Ветроколесо

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра для ветроэнергетических установок. Ветроколесо содержит статор из скрепленных рам (1, 2) с обтекателем (3) и ветрозаборниками (4, 5). Внутри рамы (1, 2) размещены два опорных обода (6) определяющих закон изменения длин рычагов, и их моментов вращения, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы (8) с осевыми наконечниками (10) и четным числом комбинированных рычагов с лопастями. Комбинированные рычаги состоят из жестко закрепленных на ступице (8) реек (14) с секциями лопастей (16) и смещающимися парными рейками (15) с секциями лопастей (17) на их концах. В зависимости от фазы движения одни рычаги с их лопастями способны уменьшаться по длине, а противоположные им рычаги и лопасти - увеличиваться по длине. Результирующий момент вращения на оси ротора зависит от соотношения положительного и тормозящего моментов вращения. Ветроколесо снабжено аэродинамическим регулятором скорости вращения ротора.

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра для 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 невысокая эффективность преобразования энергии течений во вращающий момент на оси ротора и отсутствие устройства регулирования скорости вращения ротора.

Технический результат заключается в повышении вращающего момента на оси ротора ветроколеса за счет использования смещенной оси вращения ротора и комбинированных рычагов, уплотнения потока ветра для лопастей с спутным движением, в применении устройств аэродинамического регулирования скорости вращения ротора ветроколеса.

Технический результат достигается тем, что ветроколесо содержит статор из скрепленных по боковым сторонам рам с обтекателем и ветрозаборниками, размещенные внутри рам вертикально по боковым сторонам соосно два опорных обода, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы, четным числом рычагов и лопастями. Особенностью является то, что каждый из опорных ободов в своей плоскости имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально, по которой смещена ось вращения ротора, а форма его образующей выбрана такой, чтобы расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей опорного обода с прямой, проходящей через ось 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 на концах поперечных консольных планок. 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, имеющим возможность перемещаться в отверстиях в ступице при вращении ротора. Длина каждой жестко закрепленной на ступицы 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 длины реек, жестко закрепленных на ступице. Каждая из лопастей содержит по две способных сдвигаться или раздвигаться секции, одна из которых размещена на жестко закрепленных на ступице рейках по их длине, а другая секция размещена 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 опорных ободов, способных смещать, в зависимости от фазы движения, парные рычажные рейки по отверстиям в ступице при вращении ротора, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов и лопастей и их моментов вращения. Статор снабжен подпружиненным обтекателем, размещенным над лопастями, находящимися сверху оси вращения ротора и размещенные на боковых сторонах рам спереди и ниже оси вращения ротора подпружиненные водозаборники с углом раскрыва не более 60°. На обтекателе сверху козырька закреплен горизонтально отрезок крыла с аэродинамическим профилем, выпуклостью вверх, а на внутренних боковых сторонах ветрозаборников спереди вертикально закреплены отрезки крыла с аэродинамическим профилем, выпуклостью во внутрь, которые являются

элементами аэродинамического регулятора скорости вращения ротора при высоких скоростях и штормовых порывах ветра.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроколесо со смещенной осью вращения, комбинированными рычагами и аэродинамическим регулятором скорости вращения ротора в сечениях и разрезах.

Ветроколесо (фиг.1) имеет статор из скрепленных по боковым сторонам рам 1, 2 с обтекателем 3 и ветрозаборниками 4, 5. Внутри рам 1, 2 размещены вертикально по их боковым сторонам соосно два опорных обода 6, 7, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы 8 с отверстиями 9, осевыми наконечниками 10, установленными в подшипниках 11. Каждый из расположенных соосно опорных ободов 6, 7 в их плоскостях имеет одну ось симметрии, проходящую вертикально через ось вращения ротора, которая смещена по оси симметрии в одну из сторон. В предложенной полезной модели ось вращения ротора смещена вверх по оси симметрии того и другого ободов 6, 7. Форма каждого из опорных ободов 6, 7 выбрана такой, чтобы расстояние L между двумя точками пересечения К, К внутренней образующей опорного обода 6 или 7 с прямой, проходящей через ось вращения ротора, при любом угле наклона было постоянным и равно расстоянию между точками соприкосновения внутренней поверхности опорного обода 6 или 7 с противолежащими упорными роликами 12, установленных на концах поперечных консольных планок 13. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных по окружности ступицы 8 на ее краях четного числа пар реек 14 и параллельных им парных рычажных реек 15. Парные рычажные рейки 15 имеют возможность перемещаться в отверстиях 9 в ступице 8 при вращении ротора. Длина F каждой жестко закрепленной на ступице 8 рейки 14 меньше минимального расстояния L₁ между осью вращения ротора и опорным ободом 6 или 7, а длина L₁+L₂, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 9 в ступице 8, парных рычажных реек 15 более чем в два раза больше длины F реек 14,

жестко закрепленных на ступице 8. Каждая из лопастей содержит по две способных сдвигаться или раздвигаться секции 16, 17, одна из которых - 16 размещена на жестко закрепленных на ступице 8 рейках 14 по их длине, а другая секция - 17 размещены на концах парных рычажных реек 15 и поперечных консольных планках 13, соединяющих консоли этих реек 15. Расстояние между параллельными парными рычажными рейками 15 и жестко закрепленными на ступице 8 рейками 14 выбрано таким, чтобы исключить препятствия смещению парных рычажных реек 15 в отверстиях 9 ступицы 8. Попарно связанные поперечными консольными планками 13, парные рычажные рейки 15 соответствующими секциями лопастей 16, 17 через упорные ролики 12, установленные на внешних сторонах поперечных консольных планок 13, опираются на внутреннюю поверхность опорных ободов 6, 7, способных смещать в зависимости от фазы движения парные рычажные рейки 15 по отверстиям 9 в ступице 8 при вращении ротора, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов и лопастей и их моментов вращения. С целью уменьшения тормозящего момента вращения и увеличения результирующего момента на оси ветроколеса, статор снабжен подпружиненным обтекателем 3 с козырьком 18, размещенным над лопастями, находящимися сверху от оси вращения ротора. В исходном состоянии обтекатель 3 удерживается пружиной 19, а под действием сильного ветра способен поворачиваться на оси 20. Максимальный угол поворота обтекателя 3 ограничивается упором 21. При малых скоростях ветра обтекатель 3, оставаясь в исходном состоянии, способен направлять часть потока ветра, падающего на козырек 18, на лопасти, находящиеся в горизонтальном положении спереди оси вращения ротора, усиливая положительный момент вращения. К увеличению положительного момента вращения ротора приводят размещенные на боковых сторонах рам 1, 2 спереди ниже оси вращения ротора подпружиненные ветрозаборники 4, 5, способные поворачиваться на осях 22, уменьшая угол раскрыва от 60° до 0°. В исходном состоянии ветрозаборники удерживаются пружинами 23,

которые стягивают кронштейны 24 и 25. Максимальный угол раскрыва ветрозаборников 4, 5 не должен превышать 60° и ограничивается упорами 26. На обтекателе 3 сверху козырька 18 на стойках 27 закреплен горизонтально отрезок крыла 28 с аэродинамическим профилем, выпуклостью вверх. На внутренних боковых сторонах ветрозаборников 4, 5 на стойках 29 спереди вертикально закреплены отрезки крыла 30 с аэродинамическим профилем, выпуклостью во внутрь, которые при больших скоростях и штормовых порывах ветра способны стягивать ветрозаборники, уменьшая площадь воздушного потока, воздействующего на лопасти, находящиеся ниже оси вращения ротора, уменьшая положительный момент вращения. Отрезок крыла 28 при штормовых порывах ветра - наоборот, способен открывать лопасти, находящиеся выше оси вращения ротора и движущиеся навстречу ветру, увеличивая тормозящий момент вращения. В результате осуществляется автоматическое регулирование скорости вращения ротора. Выбранная конструкция полезной модели позволяет достичь необходимых положительных качеств и преимущества перед прототипом.

1. Ветроколесо, содержащее статор из скрепленных по боковым сторонам рам с обтекателем и ветрозаборниками, размещенные внутри рам вертикально по боковым сторонам соосно два опорных обода, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы, четным числом рычагов с лопастями, отличающееся тем, что каждый из опорных ободов в своей плоскости имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально, по которой смещена ось вращения ротора, а форма его образующей выбрана такой, чтобы расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей опорного обода с прямой, проходящей через ось 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 на концах поперечных консольных планок.

2. Ветроколесо 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. Ветроколесо 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 длины реек, жестко закрепленных на ступице.

4. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что каждая из лопастей содержит по две способных сдвигаться или раздвигаться секции, одна из которых размещена на жестко закрепленных на ступице рейках по их длине, а другая секция размещена на концах парных рычажных реек и поперечных консольных планках, соединяющих консоли этих реек.

5. Ветроколесо 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 опорных ободов, способных смещать в зависимости от фазы движения парные рычажные рейки по отверстиям в ступице при вращении ротора, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов и лопастей и их моментов вращения.

6. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что статор снабжен подпружиненным обтекателем, размещенным над лопастями, находящимися сверху оси вращения ротора, и размещенными на боковых сторонах рам спереди ниже оси вращения ротора подпружиненными ветрозаборниками с углом раскрыва не более 60°.

7. Ветроколесо по п.6, отличающееся тем, что на обтекателе сверху козырька закреплен горизонтально отрезок крыла с аэродинамическим профилем, выпуклостью вверх, а на внутренних боковых сторонах ветрозаборников спереди вертикально закреплены отрезки крыла с аэродинамическим профилем, выпуклостью во внутрь, которые являются элементами аэродинамического регулятора скорости вращения ротора при высоких скоростях и штормовых порывах ветра.