RU87756U1 - Ветроводяное колесо - Google Patents

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), два опорных обода (3), размещенных внутри рам (1, 2) по боковым сторонам, ротор с горизонтальной осью вращения и четным числом комбинированных рычагов и двухсекционными лопостями, одни из которых выполнены в виде лопастей Савониуса с горизонтальным расположением. Ось вращения ротора смещена относительно середины опорного обода (3). Конфигурация опорных ободов (3) и величина смещения оси вращения ротора определяют закон изменения длин комбинированных рычагов и эффективной площади составных лопастей и определяют результирующий момент вращения ротора и КПД преобразования энергии.

Description

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра для стационарных и мобильных ветроэнергетических установок и малых речных электростанций.

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 генератор, кинематически связанного с осью вращения ротора преобразователя. В известном устройстве рычаги жестко закреплены на оси вращения ротора (см. патент RU №2168652), прототип.

Недостатком прототипа является низкая эффективность преобразования энергии 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.

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.

Технический результат достигается тем, что ветроводяное колесо содержит статор в виде каркаса из двух рам, скрепленных перпендикулярно по боковым сторонам, размещенные в нутрии 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. 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 этой прямой 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, имеющих возможность перемещаться в отверстиях ступицы при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены спереди, по направлению вращения ротора, парных рычажных реек. Длина каждой жестко закрепленной на ступице рейки меньше минимального расстояния между осью вращении ротора и опорным ободом, а длина, имеющих возможность перемещаться в отверстиях ступицы, парных рычажных реек более чем в три раза больше длины жестко закрепленных на ступице реек. 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. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из двух одинаковых по длине секций, одни из которых выполнены в виде горизонтально расположенных лопастей Савониуса, закрепленных на концах каждой пары жестко закрепленных на ступице реек, выпуклостью по направлению вращения ротора, а каждая из других секций, имеющих 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 с плоской формой, через упорные ролики, установленные на концах поперечных консольных планок, опираются на внутренние поверхности обоих 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.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроводяное колесо с комбинированными лопастями смещенной осью вращения; фиг.2 - фрагменты элементов ступицы ротора.

Ветроводяное колесо (фиг.1) содержит 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 лопастях. Каждый из опорных ободов 3 имеет одну вертикальную ось симметрии, расположенную вертикально и проходящую через ось вращения ротора, по которой обода 3 смещены относительно оси вращения ротора, а расстояние L между двумя точками К, К пересечения внутренней поверхности каждого опорного обода 3 с прямой КК, проходящей в плоскости каждого опорного обода 3 через ось вращения ротора, при любом угле а наклона этой прямой равно расстоянию L между точками соприкосновения противолежащих, относительно оси вращения ротора, упорных роликов 6 с внутренней поверхностью соответствующего опорного обода 3 и постоянно по величине (L-const). Ротор ветроводяного колеса 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, 9, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 10 в ступице 4 при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице 4 рейки 7 размещены спереди, по направлению вращения ротора, парных рычажных реек 8, 9. Длина L₁ каждой жестко закрепленной на ступице 4 рейки 7 меньше минимального расстояния между осью вращения ротора с опорным ободом 3, а длина (L₁+L₂+D, где D - диаметр ступицы 4), имеющих возможность перемещаться в отверстиях 10 в ступице 4, парных рычажных реек 8, 9 более чем в три раза больше длины жестко закрепленных на ступице 4 реек 7, (L₁+L₂+D)>3L₁. Парные рычажные рейки 8, 9, проходящие через отверстия 10 в ступице 4, опираются на парные опорные ролики 11, установленные между щечками 12 вкладышей 13 (см. фиг.2), закрепленных внутри ступицы 4 с обеих сторон каждой рычажной рейки 8, 9, которые уменьшают потери на трение при перемещении парных рычажных реек 8, 9. На подвижных парных рычажных рейках 8, 9 и жестко закрепленных на ступице 4 реек 7 размещены составные лопасти. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из двух одинаковых по длине Li секций, одни из которых выполнены в виде горизонтально расположенных лопастей Савониуса 14, закрепленных на концах каждой пары жестко закрепленных на ступице 4 реек 7, выпуклостью по направлению вращения ротора, а каждая из других секций 15, имеющих плоскую форму, размещены на противолежащих концах парных рычажных реек 8, 9, скрепленных поперечными консольными планками 16. Попарно связанные поперечными консольными планками 16 парные рычажные рейки 8, 9, с соответствующими секциями 15 лопастей с плоской формой, через упорные ролики 6, установленные на концах с внешней стороны поперечных консольных планок 16, опираются на внутренние поверхности обоих опорных ободов 3, способных смещать парные рычажные рейки 8, 9 по отверстиям 10 в ступице 4, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов (L₂/2:L₁/2), их лопастей и моментов вращения в зависимости от фазы движения ротора. Опорные обода 3 крепятся к рамам 1, 2 с помощью уголков 17, а упорные ролики 6 - с помощью уголков 18, размещенных на концах поперечных консольных планок 16. Ступица 4 своими осевыми наконечниками 5 установлена в подшипниках 19. Высота Н выпуклых частей лопастей Савониуса меньше их длины L₁. Зазор 8 обеспечивает свободное смещение парных рычажных реек 8, 9, параллельных рейкам 7.

Claims (6)

1. Ветроводяное колесо, содержащее статор в виде каркаса из двух рам, скрепленных перпендикулярно по боковым сторонам, размещенных 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 этой прямой 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, имеющих возможность перемещаться в отверстиях ступицы при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены спереди, по направлению 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 вращении ротора и опорным ободом, а длина имеющих возможность перемещаться в отверстиях ступицы парных рычажных реек более чем в три раза больше длины жестко закрепленных на ступице реек.

4. Ветроводяное колесо по п.2, отличающееся тем, что 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.

5. Ветроводяное колесо по п.1, отличающееся тем, что каждая из лопастей представляет собой комбинацию из двух одинаковых по длине секций, одни из которых выполнены в виде горизонтально расположенных лопастей Савониуса, закрепленных на концах каждой пары жестко закрепленных на ступице реек, выпуклостью по направлению вращения ротора, а каждая из других секций, имеющих плоскую форму, размещены на противоположных концах парных рычажных реек, скрепленных поперечными консольными планками.

6. Ветроводяное колесо по п.1, отличающееся тем, что попарно связанные поперечными консольными планками парные рычажные рейки с соответствующими секциями лопастей с плоской формой через упорные ролики, установленные на концах поперечных консольных планок, опираются на внутренние поверхности обоих 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.