專利名稱：一種組合式風(fēng)動螺旋葉輪及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)動螺旋葉輪及其制造方法，尤其是一種便于組 裝建造的特大型風(fēng)動螺旋葉輪及其制造方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)動螺旋葉輪是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中用到的能量轉(zhuǎn)換關(guān)鍵部件。而針 對不同的使用場合，風(fēng)動螺旋葉輪通常尺寸較大并有不斷增大的趨 勢，風(fēng)動螺旋葉輪螺距、螺旋面曲率等技術(shù)性能參數(shù)都會隨風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備安裝實地情況做出相應(yīng)的設(shè)計確定。對于這類風(fēng)電螺旋葉輪，采 用傳統(tǒng)車削加工無法制造，若采用昂貴加工中心等設(shè)備加工，或采用 鑄造、模鍛方式加工，工藝復(fù)雜，加工周期長，原材料浪費量大，而 且需要設(shè)計專用的工裝、模具、夾具，加工成本高。而對于特大型螺 旋葉輪，使用上述加工方法幾乎做不到，即使花費巨大代價制造出來， 該螺旋葉輪的運輸、安裝、維護等也難上加難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是力求降低風(fēng)動葉輪的生產(chǎn)加工難度及加工成本，盡 量避免特大型葉輪在制造、運輸、安裝、維護等過程中的局限，采用 化整為零的思路，提供一種方便組裝的風(fēng)動螺旋葉輪及其建造方法。
5為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的組合式風(fēng)動螺旋葉輪是由若干葉
輪單元沿葉輪轉(zhuǎn)動軸線方向組裝構(gòu)成，所述葉輪單元至少有2個葉 片，且各葉輪單元依次徑向轉(zhuǎn)動同樣角度，形成螺旋葉輪。換言之， 本技術(shù)方案所述的葉輪單元是將一個整體螺旋葉輪沿轉(zhuǎn)軸方向進行 等份切割后中的一個。
在上述技術(shù)方案中，所述葉輪單元由一個轉(zhuǎn)轂和若干葉片構(gòu)成， 葉片連接于轉(zhuǎn)轂圓弧外側(cè)，葉片相對轉(zhuǎn)轂對稱分布，轉(zhuǎn)轂上表面設(shè)置 有突起的定位銷，轉(zhuǎn)轂下表面設(shè)置有定位孔。所述轉(zhuǎn)轂還可等分為形 狀相同的弧形構(gòu)件，各弧形構(gòu)件上表面設(shè)置有若干突起的定位銷，各
弧形構(gòu)件下表面設(shè)置有若干定位 L。對于較大螺旋葉輪，單個部件尺
寸直接影響到加工難度、加工成本以及運輸、安裝，所以宜將轉(zhuǎn)轂和 葉片分開制造，減小單個部件尺寸。對于特大型螺旋葉輪，如風(fēng)力發(fā) 電所要用到的特大型螺旋葉輪，有時要求葉輪單元的外徑尺寸達到
50米甚至更大，轉(zhuǎn)轂直徑可達到25米，對待如此龐然大物，轉(zhuǎn)轂自 身的等分制造拼裝是必要的。轉(zhuǎn)轂與葉片分別制造還便于對轉(zhuǎn)轂直徑 和葉片長短尺寸做出調(diào)節(jié)，滿足不同的設(shè)計要求。如附圖13、 14、 15、 16中給出了轉(zhuǎn)轂直徑較大的六葉片螺旋葉輪。轉(zhuǎn)轂直徑增大， 可使風(fēng)動力更多的作用于葉片外端部，以使螺旋葉輪獲得較大的旋轉(zhuǎn) 力矩。
在上述技術(shù)方案中，所述葉片為弧形，該葉片一立側(cè)面為外突弧 形面，該葉片另一立側(cè)面為內(nèi)凹弧形曲面。采用此弧形葉片葉輪單元 構(gòu)成的葉輪，類似于傳統(tǒng)S形葉輪固定下端，上端圍繞葉輪轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所形成的s形螺旋葉輪。所形成的此s形螺旋葉輪是s形葉輪和螺 旋葉輪各自特點的重合與疊加，即該s形螺旋葉輪旋轉(zhuǎn)方向確定且能 形成風(fēng)道。所不同的是，本發(fā)明葉輪單元組合形成的s形螺旋葉輪的
軸向長度可以根據(jù)需要組合，不受限制。
在上述技術(shù)方案中，所述葉片還可以為直形，該葉片的兩個立側(cè) 面均為螺旋曲面。采用此直形葉片葉輪單元構(gòu)成的葉輪，類似于一塊 長方體，固定一個端邊，旋轉(zhuǎn)該被固定端邊的對邊后所得到的螺旋形 狀。所不同的是，每個葉輪單元直形葉片立側(cè)面為螺旋曲面，當(dāng)若干 個這樣的葉輪單元組合起來，各葉片立側(cè)面的螺旋曲面相互對接，形 成一個連續(xù)的旋轉(zhuǎn)螺旋面。螺旋葉輪上螺旋面?zhèn)€數(shù)取決于葉片個數(shù)， 螺旋面光滑程度取決于各葉片立側(cè)面曲面的曲率參數(shù)。每個葉片上的 曲面相互對接，形成螺旋葉輪連續(xù)光滑螺旋面。螺旋葉輪的螺旋面是 風(fēng)動力作用的主要受力面，螺旋面受力推動螺旋葉輪旋轉(zhuǎn)。例如，當(dāng) 自然風(fēng)力被引導(dǎo)到該螺旋葉輪的左側(cè)或右側(cè)螺旋面上，該螺旋葉輪按 固定方向旋轉(zhuǎn)，即將自然風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪~輪旋轉(zhuǎn)輸出的動能。
為實現(xiàn)本發(fā)明目的，還給出了螺旋葉輪的制造組裝方法，具體步
驟如下
(1)葉輪單元參數(shù)計算 根據(jù)螺旋葉輪的軸向高度H、螺旋葉輪徑向?qū)挾萕和螺旋葉輪導(dǎo)
程L，確定構(gòu)成該螺旋葉輪所需葉輪單元的厚度h和葉輪單元個數(shù)n;
根據(jù)螺旋葉輪螺旋面的形狀要求和葉輪單元的個數(shù)，確定葉輪單 元葉片立側(cè)曲面的曲率參數(shù)。(2) 葉輪單元制造 對于尺寸不大的葉輪單元采用整體制造的方法，即葉片與中央的
轉(zhuǎn)轂為一體；
對于尺寸較大的葉輪單元，轉(zhuǎn)轂與葉片分別制造，再組裝拼接成 葉輪單元；
對于尺寸特大的葉輪單元，將轉(zhuǎn)轂再等分為若干個完全相同的弧 形構(gòu)件，分別制造該弧形構(gòu)件和葉片，再組裝拼接成葉輪單元；
(3) 組裝拼接-
對于尺寸不大的螺旋葉輪，首先將第一個葉輪單元安裝于螺旋葉 輪支架，再將各葉輪單元依次重疊，相鄰兩個葉輪單元之間存在一個 固定的轉(zhuǎn)角0 ，該轉(zhuǎn)角的度數(shù)由螺旋葉輪軸向高度H、螺旋葉輪徑向 寬度W和螺旋葉輪螺距L以及葉片立側(cè)曲面的曲率或傾斜角度計算 確定；
對于尺寸較大螺旋葉輪，首先將最底層轉(zhuǎn)轂安裝于螺旋葉輪支架， 然后將葉片安裝于該轉(zhuǎn)轂上，利用轉(zhuǎn)轂上的定位銷和定位孔，使第二 層轉(zhuǎn)轂相對底層轉(zhuǎn)轂在徑向有一個偏轉(zhuǎn)角度，隨后照此方式再依次安 裝各層轉(zhuǎn)轂和葉片；
對于尺寸特大螺旋葉輪，首先在螺旋葉輪支架上逐個安裝底層葉 輪單元的弧形構(gòu)件和葉片，利用轉(zhuǎn)轂上的定位銷和定位孔，使同一轉(zhuǎn) 轂相鄰兩個定位銷與轉(zhuǎn)轂中心點形成的夾角正是相鄰葉輪單元安裝 時所要求的轉(zhuǎn)角0 ，這樣只需要將相鄰轉(zhuǎn)轂徑向錯一位安裝即可。
本發(fā)明的優(yōu)點是1、 大大降低了螺旋形狀工件的加工難度。
2、 對于超大型或特大型螺旋葉輪，除了在垂直方向上進行葉輪單 元進行分解，還在水平方向上對單件置辦單元再進行分解，使葉輪單 元在水平方向上也能拼裝組合。此"化整為零"，"蓋房子"方式構(gòu)建 特大型螺旋葉輪的思路，使特大型螺旋葉輪的制造、運輸、安裝、維 護方便、可行。
3、 制造成本大幅降低，便于社會化協(xié)作生產(chǎn)。


圖1是單個雙葉片葉輪單元的形狀示意圖(俯視)。
圖2單個雙葉片葉輪單元的形狀示意圖(仰視)。
圖3是三個雙葉片葉輪單元依次錯位排布示意圖。
圖4是雙葉片葉輪單元垂直裝配成螺旋葉輪正面視圖。
圖5是雙葉片葉輪單元垂直裝配成螺旋葉輪直觀效果圖。
圖6是單個四葉片葉輪單元的形狀示意圖(俯視)。
圖7是三個四葉片葉輪單元依次錯位排布示意圖。
圖8是四葉片葉輪單元垂直裝配成螺旋葉輪正面視圖。
圖9是四葉片葉輪單元垂直裝配成螺旋葉輪的直觀效果圖。
圖IO是單個大型六葉片葉輪單元轉(zhuǎn)轂形狀示意圖。
圖11單個大型六葉片葉輪單元轉(zhuǎn)轂分解狀態(tài)示意圖(俯視)。
圖12單個大型六葉片葉輪單元轉(zhuǎn)轂分解狀態(tài)示意圖(仰視)。
圖13是單個大型六葉片葉輪單元組裝完成后示意圖(俯視)。
圖14是三個大型六葉片葉輪單元依次錯位排布示意圖。圖15是大型六葉片葉輪單元垂直裝配成螺旋葉輪正面視圖。 圖16是大型六葉片葉輪單元垂直裝配成螺旋葉輪直觀效果圖。 以上附圖中，l是雙葉片葉輪單元，l-l是葉片內(nèi)凹立側(cè)曲面，1-2 是葉片上水平面，1-3是雙葉片葉輪單元轉(zhuǎn)轂，1-4是雙葉片葉輪單 元中心孔，l-5是葉片外突弧面，l-6是葉片下水平面，2是四葉片葉 輪單元，2-l是葉片立側(cè)曲面，2-2是葉片水平面，2-3是四葉片葉輪 單元轉(zhuǎn)轂，2-4是四葉片葉輪單元中心孔，3是六葉片葉輪單元轉(zhuǎn)轂， 3-1是轉(zhuǎn)轂單一弧形構(gòu)件，3-2是轉(zhuǎn)轂定位銷，3-3是轉(zhuǎn)轂定位孔， 4是六葉片葉輪單元，4-1是葉片立側(cè)曲面，4-2是葉片水平面，4-3 葉輪單元轉(zhuǎn)轂，4-4是葉輪單元中心孔。
具體實施例
實施例一
本實施例是雙葉片S形螺旋葉輪。圖1給出單個葉輪單元俯視圖，
此葉輪單元l有兩個葉片，構(gòu)成S形，葉片上表面為平面l-2，葉片
側(cè)立面1-1為內(nèi)凹曲面，該內(nèi)凹曲面能有效接收風(fēng)能并轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)力
矩，雙葉片與轉(zhuǎn)轂1-3為一體，轉(zhuǎn)轂中心有通孔1-4。圖2給出單個 葉輪單元仰視圖，葉片下表面為平面1-6，葉片側(cè)立面1-5為外突弧 面，該外突弧面能將部分風(fēng)能導(dǎo)向到葉片的內(nèi)凹曲面上。圖3給出三 個雙葉輪單元組裝示意圖。1P是最底層葉輪單元，2P是第二層葉輪 單元，3P是第三層葉輪單元，各層葉輪單元之間的錯位角度差均為 9 。圖4給出了雙葉片螺旋葉輪組裝完成后的正面視圖，圖5給出了雙葉片螺旋葉輪組裝完成后的立體效果圖。
本實例給出的s型螺旋葉輪，匯集了 s型葉輪定向旋轉(zhuǎn)和螺旋葉 輪形成風(fēng)道的各自特點，提高了該葉輪采集風(fēng)能的效果。此s型螺旋
葉輪可以用于風(fēng)電路燈。只需要將該螺旋葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機轉(zhuǎn)子連 接即可。當(dāng)風(fēng)吹來，該螺旋葉輪轉(zhuǎn)軸右半面由于是內(nèi)凹螺旋曲面，所 受到的風(fēng)力會大于轉(zhuǎn)軸左半面，這樣，該螺旋葉輪只能朝一個固定方 向旋轉(zhuǎn)，從俯視角度看，該螺旋葉輪是逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
實施例二
本實施例是四葉片螺旋葉輪。圖6給出單個四葉片葉輪單元的俯 視圖，葉片形狀為直形，此葉輪單元2有四個葉片，葉片側(cè)立面2-l 為曲面，葉片上表面為一平面2-2，四葉片與轉(zhuǎn)轂2-3為一體，轉(zhuǎn)轂 中心有通孔2-4。圖7給出三個雙四葉片葉輪單元組裝示意圖。1P是 最底層葉輪單元，2P是第二層葉輪單元，3P是第三層葉輪單元，最 底層葉輪單元與第二層葉輪單元的錯位角度差為e ，最底層與第二層 葉輪單元的錯位角度差為2 e ，最底層葉輪與第三層葉輪的錯位角度 差為39。圖8給出了四葉片螺旋葉輪組裝完成后的正面視圖，圖9 給出了四葉片螺旋葉輪組裝完成后的立體效果圖。
本實施例給出的四葉片螺旋葉輪適用于較大的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。轉(zhuǎn) 轂和葉片分別制造，逐個葉輪單元拼裝、逐層葉輪單元組裝成整體螺 旋葉輪。
本實例給出的螺旋葉輪由于葉片是直形的，為減少風(fēng)阻，需要安 裝導(dǎo)風(fēng)裝置，該導(dǎo)風(fēng)裝置由尾翼、導(dǎo)風(fēng)板和轉(zhuǎn)動支架構(gòu)成。導(dǎo)風(fēng)板將吹向螺旋葉輪左半面的風(fēng)力轉(zhuǎn)向螺旋葉輪的右半面，使在同等風(fēng)力條 件下，螺旋葉輪能獲得較大的旋轉(zhuǎn)力矩。
如果本實例中的螺旋葉輪的葉片改為彎曲形(如實施例一)，也能 較好的避免風(fēng)阻，可以不需要導(dǎo)風(fēng)裝置。
實施例三-
本實施例給出的螺旋葉輪為六葉片螺旋葉輪。本實施例六葉片螺
旋葉輪單元的轉(zhuǎn)轂3由六個弧形構(gòu)件構(gòu)成，每個弧形構(gòu)件3-l頂面等 距離設(shè)置有若于突起定位銷3-2，每個弧形構(gòu)件底面等距離設(shè)置有若 干定位孔3-3，定位銷和定位孔上下在同一條軸線。將六個弧形構(gòu)件 組裝拼接成圓形轉(zhuǎn)轂3 (參見圖10)，六個葉片分別固定于六個弧形 構(gòu)件，這樣就完成了最底層葉輪單元(1P層)的水平拼裝(參見圖 13)，之后，按同樣方法步驟，拼裝上一層即2P層葉輪單元，拼裝時， 使1P層弧形構(gòu)件上的定位銷插入到2P層弧形構(gòu)件下方定位孔內(nèi)，且 使2P層弧形構(gòu)件相對于1P層弧形構(gòu)件在徑向有一個0度轉(zhuǎn)角，此轉(zhuǎn) 角度數(shù)正是各層葉輪單元之間的錯位角6 (參見圖14)。照此方式， 逐層安裝n個葉輪單元，形成六葉片螺旋葉輪(參見附圖15、 16)， 最底層葉輪單元與最頂層葉輪單元之間的錯位角度為n e度。
本實例給出的螺旋葉輪可用于特大型風(fēng)力發(fā)電裝置中。如要求風(fēng) 電螺旋葉輪的外徑W為50米，高度H為25米，中心圓柱外徑D為 25米，單個葉片長度L為12.5米，單個葉輪單元的高度h為0.625 米，葉輪單元總個數(shù)n為40，葉輪單元之間的錯位角e為9度，拼 裝成型的六葉片螺旋葉輪具有一個完整的導(dǎo)程。本實例給出的螺旋葉輪由于葉片是直形的，需要安裝導(dǎo)風(fēng)裝置， 該導(dǎo)風(fēng)裝置由尾翼、導(dǎo)風(fēng)板和轉(zhuǎn)動支架構(gòu)成。導(dǎo)風(fēng)板將吹向螺旋葉輪 左半面的風(fēng)力轉(zhuǎn)向螺旋葉輪的右半面，使在同等風(fēng)力條件下，螺旋葉 輪能獲得較大的旋轉(zhuǎn)力矩。
如果本實例中的螺旋葉輪的葉片改為彎曲形(如實施例一)，就能 比較好的避免風(fēng)阻，同時也可以不需要導(dǎo)風(fēng)裝置，結(jié)構(gòu)大為簡化。
權(quán)利要求
1、一種組合式風(fēng)動螺旋葉輪，其特征在于該組合式風(fēng)動螺旋葉輪是由若干葉輪單元沿葉輪轉(zhuǎn)動軸線方向組裝構(gòu)成，所述葉輪單元至少有2個葉片，且各葉輪單元依次徑向轉(zhuǎn)動同樣角度，形成螺旋葉輪。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式風(fēng)動螺旋葉輪，其特征在于所 述葉輪單元由一個轉(zhuǎn)轂和若干葉片構(gòu)成，葉片連接于轉(zhuǎn)轂圓弧外側(cè)， 葉片相對轉(zhuǎn)轂對稱分布，轉(zhuǎn)轂上表面設(shè)置有突起的定位銷，轉(zhuǎn)轂下表 面設(shè)置有定位孔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合式風(fēng)動螺旋葉輪，其特征在于所 述轉(zhuǎn)轂等分為形狀相同的弧形構(gòu)件，各弧形構(gòu)件上表面設(shè)置有若干突 起的定位銷，各弧形構(gòu)件下表面設(shè)置有若干定位孔。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合式風(fēng)動螺旋葉輪，其特征在于所 述葉片為弧形，該葉片一立側(cè)面為外突弧形面，該葉片另一立側(cè)面為 內(nèi)凹弧形曲面。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2的組合式風(fēng)動螺旋葉輪，其特征在于所述葉 片為直形，該葉片的兩個立側(cè)面均為螺旋曲面。
6、 一種組合式風(fēng)動螺旋葉輪制造方法，其特征在于 (1)葉輪單元計算根據(jù)螺旋葉輪的軸向高度H、螺旋葉輪徑向?qū)挾萕和螺旋葉輪導(dǎo) 程L,確定構(gòu)成該螺旋葉輪所需葉輪單元厚度h和葉輪單元個數(shù)n; 根據(jù)螺旋葉輪螺旋面的形狀要求和葉輪單元的個數(shù)，確定葉輪單元的葉片立側(cè)曲面的曲率參數(shù)。(2) 葉輪單元制造 對于尺寸不大的葉輪單元采用整體制造的方法，即葉片與中央的轉(zhuǎn)轂為一體；對于尺寸較大的葉輪單元，轉(zhuǎn)轂與葉片分別制造，再組裝拼接成 葉輪單元，-對于尺寸特大的葉輪單元，將轉(zhuǎn)轂再等分為若干個完全相同的弧 形構(gòu)件，分別制造該弧形構(gòu)件和葉片，再組裝拼接成葉輪單元；(3) 組裝拼接-對于尺寸不大的螺旋葉輪，首先將第一個葉輪單元安裝于螺旋葉 輪支架，再將各葉輪單元依次重疊，相鄰兩個葉輪單元之間存在一個 固定的轉(zhuǎn)角0 ，該轉(zhuǎn)角的度數(shù)由螺旋葉輪軸向高度H、螺旋葉輪徑向 寬度W和螺旋葉輪導(dǎo)程L以及葉片立側(cè)曲面的曲率或傾斜角度計算 確定；對于尺寸較大螺旋葉輪，首先將最底層轉(zhuǎn)轂安裝于螺旋葉輪支架， 然后將葉片安裝于該轉(zhuǎn)轂上，利用轉(zhuǎn)轂上的定位銷和定位孔，使第二 層轉(zhuǎn)轂相對底層轉(zhuǎn)轂在徑向有一個偏轉(zhuǎn)角度，隨后照此方式再依次安 裝各層轉(zhuǎn)轂和葉片；對于尺寸特大螺旋葉輪，首先在螺旋葉輪支架上逐個安裝底層葉 輪單元的弧形構(gòu)件和葉片，利用轉(zhuǎn)轂上的定位銷和定位孔，使同一轉(zhuǎn) 轂相鄰兩個定位銷與轉(zhuǎn)轂中心點形成的夾角正是相鄰葉輪單元安裝 時所要求的轉(zhuǎn)角0 ，這樣只需要將相鄰轉(zhuǎn)轂徑向錯一位安裝即可。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合式風(fēng)動螺旋葉輪制造方法，其特征在于所述葉輪單元采用輕型木質(zhì)或復(fù)合纖維材料或塑料或金屬材料 制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種組合式風(fēng)動螺旋葉輪及其制造方法，該組合式風(fēng)動螺旋葉輪特點是由若干葉輪單元沿葉輪轉(zhuǎn)動軸線方向組裝構(gòu)成，葉輪單元至少有2個葉片，且各葉輪單元依次徑向轉(zhuǎn)動同樣角度，形成螺旋葉輪。本發(fā)明葉輪單元可由一個轉(zhuǎn)轂和若干葉片構(gòu)成，葉片連接于轉(zhuǎn)轂圓弧外側(cè)，葉片相對轉(zhuǎn)轂對稱分布，轉(zhuǎn)轂上表面設(shè)置有突起的定位銷，轉(zhuǎn)轂下表面設(shè)置有定位孔，轉(zhuǎn)轂本身可再等分為形狀相同的弧形構(gòu)件。本發(fā)明葉輪單元的葉片形狀可以是弧形，葉片一立側(cè)面為外突弧形面，該葉片另一立側(cè)面為內(nèi)凹弧形曲面，本發(fā)明葉輪單元的葉片形狀也可以是直線形，該葉片的兩個立側(cè)面均為螺旋曲面。本發(fā)明產(chǎn)品的特定結(jié)構(gòu)適于螺旋葉輪的分部制造、安裝、運輸和維護，能滿足大型、特大型風(fēng)力發(fā)電機組對螺旋葉輪的要求。
文檔編號F03D3/06GK101424247SQ20071013444
公開日2009年5月6日 申請日期2007年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者胡國祥 申請人:南京宇能儀表有限公司