Ветроводяное колесо

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра или воды для энергетических установок. Ветроводяное колесо содержит статор в виде каркаса из рам (1, 2), опорный обод (3), размещенный внутри этих рам, ротор с горизонтальной осью вращения и четным числом комбинированных рычагов с двухсекционными лопастями, одни из которых выполнены в виде полых полуцилиндров (12), расположенных горизонтально. Ось вращения ротора смещена относительно середины оси симметрии опорного обода (3). Конфигурация опорного обода (3) и величина смещения оси вращения ротора определяют закон изменения моментов вращения противолежащих лопастей. Полуцилиндрическая форма секций (12) лопастей уменьшает тормозящий момент лопастей, движущихся навстречу ветру, увеличивая КПД преобразования энергии воды или ветра.

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра или воды 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 колеса, изменяющейся длине рычагов и увеличению площади лопастей, создающих положительный вращающий момент, уменьшение веса ветроколеса, уменьшении тормозящего момента вращения.

Технический результат достигается тем, что ветроводяное колесо содержит статор в виде каркаса из двух рам, перпендикулярно по боковым сторонам, 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. 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 паралленьных им парных рычажных реек, имеющих возможность перемещаться в отверстиях в ступице при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены за парными рачажными рейками, относительно направления вращения ротора. 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. Каждая из лопастей представляет собой комбанацию из двух одинаковых по длине секций, одни из которых, имеющие плоскую форму, закреплены на жестко закрепленных на ступице парных рейках по их длине, а другие секции, выполненные в виде горизонтально расположенных полых полуцилиндров, жестко закреплены выпуклостью по направлению вращения ротора на противоположных концах парных рычажный реек, скрепленных поперечными консольными планками. 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 двухсекционными лопастями.

Ветроводяное колесо (фиг.1) имеет статор в виде каркаса из двух рам 1, 2. Внутри рам 1, 2 вертикально и по центру размещен опорный обод 3 и ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы 4 с осевыми наконечниками 5 с четным числом рычагов и размещенными на них лопастями. Опорный обод 3 охватывает ротор с рычагами и лопастями. Он имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально в его плоскости. Ось вращения ротора пересекается с осью симметрии опорного обода 3 и смещена от середины этой оси симметрии. В предлагаемой полезной модели ось вращения ротора смещена вверх. Конфигурация опорног обода 3 в его плоскости выбрана такой, чтобы расстояние L между двумя точками пересечения К, К внутренней образующей опорного обода 3 с прямой КК, проходящей через центр оси вращения ротора, при любом угле наклона а этой прямой, было постоянно и равно расстоянию между точками соприкосновения К, К внутренней поверхности опорного обода 3 с противолежащими упорными роликами 6, установленными по центру на поперечных консольных планках 7, соединяющих консоли парных рычажных реек 8. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных по окружности ступицы 4 на ее краях четного числа пар реек 9 и параллельных им парных рычажных реек 8, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 10 в ступице 4 при вращении ротора. Жестко закрепленные на ступице рейки 9 размещены за парными рычажными рейками 8 относительно направления вращения ротора. Между проекциями реек 9 и парных рычажных реек 8 на вертикальную плоскость имеется зазор , который обеспечивает беспрепятственное перемещение парных рычажных реек 8 по отверстиям 10 в ступице 4 при вращении ротора. Длина L₂ каждой жестко закрепленной на ступице 4 рейки 9 меньше минимального расстояния между опорным ободом 3 и ступицей 4, а длина, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 10 в ступице 4, парных рычажных реек 8, более чем в три раза больше длины L₂ жестко закрепленных на ступице 4 реек 9. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из двух одинаковых по длине (L₁=L₂) секций 11 и 12, одни из которых 11, имеющие плоскую форму, закреплены на жестко закрепленных на ступице 4 парных рейках 9 по их длине, а другие секции 12, выполненные в виде горизонтально расположенных полых полуцилиндров, жестко закреплены, выпуклостью по направлению вращения ротора, на противоположных концах парных рычажных реек 8, скрепленных поперечными консольными планками 7. Попарно связанные поперечными консольными планками 7 парные рычажные рейки 8 с соответствующими секциями 12 лопастей через упорные ролики 6, установленные на внешних сторонах по центру поперечных консольных планок 7, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода 3, способного смещать парные рычажные рейки 8 по отверстиям 10 в ступице 4, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, их лопастей и моментов вращения в зависимости от фазы движения ротора при его вращении. Опорный обод 3 крепится на рамах 1, 2 с помощью уголков 13, а упорные ролики 6 установлены на поперечных консольных планках 7 между ушками 14, закрепленных на высших сторонах этих планок. Осевые наконечники 5 ступицы 4 установлены в подшипниках 15.

За счет выбранной формы секций 12 комбинированных лопастей, расположенных выше оси вращения ротора, уменьшается тормозящий момент вращения этих лопастей при встречном движении ветра и т.о. повышается результирующий положительный момент вращения ветроводяного колеса.

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 лопастями, отличающееся тем, 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.

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 за парными рычажными рейками относительно направления вращения ротора.

3. 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 три раза больше длины жестко закрепленных на ступице реек.

4. Ветроводяное колесо по п.1, отличающееся тем, что каждая из лопастей представляет собой комбинацию из двух одинаковых по длине секций, одни из которых, имеющие плоскую форму, закреплены на жестко закрепленных на ступице парных рейках по их длине, а другие секции, выполненные в виде горизонтально расположенных полых полуцилиндров, жестко закреплены выпуклостью по направлению вращения ротора на противоположных концах парных рычажных реек, скрепленных поперечными консольными планками.

5. Ветроводяное колесо по пп.1 и 2, 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.