UA68628A

UA68628A - Blade of windmill

Info

Publication number: UA68628A
Application number: UA2003088070A
Authority: UA
Inventors: Mykola Ilarionovych Tregub
Original assignee: Mykola Ilarionovych Tregub
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2004-08-16

Abstract

The blade of a windmill comprises a surface shell and punched inner metal rigidity profile. The shell and the inner profile are made of thin metal and connected by method of point welding. On the profile perforations are arranged, density of those increases from the beginning to the end of the blade. The transverse rigidity ribs are arranged with doubled corrugated shape. All the inner cavity of the shell of the blade, together with the frame, is filled with solidified polymer mounting foam.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Передбачуваний винахід належить до машинобудування, зокрема до вітродвигунів з горизонтальною та 2 вертикальною віссю обертання. 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 або втулку 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. 70 Існують добре апробовані теорії аеродинаміки, які описують оптимальні форми лопатей для різних типів вітроагрегатів. (Сабинин Г.Х. Теория и азродинамический расчет ветряньїх двигателей. Трудьі ЦАГИ вип.104 М. 1931г.).The intended invention belongs to mechanical engineering, in particular to wind engines with horizontal and 2 vertical axes of rotation. The main functional element of the wind engine design is the blade, which directly perceives the kinetic energy of the wind with its surface and transmits the torque to the wind engine shaft or bushing through rigid mounting parts. Designs of magnetoelectric wind turbines are also known, in which permanent magnets are rigidly fixed on the blades. In addition, modern wind turbines with a vertical axis of rotation of the engine have blades of a specific design. 70 There are well-tested theories of aerodynamics that describe optimal blade shapes for various types of wind turbines. (G.H. Sabinin. Theory and aerodynamic calculation of wind engines. Proceedings of TsAGI, vol. 104, M. 1931).

Однак і для сучасної вітроенергетики залишається актуальним завданням зменшення аеродинамічного опру лопаті, її маси, механічна міцність, здешевлення виготовлення та екологічно безпечна утилізація 12 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. Крім того повітря з мікродомішками проявляє діелектричні властивості і необхідно мінімалізувати електростатичні ефекти, тому пластикові матеріали поверхні лопаті не являються найкращими за цими показниками. Відомим і апробованим матеріалом лопаті є метал, з якого вже давно виготовляють лопаті гвинтових літаків, турбін, вітроагрегатів. Металева поверхня еквіпотенціальна і може легко віддавати на корпус електричні заряди, а після полірування має найкращі аеродинамічні властивості. 29 Утилізація металів екологічно безпечна і добре відпрацьована. Недоліком металів є значна маса, яка для « лопатей небажана. На практиці найчастіше застосовують комбіновану конструкцію лопаті з пластичного матеріалу й металу, наприклад (Патент США Мо4278401, РО301/06, РО4029/34, 1982р.). Така лопать має пластикову порожнисту оболонку, всередині якої виконано металевий каркас жорсткості.However, for the modern wind power industry, reducing the aerodynamic resistance of the blade, its mass, mechanical strength, reducing the cost of manufacturing and environmentally safe disposal of 12 construction materials remains an urgent task. Moreover, the problem of disposal of the blade after the resource has been exhausted comes to the fore. Thermosetting plastic materials, from which modern blades are made, create significant disposal problems. Previously, wood and fabrics were used, but with these materials there were problems with mechanical strength and smoothness of the blade surface. It is the presence of microprotrusions on the surface of the blade that causes turbulence in the air flow when it flows around the profile. Minimum aerodynamic losses can be achieved only by using the smoothest surface of the blades. In addition, air with micro impurities exhibits dielectric properties and it is necessary to minimize electrostatic effects, therefore plastic materials of the blade surface are not the best in terms of these indicators. A well-known and proven blade material is metal, which has long been used to make blades for propeller planes, turbines, and wind turbines. The metal surface is equipotential and can easily transfer electric charges to the body, and after polishing it has the best aerodynamic properties. 29 Recycling of metals is environmentally safe and well practiced. The disadvantage of metals is their considerable mass, which is undesirable for blades. In practice, a combined construction of a blade made of plastic material and metal is most often used, for example (US Patent Мо4278401, РО301/06, РО4029/34, 1982). Such a blade has a plastic hollow shell, inside which a metal frame of rigidity is made.

Аналогом передбачуваного винаходу є лопать вітродвигуна, в якій зовнішня поверхня виготовлена з со пластмаси, а всередині виконана металева каркасна частина (ФРН, заявка МО 3037677 РОЗО1/06, 19/05, Ге 1982р.). Така композиція конструкційних матеріалів дійсно забезпечує міцність і легкість, однак поверхня виконана з пластика і тому потрібно, для міцності застосувати тверді матеріали значної товщини. Крім того ее, досить складна конструкція не може без проблем утилізуватися, бо найміцнішою й масивною є зовнішня Ге) оболонка. Поверхня такої лопаті може виготовлятись методом відливання і досить складно її відполірувати. Під 39 час роботи виникають деформаційні поперечні зусилля, які можуть витримувати несучі конструкції складної ее, конфігурації, котрі з метою підвищення надійності можуть виготовлятися у формі прямолінійних профілів (А.С.An analogue of the intended invention is a wind engine blade, in which the outer surface is made of plastic, and the inside is made of a metal frame part (FRG, MO application 3037677 РОЗО1/06, 19/05, Ge 1982). Such a composition of structural materials really provides strength and lightness, but the surface is made of plastic, and therefore it is necessary to use solid materials of considerable thickness for strength. In addition, the rather complex structure cannot be disposed of without problems, because the outer shell is the strongest and most massive. The surface of such a blade can be produced by casting and it is quite difficult to polish it. During 39 work, there are deformational transverse forces that can withstand load-bearing structures of a complex configuration, which, in order to increase reliability, can be made in the form of straight profiles (A.S.

СРСР Мо808685 РОЗВ3/12, 1981р.), або при пластмасовій зовнішній поверхні лопаті всередині виконані принаймні два внутрішніх поздовжні несучі елементи з металевими вставками (ФРН, заявка Мо2852447 РОЗО, « 1/06, 1981р.). Однак в названих лопатях технологія виготовлення складна, а зовнішня пластикова оболонка з З 70 металевими внутрішніми ребрами жорсткості під час навантажень може відшаровуватись. с Прототипом запропонованої лопаті є конструкція (Франц., заявка Мо24492207, РОЗО, 1/06, 1981р.), в якійUSSR Mo808685 ROZV3/12, 1981), or when the outer surface of the blade is plastic, at least two internal longitudinal bearing elements with metal inserts are made inside (FRG, application Mo2852447 ROZO, "1/06, 1981). However, in the named blades, the manufacturing technology is complicated, and the outer plastic shell with 70 metal internal stiffening ribs can peel off during loads. c The prototype of the proposed blade is a design (French, application Mo24492207, ROZO, 1/06, 1981), in which

Із» використані штамповані прямопрофільні металеві ребра жорсткості, з'єднані точковою зваркою в певних зонах та пластмасової зовнішньої оболонки навколо них.From" used stamped straight-profile metal stiffeners, connected by spot welding in certain areas and a plastic outer shell around them.

Застосування штампованого прямопрофільного металевого каркаса з'єднаного точковим зварюванням дозволяє суттєво спростити технологію виготовлення. Однак залишається раніше вказана проблема суцільної б масивної пластикової зовнішньої оболонки та надійності закріплення її на прямопрофільному металевому осерді.The use of a stamped straight-profile metal frame connected by spot welding makes it possible to significantly simplify the manufacturing technology. However, there remains the previously mentioned problem of a continuous and massive plastic outer shell and the reliability of fixing it on a straight-profile metal core.

Ге | Крім того суцільний металевий каркасний профіль при забезпеченні механічної міцності повинен мати значну товщину, а звідси і масивність. б Запропонована конструкція лопаті дозволяє поєднати механічну міцність, гладкість і жорсткість поверхні з ка 20 легкістю та мінімальною кількістю полімерної речовини. Це досягається за рахунок того, що зовнішня оболонка лопаті виготовлена з тонкого металевого листа, а гофровані ребра жорсткості мають нерівномірні перфорації, со металеві частини з'єднані точковим зварюванням, а вся внутрішня порожнина лопаті з перфорованим осердям заповнена полімерною монтажною піною. Затверділа монтажна піна через перфорації утворює суцільну масу і надає значної жорсткості навіть дуже тонким металевим деталям. Для утворення полімерної піни витрачається 29 дуже мало пластичної речовини і при утилізації нагріванням її можна виплавити і зібрати для повторного в. використання, а металеву частину переплавити.Ge | In addition, a solid metal frame profile, when ensuring mechanical strength, must have a significant thickness, and hence massiveness. b The proposed design of the blade allows to combine mechanical strength, smoothness and hardness of the surface with ka 20 lightness and a minimum amount of polymer substance. This is achieved due to the fact that the outer shell of the blade is made of a thin metal sheet, and the corrugated stiffeners have uneven perforations, the metal parts are connected by spot welding, and the entire inner cavity of the blade with a perforated core is filled with polymer mounting foam. Hardened mounting foam forms a continuous mass through perforations and provides significant rigidity even to very thin metal parts. For the formation of polymer foam, very little plastic material is consumed, and when it is disposed of by heating, it can be melted and collected for re-use. use, and remelt the metal part.

В запропонованій конструкції лопаті полімерна речовина знаходиться всередині металевої оболонки і захищена від деполімеризуючої дії сонячної радіації а тому має значно більший ресурс. На відміну від суцільної металевої лопаті, яка давно використовується в традиційних вітродвигунах малої та середньої 60 потужності, запропонована конструкція не тільки легша, але й більш тихохідна завдяки заповнення порожнини полімерною піною і відсутності вібраційних ефектів. Ще однією перевагою запропонованої конструкції є те, що вона більш стійка проти обледеніння, оскільки за тонким шаром металу знаходиться теплоїзолююча маса полімерної піни і температура зовнішньої поверхні швидко вирівнюється з температурою повітря.In the proposed design of the blade, the polymer substance is inside the metal shell and is protected from the depolymerizing effect of solar radiation, and therefore has a much greater resource. In contrast to the solid metal blade, which has long been used in traditional wind turbines of small and medium 60 power, the proposed design is not only lighter, but also quieter due to the filling of the cavity with polymer foam and the absence of vibration effects. Another advantage of the proposed design is that it is more resistant to icing, because behind a thin layer of metal there is a heat-insulating mass of polymer foam and the temperature of the outer surface quickly equalizes with the air temperature.

На фіг. схематично зображена запропонована лопать вітродвигуна. Зовнішня тонкостінна металева оболонка бо 4 лопаті заданої форми закріплена методом точкового зварювання або іншим відомим способом на внутрішньому металевому перфорованому осерді 2, до якого закріплена також цапфа 3. Поперечні перфоровані ребра 4 виконані подвійно гофрованими і закріплені до поздовжнього металевого осердя 2 та металевої оболонки 1. Щільність перфорацій осердя 2 та відстань між його бічними ребрами збільшується в напрямку від цапфи З до кінця лопаті. Вся внутрішня порожнина лопаті разом з перфорованим каркасом заповнена затверділою полімерною піною 5.In fig. the proposed wind turbine blade is shown schematically. The outer thin-walled metal shell of the 4 blades of a given shape is fixed by spot welding or another known method on the inner metal perforated core 2, to which the trunnion 3 is also fixed. The transverse perforated ribs 4 are double corrugated and fixed to the longitudinal metal core 2 and the metal shell 1. The density of perforations of the core 2 and the distance between its side ribs increases in the direction from the trunnion Z to the end of the blade. The entire inner cavity of the blade, together with the perforated frame, is filled with hardened polymer foam 5.

Івеяі п ес а ря оо туIveyai p es a rya oo tu

АЛ пирі за - «дині - дж неоAL pyri for - "melons - j neo

МЕ ПО хо Еко рр хро еп ВА 2ME PO ho Eco rr hro ep VA 2

Її то -й х Ки ж ра ах ШИHer to -y x Ky j ra ah SHY

ЦО КО 5TSO KO 5

ШоSho

ШеShe

Ши; (о)Shi; (at)

Фіг.Fig.

Claims

The formula of the invention "Wind engine blade, consisting of a surface shell and a stamped internal metal profile of stiffness, which is distinguished by the fact that the shell and the internal profile are made of thin metal and are connected by the method of spot contact welding, the profile has perforations, the density of which increases from from the beginning to the end of the blade, the transverse stiffeners are made of a double corrugated form, and the entire inner cavity of the blade shell, together with the frame, is filled with hardened polymer mounting He foam. (Se) Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2004, M 8, 15.08.2004. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. i-th

- and? (o) (ee) (o) ime) IR e) 60 b5