ВЕТРОКОЛЕСО

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра для 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 невысокая эффективность преобразования энергии течений во вращающий момент на оси ротора и отсутствие устройства регулирования скорости вращения ротора.
Технический результат заключается в повышении вращающего момента на оси ротора ветроколеса за счет использования смещенной оси вращения ротора и комбинированных рычагов, уплотнения потока ветра для лопастей с спуным движением.
Технический результат достигается тем, что ветроколесо содержит статор из скрепленных по боковым сторонам рам с обтекателем и ветрозаборниками, размещенные внутри рам вертикально по боковым сторонам соосно два опорных обода, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы, четным числом рычагов и лопастями. 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 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 в ступице при вращении ротора. Длина каждой жестко закрепленной на ступицы рейки меньше минимального расстояния между осью вращения ротора и опорным ободом, а длина, имеющих возможность перемещаться в отверстиях в ступице, парных рычажных реек более чем в три раза больше длины реек, жестко закрепленных на ступице. Каждая из лопастей содержит по две способных сдвигаться или раздвигаться секции, одна из которых размещена на жестко закрепленных на ступице рейках по их длине, а другая секция размещена на концах парных рычажных реек и поперечных консольных планках, соединяющих консоли этих реек. Попарно связанные поперечными консольными планками парные рычажные рейки с соответствующими секциями лопастей через упорные ролики, установленные на внешних сторонах поперечных консольных планок, опирающиеся на внутреннюю поверхность опорных ободов, способны смещаться по отверстиям в ступице, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, их лопастей и их моментов вращения в зависимости от фазы движения ротора. Парные рычажные рейки, проходящие через отверстия в ступице, опираются на парные опорные ролики, установленные между щетками вкладышей, закрепленных внутри ступицы с обеих сторон каждой рычажной рейки. Лопасти, расположенные выше оси вращения ротора, способные создавать тормозящий момент вращения при их движении навстречу ветру, со стороны ветра закрыты закрепленными на раме обтекателем с козырьком, имеющим возможность направлять часть потока ветра на находящиеся в горизонтальном и близким к нему положении лопасти, усиливая положительный момент вращения. Размещенные на боковых сторонах рам спереди и ниже оси вращения ротора ветрозаборники способны увеличивать поток ветра, падающий на лопасти, создающие положительный момент вращения.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроколесо со смещенной осью вращения, комбинированными рычагами и соответственными лопастями; фиг.2 - система опорных роликов, размешенных с обеих сторон парных рычажных реек внутри осевой ступицы.
1
1
2
1
2
Ветроколесо (фиг.1) имеет статор из скрепленных по боковым сторонам рам 1, 2 с обтекателем 3 и ветрозаборниками 4, 5. Внутри рам 1, 2 вертикально по боковым сторонам соосно размещены два опорных обода 6, 7, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы 8 с отверстиями 14 и осевыми наконечниками 22, установленными в подшипники 23, четным числом рычагов 12, 13 с лопастями 15, 16. Каждый из опорных ободов 6, 7 в своей плоскости имеет одну ось симметрии, расположенную вертикально, по которой смещена ось вращения ротора. В предложенной полезной модели ось смещена вверх. Форма образующей каждого опорного обода 6, 7 выбрана такой, чтобы расстояние L между двумя точками К, К пересечения внутренней образующей опорного обода 6, 7 с прямой КК, проходящей через ось вращения ротора, при любом угле α наклона этой прямой КК было постоянным и равно расстоянию L между точками соприкосновения К, К внутренней поверхности опорного обода 6, 7 с противолежащими упорными роликами 9, установленными на концах поперечных консольных планках 10. Ротор содержит четное число комбинированных рычагов в виде жестко закрепленных по окружности ступицы 8 на ее краях четного числа пар реек 11 и параллельных им парных рычажных реек 12, 13, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 14 в ступице 8 при вращении ротора. Длина L каждой жестко закрепленной на ступице 8 рейки 11 меньше минимального расстояния между осью вращения ротора и опорным ободом 8. Длина, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 14 в ступице 8, парных рычажных реек 12, 13 (L+L+D, где D - диаметр ступицы 8), более чем в три раза больше длины реек 11, жестко закрепленных на ступице 8. Каждая из лопастей содержит по две, способных сдвигаться и раздвигаться секции 15, 16, одна из которых размещена на жестко закрепленных на ступице 8 рейках 11 по их длине, а другая секция 16 размещена на концах парных рычажных реек 12, 13 и поперечных консольных планках 10, соединяющих консоли реек 12, 13. Попарно связанные поперечными консольными планками 10, парные рычажные рейки 12, 13 с соответствующими секциями 16 лопастей через упорные ролики 9, установленные на внешних сторонах поперечных консольных планок 10, опирающиеся на внутреннюю поверхность опорных ободов 6, 7, способны смещаться по отверстиям 14 в ступице 8, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов L/L, их лопастей, состоящих из секций 15, 16, и их моментов вращения в зависимости от фазы движения ротора. Парные рычажные рейки 12, 13, проходящие через отверстия 14 в ступице 8, опираются на парные опорные ролики 17 (см. фиг.2), установленные между щетками 18 вкладышей 19, закрепленных внутри ступицы 8 с обеих сторон каждой рычажной рейки 12, 13, что снижает потери на трение при смещении этих реек. Лопасти, расположенные выше оси вращения ротора, способные создавать тормозящий момент вращения при их движении навстречу ветру, со стороны ветра закрыты, закрепленным на раме 1, обтекателем 3 с козырьком 20, имеющим возможность направлять часть потока ветра на находящиеся в горизонтальном и близким к нему положении лопасти, усиливая положительный момент вращения.
Размещенные на боковых сторонах рам 1, 2 спереди и ниже оси вращения ротора ветрозаборники 4, 5 способны увеличить поток ветра, падающий на лопасти, создающие положительный момент вращения. Таким образом достигается повышение КПД преобразования энергии ветроколеса.
Опорные обода 6, 7 крепятся к рамам 1, 2 с помощью уголков 21.