Ветроколесо

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра для ветроэнергетических установок. Ветроколесо содержит статор в виде каркаса из двух рам (1, 2), ротор с горизонтальной осью вращения, как минимум, четыре двухсекционные лопасти, каждая из которых состоит из внутренней секции, выполненной из парусины и способной, подобно шторке, сдвигаться и раздвигаться, изменяя эффективную длину, и внешней секции из твердотельного материала, способной поворачиваться на угол от 0° до 90° в зависимости от фазы движения. Ось вращения ротора смещена относительно середины опорных ободов (3), размещенных внутри рам (1, 2) статора, конфигурация которых определяет закон изменения моментов вращения противолежащих лопастей. При спутном движении вращающий момент лопастей растет, при встречном - уменьшается, что приводит к увеличению КПД преобразования энергии ветра.

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 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 за счет использования асимметричности оси вращения ротора, изменяющейся длине рычагов в зависимости от фазы вращения и меняющейся эффективной площади противолежащих лопастей, что позволит увеличить положительный вращающий момент.

Технический результат достигается тем, что ветроколесо содержит статор в виде каркаса из двух рам, скрепленных перпендикулярно друг к другу по боковым сторонам, размещенные внутри рам рядом с боковыми сторонами пара опорных ободов, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками и, как минимум, четыре двухсекционные 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, установленные на их концах упорные ролики. Особенностью является

то, что каждый из опорных ободов имеет по одной вертикальной оси симметрии, по которой они смещены относительно оси вращения ротора, а расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей 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. Каждая из лопастей содержит две секции - внутреннюю, выполненную из парусины, и внешнюю, выполненную из легкого металла или композитного материала. Внутренние секции из парусины поперечными сторонами закреплены на ступице и дополнительных рейках, установленных на парных рычажных рейках на расстоянии, равном длине внешних секций лопастей от поперечных консольных планок, а продольные стороны которых могут свободно сдвигаться или раздвигаться на парных рычажных рейках. Внешние секции лопастей установлены на осях между парными рычажными рейками с возможностью поворота их на угол от 0° до 90°, отстоящих от внешних кромок секций на расстоянии, не превышающем половины длины этих секций. Парные рычажные рейки с лопастями, связанные поперечными консольными планками, через установленные на концах этих планок 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 внутренних секций противолежащих лопастей и их рычагов при его вращении, а внешние секции лопастей, в зависимости от фазы движения, могут вставать во флюгер.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроколесо с двухсекционными лопастями в разрезах.

Ветроколесо (фиг.1) имеет статор в виде каркаса из двух рам 1, 2, скрепленных перпендикулярно друг другу по боковым сторонам. Внутри рам

1, 2 закреплены соосно пара опорных ободов 3. Ротор с горизонтальной осью вращения представляет собой ступицу 4 с осевыми наконечниками 5, установленными в подшипниках 6 внутри вертикальной рамы 2. Ротор, размещенный выше средней линии рамы 2, содержит, как минимум, четыре двухсекционных лопасти, каждая из которых состоит из внутренней секции 7, 9, 11, 13, выполненных из парусины в виде шторок, и внешних твердотельных секций 8, 10, 12, 14, выполненных из легкого металла или композитного материала. Секции лопастей связаны с парными рычажными рейками 15, 16, которые свободно проходят через отверстия 17 в ступице 4. Консоли рычажных реек 15, 16 связаны жестко поперечными консольными планками 18, на концах которых с торцов установлены упорные ролики 19. Каждый из опорных ободов 3 имеет по одной оси симметрии, проходящей вертикально через ось ротора. Конфигурация их выбрана такой, чтобы отрезки КК прямых, проходящих в плоскости каждого опорного обода 3 через ось вращения ротора для пересечения с внутренними образующими опорных ободов 3, имели бы постоянную длину L при любом угле наклона , равную расстоянию между точками соприкосновения противолежащих относительно оси поворота ротора упорных роликов 19 с внутренней поверхностью опорных ободов 3. Внутренние секции 7, 9, 11, 13 лопастей поперечными сторонами закреплены на ступице 4 через посредство закрепленных на ней планок 20, по числу лопастей, и дополнительных рейках 21, установленных на парных рычажных рейках 15, 16 и закрепленных на них на расстоянии от поперечных консольных планок 18, равном длине внешних секций 8, 10, 12, 14. Продольные стороны парусиновых внутренних секций 7, 9, 11 и 13 лопастей, подобно шторкам, могут сдвигаться и раздвигаться на парных рычажных рейках 15, 16, для чего на них по обеим сторонам от середины размещены, способные свободно перемещаться, кольца 22, на которых подвешены внутренние секции 7, 9, 11, 13 лопастей продольными сторонами. Внешние твердотельные секции 8, 10, 12, 14 лопастей установлены на осях 23 между парными рычажными рейками

15, 16 с возможностью поворота их на угол от 0° до 90°. Поворотные оси 23 внешних секций 8, 10, 12, 14 лопастей отстоят от внешних кромок этих секций на расстоянии, не превышающем половины длины этих секций. Парные рычажные рейки 15, 16 с двухсекционными лопастями, связанные поперечными консольными планками 18 и установленными на их концах упорными роликами 19, упираются через эти ролики на внутреннюю поверхность опорных ободов 3, которые соосно смещены в одну сторону по оси их симметрии от оси вращения ротора, благодаря чему при повороте ротора изменяется длина рычагов и длина парусиновых внутренних секций 7, 9, 11, 13 лопастей, связанных с рычажными рейками 15, 16 и ступицей 4. Длина противолежащих внутренних секций лопастей и их рычагов способна изменяться с разными знаками. Внешние секции 8, 10, 12, 14 лопастей, в зависимости от фазы движения, могут вставать во флюгер, что происходит при движении лопастей навстречу ветру, и за счет чего уменьшается тормозящий момент вращения.

При выбранных размерах элементов ветроколеса в предложенной полезной модели в пределах L=L₂+L₁, L₂ =2L₁, R₃=L₁/2, R₁ =0,25 L₁, R₂=L₁, отношение величины положительного момента вращения М₂ к величине тормозящего (отрицательного) момента вращения M₁ составляет: M ₂/M₁=8, за счет чего достигается высокий КПД преобразования энергии ветра во вращающий момент. Выбранная конструкция предложенной полезной модели ветроколеса легче и меньше по размерам по сравнению с прототипом при той же чувствительности к скорости ветра.

1. Ветроколесо, содержащее статор в виде каркаса из двух рам, скрепленных перпендикулярно друг к другу по боковым сторонам, размещенные внутри рам рядом с боковыми сторонами пара опорных ободов, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками и, как минимум, четыре двухсекционные 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, установленные на их концах упорные ролики, отличающееся тем, что каждый из опорных ободов имеет по одной вертикальной оси симметрии, по которой они смещены относительно оси вращения ротора, а расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей 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 каждая из его лопастей содержит две секции - внутреннюю, выполненную из парусины, и внешнюю, выполненную из легкого металла или композитного материала.

3. Ветроколесо по п.2, отличающееся тем, что внутренние секции из парусины поперечными сторонами закреплены на ступице и дополнительных рейках, установленных на парных рычажных рейках на расстоянии, равном длине внешних секций лопастей от поперечных консольных планок, а продольные стороны которых могут свободно сдвигаться или раздвигаться на парных рычажных рейках.

4. Ветроколесо по п.2, отличающееся тем, что внешние секции лопастей установлены на осях между парными рычажными рейками с возможностью поворота их на угол от 0 до 90°, отстоящих от внешних кромок секций на расстоянии, не превышающем половины длины этих секций.

5. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что парные рычажные рейки с лопастями, связанные поперечными консольными планками, через установленные на концах этих планок упорные ролики опираются на внутреннюю поверхность опорных ободов, соосно смещенных относительно оси вращения ротора.

6. Ветроколесо по каждому из пп.1÷5, отличающееся тем, что за счет смещения опорных ободов относительно оси вращения ротора способна изменяться длина внутренних секций противолежащих лопастей и их рычагов при его вращении, а внешние секции лопастей, в зависимости от фазы движения, могут вставать во флюгер.