ВЕТРОВОДЯНОЕ КОЛЕСО

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 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 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 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 плоскостями. 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 этих прямых 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, имеющим возможность перемещаться в отверстиях в ступице при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице рейки размещены впереди, по направлению вращения ротора, парных рычажных реек. 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 двух одинаковых по длине секций, одни из которых выполнены в виде горизонтально расположенных полых полуцилиндров, жестко закрепленных на концах каждой пары жестко закрепленных на ступице реек, выпуклостью по направлению вращения ротора, каждая из других секций, имеющие 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 через упорные ролики, установленные на концах поперечных консольных планок, опираются на внутренние поверхности 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 материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроводяное колесо со смещенной осью вращения, комбинированными рычагами и двухсекционными лопастями.
Ветроводяное колесо (фиг.1) имеет 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 лопастями. Каждый из опорных ободов 3 имеет одну вертикальную ось симметрии, по которой они смещены относительно оси вращения ротора. В предложенной полезной модели опорные ободы 3 смещены вниз. Расстояние L между двумя точками пересечения А, В внутренней поверхности каждого опорного обода 3 с прямой АВ, проходящей в плоскости каждого опорного обода 3 через ось вращения ротора, при любом угле α наклона этих прямых АВ равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих, относительно оси вращения ротора, упорных роликов 6 с внутренней поверхностью соответствующего опорного обода 3 и постоянно по величине. Ротор 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, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 9 в ступице 4 при вращении ротора. Жестко закрепленные на ступице рейки 7 размещены впереди, по направлению вращения ротора, парных рычажных реек 8. Между проекциями на вертикальной плоскости жестко закрепленных на ступице 4 реек 7 и парных рычажных реек 8 имеется зазор 5, обеспечивающий беспрепятственное перемещение парных рычажных реек 8 по отверстиям 9 в ступице 4 при вращении ротора. Длина L1 каждой жестко закрепленной на ступице 4 рейки 7 меньше минимального расстояния между осью вращения ротора и опорным ободом 3, а длина имеющих возможность перемещаться в отверстиях 9 в ступице 4, парных рычажных реек 8 более чем в три раза больше длины L1 жестко закрепленных на ступице 4 реек 7. Каждая из лопастей представляет собой комбинацию из двух одинаковых по длине (L1=L2) секций 10, 11, одни из которых 11 выполнены в виде горизонтально расположенных полых полуцилиндров из легкого металла или композитного материала, жестко закрепленных на концах каждой пары жестко закрепленных на ступице 4 реек 7, выпуклостью по направлению вращения ротора, каждая из других секций 12, имеющих плоскую форму, размещены на противоположных концах парных рычажных реек 8, скрепленных поперечными консольными планками 13. Попарно связанные поперечными консольными планками 13 парные рычажные рейки 8 с соответствующими секциями 12 лопастей через упорные ролики 6, установленные на концах поперечных консольных планок 13, опираются на внутренние поверхности опорных ободов 3, способных смещать парные расчетные рейки 8 по отверстиям 9 в ступице 4, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, их лопастей и моментов вращения в зависимости от фазы движения при вращении ротора. Опорные ободы 3 крепятся на рамах 1, 2 с помощью уголков 14. Осевые наконечники 5 ступицы 4 установлены в подшипники 15. За счет выбранной формы секций 11 комбинированных лопастей, расположенных выше оси вращения ротора, уменьшается тормозящий момент вращения этих лопастей при встречном движении ветра и таким образом  повышается результирующий положительный момент вращения ветроводяного колеса. За счет формы опорных ободов 3 и смещенной оси вращения ротора при спутном движении лопастей увеличивается длина рычагов, длина лопастей и их эффективная площадь, в результате чего достигается высокий КПД преобразования энергии течений воды или ветра.