Лопать вітряка

Лопать вітряка, яка містить поздовжній елемент - лонжерон та поперечні елементи - нервюри, і обшита металевими листами, яка відрізняється тим, що лонжерон виконаний у вигляді труби, сплюснутої із закручуванням в міру віддалення від центра обертання лопаті, на якій розміщені чотири нервюри з аеродинамічними профілями дві по краях лопаті, одна посередині між ними і одна посередині між крайньою до центра обертання лопаті та середньою нервюрою, причому на вказаних нервюрах закріплено три куски листового матеріалу, які зігнуті вдвоє на передньому краю лопаті і з'єднані разом на задньому ребрі, і які утворюють три розгортні поверхні з аеродинамічними профілями в перерізі Винахід відноситься до вітроенергетики і зокрема до побудови безшумних з великою площею і малим видовженням лопатей вітряка з аеродинамічним профілем в перерізі та необхідними кутами закручування впродовж радіуса з використанням розгортуваних поверхонь ВІДОМІ лопаті вітряків, з великим видовженням [1], аеродинамічним профілем в перерізі, виготовлені суцільними з використанням армованих пластичних матеріалів(аналопчні лопатям гелікоптерів) Вони пристосовані до роботи в швидкісних режимах, при яких виникають значні шуми, що робить їх екологічно небезпечними Вітряки з такими лопатями мають високу вартість, малі пускові моменти, а для їх запуску потрібні додаткові заходи і пристрої ВІДОМІ лопаті вітряків, побудовані з використанням дерев'яних брусів з решіткою, обтягненою тканиною або закритою дерев'яними щитами(лопаті сільських вітряків у минулому) [2] Такі лопаті будувались або плоскими або з кутами закручування вздовж радіуса, які не задовольняли вимогам Вони також мали негладку поверхню та профіль в перерізі, що не відповідав аеродинамічному Все це приводило до зниження коефіцієнту використання енергії вітру Найближчою за технічною суттю до даного винаходу є лопать вітряка, виконана пустотілою із листового матеріалу(дюралюмінію або заліза), що закріплена в металевому каркасі з використанням поздовжніх елементів-лонжеронів та поперечних нервюр [3] Такі лопаті при наявності закручування утворюють нерозгортувані ЗОВНІШНІ поверхні Це погіршує технологію їх виготовлення через використання багатьох спеціальних штампів для об'ємного згинання окремих частин поверхонь В основу винаходу поставлено задачу створення такої лопаті вітряка, в якій нове виконання обшивки з листового металевого матеріалу у вигляді з'єднуваних на нервюрах частин розгортуваних торсових поверхонь дозволить покращити технологічність виготовлення лопаті та знизити и вартість Поставлена задача вирішується тим, що лопать вітряка, яка містить поздовжній елемент лонжерон та поперечні елементи - нервюри і обшита металевими листами, згідно з винаходом лонжерон виконаний у вигляді труби, сплюснутої із закручуванням в міру віддалення від центра обертання лопаті, на якій розміщені чотири нервюри з аеродинамічними профілями дві по краях лопаті, одна по середині між ними і одна посередині між крайньою до центра обертання лопаті та середньою нервюрою, причому на вказаних нервюрах закріплено три куски листового матеріалу, які зігнуті вдвоє на передньому краю лопаті і з'єднані разом на задньому ребрі, і які утворюють три розгортувані поверхні з аеродинамічними профілями о ю 54702 в перерізі Конструкція вітряка зображена на фіг 1 - 3, показана лопать у трьох проекціях На цих рисунках зображено 1-лонжерон-сплюснута труба, 9обшивка крайньої частини лопаті Як бачимо лопать складається із лонжерона 1 у вигляді труби, яка все більш сплюснута з одночасним закручуванням в міру віддалення від центру обертання крила ЦО На лонжероні 1 прикріплені нервюри 2 - 5 з аеродинамічним профілем(див фігЗ), з них нервюра 2 встановлена на зовнішньому краю лопаті, 3-посередині між нервюрами 2 і 5 та 4 посередині між нервюрами 3 і 5 Нервюра 2 встановлена на лонжероні 1 під кутом ф до площини обертання нервюра 3 - під кутом ф2, 4 - під кутом фз і 5 - під кутом ф до площи4 ни обертання ПО(див, фігЗ) Нервюри виконані з металевої смуги зігненої згідно з аеродинамічним профілем і з'єднані між собою на задньому краю лопаті в точках А, В, С, D Ці смуги охоплюють лонжерон 1 (сплюснуту трубу) з двох сторін і прикріплені до нього на середині нервюри, яка для жорсткості може бути армована між двома частинами смуги за допомогою профільованого листа металу або за допомогою стержнів, які утворюють ферму(див для прикладу нервюру 5) До нервюр 2 і З прикріплено кусок 6 металевого листового матеріалу(наприклад покрівельного заліза), який зігнутий вдвоє на передньому краю крила і з'єднаний між собою на задньому краю крила шляхом завальцьовування з одночасною пайкою або встановлення заклепок для покращення МІЦНОСТІ Цей кусок листового покрівельного матеріалу прикріплений до шуги нервюри за допомогою заклепок або приварений через просвердлені отвори Через те, що нервюри 2 і 3 встановлені під різними кутами - ВІДПОВІДНО фі і ф2 до площини обертання, то кусок 6 утворить не циліндричну, а торсову поверхню, перерізи якої перпендикулярні до осі лонжерона мають аеродинамічні профілі, що поступово переходять від профілю нервюри 2 з кутом фі до площини обертання ПО до профілю нервюри 3 з кутом ф2 до площини обертання(див фігЗ) Аналогічно утворюються куски обшивки 7 і 8, що закріплені ВІДПОВІДНО на нервюрах 3, 4 і 4, 5, Вказані куски обшивки 6, 7 і 8 можуть лягати на ВІДПОВІДНІ нервюри впритул або в накладку В останньому випадку технологічність процесу виготовлення покращується через відсутність процесу точної підгонки одного куска обшивки до іншого ДОЦІЛЬНІСТЬ такої побудови лопаті витікає із залежності кута закрутки цієї лопаті вздовж радіуса, що виражається формулою [4] = arctg "Rk. R де R - змінне значення відстані перерізу лопаті від центра обертання, RK - радіус кінця лопаті, a - наивипдніший кут атаки, при якому забезпечується максимальна якість, фк - кут встановлення кінця лопаті до площини обертання Залежність (1) представлена за допомогою графіка на фіг 4 На цьому графіку по осі абсцис відкладено відношення відстані R від центра обер тання ЦО до даної точки на лопаті вздовж лонжерона 1 до довжини лопаті від центра обертання лопаті ЦО до крайньої и точки RK, а по осі ординат значення кута встановлення осі аеродинамічного профілю до площини обертання Як реальний приклад, на фіг 4, показано характеристику 1 для випадку, коли вибрано оптимальний кут атаки а з максимальною якістю профілю лопаті, що дорівнює 5°, а кут встановлення краю лопаті фі до площини обертання рівний 10° Наведену криволінійну характеристику можна замінити з допустимою похибкою ±1° на кусковоламану, що складається з трьох ділянок перша 2 від зовнішнього краю лопаті до її середини, друга З - від середини лопаті до середини внутрішньої половини лопаті і третя 4 - від вказаної точки до внутрішнього краю лопаті, який для прикладу віддалений від центра лопаті на 20% у відношенні до RK Таким чином, при побудові обшивки лопаті, що складається із трьох кусків 6, 7 і 8 виконуються вимоги відносно аеродинамічних профілів лопаті та необхідних кутів їх встановлення вздовж радіуса лопаті до площини обертання і при цьому забезпечується покращена технологічність виготовлення через застосування розгортуваних поверхонь, які можуть бути виконані із листових матеріалів шляхом простого згинання, без застосування складних штампованих деталей Запропонована лопать вітряка працює наступним чином Необхідне число лопатей закріплено на горизонтальному валу вітряка, що зв'язаний з генератором енергії таким чином, що ЗОВНІШНІ краї лопатей встановлюються під кутом ф, до площини обертання утвореного вітроколеса При дії потоку повітря - вітру спочатку на нерухомі лопаті у напрямку показаному на фіг 2 і 3 проходить розкладання сили тиску FT на рушійну силу Fp і осьову силу Fo Починається обертання вітроколеса, а кут атаки лопаті зменшується і досягає оптимального значення 5° Завдяки виконанню обшивки лопаті із трьох кусків листового матеріалу 6, 7 і 8 забезпечується кусково-лінійна залежність кутів встановлення осей аеродинамічних профілів лопатей до площини обертання з точністю ±1°, що приводить до незначного зниження якості лопаті(близько 3%) і до мінімального зменшення коефіцієнту використання енергії вітру(близько 2%) порівняно з максимально можливим його значенням при повній ЗМІНІ кутів встановлення профілів лопаті до площини обертання При цьому значно зменшується вартість виготовлення лопатей(на 50%) відносно вартості лопатей, виготовлених із штампованих листових матеріалів Список літератури 1 Шефтер Я И Использование энергии ветра - М Энергоатомиздат, 1983 -С 100-107 2 Фатеев Е М Ветродвигатели и ветроустановки - М ОГИЗ-СЕЛЬХОЗГИЗ, 1948 - С 456 473 3 Фатеев Е М Ветродвигатели и ветроустановки -М ОГИЗ-СЕЛЬХОЗГИЗ, 1948 -С 176 4 Воробкевич В , Сиротюк С Оптимізація параметрів крила вітродвигуна // Тези міжнародної науково-практичної конференції, присвяченої пам'яті професора Євгена Храпливого "Теорія і прак 5 54702 6 тика розвитку агропромислового комплексу" 28 ЗО вересня 1999р -Львів, 1999 -С 114-116 -СЗ 54702 0,2 03 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 10 Відношення змінного значення вщстані nepepuy яоіші нщ иеитра обертання до рашусу кінця лопаті, R/RK ФІГ.4 Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24