帶集風(fēng)蓋的垂直軸偏距式風(fēng)力的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種帶集風(fēng)蓋的垂直軸偏距式風(fēng)力機(jī)，包括主軸、橫梁、集風(fēng)蓋、葉片軸和輕質(zhì)葉片；橫梁固定于主軸上端，在每根橫梁的下側(cè)并靠近外端豎直固定安裝一窗框架，窗框架上豎直均勻設(shè)置多根可轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片軸，每個(gè)葉片軸上固定輕質(zhì)葉片；窗框架的頂部和底部分別水平安裝集風(fēng)蓋；扭力彈簧的一端固定在葉片軸上，另一端固定在對(duì)應(yīng)的橫梁上。由于采用了扭力彈簧，使輕質(zhì)葉片在無(wú)風(fēng)時(shí)處于主軸和橫梁組成的豎直平面內(nèi)，隨時(shí)待命捕風(fēng)，而且捕風(fēng)面較大，所以風(fēng)力機(jī)響應(yīng)快；由于該風(fēng)力機(jī)具有集風(fēng)蓋，當(dāng)輕質(zhì)葉片順風(fēng)時(shí)，增加了氣流在輕質(zhì)葉片上下沿的迎風(fēng)和背風(fēng)面的壓力差，所以風(fēng)力機(jī)力矩大、啟動(dòng)風(fēng)速低、風(fēng)能利用率大、微風(fēng)發(fā)電能力強(qiáng)、實(shí)用性廣。
【專利說(shuō)明】帶集風(fēng)蓋的垂直軸偏距式風(fēng)力機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種偏距式垂直軸風(fēng)力機(jī)，尤其涉及一種帶集風(fēng)蓋的垂直軸偏距式風(fēng)力機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]如今，石油、煤、天然氣等不可再生能源均面臨著儲(chǔ)量枯竭、價(jià)格上漲、甚至地球環(huán)境的嚴(yán)重污染等。核裂變發(fā)電危險(xiǎn)性高，核廢料污染環(huán)境、處理困難；利用核聚變能發(fā)電還不可行。而太陽(yáng)能和風(fēng)能是可再生能源，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。因此，各國(guó)都大力開(kāi)發(fā)以風(fēng)能和太陽(yáng)能為代表的清潔可再生能源。
[0003]在當(dāng)前風(fēng)能利用領(lǐng)域，現(xiàn)有的大多數(shù)大裝機(jī)容量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)大都處于待、停機(jī)狀態(tài)，風(fēng)機(jī)利用效率極低。在某些特殊條件下，甚至為了使風(fēng)機(jī)隨時(shí)待機(jī)發(fā)電，還必須對(duì)風(fēng)機(jī)輸入控制電源，這使風(fēng)機(jī)出現(xiàn)了負(fù)功率輸出狀態(tài)，極大降低了風(fēng)能利用率。受到風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪結(jié)構(gòu)的影響，現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要存在以下問(wèn)題:1.啟動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速均太高，嚴(yán)重脫離實(shí)際情況。需研制適合大多數(shù)地區(qū)使用的風(fēng)力機(jī)，其啟動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速都要很低。2.現(xiàn)有風(fēng)輪的葉片細(xì)而長(zhǎng)，實(shí)度低，大部分從葉片之間的空隙漏走，風(fēng)能沒(méi)有被充分利用。3.風(fēng)葉翼型設(shè)計(jì)不合理。當(dāng)前使用最為廣泛的風(fēng)輪葉片是根據(jù)直升機(jī)的旋翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。直升機(jī)的旋翼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為了利用氣流提高其升力，但風(fēng)輪葉片需要克服這種力的作用，是相反的過(guò)程。4.多數(shù)風(fēng)輪葉片扭轉(zhuǎn)角是固定的，不能適應(yīng)不同的風(fēng)速。但是在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)速大小是隨機(jī)的。因此風(fēng)輪一般工作在非設(shè)計(jì)工作狀態(tài)，并且逆風(fēng)阻力大，總體效率低，啟動(dòng)困難。
[0004]現(xiàn)有的偏距式葉片垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，葉片截面積增大，提高了捕風(fēng)能力，降低啟動(dòng)風(fēng)速。調(diào)整葉片傾斜角度可以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度。葉片截面積的增大可以大幅減小葉片的長(zhǎng)度，以致風(fēng)輪葉片總重量大幅減少，能最大化地利用風(fēng)能發(fā)電。占地面積少，全方向做功，啟動(dòng)快。
[0005]現(xiàn)有的偏距式葉片垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)有三種方案。1.在垂直軸上安裝葉片支架，葉片以偏距形式安裝在葉片支架兩端，葉片由電機(jī)控制。順風(fēng)時(shí)，控制使葉片豎直受風(fēng)，把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為葉輪的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。而在逆風(fēng)時(shí)，控制使葉片呈水平位置，對(duì)風(fēng)不產(chǎn)生任何阻力。2.在垂直軸上安裝葉片支架，葉片以偏距形式安裝在葉片支架兩端。葉片支架上安裝有90度單方向限位裝置，以使葉片單方向偏距不超過(guò)90度。任意方向來(lái)風(fēng)時(shí)，葉片由于單方向限位作用一邊保持原位，另一邊葉片與風(fēng)向相同進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。3.在垂直軸上安裝葉片支架，葉片以偏距形式在葉片支架兩端以90度夾角安裝葉片。在葉片支架上安裝最大擺動(dòng)角度為45度的限位裝置。任意方向來(lái)風(fēng)使葉片支架一端的葉片擺動(dòng)到水平位置；葉片支架另一端的葉片在風(fēng)力作用下擺動(dòng)到豎直位置，風(fēng)作用于豎直位置的葉片而使葉片帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)；當(dāng)豎直位置的葉片擺動(dòng)到順風(fēng)位置時(shí)，另一葉片支架的一葉片在風(fēng)力作用下擺動(dòng)到豎直位置，繼續(xù)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。但是，第一種方案中的葉片位置調(diào)整需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，需要耗費(fèi)電力，而且還增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度；第二種方案中的葉片在轉(zhuǎn)速時(shí)由于離心而不能可靠復(fù)位。以上最后種方案，雖然實(shí)度比常規(guī)風(fēng)輪大許多，捕風(fēng)能力很強(qiáng)，但由于葉片自重，使得葉片由水平到豎直的變化需要一定的風(fēng)壓，因此特別是在風(fēng)速很低的情況下，啟動(dòng)比較困難。專利201220602985.1 (帶葉片配重的垂直軸偏距式風(fēng)力機(jī))增加了葉片配重使得啟動(dòng)風(fēng)速可以很低，提高了發(fā)電效率。但以上各種方案，在葉片由逆風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)轫橈L(fēng)狀態(tài)時(shí)，葉片有一個(gè)由水平到豎直的突然轉(zhuǎn)變，會(huì)帶來(lái)較大的沖擊。
[0006]專利201310043115.4 (逆風(fēng)出力的三角軟翼式垂直軸偏距風(fēng)力機(jī))、201310043153.X (梯形軟翼百葉窗式垂直軸偏距風(fēng)力機(jī))等，設(shè)計(jì)出特殊形狀的葉片和適當(dāng)安裝方式，減輕了沖擊；但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，維修不方便。
[0007]因此，有必要開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的軟翼風(fēng)力機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)風(fēng)速高，風(fēng)輪實(shí)度低，風(fēng)能利用系數(shù)小，風(fēng)輪風(fēng)葉翼型和扭轉(zhuǎn)角是固定而不能適應(yīng)不同的風(fēng)速，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)需要耗費(fèi)電力，葉片位置調(diào)整需要耗費(fèi)電力驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種提高風(fēng)機(jī)出力的帶集風(fēng)蓋的垂直軸偏距式風(fēng)力機(jī)。
[0009]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
帶集風(fēng)蓋的垂直軸偏距式風(fēng)力機(jī)，包括主軸、橫梁、集風(fēng)蓋、葉片軸和輕質(zhì)葉片；
所述主軸豎直安裝在塔架上，可自由旋轉(zhuǎn)；
所述橫梁為3-6根等長(zhǎng)，呈水平輻射狀對(duì)稱固定于主軸上端，在每根橫梁的下側(cè)并靠近外端豎直固定安裝一窗框架，所述窗框架上豎直設(shè)置葉片軸，所述葉片軸與窗框架轉(zhuǎn)動(dòng)配合，每個(gè)葉片軸上豎直固定設(shè)置一可相對(duì)對(duì)應(yīng)窗框架可開(kāi)啟或關(guān)閉的輕質(zhì)葉片；
所述窗框架的頂部和底部分別水平設(shè)置一圓弧板狀結(jié)構(gòu)的集風(fēng)蓋，所述集風(fēng)蓋位于輕質(zhì)葉片可開(kāi)啟的一側(cè)；
在每個(gè)葉片軸的頂部設(shè)置一扭力彈簧，扭力彈簧的一端固定在葉片軸上，扭力彈簧的另一端固定在對(duì)應(yīng)的橫梁上，輕質(zhì)葉片只在扭力彈簧的扭力作用下時(shí)輕質(zhì)葉片關(guān)閉在對(duì)應(yīng)的窗框架上。
[0010]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述窗框架上豎直均布設(shè)置多根葉片軸和輕質(zhì)葉片。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:①由于采用了扭力彈簧，使輕質(zhì)葉片在無(wú)風(fēng)時(shí)處于主軸和橫梁組成的豎直平面內(nèi)，隨時(shí)待命捕風(fēng)，而且捕風(fēng)面較大，所以風(fēng)力機(jī)響應(yīng)快由于該風(fēng)力機(jī)具有集風(fēng)蓋，當(dāng)輕質(zhì)葉片順風(fēng)時(shí)，增加了氣流在輕質(zhì)葉片上下沿的迎風(fēng)和背風(fēng)面的壓力差，所以風(fēng)力機(jī)力矩大、啟動(dòng)風(fēng)速低、風(fēng)能利用率大、微風(fēng)發(fā)電能力強(qiáng)、實(shí)用性廣。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為帶集風(fēng)蓋的垂直軸偏距式風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]附圖中:1—主軸；2—橫梁；3—葉子軸；4一輕質(zhì)葉片；5—集風(fēng)蓋；6—窗框架；7—扭力彈簧。
【具體實(shí)施方式】[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]如圖1所示，帶集風(fēng)蓋的垂直軸偏距式風(fēng)力機(jī)，包括主軸1、橫梁2、集風(fēng)蓋5、葉片軸3和輕質(zhì)葉片4。
[0016]其中，主軸I豎直安裝在塔架上，可自由旋轉(zhuǎn)。橫梁2為3-6根等長(zhǎng)，呈水平輻射狀對(duì)稱固定于主軸I上端，在每根橫梁2的下側(cè)并靠近外端豎直固定安裝一窗框架6,窗框架6上豎直設(shè)置葉片軸3。葉片軸3與窗框架6轉(zhuǎn)動(dòng)配合，每個(gè)葉片軸3上豎直固定設(shè)置一可相對(duì)對(duì)應(yīng)窗框架6可開(kāi)啟或關(guān)閉的輕質(zhì)葉片4。窗框架6的頂部和底部分別水平設(shè)置一圓弧板狀結(jié)構(gòu)或者圓形的集風(fēng)蓋5，集風(fēng)蓋5位于輕質(zhì)葉片4可開(kāi)啟的一側(cè)。在每個(gè)葉片軸3的頂部設(shè)置一扭力彈簧7，扭力彈簧7的一端固定在葉片軸3上，扭力彈簧7的另一端固定在對(duì)應(yīng)的橫梁2上，輕質(zhì)葉片4只在扭力彈簧7的扭力作用下使輕質(zhì)葉片4關(guān)閉在對(duì)應(yīng)的窗框架6上。扭力彈簧7的彈性系數(shù)小，剛好能在無(wú)風(fēng)時(shí)使輕質(zhì)葉片4復(fù)位(即輕質(zhì)葉片4關(guān)閉在窗框架6上)。
[0017]在本實(shí)施例中，窗框架6上豎直均布設(shè)置多根葉片軸3和輕質(zhì)葉片4，減小輕質(zhì)葉片4的阻風(fēng)與順風(fēng)間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過(guò)渡時(shí)間，提高捕風(fēng)效率。
[0018]扭力彈簧7連接在橫梁2和葉片軸3上，保證在無(wú)風(fēng)時(shí)輕質(zhì)葉片4關(guān)閉在對(duì)應(yīng)的窗框架6上。窗框架6的頂部和底部分別水平固定集風(fēng)蓋5，任意方向很微弱的來(lái)風(fēng)就能使逆風(fēng)輕質(zhì)葉片4隨風(fēng)向飄動(dòng)而對(duì)風(fēng)幾乎無(wú)阻力，而順風(fēng)輕質(zhì)葉片4則與來(lái)風(fēng)具有一夾角，輕質(zhì)葉片4則繞葉片軸3轉(zhuǎn)動(dòng)到主軸I和橫梁2組成的豎直平面內(nèi)，并具有最大的捕風(fēng)面，受到風(fēng)壓而帶動(dòng)葉片軸3和橫梁2旋轉(zhuǎn)。由于該風(fēng)力機(jī)具有集風(fēng)蓋5，當(dāng)輕質(zhì)葉片4順風(fēng)時(shí)，增加了氣流在輕質(zhì)葉片4上下沿的迎風(fēng)和背風(fēng)面的壓力差，所以風(fēng)機(jī)力矩更大、啟動(dòng)風(fēng)速更低、風(fēng)能利用率大、微風(fēng)發(fā)電能力強(qiáng)、實(shí)用性廣。
[0019]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.帶集風(fēng)蓋的垂直軸偏距式風(fēng)力機(jī)，其特征在于:包括主軸(I)、橫梁(2)、集風(fēng)蓋(5)、葉片軸(3)和輕質(zhì)葉片(4); 所述主軸(I)豎直安裝在塔架上，可自由旋轉(zhuǎn)； 所述橫梁(2)為3-6根等長(zhǎng)，呈水平輻射狀對(duì)稱固定于主軸(I)上端，在每根橫梁(2)的下側(cè)并靠近外端豎直固定安裝一窗框架(6)，所述窗框架(6)上豎直設(shè)置葉片軸(3)，所述葉片軸(3)與窗框架(6)轉(zhuǎn)動(dòng)配合，每個(gè)葉片軸(3)上豎直固定設(shè)置一可相對(duì)對(duì)應(yīng)窗框架(6)可開(kāi)啟或關(guān)閉的輕質(zhì)葉片(4)； 所述窗框架(6)的頂部和底部分別水平設(shè)置一圓弧板狀結(jié)構(gòu)的集風(fēng)蓋(5)，所述集風(fēng)蓋(5)位于輕質(zhì)葉片(4)可開(kāi)啟的一側(cè)； 在每個(gè)葉片軸(3)的頂部設(shè)置一扭力彈簧(7)，扭力彈簧(7)的一端固定在葉片軸(3)上，扭力彈簧(7)的另一端固定在對(duì)應(yīng)的橫梁(2)上，輕質(zhì)葉片(4)只在扭力彈簧(7)的扭力作用下時(shí)輕質(zhì)葉片(4)關(guān)閉在對(duì)應(yīng)的窗框架(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶集風(fēng)蓋的垂直軸偏距式風(fēng)力機(jī)，其特征在于:所述窗框架(6)上豎直均布設(shè)置多根葉片軸(3)和輕質(zhì)葉片(4)。
【文檔編號(hào)】F03D3/04GK103615355SQ201310677733
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】雷紹蘭, 古亮 申請(qǐng)人:重慶理工大學(xué)