Ветроводяное колесо г.ф. афанасьева

Полезная модель относится к преобразователям энергии воды или ветра, может быть использована в энергетических установках на суше, на воде и под водой.

Ветроводяное колесо Г.Ф.Афанасьева содержит статор в виде каркаса из рам (1, 2), размещенный внутри них вертикально по центру опорный обод (3), ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы (4) с четным числом комбинированных рычагов с трехсекциоными лопастями, сдвигающимися по длине при движении навстречу течения воды или ветра и раздвигающимися при спутном движении за счет использования смещенной оси вращения, чем и достигается увеличение вращающего момента и КПД преобразования.

Полезная модель относится к преобразователям энергии воды и ветра для стационарных и мобильных ветроэнергетических, речных и подводных 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, недостаточной площадью рабочих лопастей, а повышение вращающего момента связано с необходимостью увеличения габаритов и, как следствие, веса, стоимости преобразователя.

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

Технический результат достигается тем, что ветроводяное колесо Г.Ф.Афанасьева содержит статор в виде каркаса из, как минимум, двух рам, размещенный внутри них вертикально по центру опорный обод, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками, с четным числом рычагов и размещенными на них лопастями. Особенностью является то, что опорный обод, обхватывающий ротор с рычагами и лопастями, имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально в его плоскости, по которой смещена ось вращения ротора, а конфигурация опорного обода в его плоскости выбрана такой, чтобы расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующий опорного обода с прямой, проходящей через центр оси вращения ротора, при любом угле наклона этой прямой, было постоянно и равно расстоянию между точками соприкосновения внутренней поверхности опорного обода с противолежащими упорными роликами, установленными по центру на поперечных консольных планках, соединяющих консоли парных рычажных реек. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных по окружности ступицы на ее краях четного числа пар реек и параллельных им парных рычажных реек, имеющих возможность перемещаться по отверстиям в ступице при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены сзади парных рычажных реек относительно направления вращения ротора. Длина каждой, жестко закрепленной на ступице, рейки меньше минимального расстояния между опорным ободом и ступицей, а длина, имеющих возможность перемещаться по отверстиям в ступице, парных рычажных реек более чем в четыре раза больше длины жестко закрепленных на ступице реек. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из трех, близких по длине, способных сдвигаться и раздвигаться, секций: первые из них - внутренние, плоской формы, жестко закрепленные в четырех точках с задней стороны каждой пары жестко закрепленных на ступице реек с просветом между ними; вторые - промежуточные, имеющие плоскую форму и размещенные между жестко закрепленными на ступице рейками и парными рычажными рейками, способные смещаться вдоль них в пределах длины внутренних и внешних секций; третьи - внешний секции, выполненные в виде лопастей Савониуса, закрепленные жестко в четырех точках на противоположных концах парных рычажных реек выпуклостью по направлению вращения ротора. Попарно связанные поперечными консольными планками парные рычажные рейки с соответствующими секциями лопастей через упорные ролики, установленные на внешних сторонах по центру поперечных консольных планках, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода, способного смещать парные рычажные рейки по отверстиям в ступице, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, их лопастей и моментов вращения в зависимости от фазы движения ротора. Парные рычажные рейки, проходящие сквозь отверстия в ступице, опираются на парные опорные ролики, установленные между щечками вкладышей, закрепленных внутри ступицы с обеих сторон парных рычажных реек. По боковым сторонам рам вертикально ниже оси вращения ротора закреплены ветро или водозаборники.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроводяное колесо Г.Ф.Афанасьева со смещенной осью вращения, комбинированными рычагами и трехсекционными лопастями в общем виде; фиг.2 - вид трехсекционных лопастей с торцевой стороны; фиг.3 - вид и расположение вкладышей с парными опорными роликами в ступице ротора.

Ветроводяное колесо Г.Ф.Афанасьева (фиг.1) содержит статор в виде каркаса из, как минимум, двух рам 1, 2, размещенный внутри них вертикально по центру опорный обод 3. Рама 1 является базовой, а рама 2 -упрочняющая конфигурацию опорного обода 3. Ротор с горизонтальной осью вращения выполнен в виде ступицы 4 с осевыми наконечниками 5, размещенными в подшиппниках 6, и четного числа комбинированных рычагов с размещенными на них комбинированными лопастями. Опорный обод 3 имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально в его плоскости, по которой смещена ось вращения ротора. В предложенной полезной модели это смещение выбрано вверх. Конфигурация опорного обода 3 в его плоскости выбрана такой, чтобы расстояние L между двумя точками К,К пересечения опорного обода 3 с прямой КК, проходящий через центр оси вращения ротора, при любом угле наклона этой прямой, было постоянно и равно растоянию между точками соприкосновения внутренней поверхности опорного обода 3 с противолежащими упорными роликами 7, установленными по центру на поперечных консольных планках 8, соединяющих консоли парных рычажных реек 9. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных по окружности ступицы 4 на ее краях четного числа пар реек 10 и, параллельных им, парных рычажных реек 9, имеющих возможность перемещаться по отверстиям 11 в ступице 4 при вращении ротора. Жестко закрепленные на ступице 4 рейки 10 размещены сзади парных рычажных реек 9 относительно направления вращения ротора. Длина L₁ каждой жестко закрепленной на ступице 4 рейки 10 меньше минимального расстояния между опорным ободом 3 и ступицей 4, а длина, имеющих возможность перемещаться по отверстиям реек 9 более чем в четыре раза больше длины L₁ жестко закрепленных на ступице 4 реек 10. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из трех, близких по длине, способных сдвигаться и раздвигаться секций 12, 13, 14. Первые секции 12 - внутренние, имеют плоскую форму и закреплены жестко в четырех точках с задней стороны каждой пары жестко закрепленных на ступице 4 реек 10 с просветом между ними. Вторые секции 13 - промежуточные, имеющие плоскую форму и размещенные между жестко закрепленными на ступице 4 рейками 10 и парными рычажными рейками 9, способные смещаться вдоль них в пределах длины внутренних и внешних секций (см. фиг.2). Третьи секции 14 - внешние, выполненные в виде лопастей Савониуса, закрепленные жестко в четырех точках на противоположных концах парных рычажных реек 9 выпуклостью по направлению вращения ротора. Попарно связанные поперечными консольными планками 8 парные рычажные рейки 9 с соответствующими секциями лопастей через упорные ролики 7, установленные на внешних сторонах по центру поперечных консольных планках 8, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода 3, спобного смещать парные рычажные рейки 9 по отверстиям 11 в ступице 4, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, их лопастей и моментов вращения, в зависимости от фазы движения ротора. Парные рычажные рейки 9, проходящие сквозь отверстия 11 в ступице 4 (см. фиг.3), опираются на парные опорные ролики 15, установленные между щечками 16 вкладышей 17, закрепленных внутри ступицы 4 с обеих сторон парных рычажных реек 9. Закрепленные по боковым сторонам рам 1, 2 вертикально и ниже оси вращения ротора ветро или водозаборники 18 увеличивают поток ветра или воды, воздействующего на рабочие лопасти, повышая крутящий момент колеса. Угол 2 раскрыва ветро или водозаборников не должен превышать 60°(260°). Опорный обод 3 крепится к рамам 1, 2 с помощью кронштейнов 19, а упорные ролики 7 установлены между уголками 20, закрепленными по центру поперечных консольных планок 8. Между проекциями парных рычажных реек 9 и реек 10 на вертикальной плоскости имеется зазор 2, который обеспечивает безпрепятственное перемещение секций 13 лопастей между этими рейками при вращении ротора. Секции 13 лопастей смещаются вдоль рычагов на хомутах 21, свободно охватывающих парные рычажные рейки 9 и рейки 10. Ограничение перемещения секций 13 лопастей обеспечивается в точках крепления секций 12 и 14 на рейках 10 и парных рычажных рейках 9 соответственно. Выбранная конструкция предложенной полезнрй модели отличается высоким КПД преобразования.

1. Ветроводяное колесо, содержащее статор в виде каркаса из, как минимум, двух рам, размещенный внутри них вертикально по центру опорный обод, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками, с четным числом рычагов и размещенными на них лопастями, отличающееся тем, что опорный обод, обхватывающий ротор с рычагами и лопастями, имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально в его плоскости, по которой смещена ось вращения ротора, а конфигурация опорного обода в его плоскости выбрана такой, чтобы расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей опорного обода с прямой, проходящей через центр оси вращения ротора, при любом угле наклона этой прямой, было постоянно и равно расстоянию между точками соприкосновения внутренней поверхности опорного обода с противолежащими упорными роликами, установленными по центру на поперечных консольных планках, соединяющих консоли парных рычажных реек.

2. Колесо по п.1, отличающееся тем, что ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных по окружности ступицы на ее краях четного числа пар реек и параллельных им парных рычажных реек, имеющих возможность перемещаться по отверстиям в ступицы при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены сзади парных рычажных реек относительно направления вращения ротора.

3. Колесо по п.2, отличающееся тем, что длина каждой, жестко закрепленной на ступице, рейки меньше минимального расстояния между опорным ободом и ступицей, а длина, имеющих возможность перемещаться по отверстиям в ступице, парных рычажных реек более чем в четыре раза больше длины жестко закрепленных на ступице реек.

4. Колесо по п.1, отличающееся тем, что каждая из лопастей представляет собой комбинацию из трех, близких по длине, способных сдвигаться и раздвигаться, секций, первые из них - внутренние, плоской формы, жестко закрепленные в четырех точках с задней стороны каждой пары жестко закрепленных на ступице реек с просветом между ними; вторые - промежуточные, имеющие плоскую форму и размещенные между жестко закрепленными на ступице рейками и парными рычажными рейками, способные смещаться вдоль них в пределах длины внутренних и внешних секций; третьи - внешние секции, выполненные в виде лопастей Савониуса, закрепленные жестко в четырех точках на противоположных концах парных рычажных реек выпуклостью по направлению вращения ротора.

5. Колесо по п.1, отличающееся тем, что попарно связанные поперечными консольными планками парные рычажные рейки с соответствующими секциями лопастей через упорные ролики, установленные на внешних сторонах по центру поперечных консольных планок, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода, способного смещать парные рычажные рейки по отверстиям в ступице, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, их лопастей и моментов вращения в зависимости от фазы движения ротора.

6. Колесо по п.5, отличающееся тем, что парные рычажные рейки, проходящие сквозь отверстия в ступице, опираются на парные опорные ролики, установленные между щечками вкладышей, закрепленных внутри ступицы с обеих сторон парных рычажных реек.

7. Колесо по п.1, отличающееся тем, что по боковым сторонам рам вертикально ниже оси вращения ротора закреплены ветро- или водозаборники.