專利名稱：擺頁式發(fā)電風(fēng)輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電機上的組件，特別涉及一種采用垂直軸分布方 式的擺頁式發(fā)電風(fēng)輪，屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電是以風(fēng)力作為動力，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，然后再轉(zhuǎn)化成電能的一種能 量轉(zhuǎn)換過程。風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，蘊量巨大，全球的風(fēng)能約為2. 74X109MW，其 中可利用的風(fēng)能為2 X 107麗，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。中國風(fēng)能儲量 很大、分布而廣，僅陸地上的風(fēng)能儲量就有約2. 53億千瓦。隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，風(fēng)能市場 也在迅速發(fā)展，世界風(fēng)能市場每年遞增25%，并隨著技術(shù)進步，風(fēng)能發(fā)電在商業(yè)上將完全可 以與燃煤發(fā)電競爭。一般說來，3級風(fēng)就有利用的價值。但從經(jīng)濟合理的角度，風(fēng)速大于每秒4米才適 宜發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電中使用的風(fēng)力發(fā)電機組大體分為風(fēng)輪、發(fā)電機和鐵塔三部分，在家庭用小 型風(fēng)力發(fā)電機組中還會包括尾舵。風(fēng)輪是把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的重要部件，它由兩只 螺旋槳形的葉輪組成。當風(fēng)吹向漿葉時，槳葉上產(chǎn)生氣動力驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn) 速比較低，而且風(fēng)力的大小和方向經(jīng)常變化，所以，在帶動發(fā)電機之前，還須連接增速箱，使 轉(zhuǎn)速達到發(fā)電要求后再聯(lián)接到發(fā)電機上。鐵塔是支承風(fēng)輪、尾舵和發(fā)電機的構(gòu)架。它一般 修建得比較高，為的是獲得較大的和較均勻的風(fēng)力，又要有足夠的強度。鐵塔高度視地而障 礙物對風(fēng)速影響的情況，以及風(fēng)輪的直徑大小而定。槳葉與水平軸連接，連接方式分為陽力 型和升力型兩種，槳葉的旋轉(zhuǎn)軸始終與風(fēng)向保持平行。槳葉的材料要求強度高、重量輕，目 前多用玻璃鋼或其它復(fù)合材料來制造。為增加受風(fēng)面積，提高發(fā)電功率，現(xiàn)世界上最大的槳 葉直徑為60米，發(fā)電能力可達2000千瓦。上述風(fēng)力發(fā)電機組，雖然能有效利用風(fēng)能，并實現(xiàn)最終的電能轉(zhuǎn)換，但其鐵塔和槳 葉的外形尺寸較大，旋轉(zhuǎn)過程中噪音大，制造成本高，運輸和安裝困難，也使得現(xiàn)有的風(fēng)力 發(fā)電成為一個高成本、高投入的產(chǎn)業(yè)，嚴重影響了風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的市場推廣。如何對現(xiàn)有設(shè)備進行改進，特別是對槳葉形式進行改進，以降低生產(chǎn)成本和運輸 成本，保證發(fā)電質(zhì)量，就成為本實用新型所要解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型旨在提供一種運轉(zhuǎn)效果好、安裝簡單、運輸 方便的采用垂直軸連接方式的擺頁式發(fā)電風(fēng)輪。本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的擺頁式發(fā)電風(fēng)輪，包括水平分布的機翼、垂直分布在機翼上的葉片和用于控制每 個葉片擺動角度的調(diào)控機構(gòu)，機翼的中心軸線上設(shè)有連接孔，葉片通過葉片軸縱向連接在 機翼上，相鄰葉片在閉合時保持相互交錯，調(diào)控機構(gòu)設(shè)置在機翼上，調(diào)控機構(gòu)用于調(diào)整和控 制葉片的迎風(fēng)角度。[0009]所述機翼為單片型，葉片穿過單片型機翼后，通過縱向葉片軸垂直連接在機翼上。所述機翼為上、下對偶機翼，葉片通過縱向葉片軸垂直連接在上、下對偶機翼之 間。所述上、下對偶機翼為三叉形或雙翼型。所述上、下對偶的機翼內(nèi)側(cè)面分別沿中心線方向設(shè)有連續(xù)突起。所述葉片的橫截面形狀為橢圓形，位于連接孔外端機翼上的葉片組分別呈向內(nèi)凹 陷的弧形分布。所述調(diào)控機構(gòu)包括控制器和多組與葉片調(diào)控位置相對的卡緊機構(gòu)，卡緊機構(gòu)卡在 葉片外端兩側(cè)，卡緊機構(gòu)設(shè)置在機翼上，控制器控制卡緊機構(gòu)工作。所述卡緊機構(gòu)分別對應(yīng)于葉片開合的極限位置，葉片開合的極限位置分別位于與 機翼中心線成90度或0度的夾角處。所述卡緊機構(gòu)包括兩個可伸縮的定位銷，定位銷卡在葉片外端兩側(cè)，控制器與定 位銷電連接，控制器控制定位銷的伸縮。所述卡緊機構(gòu)包括位于外側(cè)的固定限位銷和位于內(nèi)側(cè)的可伸縮定位銷，所述限位 銷和定位銷分別卡在葉片外端兩側(cè)，控制器與定位銷電連接，控制器控制定位銷的伸縮。本實用新型所述的擺頁式發(fā)電風(fēng)輪，通過在機翼上垂直連接擺頁式葉片，并在機 翼的中心軸線上設(shè)置連接孔，將擺頁式發(fā)電風(fēng)輪水平插接在垂直軸上，實現(xiàn)了風(fēng)輪在水平 面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，降低了發(fā)電過程對葉片尺寸、厚度、強度的要求，避免了現(xiàn)有水平軸方式下葉 片生產(chǎn)成本高，運輸、安裝困難，旋轉(zhuǎn)機頭纏繞導(dǎo)線的弊端。其中，三叉形的上、下對偶機翼 設(shè)計，使葉片受力均衡，對風(fēng)力要求較低，隨時有機翼處于升力區(qū)和阻力區(qū)，機翼運轉(zhuǎn)平 穩(wěn)，吸風(fēng)效率高，扭矩力大，發(fā)電效果好，運行成本低，不需要高塔架和大面積、高質(zhì)量風(fēng)場， 可單機建在山頂、風(fēng)口處。同時，通過控制器隨時控制葉片的迎風(fēng)角度，還保證了葉片受力 效果最佳，擴大了風(fēng)輪對不同風(fēng)向、風(fēng)力的適應(yīng)能力，滿足了發(fā)電過程的均衡需要。由于風(fēng) 輪采用垂直軸連接方式連接在風(fēng)力發(fā)電機上，葉片與垂直軸保持同向，大大降低了旋轉(zhuǎn)過 程對空間的要求，擺動式葉片制造成本明顯下降，安裝過程簡單，運輸成本降低，使風(fēng)力發(fā) 電真正符合了工業(yè)化生產(chǎn)的需要，特別適合在大面積風(fēng)場使用。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A向示圖；圖3為風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)過程中葉片進入調(diào)控臨界點前的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3中葉片進入調(diào)控臨界點后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型的宗旨是利用垂直軸分布的風(fēng)輪代替已往水平軸分布的葉片，以降低 加工成本，簡化安裝過程，使風(fēng)能發(fā)電可以被有效的推廣和使用。為此，本實用新型特設(shè)計 了一種用于垂直軸上的擺頁式發(fā)電風(fēng)輪。
以下結(jié)合附圖1、圖2對本實用新型的結(jié)構(gòu)做進一步的描述本實用新型所述的擺頁式發(fā)電風(fēng)輪，包括上下對偶的三叉形機翼1、連接在對偶機翼1間可縱向擺動的多個葉片2以及用于每個葉片2角度控制的調(diào)控機構(gòu)。其中，三叉形 機翼1在提供旋轉(zhuǎn)動力時能保持受力均衡，使旋轉(zhuǎn)過程持續(xù)進行。調(diào)控機構(gòu)控制下的擺動 葉片2，可以保證葉片迎風(fēng)角的最佳值，保持受風(fēng)面積最大化。其中，三叉形對偶機翼1為水平均勻排列，對偶機翼1的中心軸線上設(shè)有連接孔 10，對偶機翼ι可通過連接孔10固定在風(fēng)機的垂直軸8上，保證了風(fēng)輪在水平面上的旋轉(zhuǎn)， 大大降低了對旋轉(zhuǎn)空間的要求。為降低機翼端面對風(fēng)的阻力，在上、下對偶機翼1間形成聚 合力，機翼內(nèi)側(cè)面分別沿中心線方向設(shè)有連續(xù)地均勻突起，機翼1的橫截面形狀為頂面平 整、底面沿中心位置向上突起的弧形。當上、下對偶機翼1在旋轉(zhuǎn)時，不論風(fēng)從哪側(cè)進入都 會向內(nèi)聚攏，有利提高風(fēng)的強度。葉片2處于相對自由的橫向擺動狀態(tài)，葉片2 —端通過縱向軸9連接在上、下對偶 機翼1之間，葉片2在風(fēng)的作用下可在上、下對偶機翼1間自由擺動。為提高受風(fēng)面積，充 分利用上、下對偶機翼1間的有限空間，位于連接孔10外端的葉片組分別呈向內(nèi)凹陷的弧 形分布，并且相鄰葉片2在閉合時保持交錯狀態(tài)。為降低風(fēng)阻、提高葉片2強度，葉片2的 橫截面形狀設(shè)計為了橢圓形，兩端較尖、中部向外突起。調(diào)控機構(gòu)設(shè)置在上、下對偶的機翼1上，調(diào)控機構(gòu)用于調(diào)整和控制葉片2的迎風(fēng)角 度。調(diào)控機構(gòu)包括控制器7和多組與葉片2開合的極限位置相對的卡緊機構(gòu)。葉片2開合 的極限位置分別位于與對偶機翼1的中心線成90度或0度的夾角處。為降低加工成本、提 高機構(gòu)穩(wěn)定性，卡緊機構(gòu)包括位于外側(cè)的固定限位銷和位于內(nèi)側(cè)的可伸縮定位銷。固定限 位銷位置固定，結(jié)構(gòu)可靠，可有效限制葉片2的開合角度。定位銷位于限位銷內(nèi)側(cè)，定位銷 與控制器7電連接，控制器7控制定位銷的伸縮，與限位銷一起實現(xiàn)對葉片2張開角度的調(diào) 控。其中，葉片2處于與對偶機翼1中心線成90度夾角的位置上，即張開狀態(tài)時，固定限位 銷和定位銷分別稱為第一限位銷5和第一定位銷6，葉片2處于與對偶機翼中心線成0度夾 角的位置上，即閉合狀態(tài)時，固定限位銷和定位銷分別稱為第二限位銷3和第二定位銷4。由于葉片2在閉合時相互交錯，為簡化制造過程，葉片2閉合過程中起限位作用的 外端第二限位銷3也可省略，而依靠相鄰的葉片2進行支撐，當然，位于末尾葉片外端第二 限位銷3則需一直保留。同樣，上述卡緊機構(gòu)中的第一、第二限位銷5，3也可為可伸縮的定 位銷，這樣，兩個可伸縮定位銷組成的卡緊機構(gòu)在控制器7的控制下，可更靈活地實現(xiàn)對葉 片2角度的隨時調(diào)整和控制。其好處在于可將這種卡緊機構(gòu)安裝在葉片角度控制的任何位 置上，從而在控制器7控制下隨時根據(jù)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動角度和風(fēng)向變化進行葉片2張升角度的精 確控制，最大限度地利用風(fēng)力。上述三叉形機翼1也可簡化為雙機翼或者單片型機翼，其形 式簡單、加工方便、成本低廉，可使用在一些要求較低的民用設(shè)施上。
以下結(jié)合附圖3、圖4對本實用新型的工作過程進行描述以風(fēng)從下方吹入為例，工作過程中，擺頁式發(fā)電風(fēng)輪通過連接孔10安裝在風(fēng)機的 垂直軸上，通過控制器7設(shè)定第一定位銷6和第二定位銷4的伸縮時間。通常情況下，控制 器7根據(jù)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動角度進行定位銷伸縮控制，以保證葉片2與風(fēng)向之間的夾角始終處于 有利推動的狀態(tài)。由于上、下對偶機翼1為均勻的三叉形分布，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)過程中始終會有機 翼處于阻力狀態(tài)，故風(fēng)輪轉(zhuǎn)動位置又被分為升力區(qū)和阻力區(qū)兩部分，順風(fēng)方向轉(zhuǎn)動為升力 區(qū)，葉片2盡量增大迎風(fēng)面積，提高受力范圍；逆風(fēng)方向轉(zhuǎn)動時為阻力區(qū)，葉片2應(yīng)盡量減小 迎風(fēng)面積，以降低風(fēng)阻。為使葉片控制和風(fēng)輪轉(zhuǎn)動保持協(xié)調(diào)、一致，并能始終處于一種相對平衡的狀態(tài)，控制器7采用葉片2進入升力區(qū)或阻力區(qū)45度角后作為調(diào)整的節(jié)點。其中， 剛進入在升力區(qū)時，葉片處于張開狀態(tài)，風(fēng)阻較小，當一對上、下對偶機翼1帶動其間的葉 片2旋轉(zhuǎn)到進入升力區(qū)后45度角的位置上時，控制器7控制第一定位銷6收縮，葉片2在 風(fēng)力和第一限位銷5的作用下，沿逆時針方向擺動，當葉片2外端與第一限位銷5接觸后， 第一定位銷4彈出，第二定位銷4和第二限位銷3 —起將葉片2外端固定，葉片2進入閉合 狀態(tài)，葉片2與對偶機翼1中心線成0度夾角。由于葉片2間相互錯開并整體保持向內(nèi)凹 陷的弧線分布，此時，葉片2受風(fēng)面積增大，推動力增強，并隨著風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)，葉片2的受風(fēng) 面積逐漸達到最大值，而此時，另外兩對機翼則正好處于阻力區(qū)，以均衡葉片所受到的最大 風(fēng)力，保持受風(fēng)均勻。此后，此葉片2始終保持閉合狀態(tài)，當其繼續(xù)旋轉(zhuǎn)進入到阻力區(qū)內(nèi)45 度角的位置上時，相應(yīng)地控制器7才會再發(fā)出控制指令，此時第二定位銷4收縮，葉片2在 風(fēng)力和第二限位銷3的聯(lián)合作用下沿順時針方向打開，葉片2外端與第一限位銷5接觸后， 控制器7控制第一定位銷6彈出，第一定位銷6和第一限位銷5再次將葉片2外端固定，葉 片2進入張開狀態(tài)，葉片2與對偶機翼1中心線成90度夾角，葉片受風(fēng)面積減小，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn) 阻力縮小，并隨著風(fēng)輪的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，葉片2與迎風(fēng)角保持0度夾角時，葉片2受力最小，而此 時另外兩對機翼則正好處于升力區(qū)中，保持了葉片2受力均勻。如此反復(fù)進行，對偶機翼1 在旋轉(zhuǎn)中，控制器7不斷控制葉片2的開合，實現(xiàn)了風(fēng)輪的均衡旋轉(zhuǎn)，保證了發(fā)電質(zhì)量。
權(quán)利要求1.擺頁式發(fā)電風(fēng)輪，其特征在于，包括水平分布的機翼、垂直分布在機翼上的葉片和用 于控制每個葉片擺動角度的調(diào)控機構(gòu)，所述機翼的中心軸線上設(shè)有連接孔；所述葉片通過 葉片軸縱向連接在機翼上，相鄰葉片在閉合時保持相互交錯；所述調(diào)控機構(gòu)設(shè)置在機翼上， 調(diào)控機構(gòu)用于調(diào)整和控制葉片的迎風(fēng)角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺葉式發(fā)電風(fēng)輪，其特征在于，所述機翼為單片型，葉片穿過 單片型機翼后，通過縱向葉片軸垂直連接在機翼上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺葉式發(fā)電風(fēng)輪，其特征在于，所述機翼為上、下對偶機翼， 葉片通過縱向葉片軸垂直連接在上、下對偶機翼之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的擺葉式發(fā)電風(fēng)輪，其特征在于，所述上、下對偶機翼為三叉形 或雙翼型。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的擺頁式發(fā)電風(fēng)輪，其特征在于，所述上、下對偶的機翼內(nèi)側(cè)面 分別沿中心線方向設(shè)有連續(xù)突起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺頁式發(fā)電風(fēng)輪，其特征在于，所述葉片的橫截面形狀為橢 圓形，位于連接孔外端機翼上的葉片組分別呈向內(nèi)凹陷的弧形分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺頁式發(fā)電風(fēng)輪，其特征在于，所述調(diào)控機構(gòu)包括控制器和 多組與葉片調(diào)控位置相對的卡緊機構(gòu)，所述卡緊機構(gòu)卡在葉片外端兩側(cè)，卡緊機構(gòu)設(shè)置在 機翼上，控制器控制卡緊機構(gòu)工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的擺頁式發(fā)電風(fēng)輪，其特征在于，所述卡緊機構(gòu)分別對應(yīng)于葉 片開合的極限位置，葉片開合的極限位置分別位于與機翼中心線成90度或0度的夾角處。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的擺頁式發(fā)電風(fēng)輪，其特征在于，所述卡緊機構(gòu)包括兩個可 伸縮的定位銷，定位銷卡在葉片外端兩側(cè)，控制器與定位銷電連接，控制器控制定位銷的伸 縮。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的擺頁式發(fā)電風(fēng)輪，其特征在于，所述卡緊機構(gòu)包括位于 外側(cè)的固定限位銷和位于內(nèi)側(cè)的可伸縮定位銷，所述限位銷和定位銷分別卡在葉片外端兩 側(cè)，控制器與定位銷電連接，控制器控制定位銷的伸縮。
專利摘要本實用新型公開了一種擺頁式發(fā)電風(fēng)輪，包括水平分布的機翼、垂直分布在機翼上的葉片和用于控制每個葉片擺動角度的調(diào)控機構(gòu)，機翼的中心軸線上設(shè)有連接孔，葉片通過葉片軸縱向連接在機翼上，相鄰葉片在閉合時保持相互交錯。調(diào)控機構(gòu)設(shè)置在機翼上，調(diào)控機構(gòu)用于調(diào)整和控制葉片的迎風(fēng)角度。使用中，擺頁式發(fā)電風(fēng)輪水平插接在垂直軸上，簡化了組裝過程，降低了運輸成本和制造成本，其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、受力均衡，對風(fēng)的質(zhì)量要求較低，吸風(fēng)效率高，扭矩力大，發(fā)電效果好，不需要高塔架和大面積、高質(zhì)量風(fēng)場，適合大面積風(fēng)場使用。
文檔編號F03D7/06GK201865839SQ20102062598
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者張玉文 申請人:張玉文