КОЛЕСО ПРИВОДНОЕ

Полезная модель относится к устройствам для преобразования энергии движущейся среды во вращательное движение горизонтально расположенного вала для последующего использования ее в различных отраслях, она также может быть использована в качестве движителя.
Известны устройства, используемые в ветродвигателях, в которых на валу расположено колесо с лопастями (см. Фатеев Е.М. "Ветродвигатели и их применение в сельском хозяйстве" Машгиз 1962; Шевко Е. "Ветродвигатели, Киев, МашГИ3-Украин. отд. 1955 или Дж.Твайделл, А.Уэйр. "Возобновляемые источники энергии" Энергоатомиздат, 1990).
Основными существенными недостатками известных устройств являются технологическая сложность в изготовлении изогнутых профилированных лопастей, наличие потерь энергии за счет перетекания движущейся среды вдоль вращающихся лопастей, применение дополнительных поворотных устройств ориентируемых колесо на ветер.
Заявляемая полезная модель реализует задачу по возможности его использования в различных устройствах по преобразованию энергии движущейся среды во вращательное движение горизонтального вала, а также в качестве движителя.
Поставленная задача реализуется в предлагаемой полезной модели за счет выполнения диска рабочего колеса с расположенными на нем лопастями в виде отдельных концентричных ярусов, расположенных один над другим и разделенных друг от друга концентричными ободами, при этом радиальный размер лопасти в каждом ободе устанавливается исходя из достижения минимальных потерь энергии за счет перетекания жидкости вдоль лопасти. Кроме того, поставленная задача решается тем, что лопасти в каждом ярусе устанавливаются под своим конкретным углом к оси вала, исходя из скорости движущегося потока и необходимой скорости вращения вала.
Предлагаемое техническое решение, охарактеризованное вышеуказанными существенными признаками является новым и неизвестным ни из патентной литературы, ни из опыта эксплуатации в различных отраслях аналогичных технических решений. Это соответствует требованиям "новизны" для полезной модели.
В данном техническом решении каждый из совокупности существенных признаков, составляющих существенные отличия влияет на достижение поставленной задачи, а все вместе достаточны для решения поставленной цели. То есть между существенными признаками, включенными в формулу полезной модели и решаемой задачей в наличии причинно-следственная связь, в которой использование совокупности существенных признаков является причиной, а решаемая полезной моделью задача - следствием. Предлагаемая совокупность существенных признаков соответствует требованиям критерия "неочевидности" для полезной модели. Приведенные новые существенные признаки позволяют реализовать неоднократно выдвинутую полезной моделью задачу, что отвечает требованиям "промышленной применимости". При этом изготовление предлагаемых лопастей не требует наличия сложных винтообразных кондукторов, по которым создается винтообразная поверхность лопасти. Изложенная сущность полезной модели поясняется чертежом, где:
- на фиг.1 - показан общий вид колеса;
- на фиг.2 - показан вид колеса спереди;
- на фиг.3 - показано сечение колеса.
Колесо содержит ступицу 1 (фиг.1, 3). Лопасти 1-го яруса 2 (фиг.1, 2), концентричный ступице обод 1-го яруса - 5 (фиг.1, 3), лопасти 2-го яруса - 3 (фиг.1, 2), концентричный ступице обод 2-го яруса - 6 (фиг.1, 3), лопасти 3-го яруса - 4 (фиг.1, 2) концентричный ступице обод 3-го яруса - 7 (фиг.1, 3).
Количество ярусов может быть N-oe, что зависит от потребной мощности и скорости движущегося потока. Лопасти поз.2, 3, 4 (фиг.1, 2), на каждом ярусе устанавливаются под своим конкретным углом к оси вала колеса, что зависит от скорости движущегося потока и необходимой скорости вращения вала. Лопасти поз.2, 3, 4 (фиг.1, 2) выполнены в виде плоских пластин, но в обоснованных случаях, при больших габаритах, могут быть выполнены изогнутыми и спрофилированными.
Установка лопастей на колесо производится с расчетным углом атаки по угловому шаблону, что не является сложной операцией.
Сокращение габаритных размеров колеса происходит из-за того, что в предлагаемой полезной модели осуществляется большая геометрическая заполняемость ометаемой площади колеса, чем в традиционных колесах, т.е. большая площадь проекции лопастей на диск колеса, что позволяет при равных площадях лопастей уменьшить диаметр колеса. Устройство работает следующим образом. Движущийся поток воздействует на пластину лопасти и создает на ней давление, поскольку лопасть установлена под углом к потоку, то на ней возникает сила, направленная перпендикулярно к оси, которая создает вращающий момент и лопасть будет отклоняться по направлению действия этого момента, скорость вращения этой лопасти будет зависеть от скорости набегающего потока, шага с которым установлена данная лопасть и потерь, которые тем больше, чем большие размеры имеет лопасть. Для обеспечения одинакового вращения ярусов лопасти в них устанавливаются с одинаковым шагом по среднему диаметру лопасти. Поскольку поток в пределах диска колеса движется с одинаковой скоростью, а диаметры у ярусов различны, поэтому и углы установки лопастей в различных ярусах относительно оси вала также будут различны.
Сокращение потерь энергии на лопастях происходит из-за того, что в полезной модели лопасти разбиты концентричными ободами, препятствующими перетеканию среды вдоль лопасти, поэтому радиальный размер лопасти уменьшен в несколько раз, что позволяет в разы снизить потери на радиальное перетекание среды.
Предлагаемая конструкция полезной модели дает возможность установки колеса за колонной для исключения поворотного механизма, что касается эксплуатации колеса на ветру. Известные аналоги ветряных колес не позволяют их установку за колонной из-за того, что при резкой смене направления ветра лопасти ломаются. Ввиду того, что в предлагаемой полезной модели лопасти скреплены ободами это дает дополнительную прочность конструкции колеса и оно выдерживает возникающие динамические нагрузки в результате резкой смены направления ветра.