專利名稱：雙轉(zhuǎn)臂式風(fēng)能葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種風(fēng)能葉輪，主要用于風(fēng)力發(fā)電或提供機械動力。
背景技術(shù)：
目前，廣泛利用風(fēng)能的裝置是螺旋槳型風(fēng)能葉輪(為便于區(qū)別，簡稱槳輪，以下同)，它的旋轉(zhuǎn)軸線與風(fēng)向平行，利用風(fēng)力推動槳輪上的數(shù)只槳葉使槳輪旋轉(zhuǎn)，然后通過槳輪的旋轉(zhuǎn)軸對外輸出扭矩。由于槳輪的旋轉(zhuǎn)面必須正對風(fēng)向才能獲得較多的風(fēng)能，所以需要把槳輪安裝在一個大于槳輪半徑的支架上，才能正常旋轉(zhuǎn)，但是這必然給直接傳輸動能(不通過電能轉(zhuǎn)化過程)、以及日常的維護和修理帶來了諸多的不便。另外，槳輪葉片需運用調(diào)整“槳距”的方法，達到在不同風(fēng)速的情況下都能高效率運轉(zhuǎn)的目的；槳輪還需要再增加一套風(fēng)向感應(yīng)和伺服系統(tǒng)，以便根據(jù)風(fēng)向的變化，讓槳輪的旋轉(zhuǎn)面始終對正風(fēng)向，否則，在風(fēng)向發(fā)生較大的變化時，即導(dǎo)致槳輪的效率大幅度下降以至于停止轉(zhuǎn)動；槳輪不僅需要增加上述兩套調(diào)整裝置，而且還要為這兩套調(diào)整裝置提供一定的能源，使它的建造和維持費用高昂。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服槳輪需要安置在較高的支架上，以及需要為適應(yīng)風(fēng)向和風(fēng)速的變化而設(shè)置兩套調(diào)整裝置的不足，本實用新型的目的是提供一種風(fēng)能葉輪，它不僅可以安裝在距地面不到1米的高度上，而且也不需要設(shè)置上述的兩套調(diào)整裝置。
本實用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是葉輪的旋轉(zhuǎn)軸與地面垂直，并分為上下兩段，下段通過2個軸承固定在底座中，旋轉(zhuǎn)軸的上段為筒狀，用來安裝上、下兩根轉(zhuǎn)臂，每根轉(zhuǎn)臂分別通過兩個軸承安裝在旋轉(zhuǎn)軸的上段，它們的中心線互相垂直，且都與旋轉(zhuǎn)軸的中心線垂直并相交。每根轉(zhuǎn)臂被旋轉(zhuǎn)軸分為長度相等的兩側(cè)外段，每側(cè)的外段上固定一只葉片，每只葉片被旋臂的中心線分為面積不等的兩部分，面積之比為2∶1，且同一根轉(zhuǎn)臂上的兩只葉片的葉面互相垂直；4只葉片的面積和形狀相同，在安裝4只葉片時必需保證上轉(zhuǎn)臂的兩只葉片面積較大的部分只能向下轉(zhuǎn)動，而下轉(zhuǎn)臂的兩只葉片面積較大的部分只能向上轉(zhuǎn)動。在旋轉(zhuǎn)軸的上段還固定4根限動臂，分別限制兩只同軸葉片圍繞轉(zhuǎn)臂的最大轉(zhuǎn)動角度為90度，每根限動臂的頂端都安裝一只空氣式緩沖器，以減緩葉片與限動臂之間的碰撞強度，此外，限動臂還用于傳送葉片產(chǎn)生的近一半的旋轉(zhuǎn)力矩。綜上所述，同一根轉(zhuǎn)臂上的兩只葉片可以通過該轉(zhuǎn)臂同步轉(zhuǎn)動90度，全部4只葉片也可以同時圍繞葉輪的旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)。
無論多大直徑的轉(zhuǎn)臂式風(fēng)能葉輪，都可以安置在離地面不到1米的高度上正常運轉(zhuǎn)，它對不同的風(fēng)速和風(fēng)向有自動的適應(yīng)能力，不存在調(diào)整“槳距”或?qū)φL(fēng)向的問題，只要是在通常的風(fēng)速范圍內(nèi)，無論是來自那個方向的風(fēng)，都可以推動該葉輪自動進入正常的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
本實用新型的有益效果是其支架高度可以建的很低，不僅縮短了動能輸出的傳送距離，以及方便日常的維護和修理，還完全省去了為適應(yīng)風(fēng)向和風(fēng)速的變化而設(shè)置的兩套調(diào)整裝置，減少了建造和維持運轉(zhuǎn)的費用。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是雙轉(zhuǎn)臂式風(fēng)能葉輪側(cè)視圖。
圖2是旋轉(zhuǎn)軸上段拆除頂蓋后的俯視圖。
圖3是雙轉(zhuǎn)臂式風(fēng)能葉輪俯視圖。
圖中1.葉片a，2.葉片b，3.葉片c，4.葉片d，5.底座，6.旋轉(zhuǎn)軸上段，7.旋轉(zhuǎn)軸頂蓋，8.旋轉(zhuǎn)軸下段，9.旋轉(zhuǎn)軸軸承，10.轉(zhuǎn)臂軸承，11.限動臂a，12.限動臂b，13.限動臂c，14.限動臂d，15.空氣緩沖器，16.風(fēng)向箭頭，17.上轉(zhuǎn)臂，18.下轉(zhuǎn)臂，19.旋轉(zhuǎn)方向箭頭。
具體實施方法在
圖1中，雙轉(zhuǎn)臂式風(fēng)能葉輪的旋轉(zhuǎn)軸分為旋轉(zhuǎn)軸上段(6)和下段(8)，上段的頂端安裝有頂蓋(7)，可以拆卸，下段通過兩只軸承(9)安裝在底座(5)之中。上、下兩根轉(zhuǎn)臂(圖中被遮擋)的中段分別通過各自的兩只軸承(10)安裝在旋轉(zhuǎn)軸上段，它們的中心線互相垂直，且與旋轉(zhuǎn)軸的中心線垂直并相交。葉片a(1)和c(3)固定在上轉(zhuǎn)臂(17)的兩側(cè)外段，它們的葉面互相垂直，葉片a和c被上轉(zhuǎn)臂中心線分為面積不等的兩部分，其面積大的部分只能在上轉(zhuǎn)臂以下的空間內(nèi)轉(zhuǎn)動。葉片b(2)和d(4)固定在下轉(zhuǎn)臂(18)兩側(cè)外段，它們的葉面互相垂直，葉片b和d被下轉(zhuǎn)臂中心線分為面積不等的兩部分，其面積大的部分只能在下轉(zhuǎn)臂以上的空間內(nèi)轉(zhuǎn)動?？諝饩彌_器(15)固定在限動臂d(圖中被遮擋)的外端，當葉片d(4)從圖中的位置順時針轉(zhuǎn)動90度時，其面積大的部分即被固定著空氣緩沖器(15)的限動臂d限動。4只葉片不僅可以分別通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動90度，同時也可以一起圍繞葉輪的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，如果該葉輪用于發(fā)電，則發(fā)電機可以安置在底座內(nèi)。
在圖2中，上轉(zhuǎn)臂(17)通過兩只軸承(10)安裝在旋轉(zhuǎn)軸上段(6)的上部，下轉(zhuǎn)臂(18)通過兩只軸承(10)安裝在旋轉(zhuǎn)軸上段的下部，它們的中心線互相垂直但不相交，但都與旋轉(zhuǎn)軸的中心線垂直并相交。，在圖3中，限動臂a(11)和限動臂c(13)固定在旋轉(zhuǎn)軸上段(6)的下部，而限動臂b(12)和限動臂d(14)固定在旋轉(zhuǎn)軸上段的上部。另外，固定在上轉(zhuǎn)臂兩側(cè)外段的葉片a(1)和c(3)葉面互相垂直，葉片a被限動臂a限動并處于與地面垂直的位置，該空氣緩沖器(15)的活塞桿被壓縮至活塞筒內(nèi)。固定在下轉(zhuǎn)臂兩側(cè)外段的葉片b(2)和d(4)葉面互相垂直，葉片b被限動臂b限動并處于與地面垂直的位置，該空氣緩沖器(15)的活塞桿被壓縮至活塞筒內(nèi)。限動臂c的大部分被葉片c遮擋，限動臂d的外端固定著空氣緩沖器(15)，它的活塞桿處于伸出位置。
當風(fēng)(16)從右向左開始吹向雙轉(zhuǎn)臂式風(fēng)能葉輪時，4只葉片和葉輪的運動情況如下<1>葉輪轉(zhuǎn)角為0度時(還未開始轉(zhuǎn)動)的下轉(zhuǎn)臂兩只葉片d(4)和b(2)此時葉片d處在D方向的位置，無論該葉片的葉面與地面平行、垂直、還是在它所能處的任何角度上，只要風(fēng)力足夠大，由于葉片面積較大部分的舵面效應(yīng)，該葉片的葉面將被吹至處于水平位置(從D方位向旋轉(zhuǎn)軸看為反時針方向轉(zhuǎn)動)，空氣阻力最小，與此同時通過下轉(zhuǎn)臂(18)帶動處在B方向的葉片b順時針方向轉(zhuǎn)動(從B方位向旋轉(zhuǎn)軸看)，使其葉面處于與地面垂直的位置，葉片b面積較大的部分與限動臂b(12)接觸而停止轉(zhuǎn)動，于是該葉片正面對向來風(fēng)，葉片前的空氣壓力升高，產(chǎn)生推動葉輪轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)力矩，該力矩通過下轉(zhuǎn)臂和限動臂b共同傳遞給旋轉(zhuǎn)軸上段(6)，葉輪即開始轉(zhuǎn)動，此刻葉片b產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩最大，隨著葉輪的繼續(xù)轉(zhuǎn)動，葉片b的迎風(fēng)面積逐漸變小，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩也隨之逐步減小。
<2>葉輪轉(zhuǎn)角為90度方位時的下轉(zhuǎn)臂兩只葉片d(4)和b(2)此時葉片b處在C方向的位置，在相對氣流(葉片在轉(zhuǎn)動時所對應(yīng)的氣流，該氣流的方向是風(fēng)向與旋轉(zhuǎn)相反方向的合方向)的作用下，由于葉片面積較大部分的舵面效應(yīng)，該葉片的葉面將被吹至處于水平位置(稱為“翻轉(zhuǎn)”，從C方位向旋轉(zhuǎn)軸看為反時針方向轉(zhuǎn)動)，與此同時通過下轉(zhuǎn)臂(18)帶動處在A方向的葉片d使其葉面順時針方向翻轉(zhuǎn)(從A方位向旋轉(zhuǎn)軸看)處于與地面垂直的位置，葉片d面積較大的部分與限動臂d(14)接觸而停止轉(zhuǎn)動，此時由于兩只葉片的葉面都與風(fēng)向基本平行，產(chǎn)生的風(fēng)向空氣阻力很小，并且都不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩；但是，由于兩葉片在圍繞同軸翻轉(zhuǎn)時，會受到慣性和翻轉(zhuǎn)空氣的阻礙，在該兩只葉片的整個90度翻轉(zhuǎn)過程的時間段中，葉輪約旋轉(zhuǎn)了20度(例如在A點，葉輪的轉(zhuǎn)角范圍約為-10A+10度)。隨著葉輪從90度繼續(xù)再旋轉(zhuǎn)180度，由于葉片b一直處于水平位置，所以產(chǎn)生的空氣阻力仍舊很小，而葉片d與地面垂直，其迎風(fēng)面積經(jīng)歷了一個由0逐漸增大、再逐步減小的過程，它產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩也從0開始逐步增大、然后逐步減小。
<3>葉輪轉(zhuǎn)角為270度時的下轉(zhuǎn)臂兩只葉片d(4)和b(2)此時兩只葉片的工作情況與<2>所描述的狀況相同，只不過兩葉片互相調(diào)換了位置。
<4>葉輪轉(zhuǎn)角為360度時的下轉(zhuǎn)臂兩只葉片d(4)和b(2)此時兩只葉片所處的位置與
圖1所示狀況相同，只不過葉輪是處于連續(xù)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，而兩只葉片則互相調(diào)換了位置并處于連續(xù)的工作狀態(tài)即葉片d與地面垂直并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，葉片b處于水平位置且空氣阻力很小。
<5>葉輪轉(zhuǎn)角為0-360度時的上轉(zhuǎn)臂兩只葉片c(3)和a(1)該兩只葉片的工作情況與<2>-<3>-<4>-<1>所描述的狀況相同，只不過該兩只葉片圍繞上轉(zhuǎn)臂的翻轉(zhuǎn)方向，與下轉(zhuǎn)臂上兩只葉片d(4)和b(2)的翻轉(zhuǎn)方向相反，并且葉片a是被限動臂a(11)限動，葉片c是被限動臂c(13)限動。
綜上所述，無論風(fēng)從哪個方向吹向葉輪，它都可以連續(xù)不斷地朝著一個方向旋轉(zhuǎn)，經(jīng)初步計算，一種大型4葉片雙轉(zhuǎn)臂式風(fēng)能葉輪在7級風(fēng)力環(huán)境中的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表

長度單位米M，力單位牛頓N
權(quán)利要求1，一種雙轉(zhuǎn)臂式風(fēng)能葉輪，在一只旋轉(zhuǎn)軸上安裝數(shù)只葉片，以風(fēng)力吹動葉片進而推動葉輪旋轉(zhuǎn)，其特征是旋轉(zhuǎn)軸與地面垂直，分為上段(6)和下段(8)兩段，下段通過兩只軸承(9)安裝在底座(5)中，在上段通過兩組軸承(10)安裝兩根互相垂直但不相交的轉(zhuǎn)臂(17)和(18)，兩根轉(zhuǎn)臂的中心線都與旋轉(zhuǎn)軸的中心線垂直，在每根轉(zhuǎn)臂的兩側(cè)外段上都分別固定一只葉片，在旋轉(zhuǎn)軸的上段還固定4根限動臂a(11)、c(13)、b(12)和d(14)，每根限動臂的外端都固定一只空氣式緩沖器(15)。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙轉(zhuǎn)臂式風(fēng)能葉輪，其特征是上轉(zhuǎn)臂(17)的兩側(cè)外段分別固定葉片a(1)和c(3)，它們的葉面互相垂直，每只葉片都被上轉(zhuǎn)臂的中心線分為面積不等的兩部分，面積之比為2∶1，在旋轉(zhuǎn)軸上段(6)的下部固定兩跟限動臂a(11)和c(13)，葉片a的面積大的部分向下翻轉(zhuǎn)時與限動臂a接觸，葉片c的面積大的部分向下翻轉(zhuǎn)時與限動臂c接觸。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙轉(zhuǎn)臂式風(fēng)能葉輪，其特征是下轉(zhuǎn)臂(18)的兩側(cè)外段分別固定葉片b(2)和d(4)，它們的葉面互相垂直，每只葉片都被下轉(zhuǎn)臂的中心線分為面積不等的兩部分，面積之比為2∶1，在旋轉(zhuǎn)軸上段(6)的上部固定兩跟限動臂b(12)和d(14)，葉片b的面積大的部分向上翻轉(zhuǎn)時與限動臂b接觸，葉片d的面積大的部分向上翻轉(zhuǎn)時與限動臂d接觸。
專利摘要雙轉(zhuǎn)臂式風(fēng)能葉輪，是可再生能源利用范疇的風(fēng)能采集裝置，用于風(fēng)力發(fā)電以及提供機械動力，為了降低葉輪的安裝高度，以及自動適應(yīng)在不同風(fēng)向和風(fēng)速的環(huán)境中工作，該葉輪的旋轉(zhuǎn)軸與地面垂直并分為上下兩段，下段通過兩只軸承安裝在底座中。在上段通過兩組軸承安裝兩根處于水平狀態(tài)、互相垂直但不相交的上、下轉(zhuǎn)臂，每根轉(zhuǎn)臂兩側(cè)的外段都固定一只葉片，每只葉片都被相關(guān)轉(zhuǎn)臂的中心線分為面積大小不等的兩部分，同轉(zhuǎn)臂上的兩只葉片的葉面互相垂直，且被相應(yīng)的限動臂限制翻動角度為90度。工作時，全部4只葉片一起圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，而兩只同轉(zhuǎn)臂上的葉片則在風(fēng)力的作用下，交替操縱對方使其對向來風(fēng)，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。
文檔編號F03D7/06GK2921351SQ200620124790
公開日2007年7月11日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者鄺振凱 申請人:鄺振凱