RU86255U1

RU86255U1 - WINDWATER WHEEL

Info

Publication number: RU86255U1
Application number: RU2009112485/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Фёдорович Афанасьев; Татьяна Владимировна Афанасьева
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2009-08-27

Abstract

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра или воды для энергетических установок. Ветроводяное колесо содержит статор в виде каркаса из двух рам (1, 2), опорный обод (3), размещенный внутри этих рам (1, 2) в вертикальной плоскости и по центру, ротор с горизонтальной осью вращения и четным числом комбинированных рычагов с двухсекционными лопастями, одни из которых выполнены в виде лопастей Савониуса (17), расположенных горизонтально на концах парных рычажных реек (9, 10), другие - плоской формы, размещенных на закрепленных на ступице (4) парных рейках (7). Конфигурация опорного обода (3) и величина смещения оси вращения ротора определяют закон изменения моментов вращения противолежащих лопастей. The utility model relates to wind or water energy converters for power plants. The wind wheel contains a stator in the form of a frame of two frames (1, 2), a support rim (3) placed inside these frames (1, 2) in the vertical plane and in the center, a rotor with a horizontal axis of rotation and an even number of combined levers with two-section blades, some of which are made in the form of Savonius blades (17), located horizontally at the ends of the pair of lever rails (9, 10), others are of a flat shape, placed on the pair rails fixed on the hub (4) (7). The configuration of the support rim (3) and the displacement of the axis of rotation of the rotor determine the law of change in the moments of rotation of the opposing blades.

Description

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра или воды для стационарных и мобильных ветроэнергетических и речных установок.The utility model relates to wind or water energy converters for stationary and mobile wind energy and river installations.

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 увеличении площади лопастей, создающих положительный вращающий момент, уменьшение веса ветроколеса, уменьшение тормозящего момента вращения, уменьшение потерь на трение.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, reducing the braking torque, decreasing friction loss.

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 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. Парные рычажные рейки, проходящие через отверстия в ступице, опираются на парные опорные ролики, установленные между щечками вкладышей, закрепленных внутри ступицы с обеих сторон каждой рычажной рейки. 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. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из двух одинаковых по длине секций, одни из которых, имеющие плоскую форму, размещены на жестко закрепленных на ступице парных рейках по их длине, а другие секции, выполненные в виде горизонтально расположенных лопастей Савониуса, 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.The technical result is achieved by the fact that the wind wheel contains a stator in the form of a frame of two frames, perpendicular to the sides, a supporting rim vertically centered inside them, 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. The peculiarity is that the support rim, covering the rotor with levers and blades, has one axis of symmetry located vertically in its plane along which the axis of rotation of the rotor is offset, and the configuration of the support rim in its plane is chosen so that the distance between the two intersection points of the inner forming the supporting rim with a straight line passing through the center of the axis of rotation of the rotor, at any angle of inclination of this straight line, was constant and equal to the distance between the points of contact of the inner surface of the supporting rim with prot volezhaschimi pressure rollers mounted on the center console on the transverse rails connecting the console, the pair of arm rails. The rotor contains an even number of combined levers in the form of an even number of pairs of rails rigidly fixed around the circumference of the hub and its paired lever rails that can move in the holes in the hub when the rotor rotates, and the racks rigidly fixed on the hub are located behind the pair lever rails, relative to the direction of rotation of the rotor. Paired lever rails passing through the holes in the hub are supported by paired support rollers mounted between the cheeks of the liners fixed inside the hub on both sides of each lever rail. The length of each rail 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 arm rails, which are able to move in the holes in the hub, is more than three times the length of the battens rigidly fixed on the hub. Each of the blades is a combination of two sections of the same length, one of which having a flat shape, is placed on pair rods rigidly fixed on the hub along their length, and the other sections, made in the form of horizontally located Savonius blades, are rigidly fixed with a bulge in the direction rotor rotation at opposite ends of paired 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 the thrust rollers mounted on the outer sides in the center of the transverse cantilever rails, are supported on the inner surface of the support rim 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 of rotation depending on the phase of movement of the rotor.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроводяное колесо со смещенной осью вращения, комбинированными рычагами и двухсекционными лопастями; фиг.2 - расположение парных рычажных реек между опорными роликами внутри ступицы и внешний вид вкладышей.The essence of the utility model is illustrated by graphic materials, which depict: figure 1 - a wind-driven wheel with a displaced axis of rotation, combined levers and two-section vanes; figure 2 - the location of the pair of lever rails between the support rollers inside the hub and the appearance of the liners.

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, 6 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, по которой смещена ось вращения ротора. В предложенной полезной модели это смещение выбрано вверх от центра опорного обода 3. Конфигурация опорного обода в его плоскости выбрана такой, чтобы расстояние L между двумя точками К, К пересечения внутренней образующей опорного обода 3 с прямой КК, проходящей через центр оси вращения ротора, при любом угле α наклона этой прямой было постоянно (КК=L-const) и равно расстоянию между точками соприкосновения внутренней поверхности опорного обода 3 с противолежащими упорными роликами 7, установленными по центру на поперечных консольных планках 8, соединяющих консоли парных рычажных реек 9, 10. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных по окружности ступицы 4 на ее краях четного числа пар реек 11 и параллельных им парных рычажных реек 9, 10, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 12 в ступице 4 при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице 4 рейки 11 размещены за парными рычажными рейками 9, 10 относительно направления вращения ротора. Парные рычажные рейки 9, 10, проходящие через отверстия 12 в ступице 4, опираются на парные опорные ролики 13, установленные между щечками 14 вкладышей 15, закрепленных внутри ступицы 4 (см. фиг.2) с обеих сторон каждой рычажной рейки 9, 10. Длина L₁ каждой, жестко закрепленной на ступице 4, рейки 11 меньше минимального расстояния между опорным ободом 3 и ступицей 4, а длина (L₁+L₂+D, где D - диаметр ступицы 4), имеющих возможность перемещаться в отверстиях 12 в ступице 4, парных рычажных реек 9, 10 более чем в три раза больше длины L₁ жестко закрепленных на ступице 4 реек 11. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из двух одинаковых по длине секций 16, 17, одни из которых 16, имеющие плоскую форму, размещены на жестко закрепленных на ступице 4 парных рейках 11 по их длине, а другие секции 17, выполненные в виде горизонтально расположенных лопастей Савониуса 17, жестко закреплены, выпуклостью по направлению вращения ротора, на противоположных концах парных рычажных реек 9, 10, скрепленных поперечными консольными планками 8. Между секциями 16 лопастей и парными рычажными рейками 9, 10 имеется зазор δ, обеспечивающий свободное перемещение парных рычажных реек 9, 10 без касания с секциями 16 лопастей. Высота Н выпуклых участков лопастей Савониуса меньше их длины L₁. Попарно связанные поперечными консольными планками 8 парные рычажные рейки 9, 10 с соответствующими секциями 17 лопастей через упорные ролики 7, установленные на внешних сторонах по центру поперечных консольных планках 8, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода 3, способного смещать парные рычажные рейки 9, 10 по отверстиям 12 в ступице 4, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, их лопастей и моментов вращения в зависимости от фазы движения ротора. Опорный обод 3 крепится к рамам 1, 2 с помощью стоек 18, а упорные ролики 7 установлены между уголками 19, размещенными на поперечных планках 8 с внешней стороны. Осевые наконечники 5, 6 ротора помещены в подшипники 20, установленные в боковых сторонах рамы 1.The wind wheel (Fig. 1) has a stator in the form of a frame of two frames 1, 2. Inside the frames 1, 2, a support rim 3 and a rotor with a horizontal axis of rotation in the form of a hub 4 with axial tips 5, 6 with an even number of levers and blades placed on them. The supporting rim 3 covers the rotor with levers and blades. It has one axis of symmetry, located vertically in its plane, along which the axis of rotation of the rotor is offset. In the proposed utility model, this offset is selected upward from the center of the support rim 3. The configuration of the support rim in its plane is chosen so that the distance L between the two points K, K of the intersection of the inner generatrix of the support rim 3 with the straight line KK passing through the center of the axis of rotation of the rotor, when any angle α of the slope of this straight line was constant (KK = L-const) and equal to the distance between the points of contact of the inner surface of the support rim 3 with the opposite thrust rollers 7 mounted in the center on the transverse cantilever bars 8, connecting the console of the pair of lever rails 9, 10. 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 11 and parallel pair of lever rails 9, 10 that can move in the holes 12 in the hub 4 when the rotor rotates, and the rails 11 rigidly fixed on the hub 4 are placed behind the pair of lever rails 9, 10 with respect to the direction of rotation of the rotor. Paired lever rails 9, 10, passing through the holes 12 in the hub 4, rely on paired support rollers 13 installed between the cheeks 14 of the liners 15, mounted inside the hub 4 (see figure 2) on both sides of each lever rail 9, 10. The length L _{1 of} each, rigidly fixed on the hub 4, rails 11 is less than the minimum distance between the support rim 3 and the hub 4, and the length (L ₁ + L ₂ + D, where D is the diameter of the hub 4), with the ability to move in holes 12 in hub 4, the pair of arm rails 9, 10 is more than three times the length L ₁ is rigidly fixed to the hub 4 eek 11. Each of the blades is a combination of two sections 16, 17 of the same length, some of which 16, having a flat shape, are placed on 4 pair slats 11 rigidly fixed on the hub along their length, and the other sections 17, made in the form horizontally located Savonius blades 17 are rigidly fixed, convex in the direction of rotation of the rotor, at opposite ends of the pair of lever rails 9, 10, fastened by transverse cantilever bars 8. Between sections 16 of the blades and pair of lever rails 9, 10 there is a gap δ, providing vayuschy free movement of the pair of arm rails 9, 10 without contact with the sections 16 of the blades. The height H of the convex sections of the Savonius blades is less than their length L ₁ . Pairwise connected by transverse cantilever rails 8, pair of lever rails 9, 10 with corresponding sections 17 of the blades through thrust rollers 7 mounted on the outer sides in the center of the transverse cantilever rails 8, are supported on the inner surface of the support rim 3, capable of biasing the pair of lever rails 9, 10 holes 12 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 of the rotor. The supporting rim 3 is attached to the frames 1, 2 by means of struts 18, and the thrust rollers 7 are installed between the corners 19 placed on the transverse bars 8 from the outside. Axial tips 5, 6 of the rotor are placed in bearings 20 mounted on the sides of the frame 1.

Claims

1. A wind wheel containing a stator in the form of a frame of two frames, a supporting rim vertically centered inside them, a rotor with a horizontal axis of rotation in the form of a hub with axial tips, with an even number of levers and blades placed on them, characterized in that the supporting the rim covering the rotor with levers and blades has one axis of symmetry located vertically in its plane along which the axis of rotation of the rotor is offset, and the configuration of the support rim in its plane is chosen so that the distance between two points at the intersection of the inner generatrix of the support rim with a straight line passing through the center of the axis of rotation of the rotor at any angle of inclination of this straight line, it was constant and equal to the distance between the points of contact of the inner surface of the support rim with opposite supporting rollers mounted centrally on the transverse cantilever bars connecting the consoles paired lever rails.

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 an even number of pairs of rails and parallel pair of rails parallel to them, which are able to move in holes in the hub when the rotor rotates , and the racks rigidly fixed on the hub are placed behind the pair lever rails relative to the direction of rotation of the rotor.

3. The wind-driven wheel according to claim 2, characterized in that the pair of lever rails passing through the holes in the hub are supported by paired support rollers mounted between the cheeks of the liners fixed inside the hub on both sides of each lever rail.

4. 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 support rim and the hub, and the length of the pair of arm rails more than three times moving in the holes in the hub more than the length of the rigidly fixed on the hub rails.

5. The wind-driven wheel according to claim 1, characterized in that each of the blades is a combination of two sections of the same length, one of which having a flat shape, is placed on pair rails rigidly fixed on the hub along their length, and the other sections, made in the form of horizontally located Savonius blades, are rigidly fixed by a bulge in the direction of rotation of the rotor at opposite ends of the paired lever rails fastened by transverse cantilever bars.

6. The wind-driven wheel according to claim 1, characterized in that the pair of lever rails pairwise connected by the transverse cantilever rails, with the corresponding sections of the blades, through the thrust rollers mounted on the outer sides in the center of the transverse cantilever rails, rely on the inner surface of the support rim that can displace paired lever rails through holes in the hub, changing the ratio of the lengths of opposing levers, their blades and moments of rotation, depending on the phase of movement of the rotor.