專利名稱：活頁型垂直軸流體發(fā)電機組的制作方法
技術領域：
本發(fā) 明涉及流體發(fā)電，本說明主要以風力發(fā)電為主，當然本發(fā)明也適用于流水發(fā)電。
背景技術：
風力發(fā)電機組是從風中提取能量的裝置，風力發(fā)電機組主要分垂直軸風力發(fā)電機組和水平風力發(fā)電機組。垂直軸風力發(fā)電機組因其風輪旋轉(zhuǎn)面一般與安裝面垂直而得名。其代表機型主要有達里厄型，直線翼型和薩渥紐斯型等。垂直軸風力發(fā)電機組的主要特征是不論風向如何變化，其受風面積不變，因此不需要進行方向控制。正因為如此垂直軸風力發(fā)電機組不需要像水平軸風力發(fā)電機組那樣要根據(jù)風向來轉(zhuǎn)動，否則風葉輪轉(zhuǎn)速變慢或者停止轉(zhuǎn)動，然而自然界中風的方向時刻在變化，而水平風力發(fā)電機組不可能隨時的改變方向，時刻與風向?qū)?。但今天風力發(fā)電廠中依然大量的使用著水平軸風力發(fā)電，是因為我們在空氣動力學以及構(gòu)造力學方向的技術積累較少，造成現(xiàn)有垂直軸風力發(fā)電的風力利用率太低新型實用機型研發(fā)相對滯后。發(fā)明專利內(nèi)容發(fā)明專利技術解決的問題是克服現(xiàn)有垂直軸風力發(fā)電技術不足，如何增大正向檔風面積和減小反向檔風面積，從而增大垂直軸轉(zhuǎn)動矩提高風能轉(zhuǎn)換率。發(fā)明專利解決的是利用風力作用，在正面風力作用下把活頁吹的和框架疊合就像門一樣的關著，檔風面積為整個葉片，當整個葉片旋轉(zhuǎn)半周之后反面成為迎風面活頁與框架被吹開就像門一樣被打開，這樣就減少了檔風面積，檔風面積為框架。發(fā)明專利應用原理放置在速度為Vr的氣流中物體所受阻力可表示為F = l/2CDPAVr2阻力系數(shù)CD、空氣密度P為常數(shù)，A(m2)為物體相對于來流的投影面積。在風速V1作用下風力發(fā)電機組葉片以速度V被推向后方運動(如圖I)，相對風速Vr可表示為Vr =V1-V則式可寫成Fe=IACdPAe(V1-V)2設葉片旋轉(zhuǎn)半周后仍以相同的速度V旋轉(zhuǎn)(如圖2)相對風速Vr可表示為Vr = V^V則式可寫成F 支=1/2CDPA 反(VJV)2垂直軸轉(zhuǎn)輪上的葉片在正向檔風時為其提供轉(zhuǎn)動的動力，反向檔風時則阻檔其繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。葉片在正向檔風和旋轉(zhuǎn)半周后所受兩個力進行比較(設葉片旋轉(zhuǎn)的V相同)。
_5] F總=F正-F反= 1/2CdP (V1-V)2 (A 正-A 反)-2CdPV1VA 反對于圖I和圖2，葉片的投影面積I S實COSa | = |S實C0S(II+a) |葉片半周前與旋轉(zhuǎn)半周后的相對來流的投影面積相等即A1= A&,F,6= IC11PAfiVV12為負數(shù)，進一步說明在均勻風速的作用下單個葉片是不能做圓周運動的，而是作半周左右往反的阻尼振蕩。而當我將葉片如Sd本發(fā)明那樣改進后如圖5、6，正面檔風面積與反面檔風面積都發(fā)生了變化。本發(fā)明使A1-Afi為正，還能不斷的增大。像圖7這樣的垂直軸風力發(fā)電機組不停的轉(zhuǎn)動需F總為正。令A 正=nA 反F 總=1/2CdPA 正(V1-V) 2_1/2CDPA 反(V^V)2= 1/2CdPA & [n (V1-V)2- (V^V)2]當F總>0時，要求n> [1+2V/(V1-V)]2而葉片轉(zhuǎn)速V為有限值。
L Im(V1-V) — + ⑴[1+2V/ (V1-V)]2 = 1，而 n > I 理論上只要 A正〉A反，本垂直軸風力發(fā)電組中A1時刻都大于A&。即在風速V1的不斷增加下葉片6、7就可以繞著轉(zhuǎn)軸做圓周轉(zhuǎn)動。當V1為具體的值時如V1 = I. 5V, 1+2V/ (V1-V) = 5即只要A正〉5A反時，F(xiàn)總〉0垂直軸風力發(fā)電組的葉片就能做圓周轉(zhuǎn)動。風力發(fā)電機組功率Pw (N -m/s)等于阻力F總(N)與風力發(fā)電機組葉片受推力產(chǎn)生的速度V(m/s)之積，因此P可以寫成P = Fi6V= 1/2CdP (V1-V) 2V (A 正-A 反)_2CDPA 正 V1V2本發(fā)明專利與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點I.與水平軸相比不需要進行方向控制，這樣減少調(diào)向電路和機械的設計，使風能轉(zhuǎn)換裝置更簡單、實用，降低整套裝置的成本。2.本發(fā)明垂直軸風力發(fā)電組與現(xiàn)有的任何一款垂直軸風力發(fā)電機組相比都大大提高轉(zhuǎn)換效率，使風力發(fā)電機組能下低風速下運動，大大擴大了適應風力發(fā)電區(qū)域。從而使風力發(fā)電能得到更廣泛的運用。3.本發(fā)明為100KW級以上的單個垂直軸風力發(fā)電機組出現(xiàn)提供了可能，可作為獨立的電源為偏遠山區(qū)和牧民供電。4.垂直軸風力發(fā)電機組裝在下面，與水平軸風力發(fā)電相比安裝和維修都比較容易。5.在颶風災害來臨的時候，可以使活頁全開固定減小正向阻風面積或取下所有活頁葉片來防范。


圖I為單葉片在順風時的受力示意2為單葉片在逆風時的受力示意3本發(fā)明活頁的結(jié)構(gòu)4本發(fā)明中的組成部分框架的結(jié)構(gòu)5本發(fā)明由活頁與框架組成的單葉片正向阻檔風的示意6本發(fā)明由活頁與框架組成的單葉片反向阻檔風的示意7擁有兩個本發(fā)明專利葉片的轉(zhuǎn)軸在風中工作的示意圖。圖中，I-活頁頁片,2-活頁轉(zhuǎn)軸，3-框架，4-活頁軸環(huán)，5-垂直轉(zhuǎn)軸，6-正向阻風葉片，7-反向阻風葉片。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。實施例一如圖5所示,活頁頁片I通過活頁軸環(huán)4與框架3連接在一起,活頁頁片I可以在框架上自由的轉(zhuǎn)動但轉(zhuǎn)動的角度限制在最大為90度角即活頁頁片與框架垂直。工作時，風正向吹到葉片時，活頁頁片I會在風力的作用下向框架擺動，使之與框架3形成的門閉合，這時框架3的阻風面積是框架的整個面積在風向垂直面上的投影A1(骨架與活頁頁片的面積之和) 當頁片轉(zhuǎn)到反向的位置時，如圖6，活頁頁片I在風力的作用下，擺離框架，這時活頁頁片I與框架形成的門被打開，框架的阻風面積只是骨架在風向垂直面上的投影Afi，這樣就縮小了反向的阻風面積。實施例二圖7所示，這是擁有兩個葉片的垂直軸風能轉(zhuǎn)換裝置在風力作用下的示意圖，和一般垂直軸風力發(fā)電機組一樣，葉片負責從風中獲取能量，支架主要負責將葉片產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力傳遞給轉(zhuǎn)軸。葉片在風中獲取能量的方式是當有一個葉片6為風力作用的正時，另一個葉片一定為風力作用的反向(如葉片7)。總有正向活頁頁片I緊靠框架3形成關閉的門從而保持正向阻風面積為整個葉片面積在垂直風向面的投影，反向活頁頁片I擺離框架3形成一個個打開的門(如葉片7)從而使反向阻風面積只是框架在垂直風向面的投影。正向葉片6旋轉(zhuǎn)半周后變成反向葉片7 ;反向葉片7則變成正向葉片6。這樣不斷的交替著，保證F,6總是大于零從而使垂直轉(zhuǎn)軸4不停的轉(zhuǎn)動。只要風向與垂直軸垂直或有垂直分量，無論風向怎樣變化垂直軸都只會朝設計的一個方向轉(zhuǎn)動。本發(fā)明專利說明書中未作詳細描述內(nèi)容屬于本領域?qū)I(yè)技術人員公知技術。本發(fā)明專利不局限于權利要求和具體實施例所述及的保護內(nèi)容，只要是根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思所創(chuàng)作出來的任何發(fā)明，都應歸屬于本發(fā)明專利保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.新型垂直軸流體發(fā)電機組，其特征在于，包括活頁頁片(I)，活頁轉(zhuǎn)軸(2)，框架(3)，活頁軸環(huán)(4)和垂直轉(zhuǎn)軸(5)，活頁頁片通過活頁轉(zhuǎn)軸(2)裝在框架(3)上。
2.根據(jù)權利要求I所述的新型垂直軸的流體發(fā)電機組，其特征在于，活頁頁片(I)可以繞活頁軸環(huán)(2)在框架(3)上轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權利要求I所述的新型垂直軸的流體發(fā)電機組，其特征在于，葉片正向檔風時，活頁頁片(I)在風力的作用下向框架(3)靠攏，反向檔風時活頁頁片(I)在風力的作用下擺離框架(3)。
4.根據(jù)權利要求I所述的新型垂直軸流體發(fā)電機組，其特征在于，活頁頁片(I)的長度要大于框架(3)的寬度以保證框架(3)與活頁頁片(I)形成閉合的門。
5.根據(jù)權利要求I所述的垂直軸流體發(fā)電機組，其特征在于葉片(6)、(7)可以繞垂直軸轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動。
全文摘要
新型垂直軸流體發(fā)電機組，包括活頁葉片1、活頁轉(zhuǎn)軸2、框架3、活頁軸環(huán)4和垂直轉(zhuǎn)軸5；活頁頁片1可以繞活頁轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；兩個大葉片6、7繞著垂直軸轉(zhuǎn)5轉(zhuǎn)動。整個垂直軸風力發(fā)電機組在與垂直軸垂直的風力作用下形成正向擋風葉片6與反向擋風葉片7。正向擋風時活頁頁片1在風力的作用下向框架靠攏，反向擋風時則擺離框架。通過這樣增大正向擋風面積和減小反向擋風面積，從而獲得使垂直軸轉(zhuǎn)軸不斷旋轉(zhuǎn)的動力。
文檔編號F03B3/12GK102758730SQ201110105519
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權日2011年4月26日
發(fā)明者蘇俊平 申請人:蘇俊平