RU85565U1

RU85565U1 - WINDWATER WHEEL

Info

Publication number: RU85565U1
Application number: RU2008152714/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Фёдорович Афанасьев; Татьяна Владимировна Афанасьева
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2009-08-10

Abstract

1. Ветроводяное колесо, содержащее статор в виде каркаса из двух рам, скрепленных перпендикулярно по боковым сторонам, размещенные внутри каркаса рядом с боковыми сторонами рам два опорных обода, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками, с четным числом рычагов и размещенными на них лопастями, отличающееся тем, что каждый из опорных ободов имеет одну вертикальную ось симметрии, по которой они смещены относительно оси вращения ротора, а расстояние между двумя точками пересечения внутренней поверхности каждого опорного обода с прямой, проходящей в плоскости каждого опорного обода через ось вращения ротора, при любом угле наклона этих прямых равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих, относительно оси вращения ротора, упорных роликов с внутренней поверхностью соответствующего опорного обода и постоянно по величине. ! 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, имеющим возможность перемещаться в отверстиях в ступице при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены впереди, по направлениям вращения ротора, парных рычажных реек. ! 3. Ветроводяное колесо по п.2, отличающееся тем, что длина каждой жестко закрепленной на ступице рейки меньше минимального расстояния между осью вращения ротора и опорным ободом, а длина, имеющих возможность перемещаться в отверстиях в ступице, парных рычажных реек более чем в три больше длины жестко закрепленных на ступице реек.1. A wind wheel containing a stator in the form of a frame of two frames fastened perpendicular to the sides, two support rims placed inside the frame near the sides of the frames, a rotor with a horizontal axis of rotation in the form of a hub with axial tips, with an even number of levers and placed on them with blades, 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 surface of of each supporting rim with a straight line passing through the axis of rotation of the rotor in the plane of each supporting rim at any angle of inclination of these lines is equal to the distance between the contact points of the opposite, relative to the axis of rotation of the rotor, thrust rollers with the inner surface of the corresponding supporting rim and is constant in magnitude. ! 2. The wind-driven wheel according to claim 1, characterized in that the rotor contains an even number of combined levers, in the form of a rigidly fixed around the circumference of the hub at its edges an even number of pairs of rails and parallel to them paired lever rails, with the ability to move in the holes in the hub during rotation of the rotor, and the racks rigidly fixed on the hub are placed in front, in the directions of rotation of the rotor, of the pair of lever rails. ! 3. The wind-driven wheel according to claim 2, characterized in that the length of each rail rigidly fixed on the hub is less than the minimum distance between the axis of rotation of the rotor and the support rim, and the length of the pair of lever rails that are able to move in the holes in the hub is more than three the lengths of the rails rigidly fixed on the hub.

Description

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра для стационарных и мобильных ветроэнергетических установок и малых речных электростанций.The utility model relates to wind energy converters for stationary and mobile wind power plants and small river 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 to 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 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, в уменьшении тормозящего момента вращения ротора.The technical result consists in increasing the torque on the axis of the rotor of the wind wheel, increasing its sensitivity to wind speed through the use of a displaced axis of rotation of the wheel, changing the length of the levers and increasing the area of the blades creating a positive torque, reducing the weight of the wind wheel, in reducing the braking torque of the rotor .

Технический результат достигается тем, что ветроводяное колесо содержит статор в виде каркаса из двух рам, скрепленных перпендикулярно по боковым сторонам, размещенные внутри каркаса рядом с боковыми сторонами рам, два опорных обода, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками, с четным числом рычагов и размещенными на них плоскостями. Особенностью является то, что каждый из опорных ободов имеет одну вертикальную ось симметрии, по которой они смещены относительно оси вращения ротора, а расстояние между двумя точками пересечения внутренней поверхности каждого опорного обода с прямой, проходящей в плоскости каждого опорного обода, через ось вращения ротора, при любом угле наклона этих прямых равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих, относительно оси вращения ротора, упорных роликов с внутренней поверхностью соответствующего опорного обода и постоянно по величине. 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, имеющим возможность перемещаться в отверстиях в ступице при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены впереди, по направлению вращения ротора, парных рычажных реек. 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 четыре раза больше длины жестко закрепленных на ступице реек. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из двух одинаковых по длине секций, одни из которых выполнены в виде горизонтально расположенных полых полуцилиндров, жестко закрепленных на концах каждой пары жестко закрепленных на ступице реек, выпуклостью по направлению вращения ротора, каждая из других секций, имеющие плоскую форму, размещены на противоположных концах парных рычажных реек, скрепленных поперечными консольными планками. Попарно связанные поперечными консольными планками парные рычажные рейки с соответствующими секциями лопастей через упорные ролики, установленные на концах поперечных консольных планок, опираются на внутренние поверхности опорных ободов, способных смещать парные рычажные рейки по отверстиям в ступице, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, их лопастей и моментов вращения в зависимости от фазы движения ротора.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 the sides, placed inside the frame near the sides of the frames, two support rims, a rotor with a horizontal axis of rotation in the form of a hub with axial tips, with an even the number of levers and the planes placed on them. A feature is 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 surface of each supporting rim with a straight line passing through the axis of rotation of the rotor in the plane of each supporting rim, for any angle of inclination of these lines is equal to the distance between the points of contact of the opposite, relative to the axis of rotation of the rotor, thrust rollers with the inner surface of the corresponding supporting rim and the post Janno largest. The rotor contains an even number of combined levers, in the form of an even number of pairs of rails and parallel pair of lever rails rigidly fixed around the circumference of the hub, with the ability to move in the holes in the hub when the rotor rotates, and the racks rigidly fixed on the hub are placed in front, in the direction rotor rotation, paired lever rails. The length of each rack rigidly fixed on the hub is less than the minimum distance between the support rim and the hub, and the length of the pair of lever rails that can move in the holes in the hub is more than four times the length of the rails rigidly fixed on the hub. Each of the blades is a combination of two sections of the same length, one of which is made in the form of horizontally arranged hollow half-cylinders, rigidly fixed at the ends of each pair of rigidly fixed on the hub rails, convex in the direction of rotation of the rotor, each of the other sections having a flat shape placed on opposite ends of the pair of lever rails fastened by transverse cantilever bars. The pair of lever rails pairwise connected by transverse cantilever rails with the corresponding sections of the blades through thrust rollers mounted on the ends of the transverse cantilever rails are supported on the inner surfaces of the supporting rims capable of displacing the pair of lever rails along the holes in the hub, changing the ratio of the lengths of opposing levers, their blades and moments rotation depending on the phase of movement of the rotor.

Сущность полезной модели поясняется материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроводяное колесо со смещенной осью вращения, комбинированными рычагами и двухсекционными лопастями.The essence of the utility model is illustrated by the materials on which are depicted: figure 1 - wind turbine wheel with a displaced axis of rotation, combined levers and two-section vanes.

Ветроводяное колесо (фиг.1) имеет статор в виде каркаса из двух рам 1, 2, скрепленных перпендикулярно по боковым сторонам, размещенные внутри каркаса рядом с боковыми сторонами рам 1, 2 два опорных обода 3, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы 4 с осевыми наконечниками 5, с четным числом рычагов и размещенными на них лопастями. Каждый из опорных ободов 3 имеет одну вертикальную ось симметрии, по которой они смещены относительно оси вращения ротора. В предложенной полезной модели опорные ободы 3 смещены вниз. Расстояние L между двумя точками пересечения А, В внутренней поверхности каждого опорного обода 3 с прямой АВ, проходящей в плоскости каждого опорного обода 3 через ось вращения ротора, при любом угле α наклона этих прямых АВ равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих, относительно оси вращения ротора, упорных роликов 6 с внутренней поверхностью соответствующего опорного обода 3 и постоянно по величине. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных по окружности ступицы 4 на ее краях четного числа пар реек 7 и параллельных им парных рычажных реек 8, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 9 в ступице 4 при вращении ротора. Жестко закрепленные на ступице рейки 7 размещены впереди, по направлению вращения ротора, парных рычажных реек 8. Между проекциями на вертикальной плоскости жестко закрепленных на ступице 4 реек 7 и парных рычажных реек 8 имеется зазор 5, обеспечивающий беспрепятственное перемещение парных рычажных реек 8 по отверстиям 9 в ступице 4 при вращении ротора. Длина L1 каждой жестко закрепленной на ступице 4 рейки 7 меньше минимального расстояния между осью вращения ротора и опорным ободом 3, а длина имеющих возможность перемещаться в отверстиях 9 в ступице 4, парных рычажных реек 8 более чем в три раза больше длины L1 жестко закрепленных на ступице 4 реек 7. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из двух одинаковых по длине (L1=L2) секций 10, 11, одни из которых 11 выполнены в виде горизонтально расположенных полых полуцилиндров из легкого металла или композитного материала, жестко закрепленных на концах каждой пары жестко закрепленных на ступице 4 реек 7, выпуклостью по направлению вращения ротора, каждая из других секций 12, имеющих плоскую форму, размещены на противоположных концах парных рычажных реек 8, скрепленных поперечными консольными планками 13. Попарно связанные поперечными консольными планками 13 парные рычажные рейки 8 с соответствующими секциями 12 лопастей через упорные ролики 6, установленные на концах поперечных консольных планок 13, опираются на внутренние поверхности опорных ободов 3, способных смещать парные расчетные рейки 8 по отверстиям 9 в ступице 4, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, их лопастей и моментов вращения в зависимости от фазы движения при вращении ротора. Опорные ободы 3 крепятся на рамах 1, 2 с помощью уголков 14. Осевые наконечники 5 ступицы 4 установлены в подшипники 15. За счет выбранной формы секций 11 комбинированных лопастей, расположенных выше оси вращения ротора, уменьшается тормозящий момент вращения этих лопастей при встречном движении ветра и таким образом повышается результирующий положительный момент вращения ветроводяного колеса. За счет формы опорных ободов 3 и смещенной оси вращения ротора при спутном движении лопастей увеличивается длина рычагов, длина лопастей и их эффективная площадь, в результате чего достигается высокий КПД преобразования энергии течений воды или ветра.The wind-driven wheel (Fig. 1) has a stator in the form of a frame of two frames 1, 2 fastened perpendicular to the sides, two supporting rims 3 located inside the frame near the sides of the frames 1, 2, a rotor with a horizontal axis of rotation in the form of a hub 4 with axial tips 5, with an even number of levers and blades placed on them. Each of the supporting rims 3 has one vertical axis of symmetry along which they are offset relative to the axis of rotation of the rotor. In the proposed utility model, the supporting rims 3 are shifted down. The distance L between the two intersection points A, In the inner surface of each supporting rim 3 with a straight line AB passing in the plane of each supporting rim 3 through the axis of rotation of the rotor, for any angle α of inclination of these straight lines AB is equal to the distance between the points of contact opposite, relative to the axis of rotation of the rotor , thrust rollers 6 with the inner surface of the corresponding supporting rim 3 and constantly in size. The rotor contains an even number of combined levers in the form of a rigidly fixed around the circumference of the hub 4 at its edges an even number of pairs of rails 7 and parallel pair of lever rails 8, which can move in the holes 9 in the hub 4 during rotation of the rotor. The rails 7, rigidly fixed on the hub, are placed in front, in the direction of rotation of the rotor, of the pair of lever rails 8. Between the projections on the vertical plane of the 4 rails 7, which are rigidly fixed on the hub, and the pair of lever rails 8, there is a gap 5, which ensures the unhindered movement of the pair of lever rails 8 through holes 9 in hub 4 during rotation of the rotor. The length L1 of each rail 7 rigidly fixed on the hub 4 is less than the minimum distance between the axis of rotation of the rotor and the support rim 3, and the length of the pair of arm rails 8 that can move in the holes 9 in the hub 4 is more than three times the length L1 rigidly fixed on the hub 4 rails 7. Each of the blades is a combination of two sections 10, 11 of equal length (L1 = L2), one of which 11 is made in the form of horizontally arranged hollow half-cylinders of light metal or composite material, rigidly fixed to the ends of each pair of rigidly fixed on the hub 4 rails 7, the convexity in the direction of rotation of the rotor, each of the other sections 12 having a flat shape, are placed on opposite ends of the pair of lever rails 8, fastened by the transverse cantilever rails 13. Pairwise connected by the transverse cantilever rails 13 pair of lever the rails 8 with the corresponding sections 12 of the blades through the stop rollers 6 mounted on the ends of the transverse cantilever strips 13, are supported on the inner surfaces of the support rims 3, capable of biasing paired calculation different rails 8 through holes 9 in the hub 4, changing the ratio of the lengths of opposing levers, their blades and moments of rotation depending on the phase of movement during rotation of the rotor. The supporting rims 3 are mounted on the frames 1, 2 using the corners 14. The axial tips 5 of the hub 4 are mounted in the bearings 15. Due to the selected shape of the sections 11 of the combined blades located above the axis of rotation of the rotor, the braking torque of rotation of these blades decreases when the wind is in opposite direction and in this way, the resulting positive rotation moment of the wind wheel rises. Due to the shape of the supporting rims 3 and the displaced axis of rotation of the rotor during the tangential movement of the blades, the length of the levers, the length of the blades and their effective area increase, resulting in a high efficiency of energy conversion of water or wind flows.

Claims

1. A wind wheel containing a stator in the form of a frame of two frames fastened perpendicular to the sides, two support rims placed inside the frame near the sides of the frames, a rotor with a horizontal axis of rotation in the form of a hub with axial tips, with an even number of levers and placed on them with blades, 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 surface of of each supporting rim with a straight line passing through the axis of rotation of the rotor in the plane of each supporting rim at any angle of inclination of these lines is equal to the distance between the contact points of the opposite, relative to the axis of rotation of the rotor, thrust rollers with the inner surface of the corresponding supporting rim and is constant in magnitude.

2. The wind-driven wheel according to claim 1, characterized in that the rotor contains an even number of combined levers, in the form of a rigidly fixed around the hub circumference at its edges an even number of pairs of rails and parallel pair of lever rails that can move in holes in the hub during rotation the rotor, and the racks rigidly fixed on the hub are placed in front, in the directions of rotation of the rotor, of the pair of lever rails.

3. The wind-driven wheel according to claim 2, characterized in that the length of each rail rigidly fixed on the hub is less than the minimum distance between the axis of rotation of the rotor and the support rim, and the length of the pair of lever rails that are able to move in the holes in the hub is more than three the lengths of the rails rigidly fixed on the hub.

4. The wind-driven wheel according to claim 1, characterized in that each of the blades is a combination of two sections of equal length, one of which is made in the form of horizontally arranged hollow half-cylinders, rigidly fixed at the ends of each pair of rigidly fixed to the hub rails, convexity in the direction of rotation of the rotor, each of the other sections, having a flat shape, is placed at opposite ends of the pair of lever rails fastened by transverse cantilever bars.

5. The wind-driven wheel according to each of claims 1, 2 and 4, characterized in that the pair of lever rails pairwise connected by the transverse cantilever arms with the corresponding sections of the blades through the stop rollers mounted on the ends of the transverse cantilever arms are supported on the inner surfaces of the support rims capable of to shift the pair of lever rails along the holes in the hub, changing the ratio of the lengths of the opposing levers, their blades and moments of rotation, depending on the phase of movement of the rotor.