RU2460901C1

RU2460901C1 - Air propeller of wind-driven power plant with blades of variable geometry

Info

Publication number: RU2460901C1
Application number: RU2011111016/06A
Authority: RU
Inventors: Павел Иосифович Чумак (RU); Павел Иосифович Чумак; Ольга Павловна Кононова (RU); Ольга Павловна Кононова; Алёна Владимировна Ларионова (RU); Алёна Владимировна Ларионова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Аэростарт"
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2012-09-10

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: air propeller with blades of variable geometry consists of hub, blade end, skin that is not closed along rear edge of profile in order to reduce rigidity of blade circuit for torsion, centrifugal rotation frequency control, root rib, set of typical ribs put on tubular spar in movable manner, set of typical ribs put on torsion bar, and end rib rigidly attached to torsion bar by means of sleeve of end rib and safety shear bolt. Due to movable fitting each of typical ribs can be turned through a certain angle, relative to spar axes or torsion bar axis. Rigidity of torsion bar for torsion has been chosen based on maximum required turn of end rib, at maximum torsion torque applied with control assembly - centrifugal control to skin circuit on the side of end rib, and rigidity of non-closed skin circuit of blade, at which root rib is also set to optimum angle at maximum specified wind velocity, has been chosen.

EFFECT: optimum smooth streamlining of aerofoil profile throughout the length of air propeller blade.

6 dwg

Description

Изобретение относится к ветряным двигателям, а именно к конструкции роторов ветросиловых установок с горизонтальным валом.The invention relates to wind engines, namely to the design of rotors of wind power plants with a horizontal shaft.

Изобретение также может быть использовано на воздушных винтах летательных аппаратов с большим диапазоном поступи винта, например самолетов с вертикальным стартом.The invention can also be used on propellers of aircraft with a wide range of propeller treads, such as aircraft with vertical launch.

Известны винты ветросиловых установок с фиксированным шагом и лопастями без геометрической крутки. Достоинством таких винтов является простота конструкции и технологичность изготовления. Эти винты имеют ряд недостатков. Одним из них является то, что только небольшая часть лопасти работает на углах атаки, близким к оптимальным. При проектировании разработчик стремится, чтобы режим оптимального обтекания находился вблизи поперечного сечения лопасти на радиусе r=0,75R (R- радиус ротора). Однако с изменением скорости потока этот участок смещается вдоль лопасти в одну или другую сторону. Увеличиваются участки лопасти со срывным обтеканием, то есть участки, углы атаки профиля которых выше критических. Такая работа лопасти и винта может сопровождаться вибрациями и шумом. Коэффициент полезного действия (КПД) таких винтов составляет всего 20-25%, вследствие чего используются они только на маломощных ветроэнергетических установках совместно с различного рода ограничителями частоты вращения ротора [Ветряные двигатели. Оценка энергетического потенциала ветра. http:narod.ru/gratis/winds.htm].Known propellers of wind power plants with a fixed pitch and blades without geometric twist. The advantage of such screws is the simplicity of design and manufacturability. These screws have several disadvantages. One of them is that only a small part of the blade works at angles of attack close to optimal. When designing, the developer seeks to ensure that the optimal flow regime is located near the cross section of the blade at a radius r = 0.75R (R is the radius of the rotor). However, with a change in the flow velocity, this section shifts along the blade in one or the other direction. Blade sections with stall flow are increasing, that is, sections whose profile angles of attack are higher than critical. This operation of the blade and propeller may be accompanied by vibration and noise. The efficiency (Efficiency) of such screws is only 20-25%, as a result of which they are used only on low-power wind turbines in conjunction with various kinds of rotor speed limiters [Wind engines. Assessment of the energy potential of the wind. http: narod.ru/gratis/winds.htm].

Известны винты ветросиловых установок с фиксированным шагом и лопастями с геометрической круткой. Достоинством таких винтов является то, что при некоторой, вполне определенной скорости потока, которую задал разработчик, все сечения лопасти работают на оптимальном угле атаки, КПД винта на таком режиме приближается к теоретически возможному и винты создают минимальный шум. Недостатком такого винта является однорежимность. Увеличение или снижение скорости потока нарушает картину обтекания и снижает КПД до 25-35%, но не так резко как у винта с фиксированным шагом. Эти винты также должны работать с ограничителями частоты вращения ротора. Их целесообразно использовать в условиях малого градиента скоростей ветра [Ларионова А.В., Чумак П.И. Ход проектирования и изготовления малогабаритной ВЭУ. Российская цивилизация: прошлое, настоящее и будущее Р76 // Сборник научных трудов III научно-практической конференции. - Ставрополь: ООО «Мир данных», 2010, с.356-358].Known propellers for fixed-pitch wind power plants and blades with geometric twist. The advantage of such screws is that at a certain, well-defined flow rate, which was set by the developer, all sections of the blade work at the optimal angle of attack, the screw efficiency in this mode approaches the theoretically possible one and the screws create minimal noise. The disadvantage of this screw is single mode. Increasing or decreasing the flow rate disrupts the flow pattern and reduces the efficiency to 25-35%, but not as sharply as a screw with a fixed pitch. These screws must also work with rotor speed limiters. It is advisable to use them in conditions of a small gradient of wind speeds [Larionova A.V., Chumak P.I. Progress in the design and manufacture of small-sized wind turbines. Russian civilization: past, present and future P76 // Collection of scientific papers of the III scientific and practical conference. - Stavropol: LLC “Data World”, 2010, p. 356-358].

Широко известны винты ветросиловых установок с лопастями изменяемого шага, но без геометрической крутки. Именно такие винты в настоящее время используются на подавляющем большинстве ветроэнергетических установок. Главным их преимуществом является всережимность за счет того, что регулятор подстраивает углы атаки таким образом, чтобы частота вращения ротора поддерживалась близкой к заданной. Функции ограничителя частоты вращения в большинстве случаев берет на себя сам регулятор установки. Недостатком таких воздушных винтов является то, что оптимальное обтекание осуществляется только в небольшой области лопасти, что сказывается на значении КПД, а иногда и шумности установки.Wind power propellers with variable pitch blades but without geometric twist are widely known. It is such screws that are currently used in the vast majority of wind power plants. Their main advantage is multimode mode due to the fact that the regulator adjusts the angles of attack in such a way that the rotor speed is kept close to the set one. The function of the speed limiter in most cases is taken over by the controller itself. The disadvantage of such propellers is that optimal flow is carried out only in a small area of the blade, which affects the value of the efficiency, and sometimes the noise of the installation.

Известен воздушный винт, лопасти которого соединены с валом при помощи упругих на изгиб и кручение торсионов (патент Франции №2041747, МПК B64C 27/00). В этом винте упругая средняя часть торсиона состоит из продольно расположенных отдельных пучков высокопрочных волокон. Недостатком этой конструкции является низкая изгибная жесткость торсиона при поперечном изгибе.Known propeller, the blades of which are connected to the shaft using elastic bending and torsion torsions (French patent No. 2041747, IPC B64C 27/00). In this screw, the elastic middle part of the torsion bar consists of longitudinally spaced individual bundles of high-strength fibers. The disadvantage of this design is the low bending stiffness of the torsion bar in lateral bending.

Известны также винты, лопасти которых соединены с валом при помощи упругих на изгиб и кручение торсионов (патент США №4427340, МПК B64C 27/38). В таком винте ближняя к лопасти зона, работающая в основном на кручение, состоит из монолитных продольно расположенных ребристых балок, выполненных в виде элементов открытого (незамкнутого) профиля). К недостаткам данной конструкции следует отнести сложность получения оптимальных размеров торсионов, обеспечивающих высокую изгибную жесткость при низкой жесткости на кручение.Screws are also known, the blades of which are connected to the shaft by means of elastic bending and torsion torsions (US patent No. 4427340, IPC B64C 27/38). In such a screw, the zone closest to the blade, working mainly on torsion, consists of monolithic longitudinally located ribbed beams made in the form of elements of an open (open) profile). The disadvantages of this design include the difficulty of obtaining optimal sizes of torsion bars, providing high bending stiffness with low torsional stiffness.

Известен воздушный винт с изменяемым шагом лопастей (патент РФ на изобретение №2349504 B64C 27/48, взятый за прототип), соединенных с валом винта при помощи упругих на изгиб и кручение торсионов, выполненных на участках, испытывающих преимущественно деформацию кручения в виде балки, состоящей из продольно расположенных силовых элементов открытого профиля с высокой прочностью материала, соединенных между собой эластичным заполнителем, а в заделках по концам торсиона или участка кручения - в зоне изгиба, в местах соединения торсиона с лопастью, валом, промежуточными деталями, в местах соединения зон кручения и изгиба одного торсиона или торсионов между собой, - силовые элементы соединены между собой жестко материалом с высокой прочностью.Known propeller with variable pitch blades (RF patent for the invention No. 2349504 B64C 27/48, taken as a prototype), connected to the propeller shaft by means of elastic bending and torsion torsion bars made in areas experiencing predominantly torsion strain in the form of a beam, consisting from longitudinally located power elements of an open profile with high strength of the material, interconnected by an elastic filler, and in terminations at the ends of the torsion bar or torsion section, in the bend zone, at the junction of the torsion bar with the blade, scrap, intermediate parts, at the joints of the torsion and bending zones of one torsion bar or torsion bars with each other, - the power elements are rigidly connected to each other by a material with high strength.

Такой винт будет хорошо работать при косой обдувке или неравномерном поле скоростей перед винтом. Недостатком этого винта, как и рассмотренных выше, является то, что регулятор настраивает на оптимальную работу только небольшой участок лопасти, обычно вблизи отметки на радиусе r=0,75R (R - радиус ротора). Использование геометрической и аэродинамической крутки жесткого пера лопасти не расширяет диапазон оптимальной зоны на всю лопасть.Such a screw will work well with oblique blowing or with an uneven velocity field in front of the screw. The disadvantage of this screw, as discussed above, is that the regulator adjusts for optimal operation only a small section of the blade, usually near the mark at a radius of r = 0.75R (R is the radius of the rotor). The use of the geometric and aerodynamic twist of the rigid feather of the blade does not extend the range of the optimal zone to the entire blade.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в разработке конструкции воздушного винта, позволяющего обеспечивать оптимальное обтекание лопасти по всей ее длине, при всех эксплуатационных скоростях набегающего потока воздуха, за счет использования лопастей изменяемой геометрии (адаптирующихся лопастей).The technical problem solved by the present invention is to develop a propeller design that allows optimal flow around the blade along its entire length, at all operating speeds of the incoming air flow, due to the use of blades of variable geometry (adaptable blades).

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в обеспечении плавного оптимального обтекания аэродинамического профиля по всей длине лопасти воздушного винта ветросиловой установки за счет изменения геометрической крутки лопасти в зависимости от скорости ветра, используя низкую крутильную жесткость открытых профилей с помощью центробежного регулятора частоты вращения.The technical result of the invention is to provide a smooth optimal flow around the aerodynamic profile along the entire length of the blades of the propeller of a wind power plant by changing the geometric twist of the blade depending on the wind speed using low torsional stiffness of open profiles using a centrifugal speed controller.

Технический результат изобретения достигается тем, что в воздушном винте ветровой установки с лопастями изменяемой геометрии, включающем в себя лопасти, соединенные с валом винта, узел управления, упругие на изгиб и кручение торсионы, в отличие от прототипа незамкнутый по задней кромке аэродинамический профиль лопасти, состоящий из обшивки и набора подкрепляющих типовых нервюр, соединен с валом винта при помощи концевой нервюры, торсиона, трубчатого вала, выполняющего роль лонжерона, и комля лопасти, при этом жесткость торсиона на кручение выбрана из условия максимально необходимого поворота концевой нервюры, при максимальном крутящем моменте, приложенном узлом управления -центробежным регулятором, к контуру обшивки со стороны корневой нервюры, а жесткость незамкнутого контура обшивки лопасти выбрана так, чтобы корневая нервюра также устанавливается на оптимальный угол при максимально заданной скорости ветра.The technical result of the invention is achieved by the fact that in the propeller of a wind turbine with blades of variable geometry, including blades connected to the shaft of the screw, control unit, torsion resilient to bending and torsion, in contrast to the prototype, the aerodynamic profile of the blade, consisting of from the casing and a set of reinforcing typical ribs, connected to the screw shaft with the help of the end rib, torsion bar, tubular shaft acting as a spar, and the butt of the blade, while the torsion stiffness is steeper it is selected from the condition for the maximum necessary rotation of the end rib, with the maximum torque applied by the control unit — a centrifugal regulator, to the skin contour from the side of the root rib, and the stiffness of the open loop skin of the blade is chosen so that the root rib is also set to the optimal angle at the maximum specified wind speed.

На фиг.1 показан воздушный винт с лопастями изменяемой геометрии;Figure 1 shows a propeller with blades of variable geometry;

на фиг.2 - то же, упорный подшипник; на фиг.3 - треугольник скоростей к определению необходимого угла закрутки лопасти.figure 2 is the same thrust bearing; figure 3 - a triangle of speeds to determine the required angle of twist of the blade.

Описание устройства.Description of the device.

Воздушный винт с лопастями изменяемой геометрии (фиг.1) состоит из ступицы 1, комля 2 лопасти, центробежного регулятора частоты вращения 3, втулки 4 корневой нервюры 5, набора типовых нервюр 6, подвижно посаженных на трубчатый лонжерон 7, набора типовых нервюр 8, подвижно посаженных на торсион 9, и концевой нервюры 10, жестко соединенной с торсионом 9, посредством втулки 11 концевой нервюры 10 и предохранительного срезного болта 18. Каждая из типовых нервюр 6 опирается на трубчатый лонжерон 7 через антифрикционную неметаллическую втулку 17, фиксируемую шайбой 16. Таким же образом типовые нервюры 8 опираются на торсион 9. В местах расположения нервюр на трубчатом лонжероне 7 и торсионе 9 жестко закреплены стальные втулки 15 с упрочненной и термически обработанной внешней (рабочей) поверхностью.A propeller with blades of variable geometry (Fig. 1) consists of a hub 1, a butt 2 blades, a centrifugal speed controller 3, a sleeve 4 of the root rib 5, a set of typical ribs 6, movably mounted on a tubular spar 7, a set of typical ribs 8, movably mounted on the torsion 9, and the end rib 10, rigidly connected to the torsion 9, by means of the sleeve 11 of the end rib 10 and the safety shear bolt 18. Each of the typical ribs 6 is supported by a tubular spar 7 through an anti-friction non-metallic sleeve 17, fixed washer 16. In the same way, typical ribs 8 are based on torsion 9. At the locations of the ribs on the tubular spar 7 and torsion 9, steel sleeves 15 are rigidly fixed with a hardened and heat-treated external (working) surface.

Благодаря подвижной посадке каждая из типовых нервюр имеет возможность поворачиваться на некоторый угол, относительно осей лонжерона 7 или оси торсиона 9.Due to the movable fit, each of the typical ribs has the ability to rotate at a certain angle relative to the axes of the spar 7 or the axis of the torsion 9.

Комель лопасти 2 и трубчатый лонжерон 7 имеют большую жесткость как на изгиб, так и на кручение. Торсион 9 имеет требуемую жесткость на кручение, которая достигнута соответствующей геометрией его поперечного сечения.The comel of the blade 2 and the tubular spar 7 have great rigidity both in bending and in torsion. Torsion 9 has the required torsional rigidity, which is achieved by the corresponding geometry of its cross section.

Обшивка 12 лопасти, образующая аэродинамический открытый профиль, выполнена незамкнутой по задней кромке профиля, что на порядок снижает жесткость профиля на кручение, обеспечивая возможность изменения геометрической крутки лопасти винта в процессе его работы.The sheathing 12 of the blade, forming an aerodynamic open profile, is made open along the trailing edge of the profile, which reduces the torsional stiffness of the profile by an order of magnitude, making it possible to change the geometric twist of the propeller blade during operation.

Работа воздушного винта ветросиловой установки с лопастями изменяемой геометрии осуществляется следующим образом.The work of the propeller of a wind power installation with blades of variable geometry is as follows.

При неработающем винте, или при скорости ветра меньше стартовой, винт имеет геометрическую крутку, обеспечивающую оптимальное обтекание всех сечений на стартовой скорости при номинальной частоте вращения вала винта. Усилий центробежного регулятора нет или их еще не достаточно для изменения геометрической крутки лопасти.When the screw is idle, or when the wind speed is less than the starting screw, the screw has a geometric twist, which ensures optimal flow around all sections at the starting speed at the nominal rotational speed of the screw shaft. There are no centrifugal regulator efforts or they are not enough to change the geometric twist of the blade.

По мере роста частоты вращения ротора центробежный регулятор 3 под действием груза 13 постепенно поворачивает вокруг оси втулки 4 корневую нервюру 5. Корневая нервюра 5, поворачиваясь, загружает крутящим моментом открытый внешний контур обшивки 12, образующий профиль. При этом наибольший угол поворота имеет корневая нервюра 5. При одном и том же крутящем моменте углы поворота нервюр при удалении от центра к периферии будут уменьшаться. Наименьший угол поворота будет иметь концевая нервюра 10. Угол поворота этой нервюры при заданном моменте определяется жесткостью на кручение торсиона 9. Жесткость торсиона 9 выбирается из условия требуемого изменения угла установки концевой нервюры 10 при изменении скорости ветра от стартовой до номинальной.As the rotor speed increases, the centrifugal controller 3 under the action of the load 13 gradually rotates around the axis of the sleeve 4 the root rib 5. The root rib 5, turning, loads with torque the open external contour of the skin 12, forming a profile. At the same time, the root rib 5 has the largest rotation angle. At the same torque, the angles of rotation of the ribs will decrease with distance from the center to the periphery. The smallest angle of rotation will have an end rib 10. The angle of rotation of this rib at a given moment is determined by the torsion stiffness of torsion 9. The stiffness of torsion 9 is selected from the condition for the required change in the angle of installation of the end rib 10 when the wind speed changes from start to nominal.

Исходя из условия оптимального обтекания всех сечений лопасти, требуемый угол закрутки внешнего контура обшивки 12 обеспечивается его крутильной жесткостью и подбором массы груза 13 центробежного регулятора 3. При этом переменная крутильная жесткость вдоль размаха лопасти уменьшается по мере приближения к корневой части. Это достигается уменьшением толщины обшивки или применением дополнительных разрезов обшивки параллельно оси лопасти в ее корневой части.Based on the condition of the optimal flow around all sections of the blade, the required twist angle of the outer contour of the sheathing 12 is ensured by its torsional rigidity and the selection of the mass of the load 13 of the centrifugal regulator 3. Moreover, the variable torsional rigidity along the span of the blade decreases as it approaches the root part. This is achieved by reducing the thickness of the skin or by using additional sections of the skin parallel to the axis of the blade in its root part.

Контрольное сечение углов закрутки лопасти расположено на радиусе r=0,75R, где R - радиус ротора, является базовым при аэродинамическом расчете воздушных винтов.The control section of the angle of twist of the blade is located at a radius of r = 0.75R, where R is the radius of the rotor, is the basic aerodynamic calculation of propellers.

При увеличении скорости ветра начинает увеличиваться частота вращения ротора ветросиловой установки, при этом увеличивается и момент силы, передаваемый на открытый контур обшивки от центробежного регулятора 3. Местные углы сечений лопастей увеличиваются, препятствуя существенному росту частоты вращения. Увеличение угла закрутки лопасти прекращается, как только момент от центробежного регулятора 3 уравновесится моментом закрутки лопасти за счет ее жесткости. Так как система работает по принципу отклонения, то будет появляться статическая ошибка. Это означает, что с увеличением скорости ветра частота вращения растет, но этот рост будет незначительным.With increasing wind speed, the rotor speed of the wind power installation begins to increase, while the moment of force transmitted to the open sheathing circuit from the centrifugal regulator 3 also increases. The local angles of the cross sections of the blades increase, preventing a significant increase in the frequency of rotation. The increase in the angle of twist of the blade stops as soon as the moment from the centrifugal regulator 3 is balanced by the moment of twist of the blade due to its rigidity. Since the system works on the principle of deviation, a static error will appear. This means that with increasing wind speed, the rotational speed increases, but this growth will be insignificant.

При достижении скорости ветра ураганных значений момент от центробежного регулятора возрастает настолько, что происходит срез предохранительного болта 19. Концевая нервюра 10, освободившись от связи с торсионом 9, резко увеличивает свой установочный угол. Лопасть переходит во флюгерное положение, а винт, либо останавливается полностью, либо продолжает вращение с незначительной частотой.When the wind speed reaches hurricane values, the moment from the centrifugal controller increases so much that the safety bolt 19 is cut off. The end rib 10, freed from communication with the torsion bar 9, sharply increases its installation angle. The blade moves to the vane position, and the screw either stops completely or continues to rotate at a low frequency.

Ввод в рабочее положение после прекращения ураганного ветра осуществляется ручным поворотом лопасти вокруг своей оси на заданный исходный угол и установки нового предохранительного срезного болта 18. Таким образом, осуществляется защита ветросиловой установки от повреждений и разрушения при ураганных ветрах.Entering into the working position after the cessation of the hurricane wind is carried out by manually turning the blades around its axis by a predetermined initial angle and installing a new safety shear bolt 18. Thus, the wind power installation is protected from damage and destruction during hurricane winds.

Изгибающий момент от аэродинамических сил, действующих на лопасть, будет восприниматься комлем 2 лопасти, трубчатым лонжероном 7 и торсионом 9. Сечения комля 2 лопасти и жестко соединенного с ним трубчатого лонжерона 7 выбраны из условия совместной работы на изгиб и кручение. Изгибающий момент в области торсиона 7 незначителен из-за малого плеча приложения силы.The bending moment from the aerodynamic forces acting on the blade will be perceived by the butt 2 of the blade, the tubular spar 7 and the torsion 9. The sections of the butt 2 of the blade and the tubular spar 7 rigidly connected to it are selected from the conditions of joint work on bending and torsion. The bending moment in the region of the torsion 7 is negligible due to the small shoulder of the application of force.

Торсион 9 состоит из одной или нескольких пластин, расположенных перпендикулярно плоскости вращения винта и заделанных по концам. Такая геометрия обеспечивает возможность подбора оптимальной жесткости торсионов 7 при достаточной изгибной прочности и жесткости.Torsion 9 consists of one or more plates located perpendicular to the plane of rotation of the screw and sealed at the ends. This geometry makes it possible to select the optimum stiffness of the torsion bars 7 with sufficient bending strength and stiffness.

Инерционные силы от масс торсиона 9, трубчатого лонжерона 7 и комля 2 лопасти воспринимаются этими же деталями и передаются на вал винта. Инерционные силы от обшивки 12 и типовых нервюр 6 передаются на корневую нервюру 5, а далее через узел упорного подшипника 14 на трубчатый лонжерон 7.The inertial forces from the masses of the torsion bar 9, the tubular spar 7 and the butt of the blade 2 are perceived by the same parts and transferred to the screw shaft. Inertial forces from the sheathing 12 and typical ribs 6 are transmitted to the root rib 5, and then through the thrust bearing assembly 14 to the tubular spar 7.

Узел упорного подшипника 14 (фиг.2) состоит из корпуса упорного подшипника 19, роликового конического подшипника 20 и упорной втулки 21, жестко закрепленной на трубчатом лонжероне 7. Этот узел предназначен для передачи осевого усилия с фланца 22 корневой нервюры на упорную втулку 21 трубчатого лонжерона 7. Элементы этого узла - втулка 4, болты 23 и фланец 22 корневой нервюры используются для передачи крутящего момента от центробежного регулятора 3 (фиг.1) на корневую нервюру 5, а затем с помощью винтов на обшивку 12 открытого контура профиля лопасти.The thrust bearing assembly 14 (Fig. 2) consists of a thrust bearing housing 19, a tapered roller bearing 20 and a thrust sleeve 21 rigidly mounted on a tubular spar 7. This assembly is designed to transmit axial force from the flange 22 of the root rib to the thrust sleeve 21 of the tubular spar 7. Elements of this assembly - sleeve 4, bolts 23 and flange 22 of the root rib are used to transmit torque from the centrifugal regulator 3 (Fig. 1) to the root rib 5, and then with the help of screws on the skin 12 of the open contour of the blade profile.

Необходимый угол закрутки лопасти на участке от корневого до концевого сечения можно определить, рассматривая картину обтекания с помощью треугольников скоростей, предложенных Б.Н.Юрьевым (см. Б.Н.Юрьев. Избранные труды. Том 1. Воздушные винты. Вертолеты. Издательство академии наук СССР. Москва, 1961, - с.29-30, 39-47).The required angle of twist of the blade in the section from the root to the end section can be determined by considering the flow pattern using the velocity triangles proposed by B.N. Yuryev (see B.N. Yuryev. Selected Works. Volume 1. Propellers. Helicopters. Publishing House of the Academy Sciences of the USSR. Moscow, 1961, - p.29-30, 39-47).

При неизменной частоте вращения n ротора воздушного винта треугольник скоростей будет иметь вид, показанный на фиг.3a, где: V_ст.и V_ном.- соответственно стартовая и номинальная скорость набегающего потока (скорость ветра); U_кор. и U_кон. - окружная скорость корневого и концевого сечения лопасти; W_кор. и W_кон. - относительные скорости тех же сечений; W - угол направления абсолютной скорости. Так как наивыгоднейший угол атаки сечения лопасти α вдоль размаха для одного и того же профиля практически не меняется, то необходимый угол закрутки лопасти при изменении скорости от V_ст. до V_ном. будет равенWith a constant rotational speed n of the rotor of the propeller, the velocity triangle will have the form shown in figa, where: V _Art. and V _nom. - respectively, the starting and nominal speed of the incident flow (wind speed); U _cor. and U _con . - peripheral speed of the root and end section of the blade; W _cor. and W _con. - relative speeds of the same sections; W is the angle of the absolute velocity direction. Since the most favorable angle of attack of the blade section α along the span for the same profile practically does not change, the necessary angle of twist of the blade with a change in speed from V _st. up to V _nom. will be equal

φ_закр.=Δφ_кор.-Δφ_кон. φ _closed = Δφ _cor. -Δφ _con.

Имея треугольники скоростей, легко перейти от графоаналитического к математическому методу расчета.Having speed triangles, it is easy to switch from graph-analytical to a mathematical method of calculation.

В действительности, центробежный регулятор, работающий по принципу отклонения, всегда имеет некоторую статическую ошибку Δn. В этом случае треугольники скоростей для корневого и концевого сечений будут иметь вид, показанный на фиг.3б пунктиром. Так как приращение скорости Δn вдоль размаха лопасти растет пропорционально радиусу, на котором расположено рассматриваемое сечение, то разница углов Ψ_кор. и Ψ_кон. незначительна. А это значит, что при расчете потребного угла закрутки лопасти приращением окружной скорости можно пренебрегать.In fact, a centrifugal controller operating on the principle of deviation always has some static error Δn. In this case, the velocity triangles for the root and end sections will have the form shown by a dotted line in FIG. Since the increment of the velocity Δn along the span of the blade grows in proportion to the radius on which the considered section is located, the difference in angles is Ψ _cor. and Ψ _con. insignificant. This means that when calculating the required angle of twist of the blade increment of peripheral speed can be neglected.

Claims

A wind turbine propeller with variable geometry blades, including blades connected to the propeller shaft, a control unit, torsion resilient to bend and torsion, characterized in that it has an aerodynamic profile of the blade that is not closed at the trailing edge, consisting of sheathing and a set of reinforcing typical ribs connected to the screw shaft by means of an end rib, a torsion bar, a tubular shaft acting as a spar, and a butt of the blade, while the torsion stiffness of the torsion bar is selected from the condition most necessary for the gates of the end rib at the maximum torque applied by the control unit, the centrifugal regulator, to the skin contour from the side of the root rib, and the stiffness of the open contour of the blade skin is chosen so that the root rib is also set to the optimum angle at the maximum wind speed.