Вітрове колесо

1. Вітрове колесо, яке містить диск та лопатки, яке відрізняється тим, що принаймні частина 3 Підвищення ефективності використання енергії вітру. Поставлені задачі вирішуються тим, що колесо з диском та лопатками удосконалене. Удосконалення полягає в тому, що принаймні частина лопаток колеса з'єднана з диском за допомогою приєднаних до диска стержнів з можливістю фіксації лопаток відносно стержнів. Зазначене слід розуміти так, що можливі декілька варіантів з'єднання лопаток з диском. Наприклад, коли кожна із лопаток колеса з'єднана з диском за допомогою одного або декількох стержнів. Але згідно заявленому технічному рішенню передбачені варіанти, коли лише частина лопаток з'єднана з диском за допомогою стержнів, а інші лопатки з'єднані з диском за допомогою елементів, котрі з'єднані зі стержнями сусідніх лопаток чи самими сусідніми лопатками, що дозволяє досягти більш значного технічного результату. Зазначені ознаки являються суттєвими, бо дозволяють: Виготовити саму лопатку, яка є фактично пером, із легкого матеріалу з помірними характеристиками міцності, наприклад пінопласту. Зазначений матеріал, щільність якого складає приблизно 0,02 г/см куб, дозволяє виготовити лопатку зі значно меншою масою. Наприклад, в порівнянні з лопаткою, виготовленою із композиційного матеріалу типу фіброглас, який знайшов широке застосування при виготовлені вітрових коліс і має щільність порядку 2 г/см куб, запропонована лопатка має масу у 100 разів меншу. Крім того, слід нагадати про токсичність композиційних матеріалів, що створюють значні складності при виробництві відомих коліс. В той же час, пінопласт відзначається технологічністю та екологічністю при виробництві лопаток. Приймаючи зазначене до уваги, виготовлення самої лопатки та елементів фіксації лопаток відносно стержнів не може створити проблем. Безумовно, використання пінопласту для виготовлення лопаток слід розглядати як один із варіантів реалізації заявленого технічного рішення, згідно з яким лопатку слід виготовляти з матеріалів з найменшою щільністю та помірними характеристиками міцності. До таких матеріалів, крім пінопласту, можуть бути віднесені дерево, пластики та багато інших. Крім того, заявлене технічне рішення дозволяє підвищити ефективність використання енергії вітру шляхом забезпечення оптимальнішої густоти аеродинамічних профілів колеса, що досягається розміщенням лопаток в колесі по радіусу ярусами. Причому, в кожному ярусі може бути різна кількість лопаток. Практично таке рішення може бути реалізоване шляхом розміщення деяких лопаток на відстані від диска, тобто у наступному від диска ярусі. При цьому, у ярусі біля диска між лопатками будуть стержні. Враховуючи значно менші, в порівнянні з лопатками, розміри стержнів, можливі аеродинамічні втрати від такого рішення можна допустити. В той же час, згідно з заявленим технічним рішенням, й зазначені аеродинамічні втрати можуть бути компенсовані шляхом установлення на від 63636 4 далені від диска принаймні одного обруча. За допомогою зазначеного обруча частина лопаток, розташованих далі по радіусу від обода може бути зафіксованою за допомогою стержнів, приєднаних лише до обруча. При цьому, слід сприймати для зазначених лопаток обруч, як диск. Крім зменшення аеродинамічних втрат, зазначений обруч може сприйняти частину навантаження від лопаток і, таким чином, розвантажити стержні, з'єднані з диском, зменшивши їх масу. Технічні рішення ілюструються кресленнями, де: - на фіг.1 показаний загальний вигляд вітрового колеса з диском та лопатками, з'єднаними з диском за допомогою стержнів; - на фіг.2 показані аеродинамічні профілі лопаток, з'єднаних з диском за допомогою стержнів, розміщених в каналах лопаток; - на фіг.3 показані варіанти з'єднання лопаток з диском; - на фіг.4 показана конструктивна схема ярусного розміщення лопаток в колесі за допомогою стержнів; - на фіг.5 показана конструктивна схема ярусного розміщення лопаток в колесі за допомогою обручів. Вітрове колесо 1 (фіг.1) містить диск 2 та лопатки 3, з'єднані з диском за допомогою стержнів 4, приєднаних до диска загальновідомим способом. У показаному на фіг.1 варіанті кожна із лопаток зафіксована відносно стержня за допомогою каналу 5, виробленому у лопатці 3. Фіксація може бути виконана за допомогою клею, або іншим відомим способом. Зовнішня поверхня лопатки 3 утворює аеродинамічний профіль 8 (фіг.2), хорда якого b. Лопатки в колесі розміщені на відстані з шагом t. Відношення хорди b до шагу t характеризує густоту аеродинамічних профілів колеса. Враховуючи, що шаг t залежить від радіуса, то для колеса густота аеродинамічних профілів - величина не постійна, що створює проблеми оптимізації зазначеного параметра. Кожна лопатка може бути з'єднана з диском за допомогою одного стержня 4, розміщеного в каналі 5 лопатки (фіг.2), або декількох, наприклад стержнів 10 та 11 (фіг.3), що визначається конструктивно. Стержні можуть бути круглі, трубчасті, прямокутні, тобто будь-якої форми, і виготовлені зі сталі, пластику, тканини або іншого матеріалу. Головне, забезпечити необхідну міцність з'єднання лопаток з диском та одержати технічний результат у вигляді найменшої маси колеса. Для досягнення технічного результату у вигляді ефективнішого використання енергії вітру лопатки в колесі можуть бути розміщені в колесі ярусами, як показано на фіг.4. При цьому, в ярусі С - менша кількість лопаток 14, а в ярусі D - лопаток 15 більше, що дозволяє оптимізувати густоту аеродинамічних профілів колеса і, таким чином, ефективніше використати енергію вітру. Як видно із фіг.4, у ярусі С, біля диска, між лопатками 14 розміщені стержні 4. Враховуючи значно менші, в порівнянні з лопатками 14, розміри стержнів 4, можливі аеродинамічні втрати від такого рішення можна допустити. 5 В той же час, у варіанті фіг.5 зазначені втрати можуть бути компенсовані шляхом розділення ярусів лопаток Е і F за допомогою обручів 18 та 19. При цьому, лопатки 20 ярусу Е можуть бути з'єднані з диском з допомогою стержнів 4 вищезазначеним способом. Лопатки ж 21 та 22 ярусу F можуть бути з'єднані з диском різним способом. Наприклад, лопатки 21 можуть бути з'єднані з диском за допомогою стержня 4, з'єднаного з диском, а лопатки 22 можуть бути закріплені лише до обручів 18 та 19 за допомогою стержнів 24 (не показані), з'єднаних з зазначеними обручами аналогічно кріпленню стержня 4. Обручі можуть бути сталевими, пластиковими, тканинними або виробленими з іншого матеріалу. Для можливості практичного застосування запропонованого технічного рішення було виготовлене колесо з десятьма лопатками. Лопатки були виготовлені з пінопласту та закріплені до диска за допомогою десяти стержнів трубчатої форми, виготовлених в комбінації сталі та пластику. Зовнішній діаметр колеса склав 1330 мм при довжині лопатки 540 мм та хорді 130 мм. Маса лопатки зі стержнем склала 90 г, а всього колеса - 1,6 кг, що слід вважати прийнятним. Зазначене колесо може експлуатуватися, навіть, при частоті обертання у 600 обертів за хвилину. Джерела інформації: 63636 6 1. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. - М.: Машиностроение, 1969. - 543 с. 2. Журнал "Зерно і хліб". 2009, № 4.. 3. Установки електричні вітрові: Загальні технічні вимоги: ДсТУ 4037-2001/ Ред. Григор'єва. - К.: Держстандарт України, 2001. - 28 с. 4. Журнал "Энергосбережение". - 2009. - № 4. - C. 32…34. 5. Журнал "Новини енергетики". - 2010. - № 3. 6. Кашкаров А.П. Ветрогенератори, солнечные батареи и другие полезные конструкции: - М. ДМК Пресс, 2011 - 144 с. 7. Журнал "Винахідник і раціоналізатор". 2009. - № 7. - C. 26. 8. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. - М.: Машиностроение, 1979. - 702 с. 9. Жирицкий Г.С, Локай В.И., Максутова М.К., Стрункин В.А. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1971. 620 с. 10. Патента США: 5509784, F01D5/16; 5211540, F01D5/22; 5238368, F01D5/22; 4710102, F01D5/22; 4655686, F04D29/32; 4884951, F01D5/22. 11.http://energychance.com.ua 12.http://vetryaky.ru. 7 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 63636 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601