ВЕТРОВОДЯНОЕ КОЛЕСО

Полезная модель относится к преобразователям энергии течения воды или ветра и может быть использована при создании энергетических установок в области нетрадиционной энергетики.
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, не полное использование рычагов, а штормовые порывы ветра могут привести к поломкам вращающихся лопостей.
Технический результат заключается в повышении вращающего момента на оси ротора ветроводяного колеса за счет использования комбинированных рычагов при практически неизменных его габаритных размерах, повышении конструктивной надежности при сильных и штормовых порывах ветра, повышении чувствительности ветроводяного колеса к скорости течений воды или ветра.
Технический результат достигается тем, что ветроводяное колесо содержит статор в виде каркаса из одной или нескольких рам, размещенный внутри их вертикально по центру опорный обод, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками и четным числом рычагов, с размещенными на них лопастями. Особенностью является то, что опорный обод, охватывающий ротор с рычагами и лопастями, имеет одну 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 внутренней образующей опорного обода с прямой, проходящей через центр оси 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 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, имеющих возможность перемещаться в отверстиях в ступице при вращении ротора. Длина каждой жестко закрепленной на ступице 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 два раза больше реек, жестко закрепленных на ступице. Каждая из лопастей содержит по две сдвигающихся и раздвигающихся секции, одни из которых размещены на жестко закрепленных на ступице рейках по их длине, а другие секции размещены 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, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода, смещающего в зависимости от фазы движения парные рычажные рейки по отверстиям ступицы при вращении ротора, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов и лопастей и их моментов вращения. Статор снабжен ветроводозаборниками, размещенными на боковых сторонах рам впереди и ниже оси вращения ротора с углом раскрыва не более 60°.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроводяное колесо со смещенной осью вращения и комбинированными рычагами в сечениях и разрезах.
1
2
1
Ветроводяное колесо (фиг.1) имеет статор в виде каркаса из одной или нескольких рам 1, 2. Внутри рам 1, 2 размещен вертикально и по центру опорный обод 3, ротор с горизонтальной осью вращения в виде ступицы 4 с осевыми наконечниками 5, установленными в подшипниках 6. Опорный обод 3, охватывающий ротор с рычагами и лопастями, имеет ось симметрии, расположенную вертикально в плоскости обода и перпендикулярно оси вращения ротора. Ось вращения ротора смещена по оси симметрии опорного обода 3 в одну из сторон, в частности вверх, а конфигурация опорного обода 3, в его плоскости, выбрана такой, чтобы расстояние L между двумя точками пересечения К, К внутренней образующей опорного обода 3 с прямой КК, проходящей через центр оси вращения ротора, при любом угле наклона а было постоянным (L=constant) и равно расстоянию L=L+L между точками соприкосновения внутренней поверхности опорного обода 3 с противолежащими упорными роликами 7, которые установлены по центру на поперечных консольных планках 8 с помощью ушков 9 с осями 10. Парные консольные планки 8 соединяют жестко консоли парных рычажных реек 11. Ротор содержит, как минимум, четыре комбинированных рычага в виде парных рычажных реек 11, проходящих через отверстия 13 в ступице 4, имеющих возможность перемещаться в этих отверстиях при вращении ротора и, по числу лопастей, четного числа пар реек 12, жестко закрепленных на ступице 4 параллельно соответствующим парным рычажным рейкам 11. Длина каждой жестко закрепленной на ступице 4 рейки 12 меньше минимального расстояния L между осью вращения ротора и опорным ободом 3. Длина парных рычажных реек 11 более чем в два раза больше длины реек 12, а расстояние δ между парными рычажными рейками 11 и соответствующими рейками 12 берется таким, чтобы исключить препятствия смещению парных рычажных реек 11 в отверстиях 13 ступицы 4. В
1
2
2
2
2
2
1
1
1
1
2
1
2
1
предложенной модели длина парных рычажных реек 11 выбрала более чем в два раза больше длины реек 12. Соотношение этих длин определяется величиной смещения оси вращения ротора от середины линии симметрии опорного обода 3 и конфигурацией опорного обода 3, т.е. величиной L. Каждая из лопастей содержит по две секции 14 и 15. Секции 14 - размещены на жестко закрепленных на ступице 4 рейках 12 по их длине, а секции 15 размещены на концах подвижных парных рычажных рейках 11 с обеих сторон и поперечных консольных планках 8. Парные рычажные рейки 11 с секциями 15 лопастей через упорные ролики 7, установленные на внешних сторонах поперечных консольных планках 8, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода 3, которые способны прокатываться по нему при вращении ротора. В зависимости от фазы движения, парные рычажные рейки 11 способны перемещаться по отверстиям 13 в ступице 4, изменяя соотношение длин R и R противолежащих рычагов. При перемещении парных рычажных реек 11 секции 14 и 15 противолежащих лопастей способны сдвигаться или раздвигаться, что приводит к изменению соотношения длин противолежащих лопастей, их эффективных площадей и, в конечном итоге, к изменению результирующего вращающего момента ротора, который определяется разностью между положительным моментом вращения М=R×S при спутном движении лопастей, где S - площадь соответствующей лопасти, и тормозящим моментом вращения M=R×S при движении лопастей на встречу течению, где S - площадь соответствующей лопасти. В зависимости от фазы движения М>M и результирующий момент вращения М=М-M всегда положительный, а величина его зависит от выбранной величины перемещения парных рычажных реек 11. Увеличению результирующего вращающего момента ротора ветроводяного колеса способствует ветроводозаборники 16, размещенные на боковых сторонах рам 1, 2 впереди и ниже оси вращения ротора, с углом раскрыва не более 60°.