Ветроводяное колесо

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра или воды. Ветроводяное колесо содержит статор в виде каркаса из рам (1, 2), размещенный внутри них вертикально по центру опорный обод (3), ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы 4, с четным числом комбинированных рычагов с трехсекционными лопастями, одни из которых выполнены в виде лопастей Савониуса (16), две другие секции 17 и 18 имеют плоскую форму и способны сдвигаться и раздвигаться, изменяя эффективную площадь лопастей. Конфигурация опорного обода (3) и величина смещения оси вращения ротора определяют соотношение длин противолежащих рычагов, лопастей и соотношение положительного и тормозящего моментов вращения.

Полезная модель относится к преобразователям энергии воды и ветра для стационарных и мобильных ветроэнергетических и речных 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 увеличению эффективной площади лопастей, создающих положительный вращающий момент, уменьшение веса ветроводяного колеса, уменьшении тормозящего момента вращения, снижении потерь на трение.

Технический результат достигается тем, что ветроводяное колесо содержит статор в виде каркаса из одной или нескольких 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 составными 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 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 за парными рычажными рейками, 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 три 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, выполненные в виде горизонтально расположенных лопастей Савониуса, закреплены выпуклостью по направлению вращения ротора на концах каждой пары, жестко закрепленных на ступице, реек, другие - внешние, одинаковые по длине с внутренними секциями, закреплены на обоих концах парных рычажных реек с внешней стороны и с просветами между ними, третьи - промежуточные, 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 трехсекционными лопастями; фиг.2 - расположение парных рычажных реек между опорными роликами внутри ступицы ротора; фиг.3 - вид трехсекционных лопастей с торцевой стороны.

Ветроводяное колесо (фиг.1) имеет статор в виде каркаса из двух 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, с четным числом рычагов и размещенными на них составными лопастями. Опорный обод 3, охватывающий ротор с рычагами и лопастями, имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально в его плоскости, по которой смещена ось вращения ротора. В предложенной полезной модели это смещение выбрано вверх от центра 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 а 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, имеющим возможность перемещаться в отверстиях в ступице 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 три 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 16 - внутренние, выполненные в виде горизонтально расположенных лопастей Савониуса (16), закреплены выпуклостью по направлению вращения ротора на концах каждой пары, жестко закрепленных на ступице 4, реек 11, другие 17- внешние, одинаковые по длине с внутренними секциями 16, закреплены на обоих концах парных рычажных реек 9, 10 с внешней стороны и с просветами 5 между ними, третьи секции 18 - промежуточные, размещены между жестко закрепленными на ступице 4 рейками 11 и парными рычажными рейками 9, 10, способные смещаться вдоль них в пределах длины внутренней 16 и внешней 17 секций. 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 12 в ступице 4, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, их лопастей и моментов вращения в зависимости от фазы движения ротора.

Упорные ролики установлены между уголками 19, установленными на поперечных консольных планках 8. Осевые наконечники 5, 6 ротора установлены в подшипниках 20, размещенных на боковых сторонах рамы 1. пределы смещения промежуточных секций 18 лопастей осуществляются хомутами 21, размещенными на концах секций 18 лопастей.

1. Ветроводяное колесо, содержащее статор в виде каркаса из двух 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 составными лопастями, отличающееся тем, что опорный обод, охватывающий ротор с рычагами и лопастями, 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 опарным ободом и ступицей, а длина имеющих возможность перемещаться в отверстиях в ступице парных рычажных реек более чем в три 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, выполненные в виде горизонтально расположенных лопастей Савониуса, закреплены выпуклостью по направлению вращения ротора на концах каждой пары жестко закрепленных на ступице реек, другие - внешние, одинаковые по длине с внутренними секциями, закреплены на обоих концах парных рычажных реек с внешней стороны и с просветами между ними, третьи - промежуточные, 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.