Вітродвигун

Изобретение относится в ветроэнергетике, конкретно к конструкции ветродвигателя с горизонтальной осью и может быть использовано в конструкциях с регулированием частоты вращения вала с целью стабилизации оборотов при различных скоростях ветра. Известен ветродвигатель [Шефтер Я.И. Ветроэлектрический агрегат. М., "Машиностроение", 1972, с.216], отличительным признаком которого является самоориентирующаяся по ветру головка с лопастями, имеющими аэродинамический профиль и крутку в соответствии с постоянством циркуляции по высоте, при этом ветроколесо расположено за вертикальной осью мачты, поворот вокруг которой осуществляется под действием восстанавливающихся поворотных моментов, возникающих при любом обдуве ветроколеса. К недостаткам конструкции относится жесткое технологическое требование по точности изготовления профиля и неустойчивое поведение головки в потоке, ее "рыскание" и переориентация при изменении направления ветра, что связано с ненадежностью в работе. Известно более близкое к заявляемому колесо ветродвигателя [Ветроэнергетика. Под ред. Д. де Рензо. Пер. в англ. под ред. Я.И.Шефтера. М., "Энергоатомиздат", 1982, с.100-102], с лопастями, использующими свойства аэроупругости и позволяющие автоматически регулировать подъемную силу при изменении скорости ветра. Это обеспечивает примерно постоянную частоту вращения; при этом конструктивная схема лопасти исключает необходимость для нее в механизме поворота, применявшегося ранее для регулирования, а использует эффект аэроупругости для управления силами на лопастях при действии различных скоростей ветра. Однако конструкция имеет и существенные недостатки, к которым следует отнести сильную податливость упругой лопасти с крыловым профилем к продольной скручиваемости по оси лопасти под действием аэродинамического момента относительно меха, обладающим, значительной жесткостью на кручение; это накладывает очень жесткое требование к точности геометрической формы профиля и упругим свойствам применяемого для лопастей материала, их стабильности при уравновешивании внешнего аэродинамического момента, компенсирующим моментом пружинного действия и компенсации крутки, а соединение каждого элемента с опорой на махе лопасти с самостоятельной компенсирующей пружиной конструктивно сложно и обладает дополнительным источником ненадежной эксплуатации, особенно в связи с большой вероятностью вхождения в резонанс, следствием чего могут быть повышенные вибрации и флаттер, которые могут привести к разрушению лопасти. Описанное в книге "Ветроэнергетика" техническое решение по своей сущности является наиболее близким к заявляемому изобретению и может быть принято в качестве прототипа. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования ветродвигателя, в котором каждая лопасть состоит из нескольких прямых секций по высоте, работающих в различных ветровых условиях, при этом каждая секция относительно корневой и предыдущей установлена на общем махе под различными в пределах каждой секции средними углами, что позволяет обеспечить постоянство циркуляции по высоте лопасти и примерно постоянным вращающий момент, а лобовое давление заметно уменьшается; с точки зрения колебаний и флаттера в этом случае показательно то, что отдельные прямые секции лопасти, установленные на махе по углу поворота в соответствии с заданными законом циркуляции и допуском, обеспечивает секционированному ветроколесу плавную реагировку при изменении скорости ветра. Потенциальные технологические и эксплуатационные преимущества, к которым может привести эта идей, указывает на то, что секционированные лопасти ветроколеса, работающего в изменяющихся ветровых условиях, оказываются более простыми в изготовлении и надежными в эксплуатации, при этом они отвечают условиям работы обычных ветроколес с лопастями, закрученными по длине и снабженными механизмом поворота. Относительная стоимость изготовления существенно снижается, особенно для ветроколес с большими диаметрами, а эксплуатационная надежность возрастает. Поставленная задача решается тем, что ветродвигатель, содержащий саморегулирующиеся лопасти, с использованием аэроупругих свойств материала, из которого эти лопасти изготовлены, отличается тем, что, согласно изобретению, каждая лопасть по высоте выполнена из нескольких (не менее трех) прямых секций с крыловидным профилем, жестко закрепленных на общем махе под различными средними в пределах каждой секции углами в соответствии с заданным законом циркуляции, начиная от корневой секции, до периферийной, при этом секции дополнительно соединены между собой муфтами, состоящими из двух скрепленных между собой и секциями нервюр коробчатой формы, повернутых др уг относительно друга на средний угол в соответствующи х секциях, полости которых наполнены пенопластмассой. Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлено ветроколесо с секционированными лопастями; на фиг.2 - соединительная муфта; на фиг.3 и 4 - продольное сечение лопасти с треугольниками скорости и вид сверху - лопасти с узлами установки. Ветродвигатель содержит лопасти составленные из прямых секций 1, 2, 3, 4 с крыловидным профилем, которые жестко закреплены на общем махе 5, расположенном в центре тяжести секций (ЦТ.), под различными средними углами установки b cp.1, b cp2, b cp.3, b cp.4. Лопасти установлены на валу ветроколеса 6 при помощи втулки 7 и хвостовиков 8, а секции - с корневой 1 до периферийной 4, при этом секции 1-4 дополнительно соединены между собой муфтами (фиг.2), состоящими из скрепленных между собой, например, сваркой 9, нервюр 10 и 11, которые также скреплены с секциями, например, винтами 12 и заклепками 13. При этом нервюры имеют такой же крыловидный профиль, как и прямые секции 1, 2, 3 и 4, и повернуты на средние углы друг относительно b cp.1, b cp2, b cp.3, b cp.4 относительно фронтальной линии (пример, на фиг.4). Вн утренние полости секций 1-4 заполнены пенопластмассой (условно на чертежах не показано). Работает ветроколесо следующим образом. Ветер со скоростью V взаимодействует с секциями 1, 2, 3, 4 лопастей, создает давление на них, и ветроколесо приводится во вращение с угловой скоростью w и линейной U = wR, передавая момент вращения на вал 6, с которым соединен электрогенератор или насос (условно на чертежах не показаны). Треугольники скоростей при обтекании секций 1-4 представлены на фиг.3, где показаны скорости ветра Vt, V2. V3 , V4, о тносительные скорости W1, W 2, W3, W 4, окружные (линейные) скорости wR1, wR2, wR3, wR4 и углы атаки a 1, a 2, a 3, a 4 . Описанное изобретение решает поставленную задачу по обеспечению постоянства циркуляции потока по высоте лопасти, снижению лобового давления на нее, упрощении конструкции, технологии изготовления и трудозатрат, а также повышается надежность работы ветродвигателя в эксплуатации.