RU87218U1

RU87218U1 - WIND WHEEL

Info

Publication number: RU87218U1
Application number: RU2008152720/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Федорович Афанасьев; Татьяна Владимировна Афанасьева
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2009-09-27

Abstract

1. Ветроколесо, содержащее статор в виде одной или нескольких рам с ветрозаборниками, размещенные внутри этих рам вертикально рядом с боковыми сторонами соосно два опорных обода, ротор с горизонтальной осью вращения и четным числом рычагов и лопастей, отличающееся тем, что каждый из опорных ободов в своей плоскости имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально, по которой смещена ось вращения ротора, а форма его образующей выбрана такой, чтобы расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей опорного обода с прямой, проходящей через ось вращения ротора, при любом угле наклона этой прямой было постоянным и равно расстоянию между точками соприкосновения внутренней поверхности опорного обода с противолежащими упорными роликами, установленными на концах поперечных консольных планок. ! 2. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что ротор содержит центральный отрезок оси с дисковыми фланцами с обеих сторон, осевые наконечники с фланцами и размещенные между ними соосно разделительные диски, скрепленные шпильками и размещенными на них в промежутках между разделительными дисками и фланцами по четыре опорных ролика в каждом промежутке, а число промежутков соответствует числу парных рычажных реек. ! 3. Ветроколесо по п.1, отличающееся тем, что ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных на разделительных дисках по их окружности диаметрально противоположных парных рычажных отрезков, каждый из которых смещен относительно диаметра диска в противоположные стороны от него, число пар которых соответствует числу лопастей и четное число парных рычажных реек, размеще1. A wind wheel containing a stator in the form of one or several frames with wind inlets, two support rims, a rotor with a horizontal axis of rotation and an even number of levers and blades, each of the support rims in its plane has one axis of symmetry located vertically, along which the axis of rotation of the rotor is displaced, and the shape of its generatrix is selected such that the distance between 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, 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 support rim with opposite thrust rollers mounted on the ends of the transverse cantilever bars. ! 2. The wind wheel according to claim 1, characterized in that the rotor contains a central segment of the axis with disk flanges on both sides, axial lugs with flanges and coaxial separation discs placed between them, fastened with pins and placed on them in between the separation discs and flanges four support rollers in each gap, and the number of spaces corresponds to the number of paired link rails. ! 3. The wind wheel according to claim 1, characterized in that the rotor contains an even number of combined levers in the form of diametrically opposite pair of lever segments rigidly fixed on the separation discs, each of which is offset from the diameter of the disk in opposite directions from it, the number of pairs of which corresponds to the number of blades and an even number of paired lever rails,

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 to the axis of rotation of the rotor (see patent RU No. 2168652), prototype.

Недостатком прототипа является невысокая эффективность преобразования энергии течений во вращающий момент на оси ротора и отсутствие элементов, увеличивающих площадь захвата воздушного потока.The disadvantage of the prototype is the low efficiency of converting the energy of currents into torque on the axis of the rotor and the absence of elements that increase the capture area of the air flow.

Технический результат заключается в повышении вращающего момента на оси ротора ветроколеса за счет увеличения площади захвата воздушного потока и эффективного использования рычагов и лопастей.The technical result consists in increasing the torque on the axis of the rotor of the wind wheel by increasing the area of capture of the air flow and the efficient use of levers and blades.

Технический результат достигается тем, что ветроколесо содержит статор в виде одной или нескольких рам с ветрозаборниками, размещенные внутри этих рам вертикально рядом с боковыми сторонами соосно два опорных обода, ротор с горизонтальной осью вращения и четным числом рычагов и лопастей. Особенностью является то, что каждый из опорных ободов в своей плоскости имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально, по которой смещена ось вращения ротора, а форма его образующей выбрана такой, чтобы расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей опорного обода с прямой, проходящей через ось вращения ротора, при любом угле наклона этой прямой было постоянным и равно расстоянию между точками соприкосновения внутренней поверхности опорного обода с противолежащими упорными роликами, установленными на концах поперечных консольных планок. Ротор содержит центральный отрезок оси с дисковыми флянцами с обеих сторон, осевые наконечники с флянцами и размещенные между ними соосно разделительные диски, скрепленные шпильками и размещенными на них в промежутках между разделительными дисками и флянцами по четыре опорных ролика в каждом промежутке, а число промежутков соответствует числу парных рычажных реек. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных на разделительных дисках по их окружности диаметрально противоположных парных рычажных отрезков, каждый из которых смещен относительно диаметра диска в противоположные стороны от него, число пар которых соответствует числу лопастей и четное число парных рычажных реек, размещенных в промежутках между разделительными дисками, имеющих возможность перемещаться между опорными роликами, установленными между разделительными дисками, параллельно парным рычажным отрезкам. Каждая из лопастей содержит две секции, одна из которых - внутренняя, размещенная на поворотных осях между парными рычажными отрезками, а вторая - внешняя, размещенная на поворотных осях внутри рамки, закрепленной на консолях парных рычажных реек, причем поворотные оси каждой внешней секции размещены рядом с их внешней стороной, а поворотные оси каждой внутренней секции отстоят от ее внешней стороны на расстоянии, равном одной четверти от ее длины и каждая из секций имеет возможность поворота на угол от 0° до 90°. Длина каждого из жестко закрепленных на разделительных дисках рычажных отрезков, как и длина каждой из установленных между ними внутренних секций лопастей и боковых сторон рамок, закрепленных на консолях парных рычажных реек, меньше минимального расстояния между опорными ободами и окружностями разделительных дисков, а длина парных рычажных реек, имеющих возможность свободно перемещаться между разделительными дисками, больше чем длина жестко закрепленных на них рычажных отрезков. Попарно связанные рамками с поперечными консольными планками парные рычажные рейки с соответствующими внешними секциями лопастей через упорные ролики, установленные на внешних сторонах поперечных консольных планок, опираются на внутреннюю поверхность опорных ободов, способных смещать, в зависимости от фазы движения, парные рычажные рейки между опорными роликами при вращении ротора, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов и лопастей и их моментов вращения. Статор снабжен ветрозаборниками, размещенными на боковых сторонах рам впереди и ниже оси вращения ротора с углом раскрыва не более 60°.The technical result is achieved by the fact that the wind wheel contains a stator in the form of one or more frames with wind inlets, two supporting rims, a rotor with a horizontal axis of rotation and an even number of levers and blades, arranged vertically next to the lateral sides inside these frames. A feature is that each of the support rims in its plane has one axis of symmetry, located vertically, along which the axis of rotation of the rotor is offset, and the shape of its generatrix is chosen so that the distance between the two points of intersection of the inner generatrix of the support rim with a straight line passing through the axis the 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 support rim with opposite thrust rollers mounted at the ends of pepper strips console. The rotor contains a central segment of the axis with disk flanges on both sides, axial tips with flanges and coaxial separation discs placed between them, fastened with pins and four support rollers in each gap between the separation discs and flanges, and the number of gaps corresponds to the number paired lever rails. The rotor contains an even number of combined levers in the form of diametrically opposite pair of lever segments rigidly fixed to the separation discs along their circumference, each of which is offset relative to the diameter of the disk in opposite directions from it, the number of pairs of which corresponds to the number of blades and an even number of pair of lever racks located in the gaps between the separation discs, having the ability to move between the support rollers installed between the separation discs, parallel to the pair of levers m intervals. Each of the blades contains two sections, one of which is internal, located on the rotary axes between the pair of lever segments, and the second is external, located on the rotary axes inside the frame, mounted on the consoles of the pair of lever rails, and the rotary axes of each outer section are located next to their outer side, and the rotary axis of each inner section are separated from its outer side by a distance equal to one quarter of its length and each of the sections has the ability to rotate an angle from 0 ° to 90 °. The length of each of the lever segments rigidly fixed on the separation discs, as well as the length of each of the internal sections of the blades and the sides of the frames mounted between them, mounted on the consoles of the pair of lever rails, is less than the minimum distance between the supporting rims and the circumferences of the separation disks, and the length of the pair of lever rails having the ability to freely move between the separation discs, more than the length of the lever segments rigidly fixed on them. The pair of lever rails pairwise connected by frames with the transverse cantilever rails with the corresponding external sections of the blades through thrust rollers mounted on the outer sides of the transverse cantilever rails are supported on the inner surface of the support rims capable of displacing, depending on the phase of movement, the pair of lever rails between the support rollers when rotation of the rotor, changing the ratio of the lengths of opposing levers and blades and their moments of rotation. The stator is equipped with wind intakes located on the sides of the frames in front of and below the axis of rotation of the rotor with an opening angle of not more than 60 °.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроколесо со смещенной осью вращения и комбинированными рычагами; фиг.2 - ротор с разделительными дисками.The essence of the utility model is illustrated by graphic materials, which depict: figure 1 - a wind wheel with a displaced axis of rotation and combined levers; figure 2 - rotor with dividing discs.

Ветроколесо (фиг.1) имеет статор в виде одной или нескольких рам 1, 2, с внешней стороны на боковых сторонах рам 1, 2 закреплены ветрозаборники 3, а внутри рядом с боковыми сторонами рам 1, 2 соосно закреплены два одинаковых опорных обода 4. Опорные ободы 4 закреплены на внутренних сторонах рам 1, 2 с помощью уголков 5. Внутри рам 1, 2 установлен ротор со смещенной горизонтальной осью вращения по линии симметрии опорных ободов 4. В предложенной полезной модели это смещение осуществлено вверх. Ротор имеет четное число рычагов с соответствующими лопастями. Каждый из опорных ободов 4 в своей плоскости имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально, по которой смещена ось вращения ротора, а форма каждого опорного обода 4 выбрана такой, что бы расстояние L между двумя точками пересечения К, К внутренней образующей опорного обода 4 с прямой КК, проходящей через ось вращения ротора, при любом угле а наклона этой прямой было постоянным и равно расстоянию между точками соприкосновения внутренней поверхности опорного обода 4 с противолежащими упорными роликами 6, установленными на концах поперечных консольных планках 7. Ротор содержит центральный отрезок оси 8 с дисковыми флянцами 9 с обеих сторон, осевые наконечники 10 и, размещенные между ними соосно, разделительные диски 11 (см. фиг.2), скрепленные шпильками 12. В промежутках между разделительными дисками 11 на шпильках 12 установлены опорные ролики 13, по четыре опорных ролика в каждом промежутке, а на остальных шпильках остановлены ограничительные втулки 14, определяющие расстояние а между соседними разделительными дисками 11. Число ограничительных дисков 11 на единицу больше числа парных рычажных реек 15. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных на разделительных дисках по их окружности диаметрально противоположных парных рычажных отрезков 16, каждый из которых смещен относительно диаметра диска в противоположные стороны от него на величину δ, число пар которых соответствует числу лопастей и четное число парных рычажных реек 15, размещенных в промежутках между разделительными дисками 11, имеющих возможность перемещаться между опорными роликами 13, установленными на шпильках 12 между разделительными дисками 11. Парные рычажные рейки 15 параллельны парным рычажным отрезкам 16. Каждая их лопастей состоит из двух секций 17, 18. Секции 17 - внутренние, которые размещены на поворотных осях 19 между опорными рычажными отрезками 16. Секции 18 - внешние, которые размещены на поворотных осях 20 внутри рамок 21, закрепленных на консолях парных рычажных реек 15. Чтобы при повороте секции 17 и 18 не создавали препятствий друг другу, поворотные оси 20 каждой внешней секции 18 размещены рядом с их внешней стороной, а поворотные оси 19 каждой внутренней секции 17 отстоят от ее внешней стороны на расстоянии ΔL_л, равном одной четверти от длины секции 17. Каждая из секций 17 и 18 имеет возможность поворота от 0° до 90°. Длина каждого из жестко закрепленных на разделительных дисках 11 рычажных отрезков 16, как и длина L_л каждой из установленных между ними внутренних секций 17 лопастей и боковых сторон рамок 21, закрепленных на консолях парных рычажных реек 15, меньше минимального расстояния L₁ между опорными ободами 4 и окружностями разделительных дисков 11, а длина L₂ парных рычажных реек, имеющих возможность свободно перемещаться между разделительными дисками 11 с опорными роликами 13, больше чем длина L₁ жестко закрепленных на них отрезков 16. Попарно связанные рамками 21 с поперечными консольными планками 7, парные рычажные рейки 15 с внешними секциями 18 лопастей через упорные ролики 6, установленные на внешних сторонах поперечных консольных планок 7, опираются на внутреннюю поверхность опорных ободов 4, которые, в зависимости от фазы движения, способны смещать парные рычажные рейки 15 между опорными роликами 13 при вращении ротора, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов R₁ и R₂, лопастей и их моментов вращения. В предложенной полезной модели длина лопастей, находящихся ниже оси вращения ротора, в два раза больше, чем у лопастей, находящихся выше центра вращения ротора. За счет поворота секций 17 и 18 по ветру у лопастей, движущихся на встречу ветру, тормозящий момент будет близким к нулевому значению, а полезный момент вращения у лопастей, движущихся по ветру, будет максимальным. За счет этого достигается повышение КПД преобразования энергии ветра. Обратный разворот секций 17 и 18 предотвращают упоры 22, а максимальный угол поворота их ограничивается упорами 23. Размещенные по боковым сторонам рам 1,2 ветрозаборники 3 увеличивают площадь потока ветра, воздействующего на лопасти, создающие положительный момент вращения ротора, дополнительно повышает КПД ветроколеса.The wind wheel (Fig. 1) has a stator in the form of one or several frames 1, 2, from the outside on the sides of the frames 1, 2 wind inlets 3 are fixed, and inside the side walls of the frames 1, 2, two identical supporting rims 4 are coaxially fixed. The supporting rims 4 are fixed on the inner sides of the frames 1, 2 using angles 5. Inside the frames 1, 2, a rotor is installed with a displaced horizontal axis of rotation along the line of symmetry of the supporting rims 4. In the proposed utility model, this displacement is carried out upwards. The rotor has an even number of levers with corresponding blades. Each of the supporting rims 4 in its plane has one axis of symmetry located vertically, along which the axis of rotation of the rotor is displaced, and the shape of each supporting rim 4 is chosen such that the distance L between the two points of intersection K, K of the inner generatrix of the supporting rim 4 with a straight line The spacecraft passing through the axis of rotation of the rotor, at any angle α of inclination of this straight line, was constant and equal to the distance between the points of contact of the inner surface of the support rim 4 with opposite thrust rollers 6 mounted at the ends of the transverse 7 cantilever slats 7. The rotor contains a central segment of the axis 8 with disk flanges 9 on both sides, axial lugs 10 and, spaced between them coaxially, dividing discs 11 (see figure 2), fastened with pins 12. In the spaces between the dividing discs 11 support rollers 13 are installed on the studs 12, four support rollers in each gap, and on the remaining studs the restriction bushings 14 are determined, which determine the distance a between adjacent dividing discs 11. The number of restriction discs 11 is one more than the number of pairs th lever rails 15. The rotor contains an even number of combined levers in the form of diametrically opposite pair of lever segments 16, each rigidly mounted on the spacer discs, each of which is offset from the disc diameter in opposite directions by an amount δ, the number of pairs of which corresponds to the number of blades and an even number of pair of lever rails 15, placed in the spaces between the separation discs 11, having the ability to move between the support rollers 13 mounted on the studs 12 between dividing discs 11. Paired lever rails 15 are parallel to the paired lever segments 16. Each of their blades consists of two sections 17, 18. Sections 17 are internal, which are located on the rotary axes 19 between the supporting lever segments 16. Sections 18 are external, which are placed on the rotary axes 20 inside the frames 21, mounted on the consoles of the pair of lever rails 15. So that when turning the sections 17 and 18 do not create obstacles to each other, the rotary axes 20 of each outer section 18 are placed next to their outer side, and the rotary axes 19 of each inner spaced projections 17 on its outer side at a distance ΔL _L equal to one quarter of the length of the section 17. Each of sections 17 and 18 is rotatable from 0 ° to 90 °. The length of each of the lever segments 16, which is rigidly fixed on the separation disks 11, as well as the length L _{l of} each of the inner sections 17 of the blades and the sides of the frames 21 mounted between them and mounted on the consoles of the pair of lever rails 15, is less than the minimum distance L ₁ between the supporting rims 4 and circumferences of separation discs 11 and the length L ₂ of paired lever slats having the ability to move freely between the separation discs 11 with the supporting rollers 13, greater than the length L ₁ is firmly fixed to them associated segments 16. pairwise Amkami 21 with transverse cantilever arms 7, paired lever rails 15 with external sections 18 of the blades through thrust rollers 6 mounted on the outer sides of the transverse cantilevered arms 7, are supported on the inner surface of the supporting rims 4, which, depending on the phase of movement, are able to bias the paired lever rails 15 between the support rollers 13 during rotation of the rotor, changing the ratio of the lengths of opposing levers R ₁ and R ₂ , the blades and their moments of rotation. In the proposed utility model, the length of the blades below the axis of rotation of the rotor is two times longer than that of blades located above the center of rotation of the rotor. Due to the rotation of sections 17 and 18 in the wind at the blades moving towards the wind, the braking torque will be close to zero, and the useful moment of rotation at the blades moving in the wind will be maximum. Due to this, an increase in the efficiency of conversion of wind energy is achieved. The reverse turn of the sections 17 and 18 is prevented by the stops 22, and their maximum rotation angle is limited by the stops 23. The air intakes 3 located on the sides of the frames 1.2 increase the area of the wind flow acting on the blades creating a positive moment of rotation of the rotor, further increasing the efficiency of the wind wheel.

Claims

1. A wind wheel containing a stator in the form of one or several frames with wind inlets, two support rims, a rotor with a horizontal axis of rotation and an even number of levers and blades, each of the support rims in its plane has one axis of symmetry located vertically, along which the axis of rotation of the rotor is displaced, and the shape of its generatrix is selected such that the distance between 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, 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 support rim with opposite thrust rollers mounted on the ends of the transverse cantilever bars.

2. The wind wheel according to claim 1, characterized in that the rotor contains a central segment of the axis with disk flanges on both sides, axial lugs with flanges and coaxial separation discs placed between them, fastened with pins and placed on them in between the separation discs and flanges four support rollers in each gap, and the number of spaces corresponds to the number of paired link rails.

3. The wind wheel according to claim 1, characterized in that the rotor contains an even number of combined levers in the form of diametrically opposite pair of lever segments rigidly fixed on the separation discs, each of which is offset from the diameter of the disk in opposite directions from it, the number of pairs of which corresponds to the number of blades and an even number of pair of lever rails placed in the spaces between the separation discs, having the ability to move between the support rollers installed between the divide nymi disks, parallel twin-lever segments.

4. The wind wheel according to claim 1, characterized in that each of the blades contains two sections, one of which is internal, located on the rotary axes between the pair of lever segments, and the second is external, located on the rotary axes inside the frame, mounted on the consoles of the paired lever rails, and the rotary axes of each outer section are located next to their outer side, and the rotary axes of each inner section are separated from its outer side by a distance equal to one quarter of its length and each of the sections can be rotated by an angle m 0 to 90 °.

5. The wind wheel according to claim 3, characterized in that the length of each of the lever segments rigidly fixed on the dividing discs, as well as the length of each of the inner sections of the blades and the sides of the frames fixed between them, mounted on the consoles of the pair of lever rails, is less than the minimum distance between supporting rims and circles of the separation discs, and the length of the pair of lever rails that can freely move between the separation discs is greater than the length of the lever segments rigidly fixed on them.

6. The wind wheel according to claim 1, characterized in that the pair of lever rails pairwise connected by frames with the transverse cantilever rails with the corresponding external sections of the blades through thrust rollers mounted on the outer sides of the transverse cantilever rails are supported on the inner surface of the supporting rims capable of displacing, in depending on the phase of movement, the pair of lever rails between the support rollers during rotation of the rotor, changing the ratio of the lengths of opposing levers and blades and their moments of rotation.

7. The wind wheel according to claim 1, characterized in that the stator is equipped with wind intakes located on the sides of the frames in front and below the axis of rotation of the rotor with an opening angle of not more than 60 °.