RU207812U1 - Водяное колесо - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к гидромашиностроению, к электроэнергетике.Полезная модель представляет собой устройство, объединяющее в себе водяное колесо - механическое устройство для преобразования энергии движущийся воды (гидроэнергии) в энергию вращательного движения для того, чтобы на оси колеса можно было совершать работу и механический привод вращательного движения (например, в качестве ускоряющей передачи).Применена полезная модель (устройство) может быть в качестве привода электрического генератора на гидроэлектростанции, как составная часть привода на речном, морском транспорте, в гидродинамических передачах, в гидронасосах, для привода других различных узлов и механизмов.Водяное колесо содержит коаксильно установленные на опоре внешний, несущий ротор, т.е. барабан (7), и внутренний роторы. На наружной цилиндрической стороне барабана (7) установлены лопатки. Барабан и внутренний роторы взаимосвязаны планетарной передачей. Планетарная передача содержит основные звенья с одной общей осью вращения и вспомогательные звенья.Основные звенья: центральное зубчатое колесо (13), жестко установленное на внутреннем роторе по его оси; центральное неподвижное зубчатое колесо (16), жестко установленное на опоре (5) по оси роторов; водило, интегрированное в торцевую сторону барабана, ось водила совпадает с осью роторов.Вспомогательные звенья - три пары зубчатых колес (12) и (15), каждая пара на своей оси (11), оси (11) установлены под углом друг к другу, равным 120 градусов.Радиусы зубчатых колес (13) и (12), и внутренний радиус барабана (7) взаимозависимы как: сумма радиусов зубчатых колес (13) и (12) меньше или равна внутреннему радиусу барабана (7).Водяное колесо способно эффективно функционировать в потоке жидкости при его малых скоростях, и в ограниченном пространстве для размещения самого водяного колеса.Задача решена за счет повышения коэффициента использования энергии потока, за счет повышения мощности на выходном звене водяного колеса при использовании количественной составляющей потока входными звеньями - рабочими лопатками и увеличении частоты вращения выходного вала водяного колеса, за счет обеспечения возможности размещения повышающей/понижающей передачи в габаритах водяного колеса. 15 з.п. ф-лы.

Description

Полезная модель относится к гидромашиностроению, к электроэнергетике.

Полезная модель представляет собой устройство объединяющее в себе водяное колесо - механическое устройство для преобразования энергии движущийся воды (гидроэнергии) в энергию вращательного движения для того, чтобы на оси колеса можно было совершать работу и механический привод вращательного движения (например, в качестве ускоряющей передачи).

Для преобразования кинетической энергии рабочего тела (жидкости, воды) в механическую работу на валу, устройство может быть использовано автономно (без соплового аппарата), либо в конструкции лопаточной машины (турбины), как ее подвижная часть.

Устройство может быть использовано для обратного превращения энергии в движение, т.е. для превращения мощности внешнего двигателя в кинетическую энергию рабочего тела, например, в качестве движителя (гребного колеса) для привидения в движение судна. В этом случае, не вода приводит колесо в движение, а колесо используется для движения (за счет реактивной составляющей воды).

Применена полезная модель (устройство) может быть в качестве привода электрического генератора на гидроэлектростанции, как составная часть привода на речном, морском транспорте, в гидродинамических передачах, в гидронасосах, для привода других различных узлов и механизмов.

Горизонтальные осевые гидроагрегаты (прямоточные, погруженные), вертикальные гидроагрегаты - конструкции в которых может быть использована полезная модель. К погруженным относятся капсульные гидрогенераторы и шахтные с верховым и низовым расположением генератора.

Конструкция электрогенератора, который возможно использовать с полезной моделью может быть определена ее параметрами, которые в свою очередь зависят от природных условий в районе строительства гидроэлектростанции (параметров русла, напора воды и ее расхода, и др.).

Известно (RU 2702718, опубликовано: 09.10.2019, бюл. №28) «Прибрежная волновая электростанция». Устройство содержит парные роторы (ротор) связанные с водяным колесом и планетарный редуктор, который служит для повышения частоты вращения роторов.

Планетарный редуктор увеличивает линейные габариты и массу устройства, в том числе за счет дополнительной корпусной детали, что является недостатками.

Задачей заявленной полезной модели является водяное колесо способное эффективно функционировать в потоке жидкости при его малых скоростях, а также в ограниченном пространстве для размещения самого водяного колеса.

Задача достигается за счет повышения коэффициента использования энергии потока, за счет повышения мощности на выходном звене водяного колеса при использовании количественной составляющей потока входными звеньями - рабочими лопатками и увеличении частоты вращения выходного вала водяного колеса, за счет обеспечения возможности размещения повышающей/понижающей передачи в габаритах водяного колеса.

Задача достигается тем, что согласно полезной модели, водяное колесо, содержит коаксильно установленные на опоре внешний ротор, т.е. барабан 7 и внутренний ротор, на наружной цилиндрической стороне барабана установлены лопатки отличается тем, что

барабан и внутренний роторы взаимосвязаны планетарной передачей, которая содержит основные звенья с одной общей осью вращения -

центральное зубчатое колесо 13, жестко установленное на внутреннем роторе по его оси;

центральное неподвижное зубчатое колесо 16, жестко установленное на опоре 5 по оси роторов;

водило интегрированное в торцевую сторону барабана 7, ось водила совпадает с осью роторов;

вспомогательные звенья - набор одинаковых пар зубчатых колес 12 и 15, каждая пара на своей подвижной оси 11 вращения, представляет собой сателлит;

сумма радиусов зубчатых колес 13 и 12 меньше или равна (не более) внутреннему радиусу барабана 7.

опора может быть выполнена с возможностью регулирования по высоте, при этом опора может содержать две стойки, каждая из которых может быть телескопической, при этом, каждая стойка может содержать части, возможность относительного перемещения которых достигнута за счет привода, содержащего толкатели с поплавками;

каждая лопатка может быть выполнена с возможностью заполнения жидкостью, а также с возможностью опорожнения;

каждая лопатка может быть установлена ориентированной нормально к потоку;

количество лопаток отвечает условию возможности нахождения в потоке по меньшей мере лопатки;

вспомогательные звенья могут представлять собой три пары зубчатых колес 12 и 15, каждая пара на своей оси 11, оси 11 установлены под углом друг к другу, равным 120 градусов.

Таким образом возможно, что по количеству зубьев: центральное зубчатое колесо 13, жестко установленное на внутреннем роторе по его оси имеет восемь зубьев, а находящееся с ним в зацеплении зубчатое колесо 12 сателлита имеет 72 зуба; зубчатое колесо 15 сателлита имеет 16 зубьев, а находящееся с ним в зацеплении неподвижное зубчатое колесо 16 имеет 64 зуба.

каждая вращательная кинематическая пара может быть снабжена подшипником, предпочтительно герметичным подшипником качения;

каждый элемент водяного колеса может быть выполнен из материала:

долговременно, в воздухе, при атмосферном давлении от 640 до 820 мм рт.ст., при температуре от -20 до +70°С, при относительной влажности от 0,1 до 100% способного не поддаваться изменению заданной для изделия из него формы и размеров;

стойкого к воздействию веществ, способных менять химические и/или физические свойства материала, а именно, жидких сред, жидких сред под давлением;

внутренний ротор и барабан, опоры, лопатки могут быть выполнены из полимера, из поликетона;

центральное зубчатое колесо 13 может быть выполнено из металла, находящееся с ним в зацеплении зубчатое колесо 12 сателлита может быть выполнено из композитного материала, зубчатое колесо 15 сателлита может быть выполнено из металла, а находящееся с ним в зацеплении неподвижное зубчатое колесо 16 может быть выполнено из композитного материала;

при этом возможно, что центральное зубчатое колесо 13 выполнено из стали легированной хромом, находящееся с ним в зацеплении зубчатое колесо 12 сателлита выполнено из текстолита, зубчатое колесо 15 сателлита выполнено из стали легированной хромом, а находящееся с ним в зацеплении неподвижное зубчатое колесо 16 выполнено из текстолита.

Полезная модель поясняется:

фиг. 1 - водяное колесо, вид А; фиг. 2 - водяное колесо, вид А-А, где: ω₁ - угловая скорость барабана, ω₂ - угловая скорость внутреннего ротора, V - скорость потока; фиг. 3 - кинематическая схема планетарной передачи, где: Z - зубчатое колесо; фиг. 4 - кинематическая схема планетарной передачи, вид с торца; фиг. 5 - компоненты электрического генератора.

Водяное колесо, содержит опору, предпочтительно две стойки (опоры). Стойки могут быть выполнены с возможностью регулирования по высоте (длине). Например, телескопические стойки: каждая стойка содержит неподвижную часть 1, крепится у основания, и подвижную часть 2. Возможность относительного перемещения частей стойки может быть достигнута за счет привода, например, винтового с электроприводом, или толкателями 3 с поплавками 4.

Настойках (фиг. 1, на свободных концах частей 2) на опоре 5, предпочтительнее, в опорах 5 на оси 6 установлен барабан 7 (внешний ротор), который выполнен полым. На опорах 5 ось 6 установлена с возможностью вращения.

Ось 6 является выходным звеном и может быть использована для снятия с нее крутящего момента.

На внешней стороне барабана 7 закреплены спицы 8. На каждой спице 8 установлена полая лопатка 9. Количество лопаток соответствует количеству спиц. Также, лопатки могут быть установлены на барабане, на его наружной цилиндрической и/или торцевой сторонах и без спиц.

Каждая лопатка выполнена с возможностью заполнения жидкостью, а также с возможностью опорожнения. Для этого, каждая лопатка 9 на каждом своем конце имеет по меньшей мере по одному сквозному отверстию 10, соответственно, каждая лопатка имеет по меньшей мере два отверстия. Отверстие 10 может быть выполнено круглым, овальным, многоугольным, прямоугольным, треугольным, в виде прорези, любой другой формой.

В торцевой части барабана 7, установленном в опоре 14, установлены зубчатые колеса:

на оси 11 - жестко, параллельно друг другу установлены зубчатые колеса 12 и 15;

на оси (на валу) 6 - жестко установлено зубчатое колесо 13, на опоре 5 - жестко установлено зубчатое колесо 16,

таким образом, зубчатое колесо 13 и зубчатое колесо 16 установлены параллельно друг другу, имеют общую геометрическую ось вращения.

На торце барабана 7 ось (вал) 11 установлена с возможностью вращения. Ось 6 и ось 11 параллельны.

Зубчатое колесо 12 входит в зацепление с зубчатым колесом 13, зубчатое колесо 15 входит в зацепление с неподвижным зубчатым колесом 16.

Таким образом, установленный подвижно на оси 6 внешний ротор (т.е. барабан 7) и ось (вал) 6, которая в этом случае является внутренним ротором, связаны механической передачей вращательного движения, которую можно охарактеризовать как планетарную.

Планетарная передача - механическая передача вращательного движения, за счет своей конструкции способна в пределах одной геометрической оси вращения изменять, складывать и раскладывать подводимые угловые скорости и/или крутящий момент.

В заявленной полезной модели планетарная передача представляет собой набор взаимно-зацепленных зубчатых колес, часть из которых (13 и 16) имеет общую геометрическую ось 6 вращения, а другая часть (12 и 15) имеет подвижную ось 11 вращения. Ось 11 установлена на торце барабана 7, который как «водило» обеспечивает оси 11 возможность концентрического вращения вокруг оси 6.

Зубчатые колеса 13 и 16 на оси 6 всегда связаны друг с другом не напрямую, а через зубчатые колеса 12 и 15 установленные на подвижной оси 11.

Так как, зубчатые колеса 12 и 15 способны не только вращаться относительно зубчатых колес 13 и 16, но и обкатывать их, тем самым передавая поступательное движение на водило, все звенья планетарной передачи, на которые можно подавать/снимать мощность, получают возможность вращаться дифференциально, с тем лишь условием, что угловая скорость любого такого звена не абсолютно хаотична, а определяется угловыми скоростями всех остальных звеньев.

Частью опоры, для поддержки с заданной жесткостью оси, вала, внутреннего ротора, внешнего ротора, а также для фиксации в пространстве, для обеспечения вращения, качения с наименьшим сопротивлением каждая вращательная кинематическая пара может быть снабжена подшипником. Предпочтительно использование подшипников качения закрытого типа, герметичных, но могут применяться и другие подшипники, например, скольжения. По типу воспринимаемой нагрузки подходят радиальные и/или радиально-упорные, упорно-радиальные подшипники.

В заявленной полезной модели планетарная передача (планетарный механизм), основана на комбинации из трех основных звеньев и по меньшей мере одного вспомогательного звена.

Три основных звена с одной общей геометрической осью вращения это центральное подвижное зубчатое колесо 13, центральное неподвижное зубчатое колесо 16, водило (интегрировано в торец барабана 7).

Вспомогательное звено - зубчатые колеса 12 и 15 в паре на подвижной оси 11 вращения и подшипники, т.е. на водиле с возможностью концентрического вращения вокруг оси 6 зубчатого колеса 13 установлена подвижная ось 11 вращения.

Либо, вспомогательные звенья - набор одинаковых пар зубчатых колес 12 и 15, каждая пара на своей подвижной оси 11 вращения и подшипники, т.е. на водиле с возможностью концентрического вращения вокруг оси 6 зубчатого колеса 13 установлены подвижные оси 11 вращения. Предпочтительный вариант - три пары зубчатых колес 12 и 15, каждая пара на своей оси 11, которые установлены под углом друг к другу, равным 120 градусов.

Центральное зубчатое колесо 13 с внешними зубьями - солнечное (солнечная шестерня), установлено жестко на оси 6, и с возможностью вращения вместе с осью 6. Усилие может быть снято с солнечной шестерни, соответственно, с оси (с вала) 6.

Водило (интегрировано в торцевую часть барабана 7) является основой планетарного механизма. Для функционирования полезной модели в режиме водяного колеса барабан 7, соответственно, и водило получают вращение от внешнего источника (от потока жидкости).

Водило представляет собой рычажный механизм - то есть, такую пространственную вилку, ось «основания» которой совпадает с осью 6 самого планетарного механизма, а оси 11 «зубцов» с установленными на них сателлитами (зубчатыми колесами 12 и 15 в паре) концентрически вращаются вокруг нее в плоскости/плоскостях расположения центрального зубчатого колеса 13. Оси 11 «зубцов» - это и есть так называемые подвижные оси или оси сателлитов.

Сателлит представляет собой два соосных зубчатых колеса 12 и 15 с общей ступицей (на оси 11), т.е. пару зубчатых колес (или несколько пар таких колес) с внешними зубьями. При этом зубчатое колесо 12 сателлита находится в одновременном и постоянном зацеплении с центральным зубчатым колесом 13, а зубчатое колесо 15 сателлита находится в одновременном и постоянном зацеплении с неподвижным зубчатым колесом 16.

Количество сателлитов возможно от одного до шести (предпочтительно - три, при трех сателлитах нет нужды в уравновешивающем механизме) и точного значения для функциональности планетарного механизма не имеет.

Зубчатые колеса планетарного механизма могут быть любого известного типа: прямозубые, косозубые, червячные, шевронные, с круговыми зубьями. В общем случае, тип зацепления не важен и на принципиальную работу планетарной передачи влияния не оказывает.

Как пример: передаточное отношение i от водила Н (барабана 7) к центральному подвижному зубчатому колесу 13 (z₁₃)

, примем: z₁₂=72, z₁₃=8, z₁₅=16, z₁₆=64,

тогда:

z₁₂ - количество зубьев зубчатого колеса 12;

z₁₃ - количество зубьев зубчатого колеса 13; z₁₅ - количество зубьев зубчатого колеса 15; z₁₆ - количество зубьев зубчатого колеса 16;

Радиусы r₁₃ и r₁₂ соответственно, зубчатых колес 13 и 12, и внутренний радиус барабана 7 взаимозависимы как:

(r₁₃+r₁₂)≤R_бар.7.,

т.е. сумма радиусов зубчатых колес 13 и 12 меньше или равна внутреннему радиусу барабана 7.

R - внутренний радиус барабана 7.

Возможны различные варианты применения заявленной полезной модели для привода электрогенератора.

Например, внутренняя поверхность барабана 7 выполнена с возможностью для размещения на ней обмотки возбуждения, при этом, конструкцию барабан 7 с обмоткой возбуждения можно представить, как статор.

По оси 6 жестко установлен ротор 18. Конструкцией ротора 18 предусмотрена возможность размещения обмоток возбуждения. Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, называется обмоткой возбуждения якоря, или якорем возбудителя. Соответственно, по оси 6 предусмотрено размещение якоря.

Силовые обмотки и обмотки возбуждения могут быть смонтированы в пазы якоря и ротора.

Для создания потока возбуждения конструкцией устройства может быть предусмотрена как возможность установки электромагнитов (обмоток возбуждения), так и возможность установки постоянных магнитов.

Генераторы по типу выходного напряжения делятся на одно-, или трехфазные. Основное распространение в промышленности имеют трехфазные синхронные генераторы, в быту - однофазные.

Трехфазная система образована тремя одинаковыми обмотками, размещенными на якоре под электрическим углом друг к другу, равным 120 градусов.

Ниже (фиг. 5) описано возможное устройство электрического генератора способного функционировать с заявленным приводом.

На внутренней цилиндрической поверхности барабана 7 выложены неодимовые магниты 17. Магниты могут быть прикреплены на специально предназначенном для этого основании. Такая конструкция представляет собой вращающийся индуктор на постоянных магнитах.

Ротор 18 выполнен в виде якоря с обмоткой. Для снятия, возникающего ЭДС установлен коллектор 19 с токосъемными щетками 20. Возникающая в обмотке ротора ЭДС при относительных вращениях ротора и статора будет сниматься щетками с коллектора 19 к потребителю.

Устройство функционирует следующим образом.

Устройство размещают в поток жидкости лопатками 9. Поток жидкости воздействует на лопатки 9, поворачивая их. Движение, через спицы 8, при их наличии, относительно оси 6 передается барабану 7 который приводится во вращение в опорах.

Каждая лопатка 9, при погружении в жидкость, через отверстие 10 заполняется водой, что увеличивает массу лопатки. Заполнению полости лопатки способствует ее открытый противоположный торец.

Приращение массы увеличивает кинетическую энергию водяного колеса, что следует из выражения:

где: h - расстояние до оси вращения, ω - угловая скорость,

т.е. увеличение кинетической энергии происходит за счет увеличения момента инерции, через кинетический момент

К=Σm_o(mv), в частности, за счет приращения массы m.

Мультипликация и противоположность (бироторное) относительных движений барабана 7 и оси (вала) 6, соответственно, установленного на ней ротора, существенно увеличивает частоту вращения.

Материалы для изготовления элементов водяного колеса.

Элементы, детали водяного колеса могут быть изготовлены из полимера, пластика, термопласта, металла, дерева, из материала, обладающего светопропусканием.

Для каждого материала, соответственно изделия из этого материала, имеются свои допустимые (без изменения заданных характеристик изделия) для него условия эксплуатации. При этом одни из них допустимы долговременно, другие кратковременно.

Для решения поставленных задач водяное колесо следует рассматривать как твердое тело из любого, в том числе указанного, материала, возможного к применению.

Основные требования, а также в некоторых случаях дополнительные требования к материалам для изготовления элементов, деталей водяного колеса:

долговременно, в воздухе, при атмосферном давлении от 640 до 820 мм рт.ст., при температуре от -20 до +70°С, при относительной влажности от 0,1 до 100% способность не поддаваться изменению заданной для материала формы и размеров;

высокая прочность;

стойкость к водо-поглощению, т.е. низкая гигроскопичность; высокая устойчивость к истиранию;

хорошее сопротивление ползучести, даже при высоких температурах;

физиологическая безвредность для человека (при необходимости);

стойкость к воздействию веществ, способных менять химические и/или физические свойства материала, а именно, повышенная химическая стойкость, обуславливающая стабильность изделий под воздействием порошкообразных веществ, гелеобразных веществ, жидких сред, жидких сред под давлением, в том числе стерилизующих жидкостей (при необходимости);

стойкость к воздействию разбавленных, концентрированных кислот, щелочей (при необходимости);

стойкость к нагреванию до +110°С (при необходимости);

стойкость к воздействию горячей воды, пара (при необходимости);

способность выдерживать тепловую стерилизацию (в том числе, автоклавирование), радиационную стерилизацию без изменения химических и/или физических свойств (при необходимости);

инертность к загрязнителям (при необходимости);

отсутствие запаха (при необходимости);

Такими материалами являются в том числе полимеры, пластики, термопласты инженерно-технического назначения, конструкционные термопласты, изделия из них могут быть получены методом литья.

К ним относятся:

Полиамиды, в том числе, полиамид 11 (РАН), полиамид 12 (РА12), полиамид 12 1200 (PA12G), полиамид 66 (РА66).

Нейлон / Полиамиды.

Нейлон - синтетический полимер, изготавливаемый на основе полиамидов.

Детали, элементы водяного колеса могут быть изготовлены не из чистого полиамида, а из полимеров, полученных либо из смеси разных полиамидов, либо из смеси полиамидов с другими компонентами (полимеры этой группы называюттакже полиамидами, сополиамидами и гриламидами).

Детали, элементы водяного колеса, выполненные из нейлона (полиамида) -очень легкие и прочные, обладают устойчивостью к воздействию высоких и низких температур (не меняют свою форму), устойчивы к образованию царапин.

Литьевые термопластичные материалы, относящиеся по химическому составу к сложным полиэфирам (т.е. содержащие сложноэфирную группу) полибутилентерефталат (РВТ), поликарбонат (PC), термостойкий поликарбонат, сополикарбонат на основе бисфенола А и бисфенола ТМС (РС-НТ), пол ициклогександиметилентерефталат (полиэфир РСТ); Простые полиэфиры: полиацеталь (РОМ-Н; РОМ-С), РРО, МРРО, МРРЕ, РРО-m, PPO/PS, PPO/HIPS, PPE/SB.

Полипропилен (РР), полиэтилен высокомолекулярный (РЕ-5), полиметилпентен (РМР).

Поликетоны алифатические (РК), поликетон.

Относятся к группе кристаллизующихся материалов (высокая скорость кристаллизации). Выдерживают кратковременный нагрев до 180°С. Температура плавления: 220°С. Температура хрупкости: -20°С. Обладают высокой стойкостью к ударным нагрузкам, ползучести. Имеют высокую износостойкость. Не стойки к УФ-излучению. Обладают высокой химической и гидролитической стойкостью. Имеют очень высокую стойкость к автомобильному топливу (выше, чем у РОМ). Стойки к углеводородам, органическим растворителям, разбавленным кислотам и щелочам, растворам солей. Отличаются очень низкой газопроницаемостью.

Характеристики ненаполненных марок: плотность (при 23°С): 1.24 г/см³; предел текучести при растяжении (при 23°С): 60 Мпа; модуль упругости при изгибе (при 23°С): 1400 Мпа.

Стирольные пластики, например, полистирол синдиотаксический.

Относятся к металлоценовым материалам. Температура плавления: 260-270°С. Температура стеклования: около 100°С. Устойчивы к действию бензина, дизельного топлива антифризам, спиртам, растворам солей, разбавленным кислотам, щелочам и др. Очень стойки к воде. Имеют высокую размерную стабильность. Рекомендуются для точного литья. Хорошо перерабатываются. Обычно применяются в виде стеклонаполненных, угленаполненных и др. композиций.

Характеристики стеклонаполненных марок (30% стекловолокна):

плотность (23°С): 1.21-1.44 г/см³;

прочность при растяжении (при 23°С): 100-125 Мпа;

модуль упругости при растяжении (при 23°С): 7580-10000 Мпа.

Также возможны к применению ацетобутиратцеллюлозный и

ацетил целлюлозный этролы.

Для повышения физико-механических свойств возможна добавка 1-5% стеклянного волокна.

Ацетат целлюлозы. Пластмассы на основе ацетат целлюлозы (этролы) используют для изготовления прочных пластмасс.

Легкий и достаточно прочный, устойчив к механическим воздействиям при обычных температурах, легко обрабатывается.

Углеволокно (углеродное волокно, карбон) - композитный материал, состоящий из волокон углерода, которые соединены между собой эпоксидными смолами и/или другими полимерами (полиэстер, нейлон), также и для пара-арамидного волокна.

Для повышения прочности волокна материала переплетают между собой под определенным углом и добавляют в них полимерные волокна и эпоксидные смолы.

Также возможны к применению и другие композитные материалы, полимерные композитные материалы, относящиеся к: стеклопластикам, углепластикам, боропластикам, полимерам, наполненным порошками, текстадитам, композитные материалы с металлической матрицой, и др.

Композитные материалы клеевые (КМК) представляют собой стекло-, углепластики, изготовленные из клеевых препрегов на основе стекло- и угленаполнителей и клеевой матрицы с регулируемой прочностью и теплостойкостью путем определенной укладки каждого монослоя.

Пропионаты.

Этот тип полимеров по своим свойствам близок к ацетату целлюлозы. Детали водяного колеса можно получить литьем под давлением (методом инжекции).

Элементы, детали водяного колеса, выполненныеиз пропионата будетпрочнее, гибче и легче, чем элементы, детали водяного колеса, выполненные из ацетата целлюлозы.

Металлы.

В дополнение к требованиям, изложенным выше, основными возможными требованиями к металлам, к стали и сплавам для производства деталей водяного колеса, могут быть:

высокая стойкость к общей, местной, контактной коррозии, коррозии под напряжением; высокие механические свойства и в первую очередь большая усталостная прочность, временное сопротивление разрыву; однофазная стабильная структура.

Этим требованиям в различной мере отвечают:

хромоникелевые и хромоникельмолибденовые стали; сплавы кобальта, тантала, титана; никель, серебро, титан; стали мартенситного класса марки 20X13, стали мартенситно-ферритного класса - 12X13; латуни с покрытием из хрома и никеля; хромоникелевые стали аустенитного класса 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т; ферритные стали типа 1X17.

Для изготовления гибких элементов, элементов, которые должны обладать гибкостью (упругостью) водяного колеса можно использовать сталь, поставляемую по ГОСТ 9389-75.

Материалы для изготовления зубчатых колес.

Для изготовления зубчатых колес подходят материалы обладающие определенными технологическими и физическими свойствами. А именно, возможностью к обработке в холодном и горячем состоянии, иметь хорошую склонность к термообработке, обеспечить достаточную прочность при изгибе, высокую прочность поверхностного слоя зубьев и высокое сопротивление истиранию.

Так для изготовления зубчатых колес могут быть применены материалы:

- низкоуглеродистые стали 15; 20 и т.п;

- безникелевые легированные стали 20Х; 18ХГТ; 25ХГТ; 15ХФ и т.п.;

- сталь углеродистая марок Ст5, Ст6; сталь марок 35, 40, 45, 50, 55; 65Г, легированная сталь марок 12ХН3А, 30ХГС, 40Х, 35Х, 40ХН, 50Г; 45ХН, 35ХГСА и т.п.; сталь 35Л, 45Л, 55Л; и т.п.;

- хромоникелевые стали 12ХН3А; 20ХНМ; 18Х2Н4МА; 20X2Н4А, и т.п.;

Зубчатые колеса (зубья) из стали могут быть подвергнуты цементации, нитроцементации.

- серый чугун марок СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ40, чугун марок ВЧ50-2, ВЧ45-5; магниевый чугун с шаровидным графитом (по ГОСТ 1412-85)

- неметаллические материалы (текстолит марок ПТК, ПТ, ПТ-1,лигнофоль, бакелит, капрон, полиамид, ДСП-Г т.е. древесно-слоистые пластики, и др.).

Из полимеров, из пластмасс, из композитных материалов для изготовления зубчатых колес подходит текстолит (Е=6000…8000 МПа), текстолит на основе стеклоткани, лигнофоль (Е=10000…12000 МПа), а также полиамиды типа капрона.

В паре зубчатых колес одно из колес пары целесообразно выполнить из пластмассы или композитного материала.

Из-за сравнительно низкой нагрузочной способности пластмассовых колес их целесообразно применять в малонагруженных и кинематических передачах. Пластмассовые колеса обеспечивают бесшумную работу высокоскоростной передачи, при этом нет необходимости в высокой точности их изготовления. Пластмассовые колеса допускают возможность неточного расположения валов (нет общего жесткого корпуса). Эти колеса менее чувствительны к неточностям сборки и изготовления благодаря малой жесткости, материала. Таким образом предпочтительно чтобы, центральное зубчатое колесо 13 было выполнено из стали легированной хромом, находящееся с ним в зацеплении зубчатое колесо 12 сателлита было выполнено из текстолита; зубчатое колесо 15 сателлита было выполнено из стали легированной хромом, а находящееся с ним в зацеплении неподвижное зубчатое колесо 16 было выполнено из текстолита.

Claims (26)

1. Водяное колесо, содержащее коаксильно установленные на опоре внешний несущий ротор, выполненный как барабан, и внутренний ротор, на наружной стороне барабана установлены лопатки,

отличающееся тем, что

барабан и внутренний ротор взаимосвязаны планетарной передачей, которая содержит основные звенья с одной общей геометрической осью вращения -

центральное зубчатое колесо, жестко установленное на внутреннем роторе по его оси,

центральное неподвижное зубчатое колесо, жестко установленное на опоре по оси роторов,

водило, интегрированное в торцевую сторону барабана, ось водила совпадает с осью роторов,

вспомогательные звенья - набор одинаковых пар зубчатых колес, каждая пара на своей подвижной оси вращения, представляет собой сателлит,

радиусы центрального зубчатого колеса и находящегося с ним в зацеплении зубчатого колеса вспомогательного звена, и внутренний радиус барабана взаимозависимы как:

сумма радиусов центрального зубчатого колеса и находящегося с ним в зацеплении зубчатого колеса вспомогательного звена, не более внутреннего радиуса барабана.

2. Водяное колесо по п. 1, отличающееся тем, что опора выполнена с возможностью регулирования по высоте.

3. Водяное колесо по п. 2, отличающееся тем, что опора содержит две стойки, каждая из которых выполнена телескопической.

4. Водяное колесо по п. 3, отличающееся тем, что каждая стойка содержит части, возможность относительного перемещения которых достигнута за счет привода, содержащего толкатели и поплавки.

5. Водяное колесо по п. 1, отличающееся тем, что каждая лопатка выполнена с возможностью заполнения жидкостью, а также с возможностью опорожнения.

6. Водяное колесо по п. 1, отличающееся тем, что каждая лопатка ориентирована нормально к потоку.

7. Водяное колесо по п. 1, отличающееся тем, что количество лопаток отвечает условию возможности нахождения в потоке по меньшей мере лопатки.

8. Водяное колесо по п. 1, отличающееся тем, что вспомогательные звенья представляют собой три пары зубчатых колес, каждая пара на своей оси, оси установлены под углом друг к другу, равным 120 градусов.

9. Водяное колесо по п. 1, отличающееся тем, что центральное зубчатое колесо, жестко установленное на внутреннем роторе, по его оси имеет восемь зубьев, а находящееся с ним в зацеплении зубчатое колесо сателлита имеет 72 зуба; другое зубчатое колесо этого же сателлита имеет 16 зубьев, а находящееся с ним в зацеплении жестко установленное на опоре неподвижное зубчатое колесо имеет 64 зуба.

10. Водяное колесо по п. 1, отличающееся тем, что каждая вращательная кинематическая пара снабжена подшипником.

11. Водяное колесо по п. 10, отличающееся тем, что каждый подшипник выполнен герметичным.

12. Водяное колесо по п. 1, отличающееся тем, что каждый элемент водяного колеса выполнен из материала, отвечающего условиям нахождения:

долговременно, в воздухе, при атмосферном давлении от 640 до 820 мм рт.ст., при температуре от -20 до +70°С, при относительной влажности от 0,1 до 100%, способного не поддаваться изменению заданной для изделия из него формы и размеров;

стойкого к воздействию веществ, способных менять химические и/или физические свойства материала, а именно, жидких сред, жидких сред под давлением.

13. Водяное колесо по п. 12, отличающееся тем, что внутренний ротор, барабан, опоры, лопатки выполнены из полимера.

14. Водяное колесо по п. 13, отличающееся тем, что полимером для изготовления внутреннего ротора, барабана, опор, лопаток является поликетон.

15. Водяное колесо по п. 12, отличающееся тем, что центральное зубчатое колесо выполнено из металла, находящееся с ним в зацеплении зубчатое колесо сателлита выполнено из композитного материала, другое зубчатое колесо этого же сателлита выполнено из металла, а находящееся с ним в зацеплении жестко установленное на опоре,неподвижное зубчатое колесо выполнено из композитного материала.

16. Водяное колесо по п. 15, отличающееся тем, что центральное зубчатое колесо выполнено из стали, легированной хромом, находящееся с ним в зацеплении зубчатое колесо сателлита выполнено из текстолита, другое зубчатое колесо этого же сателлита выполнено из стали, легированной хромом, а находящееся с ним в зацеплении жестко установленное на опоре неподвижное зубчатое колесо выполнено из текстолита.

Images