Ветроколесо

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра и может быть использована в ветроэнергетических установках. Ветроколесо содержит статор из одной или нескольких рам (1, 2), размещенным внутри их ротора с горизонтальной осью вращения, комбинированными рычагами, сдвигающимися и раздвигающимися лопастями. Изменение длины рычагов и лопастей происходит за счет смещения центра вращения ротора по оси симметрии опорных ободов (4), на внутреннюю поверхность которых опираются парные рычажные рейки (15) через упорные ролики (6) при вращении ротора. Каждая из лопастей состоит из двух секций (17, 18), сдвигающихся при движении на встречу ветру и раздвигающиеся при спутном движении ветра. Обе секции (17, 18) лопастей при движении на встречу ветру могут поворачиваться на своих осях (19, 20) на угол до 90°, приводя тормозящий момент вращения к нулевому значению. Повышение КПД преобразования энергии ветра во вращающий момент на валу ротора достигается применением ветрозаборников (3), размещенных по бокам рам (1, 2) впереди и ниже оси 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 элементов, увеличивающих площадь захвата воздушного потока.

Технический результат заключается в повышении вращающего момента на оси ротора ветроколеса за счет увеличения площади захвата воздушного потока и эффективного использования рычагов и лопастей.

Технический результат достигается тем, что ветроколесо содержит статор в виде одной или нескольких рам с ветрозаборниками, размещенные внутри этих рам вертикально рядом с боковыми сторонами соосно два опорных обода, ротор с горизонтальной осью вращения и четным числом рычагов и лопастей. 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 центральный отрезок оси с дисковыми флянцами с обеих сторон, осевые наконечники с флянцами и размещенные между ними соосно разделительные диски, скрепленные шпильками и размещенными на них в промежутках между разделительными дисками и флянцами по четыре опорных ролика в каждом промежутке, а число промежутков соответствует числу парных рычажных реек. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных на разделительных дисках по их окружности диаметрально противоположных парных рычажных отрезков, каждый из которых смещен относительно диаметра диска в противоположные стороны от него, число пар которых соответствует числу лопастей и четное число парных рычажных реек, размещенных в промежутках между разделительными дисками, имеющих возможность перемещаться между опорными роликами, установленными между разделительными дисками, параллельно парным рычажным отрезкам. Каждая из лопастей содержит две секции, одна из которых - внутренняя, размещенная на поворотных осях между парными рычажными отрезками, а вторая - внешняя, размещенная на поворотных осях внутри рамки, закрепленной на консолях парных рычажных реек, причем поворотные оси каждой внешней секции размещены рядом с их внешней стороной, а поворотные оси каждой внутренней секции отстоят от ее внешней стороны на расстоянии, равном одной четверти от ее длины и каждая из секций имеет возможность поворота на угол от 0° до 90°. Длина каждого из жестко закрепленных на разделительных дисках рычажных отрезков, как и длина каждой из установленных между ними внутренних секций лопастей и боковых сторон рамок, закрепленных на консолях парных рычажных реек, меньше минимального расстояния между опорными ободами и окружностями разделительных дисков, а длина парных рычажных реек, имеющих возможность свободно перемещаться между разделительными дисками, больше чем длина жестко закрепленных на них рычажных отрезков. Попарно связанные рамками с поперечными консольными планками парные рычажные рейки с соответствующими внешними 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 между опорными роликами при вращении ротора, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов и лопастей и их моментов вращения. Статор снабжен ветрозаборниками, размещенными на боковых сторонах рам впереди и ниже оси вращения ротора с углом раскрыва не более 60°.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроколесо со смещенной осью вращения и комбинированными рычагами; фиг.2 - ротор с разделительными дисками.

Ветроколесо (фиг.1) имеет статор в виде одной или нескольких рам 1, 2, с внешней стороны на боковых сторонах рам 1, 2 закреплены ветрозаборники 3, а внутри рядом с боковыми сторонами рам 1, 2 соосно закреплены два одинаковых опорных обода 4. Опорные ободы 4 закреплены на внутренних сторонах рам 1, 2 с помощью уголков 5. Внутри рам 1, 2 установлен ротор со смещенной горизонтальной осью вращения по линии симметрии опорных ободов 4. В предложенной полезной модели это смещение осуществлено вверх. Ротор имеет четное число рычагов с соответствующими лопастями. Каждый из опорных ободов 4 в своей плоскости имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально, по которой смещена ось вращения ротора, а форма каждого опорного обода 4 выбрана такой, что бы расстояние L между двумя точками пересечения К, К внутренней образующей опорного обода 4 с прямой КК, проходящей через ось вращения ротора, при любом угле а наклона этой прямой было постоянным и равно расстоянию между точками соприкосновения внутренней поверхности опорного обода 4 с противолежащими упорными роликами 6, установленными на концах поперечных консольных планках 7. Ротор содержит центральный отрезок оси 8 с дисковыми флянцами 9 с обеих сторон, осевые наконечники 10 и, размещенные между ними соосно, разделительные диски 11 (см. фиг.2), скрепленные шпильками 12. В промежутках между разделительными дисками 11 на шпильках 12 установлены опорные ролики 13, по четыре опорных ролика в каждом промежутке, а на остальных шпильках остановлены ограничительные втулки 14, определяющие расстояние а между соседними разделительными дисками 11. Число ограничительных дисков 11 на единицу больше числа парных рычажных реек 15. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных на разделительных дисках по их окружности диаметрально противоположных парных рычажных отрезков 16, каждый из которых смещен относительно диаметра диска в противоположные стороны от него на величину , число пар которых соответствует числу лопастей и четное число парных рычажных реек 15, размещенных в промежутках между разделительными дисками 11, имеющих возможность перемещаться между опорными роликами 13, установленными на шпильках 12 между разделительными дисками 11. Парные рычажные рейки 15 параллельны парным рычажным отрезкам 16. Каждая их лопастей состоит из двух секций 17, 18. Секции 17 - внутренние, которые размещены на поворотных осях 19 между опорными рычажными отрезками 16. Секции 18 - внешние, которые размещены на поворотных осях 20 внутри рамок 21, закрепленных на консолях парных рычажных реек 15. Чтобы при повороте секции 17 и 18 не создавали препятствий друг другу, поворотные оси 20 каждой внешней секции 18 размещены рядом с их внешней стороной, а поворотные оси 19 каждой внутренней секции 17 отстоят от ее внешней стороны на расстоянии L_л, равном одной четверти от длины секции 17. Каждая из секций 17 и 18 имеет возможность поворота от 0° до 90°. Длина каждого из жестко закрепленных на разделительных дисках 11 рычажных отрезков 16, как и длина L_л каждой из установленных между ними внутренних секций 17 лопастей и боковых сторон рамок 21, закрепленных на консолях парных рычажных реек 15, меньше минимального расстояния L₁ между опорными ободами 4 и окружностями разделительных дисков 11, а длина L ₂ парных рычажных реек, имеющих возможность свободно перемещаться между разделительными дисками 11 с опорными роликами 13, больше чем длина L₁ жестко закрепленных на них отрезков 16. Попарно связанные рамками 21 с поперечными консольными планками 7, парные рычажные рейки 15 с внешними секциями 18 лопастей через упорные ролики 6, установленные на внешних сторонах поперечных консольных планок 7, опираются на внутреннюю поверхность опорных ободов 4, которые, в зависимости от фазы движения, способны смещать парные рычажные рейки 15 между опорными роликами 13 при вращении ротора, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов R ₁ и R₂, лопастей и их моментов вращения. В предложенной полезной модели длина лопастей, находящихся ниже оси вращения ротора, в два раза больше, чем у лопастей, находящихся выше центра вращения ротора. За счет поворота секций 17 и 18 по ветру у лопастей, движущихся на встречу ветру, тормозящий момент будет близким к нулевому значению, а полезный момент вращения у лопастей, движущихся по ветру, будет максимальным. За счет этого достигается повышение КПД преобразования энергии ветра. Обратный разворот секций 17 и 18 предотвращают упоры 22, а максимальный угол поворота их ограничивается упорами 23. Размещенные по боковым сторонам рам 1,2 ветрозаборники 3 увеличивают площадь потока ветра, воздействующего на лопасти, создающие положительный момент вращения ротора, дополнительно повышает КПД ветроколеса.

1. Ветроколесо, содержащее статор в виде одной или нескольких рам с ветрозаборниками, размещенные внутри этих рам вертикально рядом с боковыми сторонами соосно два опорных обода, ротор с горизонтальной осью вращения и четным числом рычагов и лопастей, 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 центральный отрезок оси с дисковыми фланцами с обеих сторон, осевые наконечники с фланцами и размещенные между ними соосно разделительные диски, скрепленные шпильками и размещенными на них в промежутках между разделительными дисками и фланцами по четыре опорных ролика в каждом промежутке, а число промежутков соответствует числу парных рычажных реек.

3. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных на разделительных дисках по их окружности диаметрально противоположных парных рычажных отрезков, каждый из которых смещен относительно диаметра диска в противоположные стороны от него, число пар которых соответствует числу лопастей и четное число парных рычажных реек, размещенных в промежутках между разделительными дисками, имеющих возможность перемещаться между опорными роликами, установленными между разделительными дисками, параллельно парным рычажным отрезкам.

4. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что каждая из лопастей содержит две секции, одна из которых - внутренняя, размещенная на поворотных осях между парными рычажными отрезками, а вторая - внешняя, размещенная на поворотных осях внутри рамки, закрепленной на консолях парных рычажных реек, причем поворотные оси каждой внешней секции размещены рядом с их внешней стороной, а поворотные оси каждой внутренней секции отстоят от ее внешней стороны на расстоянии, равном одной четверти ее длины и каждая из секций имеет возможность поворота на угол от 0 до 90°.

5. Ветроколесо по п.3, отличающееся тем, что длина каждого из жестко закрепленных на разделительных дисках рычажных отрезков, как и длина каждой из установленных между ними внутренних секций лопастей и боковых сторон рамок, закрепленных на консолях парных рычажных реек, меньше минимального расстояния между опорными ободами и окружностями разделительных дисков, а длина парных рычажных реек, имеющих возможность свободно перемещаться между разделительными дисками, больше, чем длина жестко закрепленных на них рычажных отрезков.

6. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что попарно связанные рамками с поперечными консольными планками парные рычажные рейки с соответствующими внешними 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 между опорными роликами при вращении ротора, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов и лопастей и их моментов вращения.

7. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что статор снабжен ветрозаборниками, размещенными на боковых сторонах рам впереди и ниже оси вращения ротора с углом раскрыва не более 60°.