專利名稱：小型風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，尤其涉及一種小型風(fēng)力發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的小型風(fēng)力發(fā)電裝置一般由發(fā)電機(jī)、葉輪、舵桿組成(見圖6)，發(fā)電機(jī)裸露在 外面，其軸端連接葉輪的輪轂并且采用一個(gè)導(dǎo)流罩防止灰塵進(jìn)入，發(fā)電機(jī)的另一端一方面 與舵桿連接另一方面與立柱連接。葉輪的葉片相對輪轂軸向是垂直的。這種小型風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的不足有以下幾方面
一、導(dǎo)流罩僅起防護(hù)作用。葉輪安裝時(shí)是葉片與輪轂安裝做好平衡之后，再裝上導(dǎo)流罩 的。輪轂材料一般為金屬碳鋼或鋁合金，輪轂直徑不能做太大，否則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，一般外 徑不超過發(fā)電機(jī)外徑。而導(dǎo)流罩只能裝在輪轂上，考慮二次安裝和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的二重因素，迫 使導(dǎo)流罩只能做得很小，很薄，很輕，甚至不做。為了不加大風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和二次安裝的 平衡精度要求，迫使風(fēng)機(jī)的輪轂、葉片制造、安裝精度要求提高，增加了風(fēng)機(jī)的制造難度和 成本，同時(shí)對風(fēng)機(jī)的綜合技術(shù)參數(shù)產(chǎn)生了不利因素如下
1、導(dǎo)流罩基本不起導(dǎo)流作用。造成葉輪根部渦流阻力增大，降低了風(fēng)輪的轉(zhuǎn)換效率；
2、由于二次安裝的累積誤差，影響到風(fēng)輪的平衡精度，增加了啟動(dòng)阻力、發(fā)電效率和啟 動(dòng)風(fēng)速。同時(shí)導(dǎo)流罩的固定位和緊固件抗腐蝕強(qiáng)度不夠，安裝后1-2年由斷、落之危險(xiǎn)。二、發(fā)電機(jī)裸露在外，1、當(dāng)陽光曝曬高溫和發(fā)電機(jī)溫升的雙重作用，軸承潤滑脂就 會(huì)熔化造成流油現(xiàn)象，降低了潤滑效果。2、下雨時(shí)，水易進(jìn)入軸承和永磁發(fā)電機(jī)內(nèi)部，造成 軸承、永磁體銹蝕，極易造成發(fā)電機(jī)之損壞。從理論上講，這樣的布局結(jié)構(gòu)為以后的正常發(fā) 電埋下了極大的隱患，更談不上全天候、無故障運(yùn)行之理念。三、采用尾舵調(diào)風(fēng)系統(tǒng)，由于尾舵的慣行作用，風(fēng)機(jī)需幾次調(diào)整才能到位。特別是 風(fēng)向改變頻次高，使風(fēng)輪對準(zhǔn)最大迎風(fēng)面時(shí)間減少，從而降低了風(fēng)機(jī)的發(fā)電效益。三、風(fēng)能密度。自然界中，風(fēng)是時(shí)有時(shí)無，時(shí)大時(shí)小的一種自然現(xiàn)象，我們導(dǎo)入一個(gè)風(fēng)場強(qiáng)度概 念，即風(fēng)速在1-12米/秒的特定值時(shí)，掃風(fēng)面積越大，外部作用的能量越大。但是，葉片強(qiáng) 度也隨之減弱，葉片重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也隨之增大。大風(fēng)時(shí)，葉片有吹斷的危險(xiǎn)，系統(tǒng)的動(dòng)靜 平衡也隨之增大。同時(shí)，自然界是一般風(fēng)速大都在四級左右。按貝茲理論和傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)抄襲 的葉片數(shù)據(jù)做的風(fēng)力發(fā)電機(jī)其額定風(fēng)速都在12米/秒左右。這樣的風(fēng)力機(jī)全年發(fā)電時(shí)間 是非常有限的。由于前面一、二、三項(xiàng)的缺陷，就貝茲理論和傳統(tǒng)的葉片數(shù)據(jù)鏈做成的風(fēng)機(jī)。使其 發(fā)電機(jī)發(fā)出的額定功率時(shí)所需額定風(fēng)速為12米/秒。在自然界中，適合人類居住的地方， 其年平均風(fēng)速在3-8米/秒之間，而12米/粆的風(fēng)速，全年累積也只有多約5-20小時(shí)左右 (臺(tái)風(fēng)和特大風(fēng)時(shí)，風(fēng)機(jī)處于剎車狀態(tài))。傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在適合人類居住的地方，年發(fā) 出額定時(shí)間也就那么幾天。過高的額定風(fēng)速要求，迫使風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕大部分時(shí)間是發(fā)不出 電的，發(fā)出的電能不能克服系統(tǒng)的內(nèi)阻進(jìn)行作功，基本沒有實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)電效率高，具有實(shí)用價(jià)值的小型風(fēng)力發(fā)電裝置。本發(fā)明提供的這種小型風(fēng)力發(fā)電裝置，包括發(fā)電機(jī)、葉輪、立柱，葉輪由輪轂和葉片組成，本發(fā)明還包括一個(gè)導(dǎo)流罩，所述發(fā)電機(jī)安裝在導(dǎo)流罩中，導(dǎo)流罩上設(shè)有回轉(zhuǎn)件，導(dǎo) 流罩通過該回轉(zhuǎn)件與立柱可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述葉片的葉尖向后彎曲。所述輪轂上設(shè)有用于安裝葉片之根部的輪輻槽和/或輪輻孔。所述輪輻孔位于輪轂的中央臺(tái)，輪輻槽在輪輻孔的外圍，一個(gè)輪輻槽對應(yīng)連通一 個(gè)輪輻孔，每個(gè)輪輻槽上固定有一個(gè)箍環(huán)，用于穩(wěn)固安裝葉片之根部，在中央臺(tái)對應(yīng)每個(gè)輪 輻孔都設(shè)置有徑向緊固孔，用于緊固葉片之根部，所述輪輻槽為圓弧槽，輪輻孔為圓孔。所 述輪轂采用高分子輕型復(fù)合材料制成，所述箍環(huán)由鋁制成。所述葉片具有芯桿和外殼，芯桿的一端為葉根，上面有安裝孔，用于與輪轂連接， 另一端作為葉脈固定在外殼中。所述外殼靠近葉尖端的部分向順風(fēng)方向往后彎曲，形成離心作用，芯桿從葉根到 葉尖由大徑的圓管形到小徑的圓管形再過渡到扁平狀，芯桿包括一根主桿和一根加強(qiáng)桿， 加強(qiáng)桿套在主桿靠近葉根的一端并與之緊配合為一體。所述芯桿由鋁制成，外殼由高分子 輕型復(fù)合材料制成。所述導(dǎo)流罩包括罩體，罩體內(nèi)有用于安裝發(fā)電機(jī)的安裝腳，罩體的外形是將風(fēng)導(dǎo) 向葉輪各葉片的流線型曲面。所述罩體材料采用高分子輕型復(fù)合材料。本發(fā)明由于改進(jìn)了導(dǎo)流罩、擯棄了舵桿，并且葉尖向后彎曲，這些因素都使得本發(fā) 電裝置能在風(fēng)力低速段起動(dòng)，有效提高發(fā)電效率，并且發(fā)電效率達(dá)到70%時(shí)無噪音。首先本 發(fā)明的導(dǎo)流罩使用能起到整流擴(kuò)壓作用，葉尖向后彎曲成弧形，充當(dāng)了一個(gè)離心葉片的作 用，當(dāng)風(fēng)輪達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后由于葉片尖部的離心作用，迫使風(fēng)輪后部產(chǎn)生了一個(gè)負(fù)壓區(qū)A， 空間結(jié)構(gòu)如圖5所示，這個(gè)負(fù)壓區(qū)空間區(qū)的大小，負(fù)壓強(qiáng)度是隨著風(fēng)速的變化組成一定的 函數(shù)關(guān)系。負(fù)壓空間區(qū)的產(chǎn)生，起到了以下兩個(gè)積極作用
1、使擴(kuò)壓提速效果更加增強(qiáng)，增加了相對風(fēng)速；
2、減少了葉片根部在負(fù)壓區(qū)的渦流阻力，彌補(bǔ)了葉片半徑變化，因線速度不同，攻角變 化，影響升力系數(shù)，阻力系數(shù)，對葉形設(shè)計(jì)的束縛，使葉片得以在低風(fēng)速區(qū)段就能起動(dòng)，高效 捕風(fēng)發(fā)電的要求得以實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)流罩與立柱通過回轉(zhuǎn)件連接，快速準(zhǔn)確對風(fēng)，使風(fēng)力得到最大 效率的利用。發(fā)明人通過試驗(yàn)本發(fā)明的做功效率可提高42%，起動(dòng)風(fēng)速低，起動(dòng)風(fēng)速一般為 1. 8-2米/秒，額定風(fēng)速，一般為5-8米/秒，風(fēng)速在2-3米/秒就能發(fā)電。因此本發(fā)明大部 分時(shí)間都能發(fā)電，為人類提供了一種真正意義上的環(huán)保新能源。本發(fā)明中的輪轂和葉片采用了另一種連接方式，葉片增加了芯桿，使本葉片形成 一種仿樹葉的形狀，不僅葉片根部結(jié)實(shí)具有很高的強(qiáng)度，而且葉尖重量輕，掃風(fēng)面積大，葉 根上的安裝孔可以根據(jù)需要確定其位置，從而確定葉片與輪轂的相對位置，這樣就能在一 定范圍內(nèi)進(jìn)行風(fēng)輪直徑和攻角的調(diào)整，以適合安裝位置的風(fēng)場要求，從而達(dá)到提高發(fā)電效 率的目的。并且本發(fā)明的這種葉片防腐蝕抗老化，互換性好，成本低，能夠工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明中的導(dǎo)流罩由于具有能容納發(fā)電機(jī)的內(nèi)腔，解決了發(fā)電機(jī)的防水防曬問 題，并且導(dǎo)流罩的外形具有向各葉片導(dǎo)風(fēng)的流線形曲面，因此這種導(dǎo)流罩比傳統(tǒng)的導(dǎo)流罩 要大得多，該導(dǎo)流罩能引導(dǎo)風(fēng)到達(dá)各葉片，擴(kuò)壓作用增加了相對風(fēng)速，使葉輪中心部分不能 作功的動(dòng)能經(jīng)導(dǎo)流作用變成升力作功，相應(yīng)的增加了各葉片作功的掃風(fēng)面積，并且導(dǎo)流罩 能起到非常穩(wěn)定而快捷的對風(fēng)作用，使風(fēng)能損耗極小，風(fēng)能轉(zhuǎn)化率得到顯著提高。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中的輪轂的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中的葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明中的導(dǎo)流罩的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明風(fēng)輪后部形成負(fù)壓區(qū)的空間示意圖。圖6是傳統(tǒng)小型風(fēng)力發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式從圖1可以看出本發(fā)明仍具有發(fā)電機(jī)1、葉輪2、立柱3，葉輪2由輪轂21和葉片22 組成，但還有導(dǎo)流罩4，發(fā)電機(jī)1安裝在導(dǎo)流罩4中。從圖2可以看出，輪轂21上設(shè)有用于 安裝葉片22之根部的輪輻槽211和/或輪輻孔212。輪輻槽211為圓弧槽，輪輻孔212為 圓孔。輪輻孔212位于輪轂的中央臺(tái)213，輪輻槽211在輪輻孔212的外圍，一個(gè)輪輻槽211 對應(yīng)連通一個(gè)輪輻孔212，每個(gè)輪輻槽211上固定有一個(gè)箍環(huán)214，用于穩(wěn)固安裝葉片22之 根部，箍環(huán)214由鋁制成，在中央臺(tái)213對應(yīng)每個(gè)輪輻孔212都設(shè)置有徑向緊固孔215，用 于緊固葉片22之根部。輪轂采用高分子輕型復(fù)合材料制成。從圖3可以看出，葉片22包 括芯桿221和外殼222，外殼222用于掃風(fēng)，芯桿221 —端作為葉根，另一端作為葉脈固定 在外殼222中。外殼222靠近葉尖端的部分向順風(fēng)方向往后彎曲。芯桿221采用鋁或合金 鋁制成，外殼222由高分子輕型復(fù)合材料制成。芯桿221從葉根到葉尖由大徑的圓管形到 小徑的圓管形再過渡到扁平狀。制造時(shí)采用一根細(xì)管作為主桿2211，一根粗管作為加強(qiáng)桿 2212，加強(qiáng)桿2212套在主桿2211靠近葉根的一端并與之緊配合為一體，使加強(qiáng)桿2212 — 端在外殼222內(nèi)一端在外殼222外，以加強(qiáng)葉片22根部的強(qiáng)度，在外殼222外的一端作為 葉根它要與輪轂連接，因此上面設(shè)有安裝孔223，主桿2211向葉尖方向延伸，然后過渡到扁 平狀，使外殼222的外形由根部到葉尖逐漸變薄，重量逐漸減輕，同時(shí)受到芯桿221的最佳 支撐，使葉片22在風(fēng)大的情況下不易折斷，提高葉片22的使用壽命。葉片22通過螺桿固 定在輪轂21上，在安裝前，只需改變芯桿221上安裝孔的位置就能改變?nèi)~片22與輪轂21 的相對位置，從而調(diào)整葉片的半徑和攻角。從圖4可以看出，導(dǎo)流罩4包括罩體41，罩體41 材料采用高分子輕型復(fù)合材料，在罩體41的內(nèi)腔中靠開口端附近設(shè)有用于安裝發(fā)電機(jī)1的 安裝腳42，在罩體41上有安裝孔，該安裝孔中固定有回轉(zhuǎn)件43，回轉(zhuǎn)件43最好采用軸承。 立柱3通過該回轉(zhuǎn)件與導(dǎo)流罩4連接，起到支撐作用，導(dǎo)流罩4在風(fēng)的作用下非常靈活而平 穩(wěn)地自動(dòng)調(diào)節(jié)葉輪2的方位，使風(fēng)始終以最佳角度作用于葉輪2。風(fēng)從導(dǎo)流罩4流線狀地到 達(dá)葉片22，由于葉尖向后彎曲，當(dāng)風(fēng)輪達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后葉片尖部將起到離心作用，進(jìn)而迫使 風(fēng)輪后部產(chǎn)生了一個(gè)負(fù)壓區(qū)，空間結(jié)構(gòu)如圖5所示。發(fā)電機(jī)1的輸入軸與葉輪2的輪轂21中心孔連接，由葉輪2帶動(dòng)發(fā)電機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。
權(quán)利要求
1.一種小型風(fēng)力發(fā)電裝置，包括發(fā)電機(jī)(1)、葉輪(2)、立柱(3)，葉輪(2)由輪轂(21) 和葉片(22)組成，其特征在于還包括導(dǎo)流罩(4)，所述發(fā)電機(jī)(1)安裝在導(dǎo)流罩(4)中，導(dǎo)流 罩(4)上設(shè)有回轉(zhuǎn)件，導(dǎo)流罩(4)通過該回轉(zhuǎn)件與立柱(3)可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述葉片(22)的葉 尖向后彎曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述輪轂(21)上設(shè)有用于安 裝葉片之根部的輪輻槽(211)和/或輪輻孔(212)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述輪輻孔(212)位于輪轂 (21)的中央臺(tái)(213)，輪輻槽(211)在輪輻孔(212)的外圍，一個(gè)輪輻槽(211)對應(yīng)連通一 個(gè)輪輻孔(212)，每個(gè)輪輻槽(211)上固定有一個(gè)箍環(huán)(214)，用于穩(wěn)固安裝葉片(22)之根 部，在中央臺(tái)(213)對應(yīng)每個(gè)輪輻孔(212)都設(shè)置有徑向緊固孔(215)，用于緊固葉片(22) 之根部，所述輪輻槽(211)為圓弧槽，輪輻孔(212)為圓孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的小型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述輪轂(21)采用高分 子輕型復(fù)合材料制成，所述箍環(huán)(4)由不銹鋼制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述葉片(22)具有芯桿 (221)和外殼(222)，芯桿(221)的一端為葉根，上面有安裝孔(223)，用于與輪轂(21)連接， 另一端作為葉脈固定在外殼(222)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的小型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述外殼(222)靠近葉尖端 的部分向順風(fēng)方向往后彎曲，形成離心作用，所述芯桿(221)從葉根到葉尖由大徑的圓管形 到小徑的圓管形再過渡到扁平狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的小型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述芯桿(221)包括一 根主桿(2211)和一根加強(qiáng)桿(2212)，加強(qiáng)桿(2212)套在主桿(2211)靠近葉根的一端并與 之緊配合為一體。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的小型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述芯桿(221)由鋁制成，外 殼(222)由高分子輕型復(fù)合材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于所述導(dǎo)流罩(4)包括罩體 (41)，該罩體(41)內(nèi)有用于安裝發(fā)電機(jī)的安裝腳(42)，并且罩體(41)的外形是將風(fēng)導(dǎo)向葉 輪各葉片的流線型曲面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的導(dǎo)流罩，其特征在于所述罩體(1)材 料采用高分子輕型復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開的這種小型風(fēng)力發(fā)電裝置，包括發(fā)電機(jī)、葉輪、立柱，葉輪包括葉片和輪轂，本發(fā)明還包括一導(dǎo)流罩，發(fā)電機(jī)安裝在導(dǎo)流罩中，導(dǎo)流罩上設(shè)有回轉(zhuǎn)件，導(dǎo)流罩通過該回轉(zhuǎn)件與立柱可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，葉片的葉尖向后彎曲。本發(fā)明能使風(fēng)速在2-3米/秒就發(fā)電，使小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)更加具有實(shí)用性，能充分將風(fēng)能轉(zhuǎn)為電能。
文檔編號(hào)F03D1/06GK102146871SQ20111007659
公開日2011年8月10日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者王亮海 申請人:王亮海