Лопать побутової вітроенергетичної установки

Реферат: Лопать побутової вітроенергетичної установки має аеродинамічний профіль, комлеву та робочу частини. Лопать виготовлена порожнистою з поліетилентерефталатової преформи видуванням у пресформу аеродинамічного профілю. Комлева частина виконана у вигляді торцевого горлечка з різьбленням для нагвинчування глухої кришки. UA 119794 U (54) ЛОПАТЬ ПОБУТОВОЇ ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ UA 119794 U UA 119794 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітроенергетики, зокрема до вітроенергетичних установок з горизонтальною чи вертикальною віссю обертання, та може бути використана при виготовленні побутових вітроагрегатів, призначених для вироблення електроенергії на побутові потреби. Основним функціональним елементом конструкції вітродвигуна є лопать, яка безпосередньо сприймає своєю поверхнею кінетичну енергію вітру і через жорсткі деталі кріплення передає крутний момент на вал вітродвигуна. Відомі також конструкції магнітоелектричних вітроагрегатів, у яких постійні магніти жорстко закріплені на лопатях. Крім того й сучасні вітроагрегати з вертикальною віссю обертання двигуна мають лопаті специфічної конструкції. Існують добре апробовані теорії аеродинаміки, які описують оптимальні форми лопатей для різних типів вітроагрегатів [див. книгу: Сабинин Г.Х. Теория и аэродинамический расчёт ветряных двигателей. - М.: Труды ЦАГИ, 1931.- вып. 104]. Однак і для сучасної вітроенергетики залишається актуальним завданням зменшення аеродинамічного опру лопаті, її маси, механічна міцність, здешевлення виготовлення та екологічно безпечна утилізація конструкційних матеріалів. Причому на перший план виходить проблема утилізації лопаті після відпрацювання ресурсу. Термореактивні пластичні матеріали, з яких виготовляють сучасні лопаті, створюють значні проблеми утилізації. Раніше використовували деревину, тканини, але з цими матеріалами були проблеми механічної міцності та гладкості поверхні лопаті. Саме наявність мікровиступів на поверхні лопаті викликає турбулентність потоку повітря при обтіканні профілю. Досягти мінімальних аеродинамічних втрат можна лише з використанням найбільш гладкої поверхні лопатей. Відомим і апробованим матеріалом лопаті є метал, з якого вже давно виготовляють лопаті гвинтових літаків, турбін, вітроагрегатів. Металева поверхня після полірування має найкращі аеродинамічні властивості. Утилізація металів екологічно безпечна і добре відпрацьована. Основним недоліком металевих лопатей є значна маса, яка для них небажана через розвинення при обертанні значних відцентрових сил під впливом крутного моменту. Тому на практиці найчастіше застосовують комбіновану конструкцію лопаті з пластичного матеріалу й металу. Наприклад, відомим аналогом є лопать для вітроенергетичної установки, яка має пластикову порожнисту оболонку, всередині якої виконано металевий каркас жорсткості [див. заявку ФРН № OS3037677 з класу F03D 1/06, 19/05 опубліковану 1982 року]. Така композиція конструкційних матеріалів дійсно забезпечує міцність і легкість лопаті. Проте досить складна її конструкція не може без проблем утилізуватися, бо вона складається з різних матеріалів, які утилізуються за різними принципами. Найближчим аналогом до корисної моделі є лопать, зовнішня оболонка якої виготовлена з тонкого металевого листа, а вся внутрішня порожнина лопаті заповнена полімерною монтажною піною. Затверділа монтажна піна утворює суцільну масу і надає значної жорсткості навіть дуже тонким металевим деталям. Для утворення полімерної піни витрачається дуже мало пластичної речовини і при утилізації нагріванням її можна виплавити і зібрати для повторного використання, а металеву частину переплавити. На відміну від суцільної металевої лопаті, яка давно використовується в традиційних вітродвигунах малої та середньої потужності, запропонована конструкція не тільки легша, але й більш тихохідна завдяки заповнення порожнини полімерною піною і відсутності вібраційних ефектів [див. патент України № 68628 з класів F03D 1/06, F03D 29/30 опублікований 16.08.2004 року]. Основним суттєвим недоліком найближчого аналога є складність її утилізації, що обумовлено необхідністю попереднього видалення з металевої оболонки застиглої піни, яку, до того ж, важко вилучити з оболонки повністю, щоб отримати "чистий" метал для переплавки. Другим суттєвим недоліком найближчого аналога є складність її конструкції, що обумовлено використанням двох різних за природою матеріалів, застосування різних технологічних процесів, що, загалом, підвищує трудомісткість її виготовлення, а отже, й вартість. Третім суттєвим недоліком найближчого аналога є не обґрунтованість застосування таких лопатей підвищеної жорсткості для побутових вітроенергетичних установок малої потужності. Через невеликі розміри таких вітроагрегатів, лопаті також мають невелику довжину, а отже, у металевому каркасі, взагалі, немає сенсу. Таким чином, відомій лопаті для побутових вітроенергетичних установок притаманна низка недоліків, які потребують усунення через внесення відповідних конструктивних та технологічних вдосконалень. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення міцності, зниження маси, а також зменшення трудомісткості і скорочення циклу виготовлення лопаті для побутових вітроенергетичних установок за рахунок зміни конструкції та матеріалу, з якого виготовлюється лопать, а також забезпечення можливості зміни крутного моменту шляхом виготовлення лопаті формуванням з поліетилентерефталату з однієї технологічної позиції. 1 UA 119794 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача вирішується тим, що лопать побутової вітроенергетичної установки має аеродинамічний профіль, комлеву та робочу частини, згідно з корисною моделлю, лопать виготовлена порожнистою з поліетилентерефталатової пресформи видуванням у пресформу аеродинамічного профілю, а комлева частина виконана у вигляді торцевого горлечка з різьбленням для нагвинчування глухої кришки. Запропонована лопать може мати на протилежному торці також друге аналогічне горлечко. Така "двокомлева" лопать використовується для ортогональних вітроенергетичних установок. Запропонована лопать може мати всередині нервюру, яка поділяє її на дві симетричні частини. Для цього лопать видувають з двох пресформ, які встановлюються з протилежних боків одної пресформи. Запропонована лопать може мати як прямолінійну, так й непрямолінійну конструкцію, наприклад у формі спіральної утворюючої циліндра, а також може мати ламану робочу частину за своєю довжиною. Запропонована лопать може мати на зовнішній поверхні додаткові вузли кріплення будь-якої відомої конструкції. Запропонована лопать може бути частково або повністю заповнена рідиною для зміни крутного моменту та інерційності при обертанні від відцентрових сил. Запропонована лопать може бути виготовлена з поліетилентерефталату будь-якого кольору, бути прозорою або непрозорою. Запропонована лопать може бути використана як тара для зберігання рідини на різні потреби. Запропонована лопать виготовлюється таким же чином, як звичайні ГЛЕТ пляшки для питної води чи напоїв. Така технологія дозволяє виготовити лопать швидко та з однієї технологічної позиції. Вона не потребує полірування, тобто технологія видування передбачає одразу отримання лопаті з мінімальною шорсткістю, тобто з мінімальним аеродинамічним опором. Виготовлення комлевої частини лопаті у вигляді звичайного горлечка з різьбленням гранично спрощує збирання вітроенергетичної установки: достатньо відгвинтити кришку, горлечко просунути у відповідний отвір радіального пілону (для ортогональних вітроенергетичних установок з вертикальною віссю обертання) або у отвір центральної головки (для пропелерних вітроенергетичних установок з горизонтальною віссю обертання) та загвинтити кришку. Отже, уся сукупність суттєвих ознак, які характеризують лопать для побутових вітроенергетичних установок, та отриманих завдяки внесенню відповідних конструктивних змін, дозволяють поєднати механічну міцність, гладкість і жорсткість поверхні з легкістю та мінімальною кількістю полімерної речовини. Корисна модель пояснюється кресленнями, де зображено на фіг. 1 - запропонована лопать для ортогональних вітроенергетичних установок, вигляд в плані; фіг. 2 - те ж саме, вигляд з боку; фіг. 3 - запропонована лопать для пропелерних вітроенергетичних установок, вигляд збоку; фіг. 4 - запропонована лопать для ортогональних вітроенергетичних установок з нервюрою всередині, переріз, вигляд збоку; фіг. 5 - запропонована лопать ламаної конструкції, вигляд збоку; фіг. 6 - запропонована лопать спіральної конструкції, вигляд збоку. Запропонована лопать побутової вітроенергетичної установки складається з робочої частини 1 аеродинамічного профілю та торцевих частин 2, які разом утворюють герметичну порожнисту ємність. На торцевій частині 2 розташоване горлечко 3 з різьбленням, на яке нагвинчена глуха кришка 4. Кришка 4 закриває горлечко 3 герметично, тобто без протікання рідини. Горлечко 4 разом з кришкою 4 утворюють комлеву частину лопаті, за допомогою якої вона прикріплюється до вітроенергетичної установки. Робоча частина 1 лопаті виготовлена з поліетилентерефталату, який може бути кольоровим чи прозорим або непрозорим, розфарбованим. Для ортогональних вітроенергетичних установок горлечка 3 розташовані на обох торцевих частинах 2 лопаті (див. фіг. 1, 2). Якщо лопать має велику довжину робочої частини 1, вона мати всередині нервюру 5, яка поділяє її на дві симетричні частини (див. фіг. 4). Для цього лопать видувають з двох пресформ, які встановлюються з протилежних боків одної пресформи. Зрозуміло, нервюр 5 може бути більше ніж одна. Лопать може мати як прямолінійну, так й непрямолінійну конструкцію, наприклад у формі спіральної утворюючої циліндра (див. фіг. 6), а також може мати ламану робочу частину 1 за своєю довжиною (див. фіг. 5). За необхідності, лопать може мати на зовнішній поверхні робочої частини 1 або торцевої частини 2 додаткові вузли кріплення будь-якої відомої конструкції (не показані через загальновідомість). Лопать може бути частково або повністю заповнена рідиною для зміни крутного моменту та інерційності при обертанні від відцентрових сил. У цьому разі вона може бути використана як тара для зберігання рідини на різні потреби. 2 UA 119794 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисну модель виготовляють наступним чином. На термопластавтоматі з вихідної сировини - гранульованого поліетилентерефталату (ПЕТ) виробляють пресформу - невелику за розмірами, товстостінну заготовку з повністю сформованим горлечком 3. Саме так виробляють пресформи для виготовлення звичайних ПЕТ пляшок. Нагріту до температури пластифікації пресформу, розташовують у спеціальній спецформі, яка має внутрішній аеродинамічний профіль. У горлечко 3 встановлюють стальну трубку. У цю трубку подають повітря, яке випускають під високим тиском, що приводить до того, що розплав рівномірно розподіляється по стінках пресформи. При цьому дотримуються однакового тиску у будь-якій точці пресформи. Це досягається тим, що максимально скорочують час подання через трубку повітря. Це дозволяє уникнути деформування готового продукту - лопаті. Після цього пресформу охолоджують шляхом її обдування зовні. Далі форму відкривають та вилучають з неї готову лопать, яка не потребує подальшого обробітку. Суттєва відмінність корисної моделі від найближчого аналога полягає в тому, що лопать являє собою порожнисту герметичну конструкцію аеродинамічного профілю з горлечками, які виконують функцію комлевої частини лопаті. Вказані відмінності дозволяють отримувати готову до експлуатації лопать оболонкової конструкції з однієї технологічної позиції. Жодна з відомих лопатей не може мати вказаних відмінностей, оскільки містять у своєму складі декілька деталей, що виготовлюються окремо, або взагалі не виготовлюються в одного термополімерного матеріалу. До технічних переваг запропонованої корисної моделі у порівнянні з найближчим аналогом можна віднести наступне: - спрощення конструкції за рахунок того, що робоча та комлева частини лопаті виготовлені з одного матеріалу; - можливість зміни крутного моменту за рахунок виконання лопаті у вигляді ємності, яку можна заповнити рідиною; - розширення функціональних можливостей лопаті за рахунок використання її як пляшки для питної води; - простота виготовлення лопаті за рахунок її видування у пресформі аеродинамічного профілю; - скорочення циклу виготовлення лопаті з цієї ж причини; - простота кріплення лопаті за рахунок наявності горлечка з кришкою, які виконують функцію комлевої її частини. Економічний ефект від впровадження запропонованої корисної моделі у порівнянні з найближчим аналогом отримують за рахунок значного зменшення вартості лопаті внаслідок граничного спрощення її конструкції та технології виготовлення. Соціальний ефект від впровадження запропонованої корисної моделі у порівнянні з найближчим аналогом отримують за рахунок підвищення привабливості як товару внаслідок виконання лопатей кольоровими та зниження вартості побутової вітроенергетичної установки. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Лопать побутової вітроенергетичної установки, що має аеродинамічний профіль, комлеву та робочу частини, яка відрізняється тим, що лопать виготовлена порожнистою з поліетилентерефталатової преформи видуванням у пресформу аеродинамічного профілю, а комлева частина виконана у вигляді торцевого горлечка з різьбленням для нагвинчування глухої кришки. 2. Лопать за п. 1, яка відрізняється тим, що на протилежному торці має друге аналогічне горлечко. 3. Лопать за п. 1, яка відрізняється тим, що всередині має нервюру, яка поділяє її на дві симетричні частини. 4. Лопать за п. 1, яка відрізняється тим, що має непрямолінійну конструкцію, наприклад у формі спіральної утворюючої циліндра, а також може мати ламану робочу частину за своєю довжиною. 5. Лопать за п. 1, яка відрізняється тим, що має додаткові вузли кріплення будь-якої відомої конструкції. 6. Лопать за п. 1, яка відрізняється тим, що частково або повністю заповнена рідиною для зміни крутного моменту та інерційності при обертанні від відцентрових сил. 7. Лопать за п .1, яка відрізняється тим, що виготовлена з поліетилентерефталату будь-якого кольору, а також може бути прозорою або непрозорою. 3 UA 119794 U 8. Лопать за п. 1, яка відрізняється тим, що використовують як тару для зберігання рідини на різні потреби. 4 UA 119794 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5