МОНОЛИТНАЯ ЛОПАСТЬ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Настоящая полезная модель относится к конструкции рабочих органов (лопастей) ветроэнергетических (ветросиловых, ветряных) установок.
Целью полезной модели является монолитная лопасть из композитного материала без металлических включений для применения в составе ветроэнергетической установки (ВЭУ), содержащая рабочую часть и фланцы крепления к несущей конструкции.
При использовании в ВЭУ лопастей, изготавливаемых из композитных материалов и состоящих из ряда компонентов (непосредственно лопасть из композита, внутренняя продольная поддерживающая рама или направляющая поддерживающая балка, накладки для закрепления лопасти на несущей конструкции ротора (ветроколеса)), возникает проблема установки и крепления лопасти на несущей конструкции. Крепление обычно осуществляется с помощью заклепок, соединяющих лопасть и накладку, в свою очередь крепящуюся к конструкции ротора с помощью болтового соединения, что является дорогостоящим мероприятием с большими трудозатратами. Как правило, накладки и направляющие балки являются металлоконструкциями, которые при вращении ротора могут являться источником наводок паразитных радиоволн и ухудшать качество телевизионных и радио сигналов. Кроме того, возникает сложность получения точного установочного угла лопасти за счет неизбежных погрешностей при сборке и клепке конструкции. В связи с тем, что температурные коэффициенты композита и металла накладки разные, со временем в конструкции накапливается усталость, что может привести к ее разрушению.
Данные проблемы решаются с помощью изготовления лопасти из композитного материала за одну формовку сразу с фланцами, служащими для крепления к несущей конструкции ротора.
Лопасть как изделие выполнена полой без, или с одним или несколькими ребрами жесткости, содержит фланцы с отверстиями для болтовго крепления к несущей конструкции ротора, обеспечивающие заданный установочный угол лопасти. Процесс изготовления лопасти включает послойную выкладку стеклотканью, пропитанной связующим, причем выкладка стеклоткани осуществляется внахлест предыдущего слоя с последующим, обеспечивая прочность стенки лопасти. При этом выкладка стеклотканью производится по всей поверхности цельного изделия, обеспечивая изготовление лопасти с фланцами за одну формовку (то есть за один цикл непрерывного технологического процесса). Предложенное техническое решение позволяет снизить себестоимость изделия в 2-3 раза, сократить цикл изготовления изделия в 3-4 раза; уменьшить вес изделия в 3-4 раза, повысить жесткость конструкции за счет цельности, что ведет к увеличению срока службы лопасти.
Известен ряд Российских патентов (RU 2205130, RU 97111131, RU 2239583, RU 2409502, RU 2407925), из которых изобретение RU 2205130 является наиболее близким к предлагаемому по целям и способу достижения результата, и которое может являться прототипом для заявляемой полезной модели. Прототип представляет собой изобретение, которое относится к ветряным двигательным установкам и может быть использовано при изготовлении лопастей, вентиляторов, крыльев летательных аппаратов и других полых изделий из композиционных материалов. Лопасть ветрового колеса выполнена полой, содержит комлевую часть и наполнитель из легкого материала пористой структуры, при этом в комлевой части размещены вкладыши с размещенной между ними вставкой из композиционного материала, а внутренняя полость лопасти заполнена смесью из расчета 20-60 г связующего на 1-1,1 л легкого сыпучего материала пористой структуры с прочностными характеристиками, изменяющимися по длине лопасти. Способ изготовления лопасти ветрового колеса включает послойную выкладку стеклотканью, пропитанной связующим, выдержку, механическую обработку, сборку лопастей, заполнение внутренней полости наполнителем, причем перед заполнением полости наполнитель перемешивают со связующим при соотношении 20-60 г связующего на 1-1,1 л наполнителя легкого сыпучего материала пористой структуры при температуре не более 25оС в течение времени, необходимого до полного смачивания сыпучего материала с последующей выдержкой при температуре не более 80оС до полного отверждения, причем по мере удаления от концевой части лопасти изменяют прочностные характеристики лопасти. Предложенное техническое решение позволяет снизить себестоимость изделия в 3-7 раз; сократить цикл изготовления в 3-4 раза; уменьшить вес изделия в 1,5-3 раза; повысить жесткость конструкции за счет увеличение прочности ее комлевой части и повышения воспроизводимости весо-габаритных параметров в 1,5-2 раза, что ведет к увеличению срока службы лопасти. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Недостатком прототипа является наличие нескольких, в том числе и металлических деталей в лопасти, большая трудоемкость при изготовлении, вероятность получения ошибки установочного угла, вероятность генерации паразитных радиоволн, проблемы усталостной прочности в связи с применением разнородных материалов.
Целью заявляемой полезной модели является монолитная лопасть из композитного материала без металлических включений для применения в составе ветроэнергетической установки, заявляемая монолитная конструкция полностью состоит из композитного материала и содержит рабочую часть и фланцы крепления к несущей конструкции.
Техническим результатом полезной модели являются:
- Отсутствие сочленений и дополнительных деталей из разнородного материала в изделии, что повышает его надежность, долговечность и устойчивость к нагрузкам, являющихся знакопеременными. В отличие от аналогов изделие является прочной монолитной структурой.
- Обеспечение точного установочного угла (угла заклинивания) за счет использования оснастки (кондуктора) при изготовлении изделия за одну формовку.
- Отсутствие выпуклых элементов, приводящих к образованию инфразвука, ультразвука, вибраций. В аналогах используется традиционная клепка стенки лопасти из композитного материала к основанию, являющемуся несущей конструкцией силовой части. Выступающие части неизбежно генерируют паразитные колебания (инфразвук, ультразвук, вибрации) и приводят к снижению аэродинамической мощности установки за счет наличия потерь на трение о воздух. В предлагаемой полезной модели такие явления устранены в связи с отсутствием как несущего основания лопасти, так и самих клепаных деталей.
- Снижение времени на производство изделия за счет изготовления за одну формовку, т.е. с отсутствием дополнительных технологических циклов. По сравнению с аналогами производственный цикл сокращается на 50-80%, что ведет к снижению себестоимости изделия.
Эскиз конструкции лопасти представлен на фиг.1.
Лопасть выполнена из композитного материала и состоит из рабочей части 2 монолитной и полой, без или с одним или несколькими ребрами жесткости 1, содержит фланцы 3 с отверстиями 4 для крепления к несущей конструкции ротора, обеспечивающие заданный установочный угол.