ВЕТРОВОЕ КОЛЕСО
WIND WHEEL

Изобретение относится к области ветроэнергетики.
Известно ветровое колесо, содержащее ступицу с прикрепленными к ней спицами радиально установленный лопасти на обращенной к ступице поверхности обода [1]. Такое колесо может иметь лопасти и на внешней поверхности обода.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей ветрового колеса.
Технический результат решения поставленной задачи достигается тем, что в ветровом колесе, содержащем ступицу с прикрепленными к ней спицами, радиально установленные лопасти на обращенной к ступице поверхности обода и на внешней его поверхности, ступица и спицы выполнены неподвижными относительно вращающегося обода, причем, по меньшей мере, на одной из спиц установлен генератор электрического тока, прилегающий вращающейся деталью к боковой поверхности обода. Обод расположен между парами спиц, имеет по окружности на боковых поверхностях желоба для качения шариков, установленных в полусферических держателях, закрепленных на спицах. Лопасти, установленные на обращенной к ступице поверхности обода, и лопасти, установленные на внешней его поверхности, имеют одинаковые/разные углы наклона Ступица выполнена состоящей из двух частей, входящих одна в другую, с элементом их фиксации. Концевая часть лопасти, установленной на внешней поверхности обода, имеет треугольной формы бортик.
На фиг.1 изображено ветровое колесо с радиально установленными на ободе лопастями, вид спереди; на фиг.2 - сечение фиг.1 по А-А; на фиг.3 и 4 изображены поперечные сечения прямых лопастей соответственно по В-В и С-С; на фиг. 5 и 6 показаны соответственно концевые части прямой и изогнутой лопастей с бортиками треугольной формы.
Ветровое колесо (фиг.1) содержит надетую на полую не вращающуюся ось 1 неподвижную (не вращающуюся) ступицу 2 с попарно прикрепленными к ней спицами 3. Ступица и спицы, числом не менее трех, могут быть изготовлены (отлиты) из одного материала. По меньшей мере, на одной из спиц установлен генератор 4 электрического тока, прилегающий вращающейся деталью 5 к боковой поверхности 6 вращающегося обода 7. Генератор электрическим кабелем 8 соединен через полость оси с устройством, аккумулирующим энергию (не показано). Обод расположен между парами спиц, имеет по окружности на боковых поверхностях желоба 9 для качения шариков 10, установленных в полусферических держателях 11, расположенных на спицах. Ступица может быть выполнена состоящей из двух частей 12 и 13, входящих (возможно с винтовым соединением) одна в другую, с элементом 14 их фиксации (фиг.2). На обращенной к ступице поверхности 15 обода установлены радиально, под углом α (фиг.1 и 3) по отношению к плоскости обода, прямые (изогнутые) лопасти 16. На внешней поверхности 17 обода установлены радиально, под углом β (фиг.1 и 4) по отношению к плоскости обода, прямые (изогнутые) лопасти 18. Лопасти на ободе могут быть расположены одна напротив другой (фиг.1 и 2) или со смещением одна относительно другой, причем углы наклона лопастей могут быть одинаковыми (α=β) или разными (α ≠ β). Число лопастей на обращенной к ступице поверхности обода и на внешней его поверхности может быть одинаковым или разным, четным или нечетным. Концевая часть 19 как прямой (фиг.5), так и изогнутой (фиг.6) лопасти, установленной на внешней поверхности обода, может иметь треугольной формы бортик.20.
Процесс изготовления ветрового колеса включает следующие операции.
Из пластмассы, например, полиуретана, изготавливают методом точного литья разъемную ступицу 2, состоящую из двух частей 12 и 13, имеющих одинаковое число спиц с полусферическими держателями 11 для шариков 10. Шарики изготавливают из прочного материала, не требующего смазки,- например, из той же пластмассы или графита.
Из пластмассы изготавливают прямые (изогнутые) лопасти 16 и прямые (изогнутые) лопасти 18 с бортиком 20 на концевой части 19. Число, форму, длину лопастей (диаметр колеса по лопастям) определяют, исходя из ветровой нагрузки.
Из пластмассы изготавливают обод 7, имеющий на боковых поверхностях 6 желоба 9 для качения шариков. На обращенную к ступице поверхность 15 обода устанавливают радиально, например, под углом α=30° по отношению к плоскости обода прямые лопасти 16. На внешней поверхности 17 обода устанавливают радиально, например, под углом β=25° по отношению, к плоскости обода, прямые лопасти 18. На ободе вместо прямых лопастей могут быть установлены изогнутые лопасти, например, аналогичные лопастям пропеллера или турбины.
Затем осуществляют сборку ветрового колеса (согласно фиг.1), скрепляя части ступицы элементом 14 фиксации. Заключительной операцией является, установка на спицу (спицы) генератора (генераторов) 4 так, чтобы деталь 5, изготовленная, например, из резины, плотно прилегала к боковой поверхности обода например, с возможностью качения по желобу, образуя фрикционную передачу. Возможна, вместо фрикционной, зубчатая передача при условии выполнения на боковой поверхности обода (вне желоба) зубчатого зацепления с вращающейся зубчатой деталью генератора.
Ветровое колесо закрепляют неподвижно на металлической (стальной) оси 1, через полость которой пропускают электрический кабель (кабели) 8, соединяющий генератор (генераторы) электрического тока с устройством, аккумулирующим энергию. В составе ветроэнергетической установки (не показана) ось, снабженная направляющим ветер хвостовым пером, может иметь возможность кругового поворота в горизонтальной плоскости. Расположение желоба (желобов) на боковой поверхности вращающегося обода исключает осаждение в нем пыли, жидких и твердых осадков, препятствующих качению шариков. Различные углы наклона лопастей (α; β) в одном ветровом колесе исключают возникновение резонансных шумов. Бортики на концевых частях вращающихся лопастей препятствует смещению части потока воздуха (ветра) в радиальном направлении вследствие. действия центробежных сил.
При наличии ветра, воздействующего на ветровое колесо, каждый электрический генератор начинает вырабатывать электрический ток. Присутствие в ветровом колесе двух и более генераторов гарантирует выработку электроэнергии даже в случае выхода из строя любого из них.
Источники информации
1. Политехнический словарь / Гл. ред. И.И. Артоболевский. - М.: Советская энциклопедия, 1976. - С.217.