ВЕТРОВОДЯНОЕ КОЛЕСО

Полезная модель относится к преобразователям энергии ветра или воды в стационарных или мобильных ветряных и речных энергоустановках.
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 менее половины колеса, а повышение вращающего момента связано с необходимостью увеличения габаритов, веса, стоимости преобразователя. |
Технический результат заключается в повышении вращающего момента на оси ротора ветроколеса, увеличении его чувствительности к скорости ветра за счет использования ротора комбинированного вида со смещенной осью вращения колеса, изменяющейся длине рычагов и увеличения площади лопастей, а так же использования аэродинамической несимметричности, создающих положительный вращающий момент.
Технический результат достигается тем, что ветроводяное колесо содержит статор в виде каркаса из двух рам, скрепленных перепендикулярно по боковым сторонам, размещенный внутри них вертикально по центру, опорной обод, ротор комбинированного вида с горизонтальной осью вращения в виде ступицы с осевыми наконечниками, четное число комбинированных рычагов с размещенными на них комбинированнами лопастями. Особенностью является то, что опорный обод имеет 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 опорного обода с прямой, проходящей через центр оси вращения ротора, при любом угле уклона этой прямой было постоянно 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 комбинированного вида 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 парнных рычажных реек относительно направления вращения ротора. 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. На жестко закрепленных на ступице рейках закреплены лопасти Савониуса, а на имеющих возможность перемещения в отверстиях в ступице парных рычажных рейках размещено четное число пластинчатых створок, скрепленных попарно осями и имеющих возможность свободно перемещаться вдоль парных рычажных реек хомутами. Пластинчатые створки имеют возможность складываться и раскладываться, в зависимости от фазы движения ротора. Попарно связанные поперечными консольными планками парные рычажные рейки с пластинчатыми створками через упорные рамки, установленные на внешних сторонах по центру поперечных консольных планках опираются на внутреннюю поверхность опорного обода, способного смещать парные рычажные рейки по отверстиям в ступице, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов, результирующую эффективную площадь их комбинированных лопастей и моментов вращения в зависимости от фазы движения ротора.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг.1 - ветроводяное колесо с ротором комбинированного вида и смещенной осью вращения; фиг.2 (а, б, в)-комплектация и формы узлов соединения пластинчатых створок между собой и хомутами на парных рычажных рейках.
Ветроводяное колесо (фиг.1) содержит статор в виде каркаса из двух рам 1, 2 скрепленных перпендикулярно по боковым сторонам, размещенный внутри них вертикально по центру опорный обод 3, ротор комбинированного вида с горизонтальной осью вращения в виде ступицы 4 с осевыми наконечниками 5, четное число комбинированных рычагов с размещенными на них лопостями Савониуса 7. Опорный обод 3 имеет ось симметрии, проходящую через ось вращения в плоскости обода 3 вертикально. Ось вращения ротора смещена по оси симметрии опорного обода 3. В предложенной полезной модели ось вращения ротора смещена вверх относительно средней точки на оси симметрии.
1
1
Koнфигypaция опopнoгo обода 3 в его плоскости выбрана такой, чтобы расстояние L между двумя точками К, К пересечения опорного обода 3 с прямой КК, проходящей через центр оси вращения ротора при любом угле а наклона этой прямой было постоянно (L-const) и равно расстоянию между точками соприкосновения внутренней поверхности опорного обода 3 с противолежащими упорными роликами 8, установленными по центру на поперечных консольных планках 9, соединяющих консоли парных рычажных реек 10. Ротор комбинированного вида содержит четное число комбинированных рычагов, в виде жестко закрепленных по окружности ступицы 4 на ее краях четного числа пар реек 11 и параллельных им парных рычажных реек 10, имеющим возможность перемещаться в отверстиях 12 в ступице 4 при вращении ротора, а жестко закрепленные на ступице 4 рейки 11 размещены впереди парных рычажных реек 10 относительно направления вращения ротора. Длина L каждой, жестко закрепленной на ступице рейки 11 меньше минимального расстояния между опорным ободом 3 и ступицей 4, а длина, имеющих возможность перемещаться в отверстиях 12 в ступице 4, парных рычажных реек 10, более чем в четыре раза больше длины L жестко закрепленных на ступице 4 реек 11.
1
2
На жестко закрепленных на ступице 4 рейках 11 закреплены лопасти Савониуса 6, а на имеющих возможность перемещаться в отверстиях 12 в ступице 4 парных рычажных рейках 10 размещено четное число пластинчатых створок 7, скрепленных попарно осями 13 (см. фиг.2в) и имеющих возможность свободно перемещаться вдоль парных рычажных реек 10 хомутами 14,15. Между проекциями реек 11 и парных рычажных реек 10 на вертикальную плоскость имеется зазор δ, обеспечивающий возможность свободного перемещения хомутов 14,15. Пластинчатые створки 7 имеют возможность складываться (см. створки 6, расположенные выше оси вращения ротора) и раскладываться (см. створки 7, расположенные ниже оси вращения ротора) в зависимости от фазы движения ротора. Угол β раскрыва пластинчатых створок не должен превышать 170°, который ограничивается упорами 16 на створках 7 (см. фиг..2в). Попарно связанные поперечными консольными планками 9 парные рычажные рейки 10 с пластинчатыми створками 7 через упорные ролики 8, установленные на внешних сторонах по центру поперечных консольных планках 9, опираются на внутреннюю поверхность опорного обода 3, способного смещать парные рычажные рейки 10 по отверстиям 12 в ступице 4, изменяя соотношение длин противолежащих рычагов L/L, результирующую эффективную площадь их комбинированных лопастей и моментов вращения, в зависимости от фазы движения ротора. Пластинчатые створки (см. фиг.2а, б, в) имеют ушки 17, которыми они устанавливаются на осях 13 в ушках подвижных хомутов 14, 15. На крайних хомутах 15 имеются упоры 19, ограничивающие их перемещение к торцам парных рычажных реек 10. Упорные ролики 8 размещены между щечками 21, закрепленными на планках 9. Осевые наконечники 5 размещены в подшипниках 22, а опорный обод крепится к рамам 1,2 с помощью уголков 20.
Тормозящий момент вращения комбинированной лопасти, движущейся навстречу потоку ветра или воды за счет лопасти Савониуса, обращенной выпуклостью в направлении вращения ротора, рассеивающей поток ветра, сводится к минимуму, а полезный вращающий момент возрастает до максимальной величины, что приводит к росту КПД.