ВЕТРОКОЛЕСО

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра для стационарных и мобильных ветроэнергетических установок.
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, 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 ветроколеса, увеличении его чувствительности к скорости ветра за счет использования смещенной оси вращения ротора колеса, изменяющейся длине рычагов и увеличению площади лопастей, создающих положительный вращающий момент, уменьшении веса ветроколеса.
Технический результат достигается тем, что ветроколесо содержит статор в виде каркаса из одной или более рам, размещенный внутри них вертикально по центру опорный обод, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками, четное число рычагов с размещенными на них, лопастями и обтекатель. Особенностью является то, что опорный обод имеет 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 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, имеющим возможность перемещаться в отверстиях в ступице при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены за парными рычажными рейками относительно направления вращения ротора. 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 трех, близких по длине, способных сдвигаться и раздвигаться, плоских секций, одни из которых - внутренние, закрепленные на концах, жестко закрепленных на ступице, реек с внешней стороны и с просветом между ними, другие - внешние, одинаковые по длине с внутренними секциями, закрепленные на обоих концах парных рычажных реек с внешней стороны и с просветами между ними, третьи - промежуточные секции, размещены между жестко закрепленными на ступице рейками и парными рычажными рейками, способные смещаться вдоль них в пределах длины внутренней и внешней секций. 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. Расположенные выше оси вращения лопасти со стороны ветра закрыты обтекателем, закрепленным на раме. Спереди обтекатель имеет козырек, способный направлять часть потока ветра на лопасти, находящиеся в горизонтальном положении перед осью вращения ротора, увеличивая его момент вращения.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроколесо со смещенной осью вращения, комбинированными рычагами и трехсекционными лопастями; рис.2 - вид трехсекционных лопастей с торцевой стороны.
1
1
Ветроколесо (фиг.1) имеет статор в виде каркаса из одной или более рам 1, 2. Внутри рам 1, 2 вертикально по центру размещен опорный обод 3, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы 4 с осевыми наконечниками 5, с четным числом комбинированных рычагов с размещенными на них трехсекционными лопастями и обтекатель 6. Опорный обод 3 имеет ось симметрии, расположенную вертикально в плоскости обода 3. Ось вращения ротора смещена по оси опорного обода 3. В предложенной полезной модели ось вращения ротора смещена вверх от середины линии симметрии опорного обода 3. Конфигурация опорного обода 3 в его плоскости выбрана такой, чтобы расстояние L между двумя точками К, К пересечения опорного обода 3 с прямой КК, проходящей через центр оси вращения ротора, при любом угле α наклона этой прямой КК было постоянно 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. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов, в виде жестко закрепленных по окружности ступицы 4 на ее краях четного числа пар реек 10 и параллельных им парных рычажных реек 9, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 11 в ступице 4. Рейки 10 размещены за парными рычажными рейками 9 относительно направления вращения ротора. Длина L каждой жестко закрепленной на ступице 4, рейки 10 меньше минимального расстояния между опорным ободом 3 и ступицей 4, а длина, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 11 в ступице 4, парных рычажных реек 9 более чем в четыре раза больше длины L жестко закрепленных на ступице 4 реек 10. Между проекциями на вертикальной плоскости жестко закрепленных на ступице 4 реек 10 и парных рычажных реек 9 имеется зазор δ, обеспечивающий беспрепятственное перемещение парных рычажных реек 9 по отверстиям 11 в ступице 4 при вращении ротора. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из трех, близких по длине, способных сдвигаться и раздвигаться, плоских секций 12, 13 и 14. Секции 12 - внутренние, закреплены на концах, жестко закрепленных на ступице 4, реек 10 с внешней стороны и с просветом 5 между ними, обеспечивающим перемещение хомутов 15 (см. фиг.2) вдоль реек 10. Секции 13 - внешние, одинаковые по длине с внутренними секциями 12, закреплены на обоих концах парных рычажных реек 9 с внешней стороны и с просветом δ между ними, обеспечивающим перемещение хомутов 15 (см. фиг.2) вдоль парных рычажных реек 9. Секции 14 - промежуточные, размещенные между жестко закрепленными на ступице 4 рейками 10 и парными рычажными рейками 9, способны смещаться вдоль них в пределах внутренней 12 и внешней 13 секций. Секции 14 снабжены с обоих концов упорными хомутами 15, удерживающими секции 14 в промежутке между рейками 10 и рычажными рейками 9. Попарно связанные поперечными консольными планками 16 парные рычажные рейки 9 с соответствующими секциями 13 лопастей через упорные ролики 7, установленные на внешних сторонах по центру поперечных консольных планках 16, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода 3, способного смещать парные рычажные рейки 9 по отверстиям 11 в ступице 4, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, их лопастей и моментов вращения в зависимости от фазы движения при вращении ротора.
Опорный обод 3 крепится на рамах 1, 2 с помощью уголков 17. Осевые наконечники 5 ступицы 4 установлены в подшипниках 18. Упорные ролики 7 размещены между ушками 19, закрепленных на поперечных консольных планках 16 и осях 20. Расположенные выше оси вращения лопасти со стороны ветра закрыты обтекателем 6, закрепленным на раме 1. Спереди обтекатель 6 имеет козырек 21, способный направлять часть потока ветра на лопасти, находящиеся в горизонтальном положении перед осью вращения ротора, увеличивая его момент вращения.
Выбранная форма опорного обода 3 и величина смещения оси вращения ротора определяет закон изменения длины рычагов, длины лопастей, их площади и величины вращающего момента ветроколеса, что позволяет получить увеличение КПД преобразователя энергии.