ВЕТРОТУРБИНА С ВОЗДУХОНЕСУЩИМИ КОНСТРУКЦИЯМИ И ИЗМЕНЯЮЩИМИСЯ ГАБАРИТАМИ ЛОПАСТЕЙ
WIND TURBINE WITH AIR-BEARING STRUCTURES AND VARYING DIMENSIONS OF BLADES

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветродвигателям с вертикальной осью вращения ветротурбины, и может быть использовано для получения механической и электрической энергии.
Известна лопасть ветротурбины с изменяющимися габаритами, включающая наконечник, который снабжен механизмом изменения габаритов профиля, состоящим из двух тяг, каждая из которых шарнирно закреплена с плоскостью наконечника и с муфтой свободно передвигающейся по направляющей штанге, установленной по оси симметрии профиля лопасти, соединяющей шарнир, расположенный во входной части наконечника и стопор, направляющая штанга снабжена отрегулированной пружиной, вставленной в телескопические цилиндры и соединяющая муфту со стопором, муфта соединена с подвижной стабилизирующей плоскостью при помощи шарнирно закрепленной на ней тяги [патент РФ №2664058 С1 МПК F03D 3/00, опубл. 14.08.2018 Бюл. №23].
Недостатком указанной лопасти является то, что конструкция лопасти имеет большую массу и это препятствует эффективной работе ветротурбины в целом.
Известен ветродвигатель с воздухонесущими конструкциями, содержащий вращающуюся ветротурбину в виде вертикального вала с закрепленными на нем «воротниками», двух или нескольких горизонтальных структурно-стержневых опорных колец, закрытых аэродинамическими кожухами, соединенных с «воротниками» вертикального вала при помощи вантовых наклонных растяжек, лопастей с наконечниками, выполненными в виде входной части аэродинамического профиля, наконечник и подвижная плоскость каждой лопасти ветротурбины, опорные кольца и ветронаправляющие экраны выполнены из пленочных материалов с различными физико-механическими свойствами в виде одного или нескольких полых герметичных объемов, заполненных газовой смесью с разным внутренним давлением, которые соединены между собой и образуют объем требуемой конструкции, который по границам конструкции дополнительно покрыт внешней пленкой, при этом вновь образовавшиеся промежутки между внешней пленкой и ранее образованными объемами также герметичны и заполнены газовой смесью с разным внутренним давлением [патент РФ №2292485 С1 МПК F03D 3/04, опубл. 27.01.2007 Бюл. №3] (прототип).
Недостатком указанного ветродвигателя является то, что его лопасти обладают низкими аэродинамическими характеристиками, малой прочностью и деформативностью его конструкций.
Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение высоких аэродинамических характеристик лопастей, снижение массы всех конструкций ветротурбины, включая лопасти и опорные кольца в виде торов, увеличение надежности конструкции в целом и, как следствие, повышение эффективности работы ветротурбины.
Указанный технический результат достигается тем, что ветротурбина с воздухонесущими конструкциями и изменяющимися габаритами лопастей, включающая плоские пластины наконечника лопасти, ее стабилизирующую плоскость и опорные кольца ветротурбины, к которым крепятся лопасти, согласно заявляемому изобретению, плоские пластины наконечника лопасти, стабилизирующая плоскость и опорные кольца ветротурбины снабжены статически неопределимыми пневмокаркасными конструкциями из воздухонесущих труб прямоугольного или круглого профиля, выполненными из композитных материалов с необходимыми внутренними перегородками, обеспечивающими независимую герметичность всех участков трубы между перегородками воздухонесущих труб и замкнутый объем с избыточным давлением газа, при этом плоские пластины наконечника лопасти, стабилизирующая плоскость и опорные кольца ветротурбины, герметично обклеены армированной пленкой по поверхности каждого из них, образуя множество замкнутых объемов с избыточным давлением газа.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показана лопасть со статически неопределимой пневмокаркасной конструкцией (далее по тексту пневмокаркасной конструкции) в раскрытом состоянии;
на фиг. 2 показана лопасть с пневмокаркасной конструкцией в закрытом состоянии;
на фиг. 3 представлена входная часть лопасти с пневмокаркасной конструкцией в раскрытом состоянии;
на фиг. 4 дано опорное кольцо в виде тора с пневмокаркасной конструкцией в плане;
на фиг. 5 Вид по стрелке А опорного кольца с пневмокаркасной конструкцией;
на фиг. 6 Сечение тора (1-1) по вертикали с пневмокаркасной конструкцией.
Ветротурбина с воздухонесущими конструкциями и изменяющимися габаритами лопастей содержит наконечник в виде плоских пластин 1 с пневмокаркасными конструкциями, соединенных вертикальным шарниром 2. Наконечник оборудован системой регулирования его геометрических габаритов, которая состоит из двух тяг 3, закрепленных шарнирами 4 к каждой плоской пластине 1 наконечника и шарнирами 5, соединенными с подвижной муфтой 6. Подвижная муфта 6 свободно передвигается по направляющей штанге 7. Подвижная стабилизирующая плоскость 8 также соединена с подвижной муфтой 6, при помощи тяги 9 и шарнира 5. Направляющая штанга 7 снабжена отрегулированной пружиной 10, вставленной в телескопические цилиндры и соединяющей подвижную муфту 6 со стопором 11, установленным на направляющей штанге 7, которая закреплена на направляющей 12. Ребра жесткости 13 наконечника выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга. Шарниры 4 могут свободно или принудительно перемещаться по направляющей 12. Подвижная стабилизирующая плоскость 8 с пневмокаркасными конструкциями, состоящая из воздухонесущих труб 14 и системы раскосов из металлических тросов 15, соединена с подвижной муфтой 6 при помощи дополнительной тяги 9 и шарнира 5.
Каждая пластина 1 наконечника состоит из статически неопределимой пневмокаркасной конструкции, выполненной из воздухонесущих труб 14 прямоугольного или круглого сечения из композитных материалов, системы раскосов из металлических тросов 15. К каждой пневмокаркасной конструкции отдельной пластины 1 наконечника герметично приклеена со всех сторон армированная пленка 16, образуя систему замкнутых объемов с избыточным давлением газа. Подвижная стабилизирующая плоскость лопасти также имеет статически неопределимую пневмокаркасную конструкцию из воздухонесущих труб 14 прямоугольного или круглого сечения из композитных материалов, системы раскосов из металлических тросов 15 и также со всех сторон к нему герметично приклеена армированная пленка 16, образующая замкнутые пространства с избыточным давлением газа. Опорные кольца выполнены в виде тора с пневмокаркасной конструкцией из воздухонесущих труб 14 прямоугольного или круглого сечения из композитных материалов, и системы раскосов из металлических тросов 15. К каждому опорному кольцу снаружи герметично приклеена армированная пленка 16, образуя замкнутый объем с избыточным давлением газа.
Лопасть ветротурбины работает следующим образом. При боковом и встречном воздействии воздушного потока вертикальные шарниры 4 перемещаются по направляющей 12, и при помощи двух тяг 3, перемещают муфту 6 по направляющей штанге 7 и растягивают отрегулированные пружины 9, при этом плоские пластины 1 наконечника лопасти, уменьшают раскрытие наконечника и втягивают стабилизирующую плоскость 8 внутрь наконечника, и тем самым снижают сопротивление лопасти воздушному потоку. При действии воздушного потока по направлению движения лопасти пружины 9 приходят в исходное положение, притягивают муфту 6 по направляющей штанге 7 к стопору 10, раскрывая плоские пластины 1 наконечника лопасти и выталкивая стабилизирующую плоскость 8 из наконечника.
Снижение массы вращающейся ветротурбины с сохранением функций изменяющихся габаритов лопастей, обеспечивает высокие аэродинамические характеристики лопастей, повышает эффективность работы ветротурбины и обеспечивает необходимую прочность, надежность и деформативность всех частей ветротурбины.