專利名稱:一種帶有增速葉片的自保護風力提水裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶有增速葉片的自保護風力提水裝置，包括由風力傳動機構直接驅動提水機構，其特征在于所述葉片為截面采用NACA系列翼型且具有低風速起動及高輸出扭矩的流線型增速葉片，該葉片為低葉尖速比及大扭角的葉根，從葉根到葉尖共分為20個截面設置安裝角，各截面之間采用光滑過渡；所述提水機構的水泵的出水口與液壓調速機構的出水壓力調節(jié)缸連接。本實用新型不僅能夠解決傳統(tǒng)風力提水系統(tǒng)葉片數(shù)量多、風能利用率低的問題，而且巧妙地利用大風力下的水泵出水口的水壓力來帶動液壓調速機構動作，控制風力傳動機構及時響應偏航，達到自動保護機組的目的，適合于缺乏電力資源的偏遠地區(qū)的農(nóng)田灌溉應用。
【專利說明】-種帶有增速葉片的自保護風力提水裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于新能源【技術領域】，特別是涉及一種帶有增速葉片的自保護風力提 水裝置。

【背景技術】
[0002] 新能源在當今經(jīng)濟社會的發(fā)展中凸顯出越來越重要的地位和作用。風能作為一種 清潔無污染并且廉價的可再生能源而受到了廣泛的利用。目前風能利用的方式主要有兩 種，一種是通過風力發(fā)電的裝置將風能轉化為機械能，再通過發(fā)電機將機械能轉化為電能 并入電網(wǎng)加W利用，該種風能利用方式研究得比較深入，已經(jīng)形成了成熟的風電理論W及 產(chǎn)業(yè)模式，然而該種風力發(fā)電需要較為復雜的控制系統(tǒng)，還需要發(fā)電機、變頻器等較為昂貴 的電氣設備；另一種是利用機械裝置將風能直接轉化為機械能直接加W利用，風力提水裝 置屬于該一范疇。風力提水只是依靠自然的風資源帶動水粟來完成提水作業(yè)，與風力發(fā)電 裝置比較其機械結構簡單、成本低廉、操作和維護方便，然而風力提水還存在許多難W解決 的問題，如葉片數(shù)較多、葉片的風能利用率低、功率較小、風機與水粟的匹配等問題，該些都 使得風力提水有待于進一步深入研究。
[0003] 中國專利申請201110316710. 1公開了一種"風力提水灌觀系統(tǒng)"，它利用曲軸形 成曲柄連桿機構來提水的風力提水灌觀系統(tǒng)；中國專利申請200320104849公開的"風力提 水裝置"是利用多個風輪大面積采風的風力提水裝置，但風輪依然采用弧形多葉片結構，且 沒有在大風狀態(tài)下的自動剎車裝置；中國專利申請201310358909. X公開了一種風力提水 機，可進行深層提水W及淺層提水的風力提水機，但是對弧形多葉片結構并未改進；中國專 利申請200810119891. 7公開了一種立軸巨能及聚能風力提水機組，即由多個立軸巨能風 力機串聯(lián)形成的共同出力的垂直軸風力提水系統(tǒng)，但由于立軸風機的風能利用系數(shù)較低、 扭矩小W及多個立軸風機串聯(lián)，不僅制造成本增加，而且風能利用的效能仍然不夠高；中國 專利申請201210161249. 1公開了一種帶有嵌入式導流管的風力機葉片，雖然在一定程度 上減少了噪聲W及葉尖潤，但由于其出氣口開在葉頂，當氣流高速噴出時會對葉片徑向造 成一個很大的反作用力，增加了輪毅W及培架的受力載荷，既影響到機組的風能利用率，又 增大了其制造成本。
[0004] 目前已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模化的風力提水裝置大多是采用多葉片、低轉速、低風能利 用率的系統(tǒng)，葉片數(shù)多使得風輪實度較大，流過風輪的氣流較少，因而影響了其輸出功率； 同時，葉片的設計大多采用傳統(tǒng)的平板型或者弧板型，風能利用效率較低，易造成風能資源 的浪費。綜上所述，如何提高風力提水系統(tǒng)的效率是新能源【技術領域】中亟待解決的重點難 題之一。


【發(fā)明內容】

[0005] 本實用新型的目的是為克服現(xiàn)有技術所存在的不足而提供一種帶有增速葉片的 自保護風力提水裝置，本實用新型不僅能夠解決傳統(tǒng)風力提水系統(tǒng)葉片數(shù)量多、風能利用 率低的問題，而且巧妙地利用大風力下的水粟出水口的水壓力來帶動液壓調速機構動作， 控制風力傳動機構及時響應偏航，達到自動保護機組的目的。
[0006] 根據(jù)本實用新型提出的一種帶有增速葉片的自保護風力提水裝置，包括由風力傳 動機構直接驅動提水機構，其中：由提水機構的主軸通過兩端的深溝球軸承水平固定于機 艙內，主軸和立軸I段上設置傘形齒輪副，立軸I段固定在豎直方向，立軸I段通過萬向聯(lián) 軸器與立軸II段連接，立軸II段通過花鍵與立軸III段連接，在立軸III段的下方設置水粟，帶 槽圓盤固定在立軸III段的下方，由帶槽圓盤帶動水粟往復運動；風力傳動機構的輪毅設置 在機艙的前端并固定葉片，整流罩設置在輪毅的前端；提水機構的主軸的前端通過風力傳 動機構的輪毅法蘭與設在機艙前端的輪毅連接；其特征在于所述的葉片為截面采用MCA 系列翼型且具有低風速起動及高輸出扭矩的流線型增速葉片，該葉片為低葉尖速比及大扭 角的葉根，從葉根到葉尖共分為20個截面設置安裝角，各截面之間采用光滑過渡；所述提 水機構的水粟的出水口與液壓調速機構的出水壓力調節(jié)缸連接。
[0007] 本實用新型的工作原理是；本實用新型提出的流線型增速葉片的新設計是基于風 力機風能利用曲線的最高點對應一個最佳攻角，而只有當風力機葉片處在最佳攻角時風能 利用率才能達到最大的原理，因此必須將風力機葉片的每個截面進行扭轉，才能保證葉片 工作在最佳狀態(tài)；風力機葉片在旋轉時，由于上下翼面的壓力差使得壓力面的氣流會繞過 葉尖與吸力面的氣流相遇形成葉尖潤，葉尖潤導致翼型的升力系數(shù)下降，影響了葉片的風 能利用率，當轉速高時還會產(chǎn)生噪聲等不良影響；因此，本實用新型還在距離葉尖15%葉 片長度的壓力面翼型厚度最大處內設了引流管，將葉片近葉尖處壓力面的氣流引至同一長 度的葉尖的后緣處噴出，該樣可減少葉尖潤的發(fā)生，提高風能利用率，同時噴出的氣體對葉 片后緣產(chǎn)生一個周向的反作用力，加強了葉片的旋轉效應，降低了提水裝置的起動風速，進 一步提高風能利用率；同時，巧妙地利用大風力下的水粟出水口的水壓力來帶動液壓調速 機構動作，使得風力傳動機構在大風狀態(tài)時能夠及時響應偏航，達到自動保護機組特別是 風力傳動機構葉片的目的。
[000引本實用新型與現(xiàn)有技術相比其顯著優(yōu)點在于：
[0009] -是本實用新型解決了傳統(tǒng)風力提水裝置葉片數(shù)量多、風能利用率低的問題，采 用MCA系列翼型設計了風力機的增速葉片，且優(yōu)化了其弦長及安裝角，使得葉片的氣動性 能得到了很大的提高；試驗結果表明，本實用新型作為W低風速起動的風力為動力提水的 裝置，在風力提水機組中風能利用系數(shù)可達到0. 42 W上，較普通風力提水機組的0. 35至少 提局了 20%。
[0010] 二是本實用新型的葉片上設有引流管，不僅減少了葉尖潤的發(fā)生，同時改變了出 氣孔的位置使得噴出的氣流對葉片的轉動有明顯推動作用，從而提高了葉片對風能的利用 率，使得葉片從原來的起動風速3m/s降低到了 2. 7m/s。
[0011] H是本實用新型的風力提水裝置與相同揚程的風力提水機組相比，減少了葉片的 個數(shù)及葉片長度，而且風能利用系數(shù)大幅度提升，大大降低了提水機組的制造成本。
[0012] 四是本實用新型的液壓調速機構受大風力下的水粟出水口的水壓力的驅動，使得 風力傳動機構在大風狀態(tài)時能夠及時響應偏航，達到了自動保護機組特別是風力傳動機構 葉片的效果。
[0013] 五是本實用新型的風力提水裝置在主軸上設有萬向聯(lián)軸器和花鍵，便于吊裝；投 入使用后，除常規(guī)維護之外，可全自動完成提水，無需人員看護操作。
[0014] 六是本實用新型的機械結構簡單可靠，造價低廉，具有很高的社會經(jīng)濟效益，適合 于缺乏電力資源的偏遠地區(qū)的農(nóng)田灌觀。

【附圖說明】

[0015] 圖1是本實用新型提出的一種帶有增速葉片的自保護風力提水裝置的主視示意 圖。
[0016] 圖2是本實用新型提出的葉片的主視示意圖。
[0017] 圖3是本實用新型提出的葉片的H維示意圖。
[0018] 圖4是本實用新型提出的葉片內設的葉尖引流管的示意圖。
[0019] 圖5是本實用新型提出的帶有引流管的葉片的H維示意圖。

【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖和實施例對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0021] 結合圖1，本實用新型提出的一種帶有增速葉片的自保護風力提水裝置，包括由風 力傳動機構直接驅動提水機構，其中：由提水機構的主軸（6)通過兩端的深溝球軸承（5)水 平固定于機艙（15)內，主軸（6)和立軸I段（9)上設置傘形齒輪副巧），立軸I段（9)固定 在豎直方向，立軸I段（9)通過萬向聯(lián)軸器（23)與立軸II段（24)連接，立軸II段（24)通 過花鍵（22)與立軸III段（25)連接，在立軸III段（25)的下方設置水粟（28)，帶槽圓盤（26) 固定在立軸III段（25)的下方，由帶槽圓盤（26)帶動水粟（28)往復運動；風力傳動機構的 輪毅（2)設置在機艙（15)的前端并固定葉片（1)，整流罩（3)設置在輪毅（2)的前端；提 水機構的主軸化）的前端通過風力傳動機構的輪毅法蘭（4)與設在機艙（15)前端的輪毅 (2)連接；所述的葉片（1)為截面采用NACA系列翼型且具有低風速起動及高輸出扭矩的流 線型增速葉片，該葉片（1)為低葉尖速比及大扭角的葉根，從葉根到葉尖共分為20個截面 設置安裝角，各截面之間采用光滑過渡；所述提水機構的水粟（28)的出水口與液壓調速機 構的出水壓力調節(jié)缸（12)連接。
[0022] 結合圖2和圖3,本實用新型提出的帶有增速葉片的自保護風力提水裝置的進一 步優(yōu)化方案是：
[0023] 本實用新型所述葉片（1)的每個截面的安裝角和弦長的參數(shù)分別如下表1和表2 所示：
[0024] 表1 ;葉片（1)的截面的安裝角參數(shù)表
[00 巧]

【權利要求】
1. 一種帶有增速葉片的自保護風力提水裝置，包括由風力傳動機構直接驅動提水機 構，其中：由提水機構的主軸（6)通過兩端的深溝球軸承（5)水平固定于機艙（15)內，主軸 (6)和立軸I段（9)上設置傘形齒輪副（8)，立軸I段（9)固定在堅直方向，立軸I段（9)通 過萬向聯(lián)軸器（23)與立軸II段（24)連接，立軸II段（24)通過花鍵（22)與立軸III段（25) 連接，在立軸III段（25)的下方設置水泵（28)，帶槽圓盤（26)固定在立軸III段（25)的下方， 由帶槽圓盤（26)帶動水泵（28)往復運動；風力傳動機構的輪轂（2)設置在機艙（15)的前 端并固定葉片（1)，整流罩（3)設置在輪轂（2)的前端；提水機構的主軸（6)的前端通過風 力傳動機構的輪轂法蘭（4)與設在機艙（15)前端的輪轂（2)連接；其特征在于所述的葉片 (1)為截面采用NACA系列翼型且具有低風速起動及高輸出扭矩的流線型增速葉片，該葉片 (1)為低葉尖速比及大扭角的葉根，從葉根到葉尖共分為20個截面設置安裝角，各截面之 間采用光滑過渡；所述提水機構的水泵（28)的出水口與液壓調速機構的出水壓力調節(jié)缸 (12)連接。2. 根據(jù)權利要求1所述的帶有增速葉片的自保護風力提水裝置，其特征在于所述葉片 (1)的每個截面的安裝角和弦長的參數(shù)分別如下表1和表2所示： 表1 :葉片（1)的截面的安裝角參數(shù)表從葉根到葉尖安裝角與截面?zhèn)€數(shù)為6次方擬合，安裝角擬合方程為： Y= -9. 21X10_7x6+8. 33X10_5x5-3. 71X10_3x4+8. 39X10_2x3-0. 899x2+2. 06x+38. 86 ; 表2:葉片（1)的截面的安裝角弦長參數(shù)表葉片⑴從葉根到葉尖葉片的弦長與截面?zhèn)€數(shù)為7次方擬合，弦長擬合方程為:Y=-9. 60Xl(T8x7+6. 85Xl(T6x6-l. 99Xl(T4x5+3. 07Xl(T3x4-2. 64Xl(T2x3+l. 21X10、2-2. 18 XIO'+O. 37;葉片數(shù)量為6個，均勻分布在輪轂⑵的周向。3. 根據(jù)權利要求1所述的帶有增速葉片的自保護風力提水裝置，其特征在于所述葉片 (1)在距離葉尖15%葉片長度的壓力面上內設置引流管（31)的進氣孔（32)，將葉尖壓力面 的部分氣流引至葉尖的后緣，并從葉尖后緣的引流管（31)的出氣孔（33)噴出。4. 根據(jù)權利要求3所述的帶有增速葉片的自保護風力提水裝置，其特征在于所述引流 管（31)的數(shù)量為2個，引流管（31)的進氣孔（32)設置在葉片⑴距離葉尖15%葉片長度 的壓力面翼型厚度最大處，葉尖后緣的引流管（31)的出氣孔（33)位于同一長度的葉尖尾 緣處，直徑不超過葉尖尾緣厚度的50%。5. 根據(jù)權利要求3或4所述的帶有增速葉片的自保護風力提水裝置，其特征在于所述 弓丨流管（31)為由葉片⑴的壓力面貫穿葉片⑴內部至吸力面的垂直管道。6. 根據(jù)權利要求1所述的帶有增速葉片的自保護風力提水裝置，其特征在于所述液壓 調速機構包括出水壓力調節(jié)缸（12)、油泵（11)、油分配器（10)、液壓缸（19)、導軌圓環(huán)平臺 (18)、杠桿機構（16)和尾翼（7)，其中：出水壓力調節(jié)缸（12)固定在塔架（27)底部，其活塞 軸與油泵（11)的活塞連接，油泵（11)的油管輸出端與塔架（27)上方的油分配器（10)連 接，油分配器（10)與液壓缸（19)連接，該液壓缸（19)上端支撐導軌圓環(huán)平臺（18)，杠桿機 構（16)的支點位于機艙（15)的底部尖角處，杠桿機構（16)通過萬向輪（17)與導軌圓環(huán) 平臺（18)相切。7. 根據(jù)權利要求6所述的帶有增速葉片的自保護風力提水裝置，其特征在于所述液壓 缸（19)的數(shù)量為3個，均勻布置在塔架（27)的圓周上。8. 根據(jù)權利要求6或7所述的帶有增速葉片的自保護風力提水裝置，其特征在于所述 杠桿機構（16)末端通過鋼絲繩繞經(jīng)導向滑輪（14)通過彈簧（13)與尾翼（7)相連。
【文檔編號】F03D7-04GK204299786SQ201420631131
【發(fā)明者】鄭源, 高翀恒, 牟童, 趙振宙, 韓星星, 宋晨光, 程相, 李中杰, 闞闞 [申請人]河海大學, 南京河?？萍加邢薰?br>