Ветроколесо

 

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра для ветроэнергетических установок. Ветроколесо содержит статор в виде каркаса из двух рам (1, 2), размещенный внутри этих рам (1, 2) опорный обод (3), ротор с горизонтальной осью вращения, четным числом комбинированных рычагов и трехсекционными лопастями. Ось вращения ротора смещена относительно середины по оси симметрии опорного обода (3). Комбинированные рычаги, благодаря смещению оси вращения, способны изменять длину, а трехсекционные лопасти способны сдвигаться и раздвигаться, в зависимости от фазы движения при вращении ротора, при этом увеличивается вращающий момент ветроколеса, что приводит к увеличению КПД преобразования энергии.

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 ротора колеса, изменяющейся длине рычагов и увеличению площади лопастей, создающих положительный вращающий момент, уменьшении веса ветроколеса.

Технический результат достигается тем, что ветроколесо содержит статор в виде каркаса из одной или более рам, размещенный внутри них вертикально по центру опорный обод, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками, четное число рычагов с размещенными на них, лопастями и обтекатель. Особенностью является то, что опорный обод имеет 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 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, имеющим возможность перемещаться в отверстиях в ступице при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены за парными рычажными рейками относительно направления вращения ротора. Длина каждой, жестко закрепленной на ступице, рейки меньше минимального расстояния между опорным ободом и ступицей, а длина, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 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, плоских секций, одни из которых - внутренние, закрепленные на концах, жестко закрепленных на ступице, реек с внешней стороны и с просветом между ними, другие - внешние, одинаковые по длине с внутренними секциями, закрепленные на обоих концах парных рычажных реек с внешней стороны и с просветами между ними, третьи - промежуточные секции, размещены между жестко закрепленными на ступице рейками и парными рычажными рейками, способные смещаться вдоль них в пределах длины внутренней и внешней секций. 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. Расположенные выше оси вращения лопасти со стороны ветра закрыты обтекателем, закрепленным на раме. Спереди обтекатель имеет козырек, способный направлять часть потока ветра на лопасти, находящиеся в горизонтальном положении перед осью вращения ротора, увеличивая его момент вращения.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроколесо со смещенной осью вращения, комбинированными рычагами и трехсекционными лопастями; рис.2 - вид трехсекционных лопастей с торцевой стороны.

Ветроколесо (фиг.1) имеет статор в виде каркаса из одной или более рам 1, 2. Внутри рам 1, 2 вертикально по центру размещен опорный обод 3, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы 4 с осевыми наконечниками 5, с четным числом комбинированных рычагов с размещенными на них трехсекционными лопастями и обтекатель 6. Опорный обод 3 имеет ось симметрии, расположенную вертикально в плоскости обода 3. Ось вращения ротора смещена по оси опорного обода 3. В предложенной полезной модели ось вращения ротора смещена вверх от середины линии симметрии опорного обода 3. Конфигурация опорного обода 3 в его плоскости выбрана такой, чтобы расстояние L между двумя точками К, К пересечения опорного обода 3 с прямой КК, проходящей через центр оси вращения ротора, при любом угле наклона этой прямой КК было постоянно и равно расстоянию 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 в отверстиях 11 в ступице 4. Рейки 10 размещены за парными рычажными рейками 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 в отверстиях 11 в ступице 4, парных рычажных реек 9 более чем в четыре раза больше длины L1 жестко закрепленных на ступице 4 реек 10. Между проекциями на вертикальной плоскости жестко закрепленных на ступице 4 реек 10 и парных рычажных реек 9 имеется зазор , обеспечивающий беспрепятственное перемещение парных рычажных реек 9 по отверстиям 11 в ступице 4 при вращении ротора. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из трех, близких по длине, способных сдвигаться и раздвигаться, плоских секций 12, 13 и 14. Секции 12 - внутренние, закреплены на концах, жестко закрепленных на ступице 4, реек 10 с внешней стороны и с просветом 5 между ними, обеспечивающим перемещение хомутов 15 (см. фиг.2) вдоль реек 10. Секции 13 - внешние, одинаковые по длине с внутренними секциями 12, закреплены на обоих концах парных рычажных реек 9 с внешней стороны и с просветом между ними, обеспечивающим перемещение хомутов 15 (см. фиг.2) вдоль парных рычажных реек 9. Секции 14 - промежуточные, размещенные между жестко закрепленными на ступице 4 рейками 10 и парными рычажными рейками 9, способны смещаться вдоль них в пределах внутренней 12 и внешней 13 секций. Секции 14 снабжены с обоих концов упорными хомутами 15, удерживающими секции 14 в промежутке между рейками 10 и рычажными рейками 9. Попарно связанные поперечными консольными планками 16 парные рычажные рейки 9 с соответствующими секциями 13 лопастей через упорные ролики 7, установленные на внешних сторонах по центру поперечных консольных планках 16, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода 3, способного 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 при вращении ротора.

Опорный обод 3 крепится на рамах 1, 2 с помощью уголков 17. Осевые наконечники 5 ступицы 4 установлены в подшипниках 18. Упорные ролики 7 размещены между ушками 19, закрепленных на поперечных консольных планках 16 и осях 20. Расположенные выше оси вращения лопасти со стороны ветра закрыты обтекателем 6, закрепленным на раме 1. Спереди обтекатель 6 имеет козырек 21, способный направлять часть потока ветра на лопасти, находящиеся в горизонтальном положении перед осью вращения ротора, увеличивая его момент вращения.

Выбранная форма опорного обода 3 и величина смещения оси вращения ротора определяет закон изменения длины рычагов, длины лопастей, их площади и величины вращающего момента ветроколеса, что позволяет получить увеличение КПД преобразователя энергии.

1. Ветроколесо, содержащее статор в виде каркаса из одной или более рам, размещенный внутри них вертикально по центру опорный обод, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками, четное число рычагов с размещенными на них лопастями и обтекатель, отличающееся тем, что опорный обод имеет 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 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. 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, имеющим возможность перемещаться в отверстиях в ступице при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены за парными рычажными рейками относительно направления вращения ротора.

3. Ветроколесо 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 в отверстиях в ступице парных рычажных реек более чем в четыре раза больше длины жестко закрепленных на ступице реек.

4. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что каждая из лопастей представляет собой комбинацию из трех близких по длине, способных сдвигаться и раздвигаться плоских секций, одни из которых - внутренние, закрепленные на концах, жестко закрепленных на ступице, реек с внешней стороны и с просветом между ними, другие - внешние, одинаковые по длине с внутренними секциями, закрепленные на обоих концах парных рычажных реек с внешней стороны и с просветами между ними, третьи - промежуточные секции, размещенные между жестко закрепленными на ступице рейками и парными рычажными рейками, способные смещаться вдоль них в пределах длины внутренней и внешней секций.

5. Ветроколесо по каждому из пп.1, 2 и 4, 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 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.

6. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что расположенные выше оси вращения лопасти со стороны ветра закрыты обтекателем, закрепленным на раме.

7. Ветроколесо по п.6, отличающееся тем, что спереди обтекатель имеет козырек, способный направлять часть потока ветра на лопасти, находящиеся в горизонтальном положении перед осью вращения ротора, увеличивая его момент вращения.



 

Похожие патенты:

 // 140001
Наверх