專利名稱：整體型風(fēng)·水車及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及謀求風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電等使用的垂直軸風(fēng)·水車的輕量化及強(qiáng)度提高·性能提高等的整體型風(fēng)·水車及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，從地球環(huán)境保護(hù)、能量安全和經(jīng)濟(jì)增長等觀點(diǎn)出發(fā)，在世界上對不使用化石燃料等而由風(fēng)力和水力進(jìn)行發(fā)電被重新重視起來。
就風(fēng)力發(fā)電而言，以前，具有相對地面水平方向的軸部的用一個至多個螺旋槳式的葉片承受風(fēng)的水平軸風(fēng)車被作為主流使用，但是最近，具有垂直方向的軸部的且具有與軸部平行放置的多個縱長的葉片的垂直軸風(fēng)車陸續(xù)登場(例如參照日本特公昭56-42751號公報(bào))。
在該垂直軸風(fēng)車中，葉片用水平方向的一個至二個支承臂固定在軸部上。支承臂必須使回轉(zhuǎn)時(shí)的風(fēng)的阻力非常小，被形成為薄的平板狀。垂直方向的葉片形成為對稱或不對稱的二維翼截面形狀。用葉片、支承臂和軸部構(gòu)成風(fēng)車(透平機(jī))。
但是，上述原有的葉片(主翼)由于例如通過法蘭盤部用螺栓等組裝在支承臂上，組裝作業(yè)麻煩，同時(shí)難以確保葉片和支承臂的接合部分的靜動強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，存在所謂由于可允許以上的高轉(zhuǎn)速和長期運(yùn)轉(zhuǎn)使接合部分容易破損的問題。另外，由于接合部分大型化、重量化，也存在回轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)的阻力增大、起動性變差、效率(輸出系數(shù))降低及噪音增加等問題。另外，在把上述風(fēng)車作為水力發(fā)電用等的水車使用時(shí)，產(chǎn)生上述接合部分的強(qiáng)度不足的問題、水從翼部連結(jié)用孔向翼內(nèi)部侵入的問題，實(shí)際上不能共用于風(fēng)車和水車。
鑒于上述幾點(diǎn)原因，本發(fā)明的目的在于，提供可以增加主翼和支承臂的接合部分的強(qiáng)度，可以消除麻煩的組裝作業(yè)和接合部分的大型化·重量化，不僅可以作為風(fēng)車使用也可以作為水車使用的噪音小的整體型風(fēng)·水車及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第1技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車，備有配置在軸線周圍的主翼和連結(jié)該軸線側(cè)和該主翼的支承翼，其特征在于，該主翼和該支承翼用玻璃纖維或石墨纖維那樣的重量輕且強(qiáng)度高的纖維材料一體地形成。
由于上述的構(gòu)成，主翼和支承翼的交叉部分的靜動強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度提高，同時(shí)由于兩翼的交叉部分被輕量化、美觀化、低阻抗化，并且兩翼用重量輕且強(qiáng)度高的材料形成，所以風(fēng)·水車的始動·起動性和效率(輸出系數(shù))提高，噪音也被降低。由于兩翼的交叉部分沒有接縫，水不會侵入翼內(nèi)部，所以適宜作水車。
本發(fā)明的第2技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車，其特征在于，在第1技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車中，上述主翼是截面對稱或非對稱的翼型，上述支承翼是截面對稱的翼型。
由于上述構(gòu)成，主翼和支承翼的交叉部成為與支承翼的截面相同的彎曲形狀的對稱截面形，交叉部的強(qiáng)度與例如矩形截面形狀的平板狀的支承臂比較提高了。另外，截面對稱的支承翼的前緣面向風(fēng)和水流時(shí)阻力變小，支承翼的后緣面向風(fēng)或水流時(shí)承受大的阻力并產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力，風(fēng)·水車的始動性和效率(輸出系數(shù))提高了。
本發(fā)明的第3技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車，其特征在于，在第1技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車中，上述主翼是截面對稱或非對稱的翼型，上側(cè)的上述支承翼是截面非對稱的翼型，下側(cè)的上述支承翼是與該上側(cè)的支承翼上下線對稱的翼型。
由于上述的構(gòu)成，由于上側(cè)的支承翼的升力與在下側(cè)的支承翼上產(chǎn)生的向下的力(與升力大小相同方向相反的力)相抵消，所以能夠順利回轉(zhuǎn)，且作用在軸部(支承)上的軸向力被減小。
本發(fā)明的第4技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車，其特征在于，在第1～第3技術(shù)方案的任何一項(xiàng)所述的整體型風(fēng)·水車中，在上述主翼的軸向端部上一體地形成翼型截面的大致一半厚度的山狀部。
由于上述構(gòu)成，風(fēng)·水車回轉(zhuǎn)時(shí)在翼端后方不產(chǎn)生空氣或水的渦流，噪音被消除。由于山狀部和主翼是一體，沒有接縫，水不侵入內(nèi)部，外觀也美觀。
本發(fā)明的第5技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車的制造方法，其特征在于，至少用發(fā)泡塑料作為材料，交叉設(shè)置主翼成形模和支承翼成形模，用叫做玻璃纖維或者石墨纖維的重量輕且強(qiáng)度高的一個袋狀的纖維布覆蓋兩成形模，使該袋狀的纖維布與該兩成形模的外表面緊密接觸，用多層該纖維布形成硬質(zhì)的外皮。
由于上述構(gòu)成，因?yàn)樵诶w維布上沒有切縫等，兩成形模用袋狀的纖維布包裹，所以不損傷纖維本身的強(qiáng)度，主翼和支承翼被精加工成高強(qiáng)度，同時(shí)主翼和支承翼的交叉部分被精加工成特別堅(jiān)固。由于主翼和支承翼的交叉部分的強(qiáng)度提高，同時(shí)兩翼的交叉部分被輕量化·美觀化·低阻力化，并且兩翼用重量輕且高強(qiáng)度的材料形成，所以風(fēng)·水車的始動·起動性和效率(輸出系數(shù))提高了，噪音也降低了，由于兩翼的交叉部分沒有接縫，水不侵入內(nèi)部，所以適宜做水車用。
本發(fā)明的第6技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車的制造方法，其特征在于，在第5技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車的制造方法中，在上述主翼成形模和支承翼成形模的交叉部等部分上把上述纖維布的松弛部分壓入上述發(fā)泡塑料內(nèi)。
由于上述構(gòu)成，在主翼和支承翼的交叉部、主翼和支承翼的長度方向的端部和中間部上，通過把松弛(多余)的纖維布壓入發(fā)泡塑料內(nèi)，主翼和支承翼的外表面和交叉部的表面被精加工成光滑而漂亮，可以正確地得到所要求的翼型形狀，由于流體阻抗的降低，噪音被降低，同時(shí)性能提高了，外觀(商品價(jià)值)也提高了，另外，由于纖維布的一部分分支樣地進(jìn)入發(fā)泡塑料內(nèi)，所以翼部和交叉部的強(qiáng)度進(jìn)一步提高。
本發(fā)明的第7技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車的制造方法，其特征在于，在第5或6技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車的制造方法中，把上述主翼成形模做成截面對稱或非對稱翼型，把上述支承翼成形模做成截面對稱的翼型。
由于上述構(gòu)成，與第2技術(shù)方案一樣，主翼和支承翼的交叉部成為與支承翼的截面相同的彎曲形狀的對稱截面形，交叉部的強(qiáng)度例如與矩形截面形狀的平板的支承臂相比提高了。另外，截面對稱的支承翼的前緣向著風(fēng)或者水流時(shí)阻力變小，支承翼的后緣向著風(fēng)或者水流時(shí)受到大的阻力并被賦予回轉(zhuǎn)力，風(fēng)·水車的始動性和效率(輸出系數(shù))提高了。
本發(fā)明的第8技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車的制造方法，其特征在于，在第5或6技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車的制造方法中，把上述主翼成形模做成截面對稱或非對稱的翼型，把上側(cè)的上述支承翼成形模做成截面非對稱的翼型，把下側(cè)的上述支承翼成形模做成與上側(cè)的支持翼成形模上下線對稱的翼型。
由于上述構(gòu)成，與第3技術(shù)方案一樣，由于上側(cè)的支承翼受到的升力與在下側(cè)的支承翼上產(chǎn)生的向下的力(與升力大小相同方向相反的力)抵消，所以能順利地回轉(zhuǎn)且作用在軸部(軸承)上的軸向力被減小。
本發(fā)明的第9技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車的制造方法，其特征在于，在第5～8技術(shù)方案的整體型風(fēng)·水車的制造方法中，在上述主翼成形模的軸向端部上形成翼型截面的大致一半的厚度的鼓出部，在該鼓出部上緊密接觸上述纖維布并形成主翼端部的山狀部。
由于上述構(gòu)成，風(fēng)·水車回轉(zhuǎn)時(shí)在翼端后方不產(chǎn)生空氣或者水的渦流，噪音被消除。由于山狀部與主翼一體地形成，所以沒有接縫，不引起水向內(nèi)部的侵入，外觀也美觀。


圖1是表示本發(fā)明的整體型風(fēng)·水車的一個實(shí)施例的立體圖。
圖2是表示直線翼(主翼)的截面形狀的圖1的A-A截面圖。
圖3的(a)是表示支承翼的截面形狀的圖1的B-B截面圖，(b)是表示支承翼的另一個實(shí)施例的B-B相當(dāng)截面圖。
圖4是表示整體型風(fēng)·水車的制造方法的一個實(shí)施例的初期過程(在翼成形模上覆蓋纖維布的狀態(tài))的立體圖。
圖5是表示該整體型風(fēng)·水車的制造方法的下一個工序(沿翼成形模成形纖維布的狀態(tài))的立體圖。
圖6表示整體型風(fēng)·水車的制造方法的再下一個工序(把纖維布壓附在翼成形模上的狀態(tài))的立體圖。
圖7是表示把纖維布粘接在翼成形模上的狀態(tài)的立體圖。
圖8是表示把多余的纖維布壓入翼成形模的內(nèi)部的狀態(tài)的縱向截面圖。
圖9是表示在直線翼的端部上形成降低噪音用的山狀部的實(shí)施例的圖，(a)是俯視圖，(b)是正視圖，(c)是側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是表示本發(fā)明的整體型風(fēng)·水車的一個實(shí)施例的圖。
該整體型風(fēng)·水車1主要用于風(fēng)力發(fā)電，其特征在于，用玻璃纖維(GFRP)或者石墨纖維(CFRP)那樣的重量輕、強(qiáng)度高且成模性良好的材料一體地形成與垂直方向的軸部2平行配置的作為縱長的葉片的直線翼(主翼)3、作為水平方向的支承臂的支承翼4。
即，使一根直線翼3和上下二根支承翼4沒有接縫地完全一體化。各支承翼4的基端5用螺栓等接合機(jī)構(gòu)(未圖示)固定在軸部2上。基端5在靠近直線翼3的前緣7的部分的延長線上與軸部2接合，靠近后緣8的部分的延長側(cè)做成缺口6。
直線翼3的A-A截面如圖2(省略截面線)所示，直線翼3呈非對稱的二維翼型，其翼形中心線9從直線翼3的前緣7向下(在圖2中是向下，在圖1中相當(dāng)于向軸向內(nèi)側(cè))彎曲，在最大翼厚中心10處與翼弦線11一致，然后直到后緣8向上彎曲。由于該形狀，不會因風(fēng)或水流的方向改變翼的安裝角，可以提高風(fēng)·水車的效率(輸出系數(shù))。對于直線翼3的形狀，本申請人在特公昭56-42751號公報(bào)中已提出。
另外，支承翼4的B-B截面如圖3(a)所示，支承翼4是對稱翼，從前緣12到后緣13，翼形中心線15與翼弦線15一致。在支承臂上使用對稱翼在特開平7-12045號公報(bào)(用對稱翼支承渦輪葉片的垂直軸風(fēng)車)中是公知的，但是一體形成直線翼3和對稱翼型的支承翼4的構(gòu)成是新穎的。
由于在支承翼4上使用對稱翼，在圖1中用前緣12承受風(fēng)或者水流時(shí)的阻抗被降低，用后緣13承受風(fēng)或水流時(shí)的阻抗增大，轉(zhuǎn)動風(fēng)·水車1的力被發(fā)揮出來。另外，由于對稱翼型的支承翼4與平板狀的支承翼(未圖示)相比截面積和周長大，且由彎曲線與直線翼3相交，因?yàn)榘阎本€翼3和對稱翼型的支承翼4做成一體，所以兩翼部3、4的交叉部分(接合部分)16的靜動強(qiáng)度及耐疲勞強(qiáng)度增加，可以耐受過回轉(zhuǎn)和長期的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，兩翼部3、4的接合部分16被美觀化、小型化、輕量化、低阻抗化。
另外，作為支承翼4的截面形狀，如圖3(b)所示采用非對稱的二維翼型7時(shí)，把圖1的上側(cè)的支承翼4做成圖3(b)的截面形狀(7)，圖1的下側(cè)的支承翼4使用把圖3(b)的截面形狀(7)做成上下線對稱的截面形狀(上下反轉(zhuǎn)的形狀)。在圖3(b)中，符號18表示翼形中心線，19表示翼弦線。
由于上述構(gòu)成，上側(cè)的支承翼7產(chǎn)生的升力與作用在下側(cè)的支承翼(使支承翼7上下反轉(zhuǎn)的支承翼)上的向下的力抵消，可以圓滑地回轉(zhuǎn)，同時(shí)加在軸部2的軸承(未圖示)上的軸向力被降低，軸承(未圖示)的壽命提高了。
軸部2最好是中空的外齒輪，例如在外齒輪(2)的端部上固定電機(jī)(未圖示)的回轉(zhuǎn)軸。由于是外齒輪，使軸部2輕量化，始動·起動性提高了。由于用玻璃纖維或石墨纖維一體形成上述直線翼3和支承翼4，所以因輕量化使始動起動性及效率(輸出系數(shù))提高了。另外，由于為整體型所以直線翼3和支承翼4的交叉部16的強(qiáng)度高，并且由于沒有原有的直線翼和支承翼的接縫的孔部等，所以不僅可以用作風(fēng)車也可以用作水車。
圖4～圖8是表示上述整體型風(fēng)·水車的制造方法的一個實(shí)施例的圖。
該制造方法，其特征在于，在比直線翼(主翼)3及支承翼4小一圈的成形模(模型)20的表面上粘接多層沒有切縫的袋狀的玻璃纖維或者石墨纖維的纖維布21。
下面依據(jù)制造順序詳細(xì)地說明該制造方法。
首先，如圖4所示，用增強(qiáng)兼定位用的例如合成樹脂制的硬質(zhì)的芯部(桁架)22，23、包圍芯部22，23的作為重量輕且能壓縮的形狀保持構(gòu)件的發(fā)泡苯乙烯24形成成形模20。
成形模20的芯部22，23被設(shè)置成貫通直線翼成形模(主翼成形模)25和支承翼成形模26的長度方向，二根支承翼成形模26的芯部23與直線翼成形模25的芯部22直交并被固定。各芯部22，23的中心與各翼3，4(圖1)的最大翼厚中心大致一致。發(fā)泡苯乙烯24包圍各芯部22，23的周圍，被做成與直線翼3及支承翼4的形狀相似但比直線翼3及支承翼4小一圈。
在用直線翼成形模25和支承翼成形模26構(gòu)成的成形模20的外側(cè)覆蓋玻璃纖維或石墨纖維那樣的重量輕且強(qiáng)度高的大的袋狀的纖維布21。纖維布21如圓C內(nèi)的放大圖所示，像通常的布那樣在例如XY的二維方向幾乎無空隙地編織纖維。也可以把纖維的排列不做成二維而做成三維來提高結(jié)合強(qiáng)度。另外也可以在玻璃纖維或石墨纖維的纖維布21中混合例如熱可塑性的合成樹脂。一張纖維布21的厚度為0.2mm左右。
把薄的纖維布21做成大的袋狀，例如，如圖4所示，在把直線翼成形模25配置成垂直的狀態(tài)下從上向下覆蓋一個袋狀的纖維布21。成形模20被完全收容在袋狀的纖維布21的內(nèi)部。在圖4中，符號27表示袋狀的纖維布21的開口部。
在該狀態(tài)下，如圖5～圖7所示，用手或真空吸引等手段(圖未示)把纖維布21壓附在成形模20的外表面即發(fā)泡苯乙烯24的外表面并用粘接劑粘接。如圖5所示，在二根支承翼成形模26之間，例如把纖維布21彎曲成大致U字形30使之從翼前緣側(cè)29進(jìn)入。在各翼成形模25，26上，最好把纖維布21彎曲成U字形并從前緣側(cè)28，29與之緊密接觸。
在上述作業(yè)的同時(shí)，在上下二根支承翼成形模26之間使纖維布21沿各支承翼成形模26的長度方向向直線翼25移動，同時(shí)在二根支承翼成形模26之間形成間隙33，如圖6～圖7所示，用纖維布21包圍各翼成形模25，26。
在這些作業(yè)中，特別在直線翼成形模25和支承翼成形模26的交叉部(接合部)31上容易產(chǎn)生纖維布21的松弛，但如圖8(未示出芯部22，23)所示，可以將松弛部22用竹刀等壓入發(fā)泡苯乙烯的24的內(nèi)部。即使在交叉部31以外，纖維布21的產(chǎn)生松弛的部分也可全部壓入發(fā)泡苯乙烯24的內(nèi)部。纖維21的壓入作業(yè)，通過切斷發(fā)泡苯乙烯24并把纖維布21壓入該裂縫內(nèi)可以簡單而可靠地進(jìn)行。由此，在各翼部3，4(圖1)的外表面上纖維布21的松弛部分不會凸出出來，各翼部3，4的表面光滑而漂亮。另外，由于纖維布21的一部分分支地進(jìn)入發(fā)泡苯乙烯24內(nèi)，所以翼部的強(qiáng)度提高了。
要極力避免用剪刀等切斷纖維布21的松弛部分。這是因?yàn)榍袛嗬w維布21時(shí)，翼部3，4及其交叉部16(圖1)的機(jī)械強(qiáng)度要降低，通過把松弛部分壓入發(fā)泡苯乙烯24內(nèi)，能防止強(qiáng)度降低，因?yàn)槔w維布21的厚度薄到只有0.2mm左右，所以松弛部的壓入作業(yè)可以容易地進(jìn)行。
用每一張纖維布21反復(fù)進(jìn)行圖5～圖8的作業(yè)。纖維布21的貼合層數(shù)是3～8層左右。松弛部32(圖8)的壓入作業(yè)可以一張張地進(jìn)行，或者也可以在全部纖維布21粘接后集中進(jìn)行。粘接作業(yè)通過使用例如環(huán)氧系粘接劑那樣的熱硬化性粘接進(jìn)行加熱粘接，可以高效率地進(jìn)行粘接。加熱作業(yè)在全部纖維布21貼完之后進(jìn)行。
在兩翼成形模25，26的交叉部31上把纖維布21粘接成若干圓弧狀(彎曲狀)34。也可以把兩翼成形模25，26的交叉部31預(yù)先形成為圓弧狀，由于在兩翼部3，4(圖1)的交叉部16上施加圓弧，所以交叉部16的強(qiáng)度提高了。
直線翼成形模25的上下兩端面35(圖7)形成稍微彎曲狀，具有由纖維布21形成的彎曲狀的鼓出部(山狀部)，從降低切風(fēng)音和切水音的觀點(diǎn)來看比較理想。對于山狀部將在后面敘述。另外，在支承翼成形模26的基端部(與軸部2的接合部分)上，最好設(shè)置如圖1所示的缺口部6。
由多個袋狀的纖維布21構(gòu)成硬質(zhì)的堅(jiān)固的外皮36(圖8)。如果多個纖維布21的粘接完了，最后涂布(涂裝)防水系的涂料完成翼部一體成形體37(暫且用圖7表示)。
袋狀的纖維布21最好完全沒有切縫地貼附在成形模20上，在袋子過大而使纖維布21產(chǎn)生大余量的情況下，可以在各翼成形模25，26的后緣側(cè)38，39(圖5)處切斷纖維布21。這時(shí)在后緣側(cè)38，39處必須上下左右無間隙地粘接纖維布21。另外，在成形模20上粘接多個袋狀的纖維布21之后，進(jìn)行精加工(把表面修整光滑)，例如可以貼附短冊狀或彎曲狀的纖維布。
完成的翼部一體成形體37(圖7)是上下對稱的。通過把該翼部一體成形體37平均配置成三組并固定在軸部2上，完成圖1那樣的風(fēng)力或者水力發(fā)電用的整體型風(fēng)·水車1。
再有，也可以廢除長的軸部2而把上下的支承翼4固定在沒有軸部2的圓形的法蘭盤(未圖示)上，用短的軸部回轉(zhuǎn)自由地支承法蘭盤的中心。軸部2的中心和法蘭盤的中心與軸線一致。
另外，直線翼3的個數(shù)根據(jù)所需要的發(fā)電量等適當(dāng)設(shè)定。最少可以把直線翼3做成一個。支承翼4的個數(shù)不限于上下二個，例如，也可以在直線翼3的高度方向中央使用一個支承翼4。另外，與直線翼3一體成形的支承翼4也可以截面不是對稱翼型而是做成矩形平板或圖3(b)那樣的非對稱翼型。另外，雖然效率有些損失，但也可將直線翼3做成二維的對稱翼型，另外，也可以使用(形成)曲線翼(未圖示)代替直線翼3。另外，主翼3和支承翼4也可以做成三維翼型。
另外，也可以把上述整體型風(fēng)·水車1的軸部2做成水平的，可配置在例如高層建筑物的上層的側(cè)壁上。另外，不用說，不僅是發(fā)電，也可以用于例如把水變成熱水的熱交換機(jī)等。在把上述風(fēng)·水車1作為水車使用時(shí)，在把軸部做成垂直的狀態(tài)下，使各直線翼3從長度方向端部側(cè)進(jìn)入水中。進(jìn)入水中的直線翼3的進(jìn)入長度可以根據(jù)發(fā)電量和水流等因素適當(dāng)變更。
另外，為了用作水車等使用，也可以用鋁合金等輕金屬形成各翼成形模25，26的芯部22，23。另外，也可以用具有形狀保持性(即使按壓也不怎么凹下而強(qiáng)壓時(shí)會破裂的性質(zhì))的其它的發(fā)泡塑料代替成形模20的發(fā)泡苯乙烯(含有氣泡成形的聚乙烯)24。也可以不用芯部22，23，只用發(fā)泡苯乙烯24形成成形模20。另外，在上述整體型風(fēng)·水車1的制造方法中，發(fā)泡苯乙烯24和芯部23原封不動地殘留在用多個纖維布21做成的外皮的內(nèi)側(cè)，也可以例如在最后形成各翼3，4的長度方向的端部的情況下，在端部成形前拔出發(fā)泡苯乙烯24和芯部23。
圖9(a)～(c)表示作為解決上述整體型風(fēng)·水車1中的回轉(zhuǎn)聲音的對策，在直線翼(主翼)3的長度方向(軸向)的上下兩端部(在圖9中只表示上端部)上形成翼型的山狀部(翼型截面的大致一半厚度的山狀部)41的構(gòu)造。
圖9(a)表示直線翼3的俯視圖(縮小圖2的圖)，圖9(b)表示其正視圖(把回轉(zhuǎn)方向作為前側(cè))，圖9(c)表示其側(cè)視圖，翼型的山狀部41，如圖9(c)的側(cè)視圖所示，成為把翼截面形狀(圖9(a)是與翼截面形狀相同的)沿翼弦線11(圖2)切成大致1/2的形狀，如圖9(b)所示，從前面看成為左右大致對稱的山型。即，把直線翼(不限于符號3的直線翼)的翼型截面在翼厚方向切成兩半，把其截面形狀作為山狀部41的縱截面，圓滑地彎曲狀地連接該縱截面的頂端部42和直線翼3的表里面(側(cè)面)43。
山狀部41的峰(頂部)42，從圖9(a)的前端到大致中央，如圖9(b)所示，在板厚方向比較圓滑地形成彎曲狀，從圖9(a)的中央附近到后端，隨著山狀部41的幅度變窄，棱線逐漸變細(xì)。山狀部41的前端44及后端45圓滑地與直線翼3的前端7及后端8連接。翼型的山狀部41用上述纖維布21與直線翼3一體地形成。
山狀部41的翼厚即最大高度(最大翼厚)H相對于翼弦長的比例，在某種程度上受直線翼3的翼厚的限制，但是最好是(24～34％)/2左右即12～17％左右。在此，24～34％是做成山狀部41之前的翼型截面的翼厚，用2除是由于把翼型截面看作大致對稱(如果是對稱翼截面則正好是1/2)的。這些最佳范圍是根據(jù)實(shí)驗(yàn)等得到的。即使超過最佳范圍，作為解決噪音的對策也是有效的。
由翼型的山狀部41能降低乃至完全消除風(fēng)·水車回轉(zhuǎn)時(shí)的切風(fēng)音或切水音，這是因?yàn)橛缮綘畈?1減少產(chǎn)生乃至完全不產(chǎn)生翼端后方的空氣或水的渦流。
作為包含圖9的翼型的山狀部41的整體型風(fēng)車的制造方法，例如，在圖4所示的直線翼成形模25的發(fā)泡苯乙烯24的上下端面上，用發(fā)泡苯乙烯形成比山狀部41小一圈(纖維布21的厚度部分)的鼓出部(山狀部)并與之接合，或者與芯部22分開用發(fā)泡苯乙烯24一體地形成同樣的鼓出部(山狀部)構(gòu)成成形模(20)，接下來如圖4～圖8所示的手法那樣，在成形模(20)上貼附多層纖維布21。由此，簡單且正確地形成與直線翼3一體的翼型的山狀部41。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第1技術(shù)方案，由于主翼和支承翼的交叉部分的強(qiáng)度因一體化而提高，所以在轉(zhuǎn)速異常高的情況或在遭遇臺風(fēng)的情況下也是安全的，并且可以耐受長時(shí)間的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，由于兩翼部的交叉部分被輕量化、美觀化、低阻抗化，所以在性能提高的同時(shí)噪音被降低。另外，由于主翼和支承翼的交叉部分的強(qiáng)度高，并且在交叉部分上設(shè)有原有的接縫的孔等，所以可以可靠地作水車使用，由于水車和風(fēng)車的制造工序的通用化，可以降低成本。
根據(jù)本發(fā)明的第2技術(shù)方案，由于主翼和支承翼的交叉部成為與支承翼的截面同樣的彎曲狀的對稱截面形狀，所以交叉部的強(qiáng)度進(jìn)一步提高，提高了第1技術(shù)方案的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第3技術(shù)方案，由于上側(cè)支承翼的升力與下側(cè)的支承翼的向下的力相抵消，所以回轉(zhuǎn)能順利地進(jìn)行，而且作用在軸部(軸承)上的軸向力被減小，軸承的壽命被提高。
根據(jù)本發(fā)明的第4技術(shù)方案，由于水·風(fēng)車在回轉(zhuǎn)時(shí)在翼端后方不產(chǎn)生空氣或水的渦流，噪音被消除，所以不引起環(huán)境問題。另外，由于山狀部與主翼是一體的，所以沒有接縫，水不會侵入內(nèi)部，適合于水車，由于外表美觀，所以商品價(jià)值高。
根據(jù)本發(fā)明的第5技術(shù)方案，由于在纖維布上不形成切縫，主翼成形模和支承翼成形模用袋狀的纖維布一體地包裹，所以纖維本身的強(qiáng)度不受損害，特別是主翼和支承翼的交叉部分被加工得很堅(jiān)固，這樣一來，由于交叉部分的強(qiáng)度提高，所以在轉(zhuǎn)速異常高的情況下或遭遇臺風(fēng)的情況下也是安全的，并且可以耐受長時(shí)間的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，由于兩翼部的交叉部分被輕量化、美觀化、低阻抗化，所以在性能提高的同時(shí)降低噪音。另外，由于主翼和支承翼的交叉部分的強(qiáng)度高，并且在交叉部分上沒有原有的接縫的孔等，所以可以可靠地用作水車，由于水車和風(fēng)車的制造通用化，所以可以降低成本。
根據(jù)本發(fā)明的第6技術(shù)方案，由于把松弛(多余的)的纖維壓入發(fā)泡苯乙烯內(nèi)，所以主翼和支承翼的外表面和交叉部的表面被精加工成光滑且漂亮，可以正確得到所需要的翼型形狀，因流體阻抗的降低在降低噪音的同時(shí)性能也提高了。外表的美觀(商品價(jià)值)也提高了。另外，由于纖維布的一部分分支狀地進(jìn)入發(fā)泡塑料內(nèi)，所以翼部和交叉部的強(qiáng)度進(jìn)一步提高。
根據(jù)本發(fā)明的第7技術(shù)方案，由于主翼和支承翼的交叉部成為與支承翼的截面同樣的彎曲形狀的對稱截面形狀，所以交叉部的強(qiáng)度進(jìn)一步提高，提高了第5技術(shù)方案的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第8技術(shù)方案，由于上側(cè)的支承翼的升力與下側(cè)的支承翼的向下的力相抵消，所以回轉(zhuǎn)能順利地進(jìn)行，且作用在軸部(軸承)上的軸向力被減小，軸承的壽命提高了。
根據(jù)本發(fā)明的第9技術(shù)方案，由于風(fēng)·水車回轉(zhuǎn)時(shí)在翼端的后方不產(chǎn)生空氣或水的渦流，能消除噪音，所以不引起環(huán)境問題。另外，由于山狀部與主翼是一體的，所以沒有接縫，水不會侵入內(nèi)部，適用于水車，由于外觀良好，商品價(jià)值提高了。
權(quán)利要求
1.一種整體型風(fēng)·水車，備有配置在軸線周圍的主翼和連結(jié)該軸線側(cè)和該主翼的支承翼，其特征在于，該主翼和該支承翼用玻璃纖維或石墨纖維那樣的重量輕且強(qiáng)度高的纖維材料一體地形成。
2.如權(quán)利要求1所述的整體型風(fēng)·水車，其特征在于，上述主翼的翼型截面是對稱或非對稱的，上述支承翼的翼型截面是對稱的。
3.如權(quán)利要求1所述的整體型風(fēng)·水車，其特征在于，上述主翼的翼型截面是對稱或非對稱的，上側(cè)的上述支承翼的翼型截面是非對稱的，下側(cè)的上述支承翼的翼型是與該上側(cè)的支承翼上下線對稱的。
4.如權(quán)利要求1～3的任何一項(xiàng)所述的整體型風(fēng)·水車，其特征在于，在上述主翼的軸向端部上一體地形成翼型截面的大致一半厚度的山狀部。
5.一種整體型風(fēng)·水車的制造方法，其特征在于，至少用發(fā)泡塑料作為材料，交叉設(shè)置主翼成形模和支承翼成形模，用玻璃纖維或者石墨纖維那樣的重量輕且強(qiáng)度高的一個袋狀的纖維布覆蓋兩成形模，使該袋狀的纖維布與該兩成形模的外表面緊密接觸，用多層該纖維布形成硬質(zhì)的外皮。
6.如權(quán)利要求5所述的整體型風(fēng)·水車的制造方法，其特征在于，在上述主翼成形模和支承翼成形模的交叉部等部分上把上述纖維布的松弛部分壓入上述發(fā)泡塑料內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的整體型風(fēng)·水車的制造方法，其特征在于，把上述主翼成形模做成截面對稱或非對稱的翼型，把上述支承翼成形模做成截面對稱的翼型。
8.如權(quán)利要求5或6所述的整體型風(fēng)·水車的制造方法，其特征在于，把上述主翼成形模做成截面對稱或非對稱的翼型，把上側(cè)的上述支承翼成形模做成截面非對稱的翼型，把下側(cè)的上述支承翼成形模做成與該上側(cè)的支持翼成形模上下線對稱的翼型。
9.如權(quán)利要求5～8中的任何一項(xiàng)所述的整體型風(fēng)·水車的制造方法，其特征在于，在上述主翼成形模的軸向端部上形成翼型截面的大致一半的厚度的鼓出部，在該鼓出部上緊密接觸上述纖維布并形成主翼端部的山狀部。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提高垂直軸風(fēng)·水車的主翼和支承翼的交叉部的強(qiáng)度，本發(fā)明用玻璃纖維或石墨纖維等重量輕強(qiáng)度高的纖維材料一體地形成配置在軸線周圍的主翼3和連結(jié)軸線側(cè)和主翼的支承翼4。主翼3是截面對稱或非對稱的翼型，支承翼4是截面對稱的翼型。也可以把上側(cè)的支承翼4做成截面非對稱，把下側(cè)的支承翼4做成與上側(cè)的支承翼4上下線對稱的翼型。可以在主冀4的端部上形成解決噪音用的山狀部。用發(fā)泡塑料做材料使主翼成形模與支承翼成形模交叉，用玻璃纖維或石墨纖維等重量輕且強(qiáng)度高的一個袋狀的纖維布覆蓋兩成形模，使袋狀的纖維布與兩外表面緊密接觸，用多層纖維布形成硬質(zhì)的外皮。在主翼成形模和支承翼成形模的交叉部等部位上把纖維布的松弛部分壓入發(fā)泡塑料內(nèi)。
文檔編號F03D3/00GK1484736SQ02803514
公開日2004年3月24日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月9日
發(fā)明者關(guān)和市 申請人:學(xué)校法人東海大學(xué)