Ветроколесо

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра для стационарных и мобильных ветроэнергетических установок. Ветроколесо содержит статор в виде каркаса из двух рам (1), ротор с горизонтальной осью вращения, как минимум, четыре лопасти (12, 13, 14, 15) из парусины, связанные с парными рычажными рейками (7, 8), способными перемещаться в отверстиях осевой ступицы (4) в зависимости от фазы вращения ротора. При этом изменяется эффективная площадь противолежащих лопастей, длина их рычагов и величина моментов вращения. Соотношение величин положительного и тормозящего моментов вращения определяется формой и величиной смещения опорных ободов (3) относительно оси вращения ротора.

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра для стационарных и мобильных ветроэнергетических установок.

Известно устройство, работающее на основе использования энергии ветра или воды, содержащее, как и предлагаемое устройство, ротор с осью вращения, рычаги с лопастями, размещенными на поворотных осях, создающими вращающий момент для электрического генератора, кинематически связанного с осью вращения ротора преобразователя. В известном устройстве рычаги жестко закреплены на оси вращения ротора (см. патент RU 2168652), прототип.

Недостатком прототипа является низкая эффективность преобразования энергии течений во вращающий момент на оси ротора, обусловленный использованием в работе только половины колеса, а повышение вращающего момента связано с необходимостью увеличения габаритов, веса, стоимости преобразователя.

Технический результат заключается в повышении вращающего момента на оси ротора ветроколеса, увеличении его чувствительности к скорости ветра за счет использования смещенной оси вращения колеса, изменяющейся длине рычагов и увеличению площади лопастей, создающих положительный вращающий момент, уменьшение веса ветроколеса.

Технический результат достигается тем, что ветроколесо содержит статор в виде каркаса из двух рам, скрепленных перпендикулярно по боковым сторонам, размещенные внутри каркаса рядом с боковыми сторонами рам два опорных ободов, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками и, как минимум, четыре лопасти, связанные с парными рычажными рейками, свободно проходящими через отверстия в ступице, способными перемещаться при вращении ротора, поперечные консольные планки, связывающие консоли парных рычажных реек, размещенные на их концах упорные ролики. Особенностью является то, что

каждый из опорных ободов имеет одну вертикальную ось симметрии, по которой они смещены относительно оси вращения ротора, а расстояние между двумя точками пересечения внутренней поверхности опорного обода с прямой, проходящей в плоскости опорного обода через ось вращения ротора, при любом угле наклона этой прямой равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих относительно оси вращения ротора упорных роликов с внутренней поверхностью опорного обода и постоянно по величине. Лопасти, выполненные из парусины, поперечными сторонами закреплены на поперечных консольных планках и скобах, закрепленных на ступице, способных сокращать длину лопастей, создающих тормозящий момент вращения, а продольные стороны которых могут свободно сдвигаться или раздвигаться на парных рычажных рейках. Парные рычажные рейки с лопастями, связанные поперечными консольными планками, через закрепленные на их консолях упорные ролики опираются на внутреннюю поверхность опорных ободов, соосно смещенных относительно оси вращения ротора. За счет смещения опорных ободов относительно оси вращения ротора способна изменяться длина противоположных рычагов и их лопастей.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроколесо (в сечениях) с парусиновыми лопастями.

Ветроколесо (фиг.1) имеет статор в виде каркаса из двух рам 1, 2, скрепленных взаимно перпендикулярно по боковым сторонам. Внутри каркаса закреплены на боковых сторонах рам 1, 2 два опорных обода 3, имеющих ось симметрии, проходящую вертикально через ось вращения ротора, размещенного внутри рам 1, 2. Конфигурация опорных ободов 3 выбрана такой, чтобы расстояние L между точками КК было бы постоянным и равным L₁+L₂ при любом угле .. Ротор представляет собой ступицу 4 с осевыми наконечниками 5 и с отверстиями 6 для размещения в них парных рычажных реек 7 и 8. На внешней поверхности ступицы 4 закреплены жестко

скобы 9 по числу лопастей. Консоли парных рычажных реек 7 и 8 связаны жестко поперечными консольными планками 10, на торцах которых установлены упорные ролики 11. За счет смещения опорных ободов 3 относительно оси вращения ротора при вращения ротора способна изменяться длина противоположных рычагов и их лопастей. Лопасти (12, 13, 14 и 15), выполненные из парусины, боковыми сторонами закреплены на скобах 9 и поперечных консольных планках 10 с помощью шнуров 16. На парных рычажных рейках 7, 8 с обеих сторон от их середины размещены кольца 18, к которым крепятся продольные стороны парусиновых лопастей 12÷15. При смещении парных рычажных реек 7, 8 в процессе вращения ротора лопасти 12÷15 подобно шторкам могут сдвигаться или раздвигаться на парных рычажных рейках 7 и 8, в зависимости от фазы вращения. Полотно лопасти 13 при движении навстречу ветру - сдвигается, длина этой лопасти и ее эффективная площадь будет уменьшаться, а полотно лопасти 15, движущейся по ветру - раздвигаться, благодаря чему увеличивается ее эффективная площадь, рычаг и в конечном итоге увеличивается положительный вращающий момент. Для уменьшения потерь на трение ступица 4 осевыми наконечниками 5 установлена в подшипники 17. Опорные ободы 3 крепятся к боковым сторонам рам 1, 2 с помощью кронштейнов 19.

При выбранных размерах L₂=2L₁, R₁=0,75 L ₁, R₂=1,25 L₁ и ширине лопастей F в предложенной полезной модели достигнуто отношение величины положительного момента к величине тормозящего момента M₂ /M₁=5.

Применение парусиновых лопастей позволяет снизить вес и стоимость ветроколеса.

1. Ветроколесо, содержащее статор в виде каркаса из двух рам, скрепленных перпендикулярно по боковым сторонам, размещенные внутри каркаса рядом с боковыми сторонами рам два опорных обода, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками и как минимум четыре лопасти, связанные с парными рычажными рейками, свободно проходящими через отверстия в ступице, способных перемещаться при вращении ротора, поперечные консольные планки, связывающие консоли парных рычажных реек, размещенные на их концах упорные ролики, отличающееся тем, что каждый из опорных ободов имеет одну вертикальную ось симметрии, по которой они смещены относительно оси вращения ротора, а расстояние между двумя точками пересечения внутренней поверхности опорного обода с прямой, проходящей в плоскости опорного обода через ось вращения ротора, при любом угле наклона этой прямой равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих относительно оси вращения ротора упорных роликов с внутренней поверхностью опорного обода и постоянно по величине.

2. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что его лопасти, выполненные из парусины, поперечными сторонами закреплены на поперечных консольных планках и скобах, закрепленных на ступице, способных сокращать длину лопастей, создающих тормозящий момент вращения, а продольные стороны которых могут свободно сдвигаться или раздвигаться на парных рычажных рейках.

3. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что парные рычажные рейки с лопастями, связанные поперечными консольными планками, через закрепленные на их консолях упорные ролики опираются на внутреннюю поверхность опорных ободов, соосно смещенных относительно оси вращения ротора.

4. Ветроколесо по каждому из пп.1 и 3, отличающееся тем, что за счет смещения опорных ободов относительно оси вращения ротора способна изменяться длина противоположных рычагов и их лопастей при вращении ротора.