ВЕТРОВОДЯНОЕ КОЛЕСО

Полезная модель относится к преобразователям энергии потока воды или ветра и может быть использована в ветроэнергетических установках для автономного энергоснабжения потребителей.
Известно устройство, работающее на основе использования энергии воды или ветра, содержащее, как и предлагаемое устройство, раму, размещенный внутри нее ротор в виде колеса со смещенной осью вращения, опорный обод, лопасти, размещенные в подрамниках, закрепленных на концах спаренных рычажных реек, через опорные ролики опирающихся изнутри на опорный обод (см. патент RU 81266 U1, опубл. 10.03.2009 Бюл. №7) прототип.
Недостатком прототипа являются потери при преобразовании энергии потока воды или ветра в крутящий момент за счет тормозящего усилия со стороны опорного обода, действующего при прокате опорных роликов по его половине с подветренной стороны.
Технический результат заключается в устранении указанного недостатка за счет уменьшения сил давления на опорный обод со стороны перемещающихся в продольном направлении спаренных рычажных реек при вращении ротора.
Технический результат достигается тем, что ветроводяное колесо содержит раму, ротор с осью и четным числом лопастей, как минимум четырех или более, размещенных в подрамниках, закрепленных на концах спаренных рычажных реек, свободно проходящих через отверстия в оси, перемещающихся при вращении ротора, опорный обод, размещенный в плоскости, перпендикулярной оси ротора, закрепленный сверху и снизу внутри рамы по ее середине, имеющий ось симметрии, по которой он смещен относительно оси вращения ротора, а расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей опорного обода с прямой, проходящей через центр оси ротора, при любом угле наклона этой прямой постоянно и равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих роликов с внутренней поверхностью опорного обода, опорные ролики спаренных рычажных реек, размещенные посередине поперечных планок подрамников с внешней стороны и опирающихся на внутреннюю поверхность опорного обода.
Особенностью является то, что одна половина опорного обода, обращенная навстречу потоку воды или ветра, выполнена из ферромагнитного материала, а вторая половина опорного обода и подрамники с лопастями выполнены из диамагнитного материала, например из дюраля или композитных материалов. На внешних поперечных планках каждого из подрамников с лопастями, спереди по направлению вращения ротора, перпендикулярно осям опорных роликов в плоскости опорного обода, магнитными полюсами к опорному ободу размещены по одному или несколько постоянных магнитов из редкоземельных элементов с минимально возможным зазором между внутренней поверхностью опорного обода и магнитными полюсами постоянных магнитов, обеспечивающими свободный прокат опорных роликов по внутренней поверхности опорного обода в процессе вращения ротора.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг. 1 - конструкция ветроводяного колеса (вид сбоку); фиг. 2 - фрагмент осевого узла ветроводяного колеса со смещенной осью вращения; фиг. 3 - фрагмент узла с постоянным магнитом; фиг. 4 - векторная диаграмма сил, действующих на рычаги с размещенными на них лопастями, приведенных к оси опорных роликов, опирающихся на внутреннюю поверхность половины опорного обода, находящейся с подветренной стороны.
Ветроводяное колесо (фиг. 1) содержит раму 1, ротор с осью 2 и четным числом лопастей 3, как минимум четырех или более, размещенных в подрамниках 4, закрепленных на концах спаренных рычажных реек 5, свободно проходящих через отверстия 6 в оси 2 (см. фиг. 2), перемещающихся при вращении ротора, опорный обод 7, размещенный в плоскости, перпендикулярной оси 2 ротора, закрепленный сверху и снизу внутри рамы 1 по ее середине, имеющий ось симметрии, по которой он смещен относительно оси 2 вращения ротора, а расстояние между двумя точками пересечения внутренней образующей опорного обода 7 с прямой КС, проходящей через центр оси 2 ротора, при любом угле а наклона этой прямой постоянно и равно расстоянию между точками соприкосновения противолежащих опорных роликов 8 с внутренней поверхностью опорного обода 7, опорные ролики 8 спаренных рычажных реек 5, размещенные посередине поперечных планок 9 подрамников 4 с внешней стороны и опирающихся на внутреннюю поверхность опорного обода 7. Одна половина опорного обода 7, обращенная навстречу потоку воды или ветра, выполнена из ферромагнитного материала, а вторая половина опорного обода 7 и подрамники 4 с лопастями 3 выполнены из диамагнитного материала, например из дюраля или композитных материалов. На внешних сторонах поперечных планок 9 каждого из подрамников 4 с лопастями 3, спереди по направлению вращения ротора, перпендикулярно осям 10 опорных роликов 8 в плоскости опорного обода 7, магнитными полюсами к опорному ободу 7 размещены по одному или несколько постоянных магнитов 11 из редкоземельных элементов с минимально возможным зазором Δ (см. фиг. 3) между внутренней поверхностью опорного обода 7 и магнитными полюсами постоянных магнитов 11, обеспечивающим свободный прокат опорных роликов 8 по внутренней поверхности опорного обода в процессе вращения ротора.
Ветроводяное колесо с постоянными магнитами 11 на консолях рычажных элементов работает следующим образом.
T
T
T
M
P
Т
KP
B
T
Одной из особенностей ветроводяного колеса со смещенной осью 2 вращения является то, что опорный обод 7 по своей форме отличается от окружности, в результате чего угол β между каждой из спаренных рычажных реек 5 и касательной 12 к опорному ободу 7 (см. фиг. 4) в точке их соприкосновения при любом положении спаренных рычажных реек 5, за исключением положения по оси симметрии ротора, отличается от 90°. Это приводит к тому, что на опорные ролики 8, находящиеся с подветренной стороны, со стороны опорного обода 7 действует сила F торможения, создающая тормозящий момент кручения M=F·R, где R - длина вращающего рычага. Сила F притяжения постоянных магнитов к опорному ободу 7 из ферромагнитного материала, находящихся со стороны ветра, противодействует силе F действия спаренных рычажных реек 5 на опорный обод 7, что приводит в конечном итоге к уменьшению силы F тормозящего момента. В результате сила F=F-F, создающая полезный крутящий момент, увеличивается.
М
M
P
P
При выборе постоянных магнитов 11 с высокой силой F притяжения (F>F), где F определяется массой лопастей 3 с подрамниками 4 и спаренными рычажными рейками 5, потери в моменте кручения могут быть сведены к минимуму, что недостижимо в прототипе.