RU137062U1

RU137062U1 - Ветроводяное колесо

Info

Publication number: RU137062U1
Application number: RU2013132602/06U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Фёдорович Афанасьев; Дмитрий Владимирович Рябов; Линар Шамилевич Биктимиров
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2014-01-27

Abstract

Полезная модель относится к преобразователям энергии воды или ветра, может быть использована в энергетических установках на суше, на воде и под водой. Ветроводяное колесо содержит раму, размещенный внутри нее ротор со смещенной осью вращения, опорный обод, передняя половина которого со стороны потока воды или ветра выполнена из ферромагнитного материала, подвижные рычажные пары, с размещенными на них в подрамниках лопастями и торцевыми опорными роликами. Спереди опорных роликов, по направлению вращения ротора, на каждом подрамнике с лопастями закреплены постоянные магниты, обращенные любым из магнитных полюсов к опорному ободу. За счет притяжения постоянных магнитов к опорному ободу спереди колеса, противолежащие ролики, при прокате по задней половине опорного обода, не испытывают тормозящего усилия на них со стороны обода, который может быть по причине наклона касательной к ободу в точке его соприкосновения с опорными роликами навстречу движению опорных роликов, за счет чего достигается снижение потерь результирующего вращающего момента при вращении ротора.

Description

Полезная модель относится к преобразователям энергии потока воды или ветра и может быть использована в ветроэнергетических установках для автономного энергоснабжения потребителей.

Известно устройство, работающее на основе использования энергии воды или ветра, содержащее, как и предлагаемое устройство, раму, размещенный внутри нее ротор в виде колеса со смещенной осью вращения, опорный обод, лопасти, размещенные в подрамниках, закрепленных на концах спаренных рычажных реек, через опорные ролики опирающихся изнутри на опорный обод (см. патент RU 81266 U1, опубл. 10.03.2009 Бюл. №7) прототип.

Недостатком прототипа являются потери при преобразовании энергии потока воды или ветра в крутящий момент за счет тормозящего усилия со стороны опорного обода, действующего при прокате опорных роликов по его половине с подветренной стороны.

Технический результат заключается в устранении указанного недостатка за счет уменьшения сил давления на опорный обод со стороны перемещающихся в продольном направлении спаренных рычажных реек при вращении ротора.

Технический результат достигается тем, что ветроводяное колесо содержит раму, ротор с осью и четным числом лопастей, как минимум четырех или более, размещенных в подрамниках, закрепленных на концах спаренных рычажных реек, свободно проходящих через отверстия в оси, перемещающихся при вращении ротора, опорный обод, размещенный в плоскости, перпендикулярной оси ротора, закрепленный сверху и снизу внутри рамы по ее середине, имеющий ось симметрии, по которой он смещен относительно оси вращения ротора, а расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей опорного обода с прямой, проходящей через центр оси ротора, при любом угле наклона этой прямой постоянно и равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих роликов с внутренней поверхностью опорного обода, опорные ролики спаренных рычажных реек, размещенные посередине поперечных планок подрамников с внешней стороны и опирающихся на внутреннюю поверхность опорного обода.

Особенностью является то, что одна половина опорного обода, обращенная навстречу потоку воды или ветра, выполнена из ферромагнитного материала, а вторая половина опорного обода и подрамники с лопастями выполнены из диамагнитного материала, например из дюраля или композитных материалов. На внешних поперечных планках каждого из подрамников с лопастями, спереди по направлению вращения ротора, перпендикулярно осям опорных роликов в плоскости опорного обода, магнитными полюсами к опорному ободу размещены по одному или несколько постоянных магнитов из редкоземельных элементов с минимально возможным зазором между внутренней поверхностью опорного обода и магнитными полюсами постоянных магнитов, обеспечивающими свободный прокат опорных роликов по внутренней поверхности опорного обода в процессе вращения ротора.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг. 1 - конструкция ветроводяного колеса (вид сбоку); фиг. 2 - фрагмент осевого узла ветроводяного колеса со смещенной осью вращения; фиг. 3 - фрагмент узла с постоянным магнитом; фиг. 4 - векторная диаграмма сил, действующих на рычаги с размещенными на них лопастями, приведенных к оси опорных роликов, опирающихся на внутреннюю поверхность половины опорного обода, находящейся с подветренной стороны.

Ветроводяное колесо (фиг. 1) содержит раму 1, ротор с осью 2 и четным числом лопастей 3, как минимум четырех или более, размещенных в подрамниках 4, закрепленных на концах спаренных рычажных реек 5, свободно проходящих через отверстия 6 в оси 2 (см. фиг. 2), перемещающихся при вращении ротора, опорный обод 7, размещенный в плоскости, перпендикулярной оси 2 ротора, закрепленный сверху и снизу внутри рамы 1 по ее середине, имеющий ось симметрии, по которой он смещен относительно оси 2 вращения ротора, а расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей опорного обода 7 с прямой КС, проходящей через центр оси 2 ротора, при любом угле а наклона этой прямой постоянно и равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих опорных роликов 8 с внутренней поверхностью опорного обода 7, опорные ролики 8 спаренных рычажных реек 5, размещенные посередине поперечных планок 9 подрамников 4 с внешней стороны и опирающихся на внутреннюю поверхность опорного обода 7. Одна половина опорного обода 7, обращенная навстречу потоку воды или ветра, выполнена из ферромагнитного материала, а вторая половина опорного обода 7 и подрамники 4 с лопастями 3 выполнены из диамагнитного материала, например из дюраля или композитных материалов. На внешних сторонах поперечных планок 9 каждого из подрамников 4 с лопастями 3, спереди по направлению вращения ротора, перпендикулярно осям 10 опорных роликов 8 в плоскости опорного обода 7, магнитными полюсами к опорному ободу 7 размещены по одному или несколько постоянных магнитов 11 из редкоземельных элементов с минимально возможным зазором Δ (см. фиг. 3) между внутренней поверхностью опорного обода 7 и магнитными полюсами постоянных магнитов 11, обеспечивающим свободный прокат опорных роликов 8 по внутренней поверхности опорного обода в процессе вращения ротора.

Ветроводяное колесо с постоянными магнитами 11 на консолях рычажных элементов работает следующим образом.

Одной из особенностей ветроводяного колеса со смещенной осью 2 вращения является то, что опорный обод 7 по своей форме отличается от окружности, в результате чего угол β между каждой из спаренных рычажных реек 5 и касательной 12 к опорному ободу 7 (см. фиг. 4) в точке их соприкосновения при любом положении спаренных рычажных реек 5, за исключением положения по оси симметрии ротора, отличается от 90°. Это приводит к тому, что на опорные ролики 8, находящиеся с подветренной стороны, со стороны опорного обода 7 действует сила F_T торможения, создающая тормозящий момент кручения M_T=F_T·R, где R - длина вращающего рычага. Сила F_M притяжения постоянных магнитов к опорному ободу 7 из ферромагнитного материала, находящихся со стороны ветра, противодействует силе F_P действия спаренных рычажных реек 5 на опорный обод 7, что приводит в конечном итоге к уменьшению силы F_Т тормозящего момента. В результате сила F_KP=F_B-F_T, создающая полезный крутящий момент, увеличивается.

При выборе постоянных магнитов 11 с высокой силой F_М притяжения (F_M>F_P), где F_P определяется массой лопастей 3 с подрамниками 4 и спаренными рычажными рейками 5, потери в моменте кручения могут быть сведены к минимуму, что недостижимо в прототипе.

Claims

1. Ветроводяное колесо, содержащее раму, ротор с осью и четным числом лопастей, как минимум четырех или более, размещенных в подрамниках, закрепленных на концах спаренных рычажных реек, свободно проходящих через отверстия в оси, перемещающихся при вращении ротора, опорный обод, размещенный в плоскости, перпендикулярной оси ротора, закрепленный сверху и снизу внутри рамы по ее середине, имеющий ось симметрии, по которой он смещен относительно оси вращения ротора, а расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей опорного обода с прямой, проходящей через центр оси ротора, при любом угле наклона этой прямой постоянно и равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих роликов с внутренней поверхностью опорного обода, опорные ролики спаренных рычажных реек, размещенные посередине поперечных планок подрамников с внешней стороны и опирающихся на внутреннюю поверхность опорного обода, отличающееся тем, что одна половина опорного обода, обращенная навстречу потоку воды или ветра, выполнена из ферромагнитного материала, а вторая половина опорного обода и подрамники с лопастями выполнены из диамагнитного материала, например из дюраля или композитных материалов.

2. Ветроводяное колесо по п.1, отличающееся тем, что на поперечных планках каждого из подрамников с лопастями, спереди по направлению вращения ротора, перпендикулярно осям опорных роликов в плоскости опорного обода, магнитными полюсами к опорному ободу размещены по одному или несколько постоянных магнитов из редкоземельных элементов с минимально возможным зазором между внутренней поверхностью опорного обода и магнитными полюсами постоянных магнитов, обеспечивающим свободный прокат опорных роликов по внутренней поверхности опорного обода в процессе вращения ротора.