Лопать вітроустановки

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности к лопастям роторов ветроустановок с вертикальной осью вращения. Известна лопасть ветроустановки, содержащая крыло аэродинамического профиля [Заявка ФРГ № 3603890, кл. F 03 D 1/06, 1988J. Недостатком лопасти из одиночного крыла является узкий диапазон углов атаки безотрывного обтекания потоком воздуха контуров лопасти, обусловленный наличием отрыва потока на стороне лопасти. Известна также лопасть ветроустановки с вертикальной осью вращения, содержащая крыло аэродинамического профиля и установленный перед крылом предкрылок, симметрично охватывающий с двух сторон входную кромку крыла с большими радиальными зазорами [Заявка ФРГ № 3505489, кл. F 03 D 3/06, опублик. 1986] - прототип. Такая конструкция лопасти по сравнению с одиночным крылом способствует расширению диапазона углов а таки, при которых обтекание лопасти происходит без отрыва потока, что увеличивает интегральную подъемную силу. Недостатком лопасти является то, что выше указанный эффект ниже возможного, поскольку обеспечивается лишь созданием большей скорости потока на лопасти при обтекании предкрылка, обладающего поперечным размером, превышающим поперечный размер крыла, а течение воздушного потока через зазоры между предкрылком и крылом в данной конструкции существенно затруднено и не оказывает никакого положительного влияния. В основу изобретения поставлена задача создания лопасти ветроустановки. в которой путем изменения конфигурации предкрылка и взаимной ориентации входной кромки крыла и предкрылка, обеспечено расширение углов атаки в диапазоне, при котором сохраняется безотрывное обтекание лопасти потоком воздуха, что обуславливает увеличение интегрального значения подъемной силы. Поставленная задача решается тем, что в лопасти ветроустановки, содержащей крыло аэродинамического профиля с боковыми поверхностями и входной кромкой, соединенное С установленным перед крылом с охватом его входной кромки предкрылком с наружной и внутренней относительно оси вращения ветроустановки сторонами, согласно изобретению, внутренняя сторона предкрылка удлинена относительно наружной стороны и входная кромка крыла смещена к ней с перекрытием и с образованием радиального зазора. При этом по высоте попасти между внутренней стороной предкрылка и боковой поверхностью крыла образован радиальный зазор, величина которого равна 0,01-0,02 хорды крыла, а перекрытие предкрылка и крыла по хорде равно 0,02-0,04 хорды крыла. Изменение конструкции лопасти предлагаемым образом обеспечило образование различных по величине радиальных зазоров между сторонами предкрылка и крылом, в частности, "узкого" радиального зазора К по высоте лопасти между внутренней стороной предкрылка относительно оси вращения ветроустановки и боковой поверхностью крыла, что повлекло за собой переток части потока воздуха через этот "узкий" радиальный зазор К со стороны подпора на сторону разрежения. За счет эжектирующего действия проходящей через радиальный зазор К части потока воздуха и увеличен диапазон углов атаки с безотрывным обтеканием лопасти, что в свою очередь увеличивает интегральную подъемную силу, Следует отметить, что при возрастании угла атаки проекция подъемной силы на направление окружной скорости также возрастает. Конструктивные особенности предкрылка, взаимная ориентация его с входной кромкой крыла при указанных величинах зазора К и перекрытия I облегчают переток потока воздуха через радиальный зазор К, что позволяет достичь максимального влияния эжекции. Приведенные интервалы значений зазора К и перекрытия I являются оптимальными и получены экспериментальным путем. Также экспериментально подтверждено, что при запредельных значениях зазора К и перекрытия I эффект эжекции снижен либо вообще отсутствует. Изобретение иллюстрируется графическими изображениями, где на фиг. 1 приведен общий вид лопасти сбоку; на фиг. 2 -поперечный разрез А-А лопасти на фиг. 1; на фиг. 3 - вид сверху Б на фиг. 1. Лопасть ветроустановки с вертикальной осью вращения состоит из крыла 1 аэродинамического профиля и предкрылка 2 также аэродинамического профиля, установленного перед крылом 1 с охватом закругленной входной кромки 3 крыла 1. Крыло 1 может быть выполнено С выпукло-вогнутыми боковыми поверхностями 4 и 5 и с выходной кромкой 6 острой либо закругленной. Предкрылок 2 имеет закругленную входную кромку 7, наружную 8 и внутреннюю 9 относительно оси вращения ветроустановки стороны, образованные боковыми поверхностями, и выходные кромки наружную 10 и внутреннюю 11, которые выполнены как острыми, так и закругленными. Поперечный размер предкрылка 2 выполнен большим максимальной толщины крыла 1 не менее, чем в 2 раза. Внутренняя сторона 9 предкрылка 2 удлинена и входная кромка 3 крыла 1 смещена к ней, в результате чего между предкрылком 2 и крылом 1 образована полость В, открытая воздушному потоку. Крыло 1 относительно предкрылка 2 установлено таким образом, что между боковой поверхностью 5 крыла 1 и боковой поверхностью внутренней стороны 9 предкрылка 2 образован по высоте лопасти радиальный зазор К, оптимальная величина которого, как показали опыты, находится в пределах 0,01-0,02 хорды b крыла 1, при этом перекрытие I предкрылка 2 и крыла 1 по хорде равно 0,02-0,04 хорды b крыла 1. Остальные параметры взаимного расположения предкрылка 2 и крыла 1 подбираются экспериментально и зависят от режима работы ветроустановки. Концевые шайбы 12 служат, с одной стороны, для уменьшения концевых потерь, с другой стороны -для соединения крыла 1 и предкрылка 2 в единую конструкцию. При этом могут быть предусмотрены и другие соединительные элементы. Лопасть работает следующим образом. При действии на лопасть воздушного потока U¥, последний, попадая в полость В между предкрылком 2 и крылом 1, заставляет лопасть двигаться. Большой момент трогания обеспечивает самозапуск ветроустановки. При движении лопасти на ней возникает подъемная сила, увеличивающаяся по мере увеличения скорости движения. Эжектирующее действие протекающей через радиальный зазор К струи воздуха затягивает отрыв потока на стороне разрежения и расширяет диапазон углов атаки, при которых обтекание лопасти потоком воздуха безотрывно. Это, в свою очередь, увеличивает интегральное значение подъемной силы и существенно повышает коэффициент использования энергии ветра.