Ветроводяное колесо

Полезная модель относится к преобразователям энергии течения воды или ветра и может быть использована для энергетических установок в области нетрадиционной энергетики. Ветроводяное колесо содержит статор в виде каркаса из одной или нескольких рам (1, 2), ротор с горизонтальной осью вращения и, как минимум, двух пар лопастей, размещенных на комбинированных рычагах, состоящих из жестко закрепленных на ступице (4) ротора рейках (12) и имеющих возможность перемещаться в отверстиях (13) в ступице (4) парных рычажных реек (11). Каждая из лопастей содержит две секции (14 и 15), одни из которых закреплены на жестко закрепленных на ступице(4) реек (12), другие секции (15) закреплены на концах парных рычажных реек (11), которые через упорные ролики (7) на поперечных консольных планках (8) опираются на внутреннюю поверхность опорного обода (3), размещенного внутри каркаса из рам (1, 2) и охватывающего ротор с комбинированными рычагами и лопастями. В зависимости от фазы движения при вращении ротора изменяется результирующий момент вращения ротора. Размещенные на каркасе статора ветроводозаборники приводят к увеличению результирующего момента вращения ротора ветроводяного колеса.

Полезная модель относится к преобразователям энергии течения воды или ветра и может быть использована при создании энергетических установок в области нетрадиционной энергетики.

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, не полное использование рычагов, а штормовые порывы ветра могут привести к поломкам вращающихся лопостей.

Технический результат заключается в повышении вращающего момента на оси ротора ветроводяного колеса за счет использования комбинированных рычагов при практически неизменных его габаритных размерах, повышении конструктивной надежности при сильных и штормовых порывах ветра, повышении чувствительности ветроводяного колеса к скорости течений воды или ветра.

Технический результат достигается тем, что ветроводяное колесо содержит статор в виде каркаса из одной или нескольких рам, размещенный внутри их вертикально по центру опорный обод, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками и четным числом рычагов, с размещенными на них лопастями. Особенностью является то, что опорный обод, охватывающий 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 постоянным 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 в отверстиях в ступице при вращении ротора. Длина каждой жестко закрепленной на ступице рейки меньше минимального расстояния между осью вращения ротора и опорным ободом, а длина имеющих возможность перемещаться в отверстиях в ступице парных рычажных реек более чем в два раза больше реек, жестко закрепленных на ступице. Каждая из лопастей содержит по две сдвигающихся и раздвигающихся секции, одни из которых размещены на жестко закрепленных на ступице рейках по их длине, а другие секции размещены на концах парных рычажных реек и поперечных консольных планках, соединяющих консоли этих реек. Попарно связанные поперечными консольными планками парные рычажные рейки с соответствующими секциями лопастей через упорные ролики, установленные на внешних сторонах поперечных консольных планок, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода, смещающего в зависимости от фазы движения парные рычажные рейки по отверстиям ступицы при вращении ротора, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов и лопастей и их моментов вращения. Статор снабжен ветроводозаборниками, размещенными на боковых сторонах рам впереди и ниже оси вращения ротора с углом раскрыва не более 60°.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроводяное колесо со смещенной осью вращения и комбинированными рычагами в сечениях и разрезах.

Ветроводяное колесо (фиг.1) имеет статор в виде каркаса из одной или нескольких рам 1, 2. Внутри рам 1, 2 размещен вертикально и по центру опорный обод 3, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы 4 с осевыми наконечниками 5, установленными в подшипниках 6. Опорный обод 3, охватывающий ротор с рычагами и лопастями, имеет ось симметрии, расположенную вертикально в плоскости обода и перпендикулярно оси вращения ротора. Ось вращения ротора смещена по оси симметрии опорного обода 3 в одну из сторон, в частности вверх, а конфигурация опорного обода 3, в его плоскости, выбрана такой, чтобы расстояние L между двумя точками пересечения К, К внутренней образующей опорного обода 3 с прямой КК, проходящей через центр оси вращения ротора, при любом угле наклона а было постоянным (L=constant) и равно расстоянию L=L₁+L ₂ между точками соприкосновения внутренней поверхности опорного обода 3 с противолежащими упорными роликами 7, которые установлены по центру на поперечных консольных планках 8 с помощью ушков 9 с осями 10. Парные консольные планки 8 соединяют жестко консоли парных рычажных реек 11. Ротор содержит, как минимум, четыре комбинированных рычага в виде парных рычажных реек 11, проходящих через отверстия 13 в ступице 4, имеющих возможность перемещаться в этих отверстиях при вращении ротора и, по числу лопастей, четного числа пар реек 12, жестко закрепленных на ступице 4 параллельно соответствующим парным рычажным рейкам 11. Длина каждой жестко закрепленной на ступице 4 рейки 12 меньше минимального расстояния L₁ между осью вращения ротора и опорным ободом 3. Длина парных рычажных реек 11 более чем в два раза больше длины реек 12, а расстояние между парными рычажными рейками 11 и соответствующими рейками 12 берется таким, чтобы исключить препятствия смещению парных рычажных реек 11 в отверстиях 13 ступицы 4. В

предложенной модели длина парных рычажных реек 11 выбрала более чем в два раза больше длины реек 12. Соотношение этих длин определяется величиной смещения оси вращения ротора от середины линии симметрии опорного обода 3 и конфигурацией опорного обода 3, т.е. величиной L. Каждая из лопастей содержит по две секции 14 и 15. Секции 14 - размещены на жестко закрепленных на ступице 4 рейках 12 по их длине, а секции 15 размещены на концах подвижных парных рычажных рейках 11 с обеих сторон и поперечных консольных планках 8. Парные рычажные рейки 11 с секциями 15 лопастей через упорные ролики 7, установленные на внешних сторонах поперечных консольных планках 8, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода 3, которые способны прокатываться по нему при вращении ротора. В зависимости от фазы движения, парные рычажные рейки 11 способны перемещаться по отверстиям 13 в ступице 4, изменяя соотношение длин R₁ и R₂ противолежащих рычагов. При перемещении парных рычажных реек 11 секции 14 и 15 противолежащих лопастей способны сдвигаться или раздвигаться, что приводит к изменению соотношения длин противолежащих лопастей, их эффективных площадей и, в конечном итоге, к изменению результирующего вращающего момента ротора, который определяется разностью между положительным моментом вращения М₂=R₂×S₂ при спутном движении лопастей, где S₂ - площадь соответствующей лопасти, и тормозящим моментом вращения M₁=R₁ ×S₁ при движении лопастей на встречу течению, где S₁ - площадь соответствующей лопасти. В зависимости от фазы движения М₂>M₁ и результирующий момент вращения М=М₂-M₁ всегда положительный, а величина его зависит от выбранной величины перемещения парных рычажных реек 11. Увеличению результирующего вращающего момента ротора ветроводяного колеса способствует ветроводозаборники 16, размещенные на боковых сторонах рам 1, 2 впереди и ниже оси вращения ротора, с углом раскрыва не более 60°.

1. Ветроводяное колесо, содержащее статор в виде каркаса из одной или нескольких рам, размещенный внутри их 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, охватывающий 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. Ветроводяное 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 в отверстиях в ступице при вращении ротора.

3. Ветроводяное колесо по п.2, отличающееся тем, что длина каждой жестко закрепленной на ступице рейки меньше минимального расстояния между осью вращения ротора и опорным ободом, а длина имеющих возможность перемещаться в отверстиях в ступице парных рычажных реек более чем в два раза больше реек, жестко закрепленных на ступице.

4. Ветроводяное колесо по п.1, отличающееся тем, что каждая из лопастей содержит по две сдвигающихся или раздвигающихся секции, одни из которых размещены на жестко закрепленных на ступице рейках по их длине, а другие секции размещены на концах парных рычажных реек и поперечных консольных планках, соединяющих консоли этих реек.

5. Ветроводяное колесо по каждому из пп.2, 3 и 4, отличающееся тем, что попарно связанные поперечными консольными планками парные рычажные рейки с соответствующими секциями лопастей через упорные ролики, установленные на внешних сторонах поперечных консольных планок, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода, способного смещаться в зависимости от фазы движения парных рычажных реек по отверстиям в ступице при вращении ротора, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов и лопастей и их моментов вращения.

6. Ветроводяное колесо по п.1, отличающееся тем, что статор снабжен ветроводозаборниками, размещенными на боковых сторонах рам впереди и ниже оси вращения ротора.