RU84072U1

RU84072U1 - WIND WHEEL

Info

Publication number: RU84072U1
Application number: RU2008152721/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Фёдорович Афанасьев; Татьяна Владимировна Афанасьева
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2009-06-27

Abstract

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра для ветроэнергетических установок. Ветроколесо содержит статор в виде каркаса из двух рам (1, 2), ротор с горизонтальной осью вращения, как минимум, четыре двухсекционные лопасти, каждая из которых состоит из внутренней секции, выполненной из парусины и способной, подобно шторке, сдвигаться и раздвигаться, изменяя эффективную длину, и внешней секции из твердотельного материала, способной поворачиваться на угол от 0° до 90° в зависимости от фазы движения. Ось вращения ротора смещена относительно середины опорных ободов (3), размещенных внутри рам (1, 2) статора, конфигурация которых определяет закон изменения моментов вращения противолежащих лопастей. При спутном движении вращающий момент лопастей растет, при встречном - уменьшается, что приводит к увеличению КПД преобразования энергии ветра.The utility model relates to wind energy converters for wind power plants. The wind wheel contains a stator in the form of a frame of two frames (1, 2), a rotor with a horizontal axis of rotation, at least four two-section vanes, each of which consists of an inner section made of canvas and able, like a curtain, to move and move apart, changing effective length, and an external section of solid-state material, capable of turning through an angle from 0 ° to 90 ° depending on the phase of movement. The axis of rotation of the rotor is offset relative to the middle of the supporting rims (3) located inside the frames (1, 2) of the stator, the configuration of which determines the law of change in the moments of rotation of the opposing blades. With tangled motion, the rotational moment of the blades increases, with counter motion it decreases, which leads to an increase in the efficiency of conversion of wind energy.

Description

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра для ветроэнергетических установок.The utility model relates to wind energy converters for wind power plants.

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.A device based on the use of wind or water energy is known, containing, like the proposed device, a rotor with an axis of rotation, levers with blades placed on rotary axes, creating a torque for an electric generator kinematically connected with the axis of rotation of the rotor of the converter. In the known device, the levers are rigidly fixed on the axis of rotation of the rotor (see patent RU No. 2168652), prototype.

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.The disadvantage of the prototype is the low efficiency of converting the energy of currents into torque on the axis of the rotor, due to the use of only half the wheel, and the increase in torque is associated with the need to increase the size, weight, cost of the Converter.

Технический результат заключается в повышении вращающего момента на оси ротора ветроколеса за счет использования асимметричности оси вращения ротора, изменяющейся длине рычагов в зависимости от фазы вращения и меняющейся эффективной площади противолежащих лопастей, что позволит увеличить положительный вращающий момент.The technical result consists in increasing the torque on the axis of the rotor of the wind wheel due to the use of the asymmetry of the axis of rotation of the rotor, changing the length of the levers depending on the phase of rotation and changing the effective area of opposing blades, which will increase the positive torque.

Технический результат достигается тем, что ветроколесо содержит статор в виде каркаса из двух рам, скрепленных перпендикулярно друг к другу по боковым сторонам, размещенные внутри рам рядом с боковыми сторонами пара опорных ободов, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками и, как минимум, четыре двухсекционные лопасти, связанные с парными рычажными рейками, свободно проходящими через отверстия в ступице, способными перемещаться при вращении ротора, поперечные консольные планки, связывающие консоли парных рычажных реек, установленные на их концах упорные ролики. Особенностью является The technical result is achieved by the fact that the wind wheel contains a stator in the form of a frame of two frames fastened perpendicular to each other on the sides, inside the frames next to the sides of the pair of support rims, a rotor with a horizontal axis of rotation in the form of a hub with axial tips and, as at least four two-section vanes connected with paired lever rails freely passing through the holes in the hub, capable of moving when the rotor rotates, transverse cantilever bars connecting the pair consoles s arm rails mounted on the ends of their pressure rollers. Feature is

то, что каждый из опорных ободов имеет по одной вертикальной оси симметрии, по которой они смещены относительно оси вращения ротора, а расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей опорного обода с прямой, проходящей в плоскости опорного обода через ось вращения ротора, при любом угле наклона этой прямой равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих относительно оси вращения ротора упорных роликов с внутренней поверхностью опорного обода и постоянно по величине. Каждая из лопастей содержит две секции - внутреннюю, выполненную из парусины, и внешнюю, выполненную из легкого металла или композитного материала. Внутренние секции из парусины поперечными сторонами закреплены на ступице и дополнительных рейках, установленных на парных рычажных рейках на расстоянии, равном длине внешних секций лопастей от поперечных консольных планок, а продольные стороны которых могут свободно сдвигаться или раздвигаться на парных рычажных рейках. Внешние секции лопастей установлены на осях между парными рычажными рейками с возможностью поворота их на угол от 0° до 90°, отстоящих от внешних кромок секций на расстоянии, не превышающем половины длины этих секций. Парные рычажные рейки с лопастями, связанные поперечными консольными планками, через установленные на концах этих планок упорные ролики опираются на внутреннюю поверхность опорных ободов, соосно смещенных относительно оси вращения ротора. За счет смещения опорных ободов относительно оси вращения ротора способна изменяться длина внутренних секций противолежащих лопастей и их рычагов при его вращении, а внешние секции лопастей, в зависимости от фазы движения, могут вставать во флюгер.the fact that each of the support rims has one vertical axis of symmetry along which they are offset relative to the axis of rotation of the rotor, and the distance between the two points of intersection of the inner generatrix of the support rim with a straight line passing through the axis of rotation of the rotor in the plane of the support rim at any angle this straight line is equal to the distance between the points of contact of the thrust rollers opposite relative to the axis of rotation of the rotor with the inner surface of the support rim and is constant in magnitude. Each of the blades contains two sections - internal, made of canvas, and external, made of light metal or composite material. The inner sections of the canvas with transverse sides are fixed on the hub and additional rails mounted on the pair of lever rails at a distance equal to the length of the outer sections of the blades from the transverse cantilever rails, and the longitudinal sides of which can freely move or move apart on the pair of lever rails. The outer sections of the blades are mounted on the axes between the pair of lever rails with the ability to rotate them at an angle from 0 ° to 90 °, spaced from the outer edges of the sections at a distance not exceeding half the length of these sections. Paired lever rails with blades connected by transverse cantilever bars, through the thrust rollers installed at the ends of these bars, are supported on the inner surface of the support rims coaxially offset relative to the axis of rotation of the rotor. Due to the displacement of the support rims relative to the axis of rotation of the rotor, the length of the inner sections of the opposing blades and their levers is able to change during its rotation, and the outer sections of the blades, depending on the phase of movement, can get into the wind vane.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроколесо с двухсекционными лопастями в разрезах.The essence of the utility model is illustrated by graphic materials, which depict: figure 1 - a wind wheel with two-section blades in sections.

Ветроколесо (фиг.1) имеет статор в виде каркаса из двух рам 1, 2, скрепленных перпендикулярно друг другу по боковым сторонам. Внутри рам The wind wheel (figure 1) has a stator in the form of a frame of two frames 1, 2, fastened perpendicular to each other on the sides. Inside the frames

1, 2 закреплены соосно пара опорных ободов 3. Ротор с горизонтальной осью вращения представляет собой ступицу 4 с осевыми наконечниками 5, установленными в подшипниках 6 внутри вертикальной рамы 2. Ротор, размещенный выше средней линии рамы 2, содержит, как минимум, четыре двухсекционных лопасти, каждая из которых состоит из внутренней секции 7, 9, 11, 13, выполненных из парусины в виде шторок, и внешних твердотельных секций 8, 10, 12, 14, выполненных из легкого металла или композитного материала. Секции лопастей связаны с парными рычажными рейками 15, 16, которые свободно проходят через отверстия 17 в ступице 4. Консоли рычажных реек 15, 16 связаны жестко поперечными консольными планками 18, на концах которых с торцов установлены упорные ролики 19. Каждый из опорных ободов 3 имеет по одной оси симметрии, проходящей вертикально через ось ротора. Конфигурация их выбрана такой, чтобы отрезки КК прямых, проходящих в плоскости каждого опорного обода 3 через ось вращения ротора для пересечения с внутренними образующими опорных ободов 3, имели бы постоянную длину L при любом угле наклона α, равную расстоянию между точками соприкосновения противолежащих относительно оси поворота ротора упорных роликов 19 с внутренней поверхностью опорных ободов 3. Внутренние секции 7, 9, 11, 13 лопастей поперечными сторонами закреплены на ступице 4 через посредство закрепленных на ней планок 20, по числу лопастей, и дополнительных рейках 21, установленных на парных рычажных рейках 15, 16 и закрепленных на них на расстоянии от поперечных консольных планок 18, равном длине внешних секций 8, 10, 12, 14. Продольные стороны парусиновых внутренних секций 7, 9, 11 и 13 лопастей, подобно шторкам, могут сдвигаться и раздвигаться на парных рычажных рейках 15, 16, для чего на них по обеим сторонам от середины размещены, способные свободно перемещаться, кольца 22, на которых подвешены внутренние секции 7, 9, 11, 13 лопастей продольными сторонами. Внешние твердотельные секции 8, 10, 12, 14 лопастей установлены на осях 23 между парными рычажными рейками 1, 2 are mounted coaxially with a pair of support rims 3. A rotor with a horizontal axis of rotation is a hub 4 with axial tips 5 mounted in bearings 6 inside a vertical frame 2. The rotor located above the midline of the frame 2 contains at least four two-section vanes , each of which consists of an inner section 7, 9, 11, 13, made of canvas in the form of curtains, and external solid-state sections 8, 10, 12, 14, made of light metal or composite material. The sections of the blades are connected with the pair of lever rails 15, 16, which freely pass through the holes 17 in the hub 4. The consoles of the lever rails 15, 16 are connected by rigidly transverse cantilever bars 18, at the ends of which thrust rollers 19 are installed from the ends. Each of the supporting rims 3 has along one axis of symmetry passing vertically through the axis of the rotor. Their configuration was chosen so that the segments of the CC of the straight lines passing in the plane of each supporting rim 3 through the axis of rotation of the rotor for intersection with the internal generators of the supporting rims 3 would have a constant length L for any angle of inclination α equal to the distance between the contact points of the opposite ones relative to the axis of rotation the rotors of the thrust rollers 19 with the inner surface of the supporting rims 3. The inner sections 7, 9, 11, 13 of the blades with the transverse sides are fixed on the hub 4 through the straps 20 fixed on it, according to the number of lop tey, and additional rails 21 mounted on a pair of lever rails 15, 16 and mounted on them at a distance from the transverse cantilever plates 18, equal to the length of the outer sections 8, 10, 12, 14. The longitudinal sides of the canvas inner sections 7, 9, 11 and 13 blades, like curtains, can be moved and moved apart on paired lever rails 15, 16, for which rings 22 are arranged on both sides of the middle of them, which are able to move freely, on which the inner sections 7, 9, 11, 13 of the blades are suspended longitudinal by the parties. External solid-state sections 8, 10, 12, 14 of the blades mounted on the axes 23 between the pair of lever rails

15, 16 с возможностью поворота их на угол от 0° до 90°. Поворотные оси 23 внешних секций 8, 10, 12, 14 лопастей отстоят от внешних кромок этих секций на расстоянии, не превышающем половины длины этих секций. Парные рычажные рейки 15, 16 с двухсекционными лопастями, связанные поперечными консольными планками 18 и установленными на их концах упорными роликами 19, упираются через эти ролики на внутреннюю поверхность опорных ободов 3, которые соосно смещены в одну сторону по оси их симметрии от оси вращения ротора, благодаря чему при повороте ротора изменяется длина рычагов и длина парусиновых внутренних секций 7, 9, 11, 13 лопастей, связанных с рычажными рейками 15, 16 и ступицей 4. Длина противолежащих внутренних секций лопастей и их рычагов способна изменяться с разными знаками. Внешние секции 8, 10, 12, 14 лопастей, в зависимости от фазы движения, могут вставать во флюгер, что происходит при движении лопастей навстречу ветру, и за счет чего уменьшается тормозящий момент вращения.15, 16 with the ability to rotate them at an angle from 0 ° to 90 °. The rotary axis 23 of the outer sections 8, 10, 12, 14 of the blades are separated from the outer edges of these sections at a distance not exceeding half the length of these sections. Paired lever rails 15, 16 with two-section vanes, connected by transverse cantilever bars 18 and thrust rollers 19 installed at their ends, abut through these rollers on the inner surface of the support rims 3, which are coaxially offset to one side along their axis of symmetry from the axis of rotation of the rotor, thanks to which, when the rotor is rotated, the length of the levers and the length of the canvas inner sections 7, 9, 11, 13 of the blades associated with the lever rails 15, 16 and the hub 4. change. The length of the opposing inner sections of the blades and their levers can change with different signs. The outer sections 8, 10, 12, 14 of the blades, depending on the phase of movement, can stand in the weather vane, which occurs when the blades move towards the wind, and thereby reduces the braking torque.

При выбранных размерах элементов ветроколеса в предложенной полезной модели в пределах L=L₂+L₁, L₂=2L₁, R₃=L₁/2, R₁=0,25 L₁, R₂=L₁, отношение величины положительного момента вращения М₂ к величине тормозящего (отрицательного) момента вращения M₁ составляет: M₂/M₁=8, за счет чего достигается высокий КПД преобразования энергии ветра во вращающий момент. Выбранная конструкция предложенной полезной модели ветроколеса легче и меньше по размерам по сравнению с прототипом при той же чувствительности к скорости ветра.With the selected sizes of the elements of the wind wheel in the proposed utility model within L = L ₂ + L ₁ , L ₂ = 2L ₁ , R ₃ = L _1/2 , R ₁ = 0.25 L ₁ , R ₂ = L ₁ , the ratio of positive torque M ₂ to the value of the braking (negative) torque M ₁ is: M ₂ / M ₁ = 8, due to which a high efficiency of converting wind energy into torque is achieved. The selected design of the proposed utility model of the wind wheel is lighter and smaller in size compared with the prototype with the same sensitivity to wind speed.

Claims

1. A wind wheel containing a stator in the form of a frame of two frames, fastened perpendicular to each other on the sides, placed inside the frames next to the sides of a pair of support rims, a rotor with a horizontal axis of rotation in the form of a hub with axial tips and at least four two-section vanes connected with paired lever rails freely passing through holes in the hub that can move when the rotor rotates, transverse cantilever bars connecting the console of paired lever rails mounted on their there are thrust rollers, characterized in that each of the supporting rims has one vertical axis of symmetry along which they are offset relative to the axis of rotation of the rotor, and the distance between the two points of intersection of the inner generatrix of the supporting rim with a straight line passing through the axis of rotation of the rotor in the plane of the supporting rim , at any angle of inclination of this straight line is equal to the distance between the points of contact of the thrust rollers opposite to the axis of rotation of the rotor with the inner surface of the support rim and is constant in magnitude.

2. The wind wheel according to claim 1, characterized in that each of its blades contains two sections - the inner one, made of canvas, and the outer one, made of light metal or composite material.

3. The wind wheel according to claim 2, characterized in that the inner sections of the canvas with transverse sides are fixed on the hub and additional rails mounted on the pair of lever rails at a distance equal to the length of the outer sections of the blades from the transverse cantilever rails, and the longitudinal sides of which can freely move or move apart on twin lever rails.

4. The wind wheel according to claim 2, characterized in that the outer sections of the blades are mounted on the axes between the pair of lever rails with the ability to rotate them at an angle from 0 to 90 °, spaced from the outer edges of the sections at a distance not exceeding half the length of these sections.

5. The wind wheel according to claim 1, characterized in that the pair of lever rails with blades connected by transverse cantilever rails, through the thrust rollers installed at the ends of these rails, are supported on the inner surface of the support rims coaxially offset relative to the axis of rotation of the rotor.

6. The wind wheel according to each of claims 1 to 5, characterized in that due to the displacement of the support rims relative to the axis of rotation of the rotor, the length of the inner sections of opposing blades and their levers during rotation can change, and the outer sections of the blades, depending on the phase of movement, can get up in a weather vane.