Ветроводяное колесо

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра или воды для энергетических установок. Ветроводяное колесо содержит статор в виде рам (1, 2), размещенный внутри опорный обод (3), ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы (4), четное число комбинированных рычагов и составных лопастей, способных сдвигаться и раздвигаться, изменяя их эффективную площадь и соответственно - момент вращения. Закон изменения длины рычагов и площади лопастей, в зависимости от фазы движения ротора, определяется величиной смещения оси вращения ротора от центра опорного обода (3).

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра или воды для стационарных и мобильных ветроэнергетических и гидротехнических 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 ветроводяного колеса, увеличении его чувствительности к скорости ветра за счет использования смещенной оси вращения ротора колеса, изменяющейся длине рычагов и увеличении площади лопастей, создающих положительный вращающий момент, уменьшение веса и потерь на трение.

Технический результат достигается тем, что ветроводяное колесо содержит статор в виде каркаса из одной и 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. 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, имеющих возможность перемещаться в отверстиях в ступице при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены спереди парных рычажных реек, относительно направления вращения ротора. Парные рычажные рейки, проходящие через отверстия в ступице, опираются на парные опорные ролики, установленные между щечками вкладышей, закрепленных внутри ступицы с обеих сторон каждой рычажной рейки. 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.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроводяное колесо со смещенной осью вращения, комбинированными рычагами и составными лопастями; фиг.2 - вид вкладышей с опорными роликами.

Ветроводяное колесо (фиг.1) имеет статор в виде каркаса из одной и более рам 1, 2, размещенный внутри них вертикально по центру опорный обод 3, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы 4 с осевыми наконечниками 5, 6, четное число рычагов с размещенными на них лопастями. Опорный обод 3 охватывает ротор с рычагами и лопастями. Он имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально в его плоскости, по которой смещена ось вращения ротора. 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 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, 10. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов, в виде жестко закрепленных по окружности ступицы 4 на ее краях четного числа пар реек 11 и параллельных им парных рычажных реек 9, 10, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 12 в ступице 4 при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице 4 рейки 11 размещены спереди парных рычажных реек 9, 10 относительно направления вращения ротора. Парные рычажные рейки 9, 10, проходящие через отверстия 12 в ступице 4, опираются на парные опорные ролики 13, установленные между щечками 14 вкладышей 15 (см. фиг.2), закрепленных внутри ступицы 4 с обеих сторон каждой рычажной рейки 9, 10. Длина L₁ каждой, жестко закрепленной на ступице 4, рейки 11 меньше минимального расстояния между опорным ободом 3 и ступицей 4, а длина (L₁+L₂+D, где D - диаметр ступицы 4), имеющих возможность перемещаться в отверстиях 12 в ступице 4, парных рычажных реек 9, 10 более чем в четыре раза больше длины L₁ жестко закрепленных на ступице 4 реек 11. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из трех близких по длине, способных сдвигаться и раздвигаться, плоских секций, одни из которых - внутренние 16, закрепленные на концах, жестко закрепленных на ступице 4, реек 11 и с просветом между ними, другие - внешние 17, одинаковые по длине с внутренними секциями 16, закрепленные на обоих концах парных рычажных реек 9, 10 с внешней стороны и с просветами между ними , третьи - промежуточные секции 18, размещены между жестко закрепленными на ступице 4 рейками 11 и парными рычажными рейками 9, 10, способные смещаться вдоль них в пределах длины внутренней и внешней секций, для чего между парными рычажными рейками 9, 10 и рейками 11 установлен зазор 2, а промежуточные секции 18 имеют просвет между ними и парными рычажными рейками 9, 10 и между рейками 11. Попарно связанные поперечными консольными планками 8 парные рычажные рейки 9, 10 с соответствующими секциями лопастей 17 через упорные ролики 7, установленные на внешних сторонах по центру поперечных консольных планках 8, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода 3, способного смещать парные рычажные рейки 9, 10 по отверстиям в ступице 4, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, их лопастей и моментов вращения в зависимости от фазы движения ротора.

Упорные ролики 7 размещены между уголками 19, установленными на поперечных консольных планках 8, а опорный обод 3 закреплен на рамах 1, 2 с помощью стоек 20. Ограничение перемещения промежуточных секций 18 лопастей осуществляется с помощью хомутов 21, способных свободно перемещаться вдоль парных рычажных реек 9, 10 и реек 11.

1. Ветроводяное колесо, содержащее статор в виде каркаса из одной и более 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 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 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, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены спереди парных рычажных реек относительно направления вращения ротора.

3. Ветроводяное колесо по п.2, отличающееся тем, что парные рычажные рейки, проходящие через отверстия в ступице, опираются на парные опорные ролики, установленные между щечками вкладышей, закрепленных внутри ступицы с обеих сторон каждой рычажной рейки.

4. Ветроводяное 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 в отверстиях в ступице, парных рычажных реек более чем в четыре раза больше длины жестко закрепленных на ступице реек.

5. Ветроводяное колесо 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, размещены между жестко закрепленными на ступице рейками и парными рычажными рейками, способные смещаться вдоль них в пределах длины внутренней и внешней секций.

6. Ветроводяное 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.