ЛОПАСТЬ ВЕТРОКОЛЕСА Советский патент 1995 года по МПК B64C27/46 B64C11/26 

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к конструкциям лопастей ветроколес ветроэнергетических установок (ВЭУ).

Цель изобретения устранение указанных выше недостатков, а именно снижение трудоемкости изготовления, уменьшение веса и увеличение ресурса работы лопасти.

На фиг.1 изображен общий вид такой лопасти в плане; на фиг. 2-8 основные элементы лопасти-лонжерон, обшивки, нервюры, соединительные и крепежные детали.

Лопасть ветроколеса имеет основной силовой элемент стальной лонжерон 1, выполненный с занижением от контура по форме пустотелого обелиска со скругленными углами, переменного по размаху поперечного сечения, сваренного по нейтральной оси из двух корытообразных профилей, носовые и хвостовые отсеки, состоящие из расчлененных по размаху дюралевых обшивок 2, 3 и съемных, также расчлененных по размаху обшивок 4, нервюр 5 (типовые нервюры отсеков) и 6, 7 (нервюры по краям отсеков).

В плоскостях нервюр между обшивками 4 и полками лонжерона 1 размещены соединительные детали, выполненные из стальных профилей 8, скрепленных с нервюрами 5,6 и 7, опертых через клеевое соединение 9 на полки лонжерона 1 и стянутых между собой через заклепочные соединения уголковыми стальными профилями 10 с натягом, обеспечивающим плотное прилегание профилей 8 к полкам лонжерона 1, соединенными заклепками со стенками нервюр 5,6 и 7, а со стенками лонжерона 1 болтами 11, размещенными не далее размера h/2 половины расстояния нейтральной оси лонжерона 1 до его наружного контура и угловых профилей 12, скрепленных болтами с обшивкой 4 и заклепками с профилями 8.

Расчлененные по размаху обшивки отсеков лопасти взаимодействуют между собой через накладки 13, приклепанные с внутренней стороны полок торцевых нервюр 6, контактирующие через твердое покрытие 14 (ВАП-3) c внутренней поверхностью торцевых нервюр 7 соседних отсеков.

Прямолинейные без крутки обводы лонжерона 1 и его конструктивное решение в виде сваренных по нейтральной оси верхнего и нижнего корытообразных профилей позволяют изготовить лонжерон 1 на универсальном гибочном оборудовании без изготовления сложной формообразующей оснастки и без использования уникального штамповочного оборудования, что значительно снижает трудоемкость и стоимость его изготовления.

При некотором относительном увеличении веса лонжерона 1 из-за потери высоты на высоту соединительных деталей 8, 12 за счет отсутствия концентраторов напряжений (отверстий под крепежные детали, сварные швы) в наиболее нагруженных элементах лонжерона-полках и верхних загонах (свыше h/2) cтенок, значительно увеличен ресурс его работы и, в целом, снижен вес за счет увеличения допустимых в нем сопряжений и соответственного уменьшения сечений лонжерона, что в свою очередь, также облегчает изготовление лонжерона, так как уменьшается толщина исходного для сгиба материала.

Расчленение по размаху обшивок 2, 3 и 4 с возможностью взаимного перемещения соседних частей при изгибе лопасти и возможности перемещения их при этом относительно полок лонжерона 1, чему способствует и "нежесткая" в направлении размаха заделка обшивок 2,3 и 4 на лонжерон 1 через соединительные детали 8 и 12, в значительной части снижает величину напряжений в обшивках 2,3 и 4 при изгибных деформациях лопасти, а твердое покрытие 14 с малым коэффициентом трения исключает заедание и износ накладок 13 и полок нервюр 7 при их взаимных перемещениях под нагрузкой, что также увеличивает ресурс работы лопасти.

Выполнение соединительных деталей в виде отдельных профилей 8 и 12 позволяет устанавливать профиля 12 по месту, "от обшивки", скомпенсировав технологические неточности между полками лонжерона 1 и обшивками 4, которые выполнены съемными для обеспечения сборки внутреннего набора лопасти.

При всем этом, сочлененные между собой лонжероны 1, профиля 8, 12 и 10 нервюры 5, 6, 7 и накладки 13 образуют единый силовой каркас, обеспечивающий совместно с обшивками 2, 3 и 4 восприятие лопастью ветровых нагрузок и передачу их в "заделке" лопасти.

Сравнительные расчеты, разработанных на предприятии двух типоразмеров лопастей с высотой профиля 600 мм и 300 мм, с лонжеронами на стали 12Х2НВФА и с обшивкой и каркасом из алюминиевого сплава АМГ-6, с известными при расчетном ресурсе работы лопастей в 10⁹ циклов (соответствует ≈ 25 годам работы) показали, что в лонжеронах предложенных лопастей можно допустить напряжения в 2-3 превышающие напряжения в лонжеронах лопастей, выполненных по известным схемам: [σ] 25 кг/мм² в предлагаемых лопастях и [σ] 8-12 кг/мм² (в зависимости от способов сочленения элементов конструкции болтовое, сварка) в известных, и тем самым уменьшить сечения поясов лонжеронов также в 2-3 раза. Соответственно, при относительном увеличении (на 7-12%) веса лонжеронов разработанных лопастей из-за занижения высоты лонжерона под соединительные детали, вес лопастей в целом уменьшен в 1,85-2,2 раза, а при одинаковом весе сравниваемых лопастей рассчитанном из условия минимального веса, ресурс предлагаемых более чем в 15 раз превышает ресурс известных.

При этом трудоемкость снижается в 1,3-1,5 раза, появилась возможность обойтись без уникального оборудования и оснастки и изготавливать лопасти на многих предприятиях страны.

Разработанная на эти лопасти документация запущена в производство, начато изготовление опытных партий.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Целью является снижение трудоемкости изготовления, уменьшение веса и увеличение ресурса. Лопасть содержит основной силовой элемент стальной трубчатый лонжерон 1, выполненный упрощенной формы с прямолинейными образующими с занижением от контура лопасти на высоту соединительных деталей, выполненных из профилей 8, опертых через клеевые соединения 9 на полки лонжерона 1 и стянутых между собой с натягом профилями 10, соединенными болтами 11 со стенками лонжерона 1 на расстоянии не более половины расстояния от нейтральной оси лонжерона до его наружного контура и профилей 12, скрепленных с профилями 8 и обшивками 4. С профилями 8 и 12 соединены нервюры 5, образующие с приклепанными к ним обшивками 2, 4 и съемными обшивками 4 контур лопасти. Обшивка 2, 3 и 4 расчленены по размаху и перестыковываются между собой подвижно через накладки покрытые по сопрягаемым поверхностям твердым покрытием с малым коэффициентом трения (типа ВАП-3). 1 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. ЛОПАСТЬ ВЕТРОКОЛЕСА, содержащая стальной трубчатый лонжерон, на котором с помощью соединительных и крепежных деталей смонтированы носовые и хвостовые отсеки, включающие образующие аэродинамический контур лопасти обшивку с нервюрами, отличающаяся тем, что, с целью снижения трудоемкости изготовления, уменьшения веса и увеличения ресурса, в нем лонжерон выполнен с прямолинейными образующими с занижением от контура лопасти на высоту соединительных деталей, выполненных в виде профилей с одной стороны, опертых через клеевое соединение на верхние и нижние полки лонжерона и охватывающих их в виде хомута с натягом через стяжные профили, закрепленные на стенках лонжерона крепежными деталями, размещенными на расстоянии не более половины высоты от нейтральной оси лонжерона до его наружного контура, а с другой стороны с помощью крепежных деталей с верхней и нижней обшивками и нервюрами отсеков, при этом обшивки отсеков расчленены по размаху с образованием секций, взаимодействующих между собой через соединительные детали, обеспечивающие их взаимное перемещение по размаху с возможностью передачи крутящего момента. 2. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что на подвижно сопрягаемых поверхностях соединительных деталей отсеков, выполненных в виде накладок нанесено твердое покрытие с малым коэффициентом трения, преимущественно ВАП-3.