ВЕТРОКОЛЕСО

Полезная модель относится к преобразователям энергии, работающим на основе использования энергии ветра, предназначена для использования в ветроэнергетических установках.
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.
Недостатком прототипа является низкая эффективность преобразования энергии течений во вращающий момент на оси ротора.
Технический результат заключается в повышении вращающего момента на оси ротора ветроколеса за счет использования смещенной оси вращения ротора и переменной длины рычагов при практически неизменных габаритных размерах и формы лопастей, автоматическом регулировании скорости вращения ротора ветроколеса при штормовых порывах ветра.
Технический результат достигается тем, что ветроколесо содержит статор в виде каркаса из двух рам, скрепленных перпендикулярно по боковым сторонам, размещенные внутри каркаса по боковым сторонам соосно два опорных обода, обтекатель, ветрозаборники, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками и, как минимум, две пары составных лопастей, размещенных между рычажными рейками, способными перемещаться в отверстиях в ступице. Особенностью является то, что каждый из опорных ободов имеет одну ось симметрии, проходящую в плоскости опорного обода через ось вращения ротора и параллельно боковым сторонам вертикальной рамы каркаса и по которой смещена ось вращения ротора, а конфигурация каждого опорного обода выбрана такой,
чтобы 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 было постоянным и равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих, относительно оси вращения ротора, упорных роликов с внутренней образующей опорного обода. Лопасти выполнены из парусины в виде шторок, закрепленных боковыми сторонами на ступице и поперечных консольных планках, связывающих попарно консоли рычажных реек, продольные стороны которых имеют возможность сдвигаться и раздвигаться по рычажным рейкам с помощью колец, связывающих лопасти с рычажными рейками. Попарно связанные поперечными консольными планками рычажные рейки с лопастями через упорные ролики, установленные на концах поперечных консольных планок, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода. Свободно проходящие через отверстия в ступице, рычажные рейки могут свободно перемещаться между парными опорными роликами, установленными между щечками вкладышей, размещенных внутри ступицы. На вертикальной раме каркаса статора установлен подпружиненный обтекатель лопастей, создающих тормозящий момент вращения ротора, с возможностью его поворота, а на обтекателе горизонтально установлен отрезок крыла с аэродинамическим профилем, выполняющий роль аэродинамического регулятора оборотов при штормовых порывах ветра. Экран спереди имеет козырек с начальным углом атаки β, который имеет возможность направлять часть потока воздуха при малых скоростях ветра на лопасти, расположенные горизонтально впереди ротора, и дополнительно усиливать положительный момент вращения ротора.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроколесо с аэродинамическим регулятором оборотов в разрезах и сечениях.
Ветроколесо (фиг.1) имеет статор в виде двух рам 1, 2, скрепленных взаимно перпендикулярно по боковым сторонам. Внутри рам 1, 2, по
1
2
боковым сторонам закреплены соосно два опорных обода 3, а снаружи сверху установлен обтекатель 4. Внутри каркаса размещен ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы 5 с осевыми наконечниками 6, установленными в подшипниках 7, закрепленных по боковым сторонам рам 1, 2. Ротор имеет, как минимум, две пары лопастей 8, 9 и 10, 11, размещенных между рычажными рейками 12, 13. Рычажные рейки 12, 13 могут свободно перемещаться в отверстиях 14 ступицы 5. Опорные ободы 3 имеют одинаковую форму и габариты. Каждый из них имеет одну ось симметрии, проходящую в плоскости опорного обода 3 через ось вращения ротора и параллельно боковым сторонам вертикальной рамы 2. По оси симметрии ободов 3 смещена ось вращения ротора, а конфигурация каждого опорного обода 3 выбрана такой, чтобы расстояние L между двумя точками КК пересечения внутренней образующей опорного обода 3 с прямой, проходящей в плоскости опорного обода 3 через ось вращения ротора, при любом угле α наклона этой прямой было постоянным и равным расстоянию между точками соприкосновения противолежащих, относительно оси вращения ротора, упорных роликов 15 с внутренней образующей опорного обода 3. Лопасти 8, 9 и 10, 11 выполнены из парусины в виде шторок, закрепленных боковыми сторонами на ступице 5 с помощью закрепленных на ней скоб 16, по числу лопастей, и поперечных консольных планках 17, которыми связаны попарно консоли рычажных реек 12, 13, а продольные стороны которых имеют возможность сдвигаться и раздвигаться, подобно шторкам, по рычажным рейкам 12, 13 с помощью колец 18, связывающих лопасти 8, 9 и 10, 11 с рычажными рейками 12, 13. Связанные попарно поперечными консольными планками 17 рычажные рейки 12, 13 с лопастями 8, 9, 10, 11 через упорные ролики 15, установленные на концах поперечных консольных планок 17, опираются на внутреннюю поверхность опорных ободов 3, при прокате по которым в процессе вращения ротора, за счет смещения оси вращения ротора, изменяется длина противолежащих рычагов R и R, их лопастей 10 и 11, соответственно, и моменты вращения.
2
2
2
2
1
1
1
1
2
1
1
Положительный момент вращения ротора M=R×S, где S - площадь лопасти 11, становится в несколько раз больше тормозящего момента вращения ротора M=R×S, где S - площадь лопасти 10, движущейся навстречу ветру. Результирующий момент вращения ротора M=M-M определяется выбранной формой опорных ободов 3 и величиной смещения оси вращения ротора по оси симметрии этих ободов. Для уменьшения потерь на трение при перемещении рычажных реек 12 и 13 внутри ступицы 5 над отверстиями 14 закреплены парные вкладыши 19 и 20, на концах которых между щечками 21 установлены опорные ролики 22, на которые опираются рычажные рейки 12, 13. Для уменьшения тормозящего момента вращения M на вертикальной раме 2 каркаса статора установлен подпружиненный обтекатель 4 с козырьком 23, а сверху его закреплен горизонтально на стойках 24 отрезок крыла 25 с аэродинамическим профилем, выполняющий роль аэродинамического регулятора оборотов ротора при штормовых порывах ветра. Козырек 23 с начальным углом атаки γ, при малых скоростях ветра направляет часть потока воздуха на лопасть 8, расположенную горизонтально впереди ротора и дополнительно усиливает положительный момент вращения ротора. Пружина 26, удерживающая обтекатель 4 в исходном положении, выбрана такой, чтобы при штормовых порывах ветра за счет подъемной силы крыла 25 обтекатель 4, поворачиваясь на оси 27, открывал путь потоку ветра, воздействующему на лопасть 10, создающую тормозящий момент вращения ротора, уменьшая результирующий момент вращения ротора и число его оборотов.