовать гидродинамическое взаимодействие и влияние соседних к нему крыльев, как бывает в реальных конструкциях. Неучет этого взаимодействия и влияния крыльев зачастую приводит к значительным ошибкам в определении гидродинамических сил, возникающих на лопастях гребного винта, и как следствие - к снижению прочностной надежности проектируемого гребного винта.
Известен также стенд для испытаний вертикальных лопастей, включающий платформу, имеющую узлы крепления лопастей с фланцами, выполненными с возможностью дискретного поворота лопасти вокруг своей продольной оси (см. RU
№ 102257, МПК G01M 10/00, 2010).
Недостаток устройства – невозможность его использования для исследования статических моментных характеристик лопастей вертикально-осевых ветроэнергетических установок (оно обеспечивает определение гидродинамических сил, действующих на лопасти гребных винтов, рабочих колес водометных движителей и т.д. на режиме прямого хода судна и на непроектных режимах его эксплуатации).
Задачей предполагаемой полезной модели является обеспечение возможности ее использования для исследования статических моментных характеристик лопастей вертикально-осевых ветроэнергетических установок.
Стенд обеспечивает точность определения статических моментных характеристик лопастей вертикально-осевых ветроэнергетических установок, влияние неподвижных направляющих лопастей, оптимальные параметры угла установки направляющих лопастей и лопастей ветроколеса.
Для решения поставленной задачи стенд для испытаний вертикальных лопастей, включающий платформу, имеющую узлы крепления лопастей с фланцами, выполненными с возможностью дискретного поворота лопасти вокруг своей продольной оси, отличается тем, что платформа выполнена в виде диска и установлена на основании с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, при этом вдоль кромки платформы, равноудаленно от оси ее вращения, установлены узлы крепления направляющих лопастей с фланцами, выполненными с возможностью дискретного поворота направляющих лопастей вокруг своей продольной оси, причем на основании закреплена вертикальная опора, к которой шарнирно прикреплен один конец динамометра, измерительный стержень которого посредством пружины растяжения шарнирно связан с платформой.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами. На фиг.1 изображен общий вид испытательного стенда; на фиг.2 - продольный разрез (вид А на фиг.1); на фиг.3 – посадочная доска для закрепления образцов лопастей ротора (ветроколеса) ветроустановки (вид А1 на фиг.1); на фиг.4 – посадочная доска для закрепления образцов неподвижных направляющих лопастей ветроустановки (вид В на фиг.1).
На чертежах показаны основание 1, на котором жестко закреплен вертикальный вал 2, платформа 3, пружина 4, узлы крепления 5 вертикальных лопастей 6, фланцы 7, динамометр 8, вертикальная опора 9, регулировочные рейки 10, узлы крепления 11 направляющих лопастей 12 с фланцами 13, риски 14 и 15, соответственно, узлов крепления 5 вертикальных лопастей 6 и узлов крепления 11 направляющих лопастей 12, подшипники 16, продольные оси 17 и 18, соответственно, вертикальных лопастей 6 и направляющих лопастей 12.
Вал 2 жестко и вертикально закреплен на основании 1. На нем с возможностью поворота в горизонтальной плоскости (на подшипниках 16) установлена дискообразная платформа 3. Платформа 3 снабжена узлами крепления 5 вертикальных лопастей 6, снабженных фланцами 7, выполненных с возможностью фиксации на регулировочных рейках 10, обеспечивающих возможность регулирования расстояния от оси вала 2 до продольных осей 17 вертикальных лопастей 6. На фланцах 7 нанесены продольные риски 14, указывающие направление поворота вертикальных лопастей 6. На основании 1 закреплена вертикальная опора 9, к которой шарнирно прикреплен один конец динамометра 8, измерительный стержень которого (на чертежах не обозначен) посредством пружины растяжения 4 шарнирно связан с платформой 3.
Параллельно контуру платформы 3 закреплены на основании 1 узлы крепления 11 направляющих лопастей 12, снабженных фланцами 13, выполненных с возможностью фиксации на регулировочных рейках 10, обеспечивающих возможность регулирования расстояния от оси вала 2 до продольных осей 18 направляющих лопастей 12.
На фланцах 13 нанесены продольные риски 15, указывающие направление поворота направляющих лопастей 12.
Дискретный поворот вертикальных лопастей 6 и направляющих лопастей 12 вокруг своей продольной оси обеспечивает возможность отработки оптимальной пространственной ориентации лопастей ветроколеса и лопастей направляющего аппарата.
Испытательный стенд работает следующим образом.
Монтируют на платформе 3 необходимое количество вертикальных лопастей 6 испытуемого типа, ориентируя их под заданным углом к центру платформы и фиксируя болтами с гайками (на чертежах не показаны).
Поток ветра под определенным углом попадает на образец (или образцы, если их несколько) вертикальных лопастей 6, закрепленных на узлах крепления 5 платформы 3. За счет появления силы на лопастях 6, преобразуемой ими энергии потока ветра в крутящий момент платформы 3, платформа 3 стремится изменить свое положение по направлению ω. Значение крутящего момента платформы 3 фиксирует динамометр 8 малых усилий, закрепленный через пружину 4 к платформе 3.
Стенд также снабжен узлами крепления 11 направляющих лопастей 12, которые установлены по внешнему контуру платформы 3 на определенных расстояниях друг от друга (в зависимости от их количества шаг между ними может меняться в обе стороны). Поток ветра, уплотненный направляющими лопастями 12, концентрирующими воздушный поток, ускоряется и попадает на вертикальные лопасти 6 ротора ветротурбины, установленные на платформе 3. Попав на лопасти 6, воздушный поток приводит платформу 3 в движение. Крутящий момент, действующий на платформу 3, фиксируют динамометром 8. Также имеется возможность одновременного измерения скорости потока на входных и выходных участках отверстия направляющего канала (между неподвижных направляющих лопастей 12).
Вышеописанный стенд позволяет повышать точность определения момента вращения (Мвр) в статическом состоянии ветроколеса, влияние неподвижных направляющих лопастей, зависимость угла установки, используя различные датчики. Стенд имеет упрощенную конструкцию в отличие от прототипа, облегчающую его обслуживание и эксплуатацию и может быть рекомендован к производству.