專利名稱：立軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪，屬于風(fēng)能利用裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)力機(jī)可將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或電能，具有廣闊的應(yīng)用前景，風(fēng)輪作為風(fēng)力機(jī)的核心部件，對(duì)能量轉(zhuǎn)換效率的高低具有重要的影響?，F(xiàn)有的立軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪，按照風(fēng)對(duì)風(fēng)輪的推動(dòng)方式分為升力型與阻力型兩種。
升力型立軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的葉片類似于飛機(jī)的機(jī)翼，利用氣流流過(guò)時(shí)，葉片象機(jī)翼一樣產(chǎn)生的升力，推動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，如已公開(kāi)的發(fā)明(CN85201691)的風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片即為升力型，此類型風(fēng)輪優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，弱點(diǎn)是起動(dòng)風(fēng)速要求較高。
阻力型立軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的葉片是橫擋在氣流的通道上，利用氣流吹向葉片時(shí)，在葉片前后較大的壓強(qiáng)差形成推力，推動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，如已公開(kāi)的發(fā)明(CN85108096A、CN1450263A、CN1474050A、CN2505613Y)的風(fēng)輪葉片即為阻力型，此類型風(fēng)輪優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)風(fēng)速要求較低，弱點(diǎn)是風(fēng)能利用效率相對(duì)較低。
近來(lái)也有一種阻力、升力復(fù)合型風(fēng)動(dòng)力裝置，如已公開(kāi)的發(fā)明(CN200510044144.8)是利用薄板制成的固定于風(fēng)輪上的機(jī)翼型葉片所形成的空心凹腔阻風(fēng)，產(chǎn)生推力推動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其風(fēng)能利用率仍然欠佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多種方式利用風(fēng)能，對(duì)起動(dòng)風(fēng)速要求較低，風(fēng)能利用效率較高的立軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪。
本發(fā)明的技術(shù)方案是立軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪主要由中心軸、連接桿和不少于3片的葉片構(gòu)成，葉片沿風(fēng)輪中心軸圓周方向均勻排列；改進(jìn)之處是所述葉片為弧形曲面葉片，葉片上設(shè)有位于弧形曲面內(nèi)的弓形橫向支撐和垂直軸，橫向支撐與垂直軸之間形成矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格部位設(shè)有活動(dòng)風(fēng)葉體和控制風(fēng)葉體轉(zhuǎn)動(dòng)角度的限位件。
進(jìn)一步的方案是所述橫向支撐為3～9道，垂直軸為3～9根，相鄰橫向支撐與垂直軸之間的網(wǎng)格部位均設(shè)有活動(dòng)風(fēng)葉體。所述活動(dòng)風(fēng)葉體一面為流線型凸面，一面為平凹面，截面形狀類似于飛機(jī)機(jī)翼，其前緣部位與垂直軸成轉(zhuǎn)動(dòng)配合。風(fēng)葉體處于閉合狀態(tài)時(shí)，后緣指向風(fēng)輪中心軸，周邊與網(wǎng)格吻合，且風(fēng)葉體的凹凸方向與弧形葉片凹凸方向一致。風(fēng)葉體處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，其中心面基本垂直于橫向支撐兩端點(diǎn)的連線。所述轉(zhuǎn)角限位件是設(shè)在橫向支撐上、位于弧形葉片凹面一側(cè)的擋塊，或者是設(shè)在垂直軸上的擋銷，活動(dòng)風(fēng)葉體與擋銷配合處有缺口，擋銷位于缺口內(nèi)。
本發(fā)明在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片結(jié)構(gòu)和形狀作出重要改進(jìn)。
本發(fā)明中，活動(dòng)風(fēng)葉體可在風(fēng)力作用下打開(kāi)與閉合，即在弧形曲面葉片凹面一側(cè)做不大于180°的水平轉(zhuǎn)動(dòng)?；顒?dòng)風(fēng)葉體閉合時(shí)，與垂直軸、橫向支撐、網(wǎng)格共處于弧形葉片的曲面內(nèi)。當(dāng)弧形曲面葉片凸面受風(fēng)力作用時(shí)，活動(dòng)風(fēng)葉體繞其軸轉(zhuǎn)動(dòng)而打開(kāi)。當(dāng)弧形曲面葉片凹面受風(fēng)力作用時(shí)，活動(dòng)風(fēng)葉體繞其軸轉(zhuǎn)動(dòng)而閉合。并且打開(kāi)和閉合是一個(gè)逐漸變化的過(guò)程。
以下描述中把活動(dòng)風(fēng)葉體平凹面(弧形曲面葉片凹面)受水平風(fēng)力作用產(chǎn)生的推力稱為F1，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩稱為M1。
把活動(dòng)風(fēng)葉體凸面受水平風(fēng)力作用產(chǎn)生的斜向風(fēng)葉體前緣方向的分力稱為F2，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩稱為M2。
把活動(dòng)風(fēng)葉體凸面和平凹面同時(shí)受水平風(fēng)力作用(根據(jù)空氣動(dòng)力原理)而產(chǎn)生的升力稱為F3，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩稱為M3。
本發(fā)明安裝于立軸風(fēng)力機(jī)上，其中心軸與弧形葉片垂直于地面。在水平風(fēng)力作用下，當(dāng)弧形曲面葉片凹面迎風(fēng)時(shí)，其上的活動(dòng)風(fēng)葉體與網(wǎng)格處于吻合(閉合)狀態(tài)，活動(dòng)風(fēng)葉體平凹面(弧形葉片凹面)受水平風(fēng)力的作用產(chǎn)生推力F1，產(chǎn)生使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩M1。隨著風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，弧形曲面葉片上的活動(dòng)風(fēng)葉體，逐漸由閉合到打開(kāi)，由于網(wǎng)格上限位件的作用，風(fēng)葉體只能打開(kāi)一定角度，又由于活動(dòng)風(fēng)葉體凸面的流線型形狀，使其產(chǎn)生斜向風(fēng)葉體前緣方向的分力F2，產(chǎn)生使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩M2。隨著風(fēng)輪的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，弧形曲面葉片凸面迎風(fēng)，其上的活動(dòng)風(fēng)葉體處于開(kāi)啟狀態(tài)，風(fēng)從網(wǎng)格中通過(guò)，葉片不阻風(fēng)，產(chǎn)生的阻礙風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩趨于零。但此時(shí)活動(dòng)風(fēng)葉體前緣端迎風(fēng)，其凸面和平凹面同時(shí)受水平風(fēng)力作用，由于其類似機(jī)翼形狀，產(chǎn)生升力F3，產(chǎn)生與M1、M2同方向的力矩M3，作用于風(fēng)輪的中心軸使風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
以上是風(fēng)輪上某葉片(活動(dòng)風(fēng)葉體)的受力狀況，而風(fēng)輪在水平風(fēng)力作用時(shí)，其中心軸圓周上弧形葉片同時(shí)交替受到不斷變化的推力F1、分力F2和升力F3的作用，相應(yīng)產(chǎn)生了同方向的力矩M1、M2、M3，推動(dòng)著風(fēng)輪繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)力不停，轉(zhuǎn)動(dòng)不止。
本發(fā)明中，葉片本身的弧形曲面起到兜風(fēng)的作用，也能提高其在同等轉(zhuǎn)動(dòng)半徑下的受風(fēng)效果，而且有利于風(fēng)葉體的安裝吻合。本發(fā)明系多種方式共同作用，故其風(fēng)能利用效率相對(duì)較高。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理緊湊，活動(dòng)風(fēng)葉體開(kāi)閉靈活，葉片兜風(fēng)和漏風(fēng)效果好，起動(dòng)風(fēng)速要求低，風(fēng)能利用效率高。做為機(jī)械能輸出，風(fēng)力機(jī)中心軸可與水泵相連，制作風(fēng)力抽水機(jī)。做為電能輸出，風(fēng)力機(jī)中心軸可與發(fā)電機(jī)相連，制作風(fēng)力發(fā)電機(jī)等。
本發(fā)明特別適用于山區(qū)，草原，海島等風(fēng)力資源豐富而又缺網(wǎng)少電的地區(qū)。風(fēng)能利用不破壞生態(tài)，不污染環(huán)境，開(kāi)發(fā)利用，前景廣闊。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1中E向局部示意圖(放大)。
圖3是帶有4片葉片的風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例。
立軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪主要由中心軸1，連接桿2和4片沿風(fēng)輪圓周方向均勻排列于中心軸周圍的弧形曲面葉片3構(gòu)成。各弧形曲面葉片的大小、彎曲程度和弧形方向一致，其凸面均朝向風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)方向。葉片上設(shè)有4道弓形橫向支撐4和4根平行于中心軸的垂直軸6，相鄰橫向支撐與垂直軸之間形成矩形網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格部位設(shè)有一個(gè)活動(dòng)風(fēng)葉體5，該風(fēng)葉體類似飛機(jī)機(jī)翼形狀，處于葉片凹面一側(cè)，其前緣部位與垂直軸成轉(zhuǎn)動(dòng)配合，配合處裝滑動(dòng)軸承(尼龍?zhí)?和密封圈，前緣部位下端有一個(gè)橫向弧形缺口，缺口中有固定在垂直軸上的擋銷7，風(fēng)葉體在網(wǎng)格與擋銷之間作自由轉(zhuǎn)動(dòng)。完全閉合時(shí)，風(fēng)葉體與葉片的曲面相吻合，后緣指向風(fēng)輪中心，周邊蓋住網(wǎng)格，完全打開(kāi)時(shí)，風(fēng)葉體受擋銷限位，其中心面基本垂直于橫向支撐兩端點(diǎn)連線。
當(dāng)水平風(fēng)力由圖示箭頭方向吹來(lái)時(shí)，A位弧形葉片凹面受風(fēng)力作用，其上活動(dòng)風(fēng)葉體處于閉合狀態(tài)，葉片受水平風(fēng)力作用產(chǎn)生推力F1，產(chǎn)生力矩M1，推動(dòng)風(fēng)輪繞中心軸逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。
隨著風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，弧形葉片轉(zhuǎn)至B位時(shí)，其上活動(dòng)風(fēng)葉體受風(fēng)力作用并在限位件控制下逐漸打開(kāi)至一定的角度(活動(dòng)風(fēng)葉體中心面與風(fēng)輪半徑成＜90夾角)，活動(dòng)風(fēng)葉體凸面受水平風(fēng)力的分力F2作用(類似放風(fēng)箏時(shí)，風(fēng)箏受水平風(fēng)力作用而升空的狀況)，產(chǎn)生力矩M2推動(dòng)風(fēng)輪繞中心軸逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)弧形葉片轉(zhuǎn)至C位時(shí)，其上所有風(fēng)葉體完全打開(kāi)，弧形葉片凸面受風(fēng)，風(fēng)從網(wǎng)格中漏過(guò)，幾乎不產(chǎn)生阻礙風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩。由于風(fēng)葉體為機(jī)翼形狀，其凸面和平凹面同時(shí)受風(fēng)力作用，產(chǎn)生一升力F3，其力矩M3推動(dòng)風(fēng)輪繞中心軸逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)弧形葉片轉(zhuǎn)至D位時(shí)，風(fēng)葉體部分閉合，部分打開(kāi)，上述推力F1，升力F3均起作用，推動(dòng)風(fēng)輪繞中心軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)?；⌒稳~片繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)至A位時(shí)，其上風(fēng)葉體又全部閉合……。上述風(fēng)輪如弧形葉片反向安裝(弧形方向一致)，則風(fēng)輪會(huì)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種立軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪，主要由中心軸、連接桿和不少于3片的葉片構(gòu)成，葉片沿風(fēng)輪中心軸圓周方向均勻排列，其特征是所述葉片為弧形曲面葉片，且弧形方向一致，葉片上設(shè)有位于弧形曲面內(nèi)的弓形橫向支撐和垂直軸，橫向支撐與垂直軸之間形成矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格部位設(shè)有活動(dòng)風(fēng)葉體和控制風(fēng)葉體轉(zhuǎn)動(dòng)角度的限位件。
2.按權(quán)利要求1所述的立軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪，其特征是所述橫向支撐為3～9道，垂直軸為3～9根，相鄰橫向支撐與垂直軸之間的網(wǎng)格部位均設(shè)有活動(dòng)風(fēng)葉體。
3.按權(quán)利要求1所述立軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪，其特征是所述活動(dòng)風(fēng)葉體一面為流線型凸面，一面為平凹面，截面形狀類似于飛機(jī)機(jī)翼，其前緣部位與垂直軸成轉(zhuǎn)動(dòng)配合，風(fēng)葉體處于閉合狀態(tài)時(shí)，后緣指向風(fēng)輪中心軸，周邊與網(wǎng)格吻合，且風(fēng)葉體的凹凸方向與弧形葉片凹凸方向一致，風(fēng)葉體處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，其中心面基本垂直于橫向支撐兩端點(diǎn)的連線。
4.按權(quán)利要求1所述立軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪，其特征是所述轉(zhuǎn)角限位件是設(shè)在橫向支撐上、位于弧形葉片凹面一側(cè)的擋塊。
5.按權(quán)利要求1所述立軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪，其特征是所述轉(zhuǎn)角限位件是設(shè)在垂直軸上的擋銷，活動(dòng)風(fēng)葉體與擋銷配合處有缺口，擋銷位于缺口內(nèi)。
全文摘要
一種立軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪，涉及風(fēng)能利用裝置技術(shù)領(lǐng)域，主要由中心軸、連接桿和不少于3片的葉片構(gòu)成。其特征是所述葉片為弧形曲面葉片，葉片上設(shè)有位于弧形曲面內(nèi)的弓形橫向支撐和垂直軸，橫向支撐與垂直軸之間形成矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格部位設(shè)有活動(dòng)風(fēng)葉體和控制風(fēng)葉體轉(zhuǎn)動(dòng)角度的限位件。所述風(fēng)葉體截面為機(jī)翼型，其前緣部位與垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)配合。本發(fā)明安裝于立軸風(fēng)力機(jī)上，其中心軸與弧形葉片垂直于地面。在水平風(fēng)力作用下，葉片上的風(fēng)葉體同時(shí)交替受到風(fēng)的推力F
文檔編號(hào)F03D3/06GK101067409SQ20071002317
公開(kāi)日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者戴玉毅 申請(qǐng)人:戴玉毅