專利名稱：一種利用風(fēng)力自身能量調(diào)節(jié)攻角的垂直軸風(fēng)力機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種垂直軸(又稱立軸)式風(fēng)カ機(jī)，是ー種以垂直軸和垂直形式的葉片進(jìn)行水平回轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)方式將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)械裝置。
背景技術(shù)：
垂直軸風(fēng)カ機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)因?yàn)橛幸话氲娜~片是逆風(fēng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的，即存在“負(fù)升力“、“負(fù)推力”的問題，所以固定葉片形式的垂直軸風(fēng)カ機(jī)效率很低。本世紀(jì)初德國(guó)人“A.貝茨”提出了系統(tǒng)的風(fēng)能利用理論(包括推導(dǎo)數(shù)學(xué)公式)，指出水平軸螺旋槳式風(fēng)力機(jī)的理論風(fēng)能利用效率僅是風(fēng)能中總能量的0. 593 (即風(fēng)能利用效率系數(shù))，再加上實(shí)際的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能中的各個(gè)環(huán)節(jié)的各種損耗，實(shí)際上只能達(dá)到70%的實(shí)際轉(zhuǎn)化效果，所以實(shí)際上從風(fēng)能中能夠獲得的能量效率系數(shù)僅為0. 415，這是水平軸風(fēng)カ 機(jī)的理論效率，A.貝茨理論說明了風(fēng)能利用的特點(diǎn)和效率，現(xiàn)代大規(guī)模已經(jīng)推廣的水平軸螺旋槳式的風(fēng)カ機(jī)(風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組)就是建立在“A.貝茨理論”基礎(chǔ)上的。而垂直軸風(fēng)カ機(jī)尤其是“固定葉片方式”的垂直軸風(fēng)カ機(jī)，在回轉(zhuǎn)中有一半的迎風(fēng)面積是負(fù)的(頂風(fēng)的)，不僅不能產(chǎn)生有效的風(fēng)能，還要消耗掉順風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)能功率的至少一半的能量，參照“A.貝茨理論”，固定葉片式的垂直軸風(fēng)カ機(jī)效率是極低的，理論上只有0. 2075 (即0. 415 + 2=0. 2075)，因此，固定葉片形式的垂直軸風(fēng)カ機(jī)(垂直軸風(fēng)カ發(fā)電機(jī))沒有得到大發(fā)展，就是因?yàn)樾侍退?。但是，垂直軸風(fēng)カ機(jī)因?yàn)檫€利用了風(fēng)能的阻力(推力)能量，這就是帆船的應(yīng)用風(fēng)能的方式，(但是至今也沒用發(fā)現(xiàn)總結(jié)出升力和阻力垂直軸風(fēng)カ的理論)，所以如果能夠解決迎風(fēng)面葉片的阻カ問題和回轉(zhuǎn)中各個(gè)位置的升力及推力問題，就可以充分的利用風(fēng)能的推力效應(yīng)和升カ效應(yīng)，大幅度的提高垂直軸風(fēng)カ機(jī)從風(fēng)中獲得的能量，提高風(fēng)能利用效率。因此，最關(guān)鍵的問題就是葉片在不同位置的與風(fēng)向的夾角問題，能夠調(diào)節(jié)好這個(gè)夾角，就可以大幅度的提高垂直軸風(fēng)カ機(jī)的風(fēng)能利用效率，有人提出比水平軸風(fēng)カ機(jī)風(fēng)能利用效率還高，因?yàn)闆]用理論計(jì)算支持，只能說是經(jīng)驗(yàn)值了。尤其是垂直軸風(fēng)カ機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中不需要對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，是“無風(fēng)向型”風(fēng)カ機(jī)，即便風(fēng)向快速變化也能夠持續(xù)的利用風(fēng)能，這一點(diǎn)是優(yōu)于傳統(tǒng)的水平軸螺旋槳型風(fēng)力機(jī)的，同時(shí)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速較慢，特別“安靜”沒有大的噪聲，一般又不需要安裝的太高，因此受到人們的青睞，目前國(guó)內(nèi)外都在大力的研究垂直軸風(fēng)カ機(jī)(含風(fēng)カ發(fā)電機(jī))。為了解決迎風(fēng)面的阻力問題和充分的利用葉片在不同位置的風(fēng)カ能量，首先是采用了活動(dòng)的，即可以轉(zhuǎn)動(dòng)的垂直式葉片，使葉片在回轉(zhuǎn)圓周的不同位置都能夠產(chǎn)生“正風(fēng)力”(包括阻力推力和升力推力)，在“正迎風(fēng)面”的位置時(shí)使阻力減少到最小，而且除正迎風(fēng)面不產(chǎn)生推動(dòng)カ外，其它位置的葉片都產(chǎn)生正推動(dòng)力，這樣就比固定葉片方式效率大為提高，不但利用了風(fēng)能的升力效應(yīng)，也利用了風(fēng)能的阻力效應(yīng)，使得總效率大大提高，所以，及時(shí)的調(diào)整葉片在不同的位置有不同的攻角是動(dòng)葉片式垂直軸風(fēng)カ技術(shù)研究的最主要方向。但是因?yàn)榇怪陛S一般形式是，在ー個(gè)主立軸的形式下，葉片推動(dòng)橫梁架圍繞主立軸轉(zhuǎn)動(dòng)，呈圓周形轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片在上風(fēng)向和下風(fēng)向是不同的攻角位置(葉片與風(fēng)向的夾角叫攻角)，如在迎風(fēng)面，葉片的頭部向圓周形的外部，尾部向圓周形的內(nèi)部并且在迎風(fēng)面的半個(gè)圓周內(nèi)，姆一度圓周角的葉片攻角位置都不相同，而在下風(fēng)向時(shí)正好相反，是尾部向圓盤形的外部，頭部向圓盤形的內(nèi)部的狀態(tài)，也就是每個(gè)圓周角都是不同的攻角位置。為此，很多人提出了多種人工干預(yù)調(diào)整葉片攻角的方法，提出并設(shè)計(jì)了諸如機(jī)械方式的、電動(dòng)機(jī)調(diào)整方式的、電子測(cè)速計(jì)算控制方式的、計(jì)算機(jī)微機(jī)處理方式的、利用計(jì)算機(jī)處理并且使用磁力控制方式的，但是這些方式都有很多缺點(diǎn)，分析如下I、人工干預(yù)不能夠及時(shí)的調(diào)整葉片攻角到最佳位置注名詞解釋人工干預(yù)(人工介入、人工調(diào)整，利用可控制的能量調(diào)整葉片的攻角)，…指利用多種動(dòng)カ裝置通過人工設(shè)定的多種方式，含各種機(jī)械方式、電動(dòng)方式、電子探測(cè)微機(jī)運(yùn)算后按照計(jì)算好的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)葉片的攻角方式，使之處于最理想的位置，都屬于人エ干預(yù)范圍。 垂直軸風(fēng)カ機(jī)的轉(zhuǎn)速較慢，每分鐘一般是60轉(zhuǎn)左右，按照60轉(zhuǎn)/每分鐘來分析，姆秒鐘轉(zhuǎn)ー圈，即ー個(gè)360°的圓周,在旋轉(zhuǎn)ー圈時(shí)葉片在360°的圓周內(nèi)姆一度圓周角的攻角都是不同的，都需要調(diào)整，因?yàn)橐幻腌娹D(zhuǎn)動(dòng)ー圈即360圓周角，應(yīng)該在1/360秒的時(shí)間內(nèi)就要調(diào)整好這個(gè)位置的葉片，也就是說在0. 0027秒內(nèi)就要調(diào)整到當(dāng)時(shí)的風(fēng)速狀態(tài)下的最佳位置(I秒+360=0. 0027秒)。而在不同的風(fēng)速下每個(gè)葉片攻角的位置都是不同的，都需要重新計(jì)算參數(shù)并調(diào)整好，但是要在這么短的時(shí)間內(nèi)將很多葉片(葉片的數(shù)量范圍有2、3、4、5、6、8、12、16…N個(gè)葉片)調(diào)整到最佳狀態(tài)，就需要根據(jù)葉片的數(shù)量設(shè)置多套調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在極短的時(shí)間內(nèi)將每個(gè)葉片都調(diào)節(jié)到最佳的理想位置，但這是十分困難的，就是因?yàn)闀r(shí)間太短，僅0. 0027秒，在這么短的時(shí)間里需要計(jì)算參數(shù)、得出執(zhí)行數(shù)據(jù)并且通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)葉片進(jìn)行調(diào)整，還要求調(diào)整到最正確的位置，這樣的要求條件，以目前的技術(shù)水平是不可能達(dá)到，所以說在實(shí)際上是難以實(shí)施的。假如我們降低要求，在每10度圓周角內(nèi)調(diào)整ー下(如圖1)，即便是每10度圓周角度調(diào)整一次(精度下降10倍)也需要0. 027秒內(nèi)完成，如果不能在這么短的時(shí)間內(nèi)調(diào)整好，那么垂直軸風(fēng)カ機(jī)的效率就不會(huì)高，從而使整個(gè)風(fēng)カ機(jī)的效率大幅度的下降，調(diào)整的攻角位置與理想攻角位置的誤差越大效率越低。要達(dá)到在這么短的時(shí)間內(nèi)，隨時(shí)的按照變化的風(fēng)速、風(fēng)向調(diào)整到理想位置，無論是機(jī)械式、電動(dòng)式、計(jì)算機(jī)處理式等等都是很難辦到的，即便是從理論上分析是正確的，但是因?yàn)閷?shí)際上調(diào)整允許的時(shí)間太短，目前已知的技術(shù)達(dá)不到此種要求，所以此類方式是不實(shí)用的，在實(shí)際操作中是難以實(shí)施的。說明(圖1)，這是ー個(gè)葉片在一秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)一周(360° )時(shí)的理論位置圖，也是公知的理論位置，如果能夠按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)整每個(gè)葉片的攻角，將會(huì)獲得最高的風(fēng)能利用效率。2、人工干預(yù)方式需要消耗大量的能源，尤其是風(fēng)速較大時(shí)，葉片的風(fēng)壓也很大，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片很困難，需要消耗大量的能源才能夠調(diào)整并且保持好葉片的攻角，即便是在風(fēng)速低時(shí)也需要連續(xù)不斷的消耗能源，因?yàn)槿~片在360度的圓周范圍內(nèi)都是要隨時(shí)變換不同的攻角的，所以調(diào)整葉片攻角的功率消耗是一直存在并且不能中斷的，除非是停風(fēng)、停機(jī)時(shí)是不用能源的。這些能源一般都是利用電力，通過電動(dòng)方式運(yùn)行也有利用風(fēng)カ機(jī)本身的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為機(jī)械カ來調(diào)整，使用機(jī)械能也是要消耗掉大量的風(fēng)カ機(jī)產(chǎn)生的能量的，況且在風(fēng)速低于一定的范圍值時(shí)，產(chǎn)生的機(jī)械力量很小，無カ調(diào)整葉片的攻角。前后一算賬還是總輸出功率大幅度的下降，總輸出功率減去調(diào)整葉片位置所消耗掉的功率，最終所得無幾，是得不償失的。所以人工干預(yù)方式消耗的能源太多，如果消耗掉的能量數(shù)量大到ー個(gè)極限范圍的數(shù)值時(shí)，即超過了該風(fēng)カ機(jī)所產(chǎn)生的總能量時(shí)，也就失去了建立這個(gè)風(fēng)力機(jī)的意義了，因此人工干預(yù)方式并不是一種能夠解決實(shí)際問題的方式。3、另外，人工干預(yù)方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)點(diǎn)特別多(包括齒輪、齒條、導(dǎo)槽、滑塊、限位機(jī)構(gòu)等)，這些裝置在嚴(yán)酷的大自然中受冷熱寒暑、風(fēng)沙雨雪、腐蝕磨損的環(huán)境影響下，也是不能夠正常安全長(zhǎng)期運(yùn)行的，需要大量的維修工作支持，因?yàn)樯鲜鲈?，所以成本不低、制造?fù)雜、運(yùn)行困難、管理不易、維修困難、很難推廣。·4、在以這種方式制作微型、小型風(fēng)カ機(jī)時(shí)因?yàn)檎{(diào)整機(jī)構(gòu)復(fù)雜、精密，安裝空間特別小，也是更不容易解決エ藝方面的問題。以人工干預(yù)的方式，無論是機(jī)械式、電動(dòng)式、磁力式、電子控制式、微機(jī)處理控制式來調(diào)整垂直軸風(fēng)カ機(jī)攻角的方式是不完全、不理想、無法做到垂直軸風(fēng)カ機(jī)的最高效率運(yùn)行，也不能降低成本和安全長(zhǎng)期運(yùn)行的?？v觀現(xiàn)在的多種垂直軸風(fēng)カ機(jī)(垂直軸風(fēng)カ發(fā)電機(jī))的結(jié)構(gòu)形式均為ー根或者是兩根支架，呈“H”型支撐在葉片的內(nèi)部中間，此類支撐桿受カ極大，極易損壞。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供ー種利用風(fēng)カ自身能量調(diào)節(jié)攻角的垂直軸風(fēng)カ機(jī)，以解決現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)カ機(jī)存在的不能自動(dòng)調(diào)整攻角、效率低下的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案ー種利用風(fēng)カ自身能量調(diào)節(jié)攻角的垂直軸風(fēng)カ機(jī)，包括葉片、框架，所述框架至少為2個(gè)，所述框架由旋轉(zhuǎn)主軸、上橫梁、下橫梁、內(nèi)側(cè)立桿和外側(cè)立桿組成，所述上橫梁和下橫梁固定在旋轉(zhuǎn)主軸上，所述內(nèi)側(cè)立桿和外側(cè)立桿固定在上橫梁和下橫梁之間，所述內(nèi)側(cè)立桿和外側(cè)立桿之間對(duì)稱設(shè)有彈性組件，所述彈性組件之間設(shè)有葉片，所述葉片擺動(dòng)軸固定在上橫梁和下橫梁之間，所述葉片擺動(dòng)軸設(shè)在葉片正投影面的縱向中心線與葉片頭部之間。所述葉片擺動(dòng)軸和葉片尾部的距離與葉片擺動(dòng)軸與葉片頭部的距離之比為5. 2 4. 8 8. 8 I. 2等分之間。所述葉片擺動(dòng)軸和葉片尾部的距離與葉片擺動(dòng)軸與葉片頭部的距離之比為5. 5 4. 5、6 :4 或 6. 5 :3. 5。所述框架為“ ロ”形。所述彈性組件的外形為“I”形、“*”形、“C”形、“D”形、“B”形、“0”形或“S”形，
且中間為方形、十字形。所述內(nèi)側(cè)立桿和所述外側(cè)立桿之間距離為葉片的寬度的I至5倍。[0032]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)I、本實(shí)用新型框架為為外支撐框架，內(nèi)側(cè)立桿、外側(cè)立桿與中軸形成ー個(gè)“川”字形框架，葉片安裝在此“川”字框架的中間，內(nèi)側(cè)立桿、外側(cè)立桿與框架的上橫梁與下橫梁形成ー組堅(jiān)固的框架結(jié)構(gòu)，達(dá)到了最強(qiáng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可以使用最少的材料制作出強(qiáng)度最大的部件；2、彈性組件對(duì)葉片起到扶持、緩沖和調(diào)整的作用，當(dāng)葉片從迎風(fēng)面的上風(fēng)向轉(zhuǎn)換到背風(fēng)向的下風(fēng)向的位置點(diǎn)時(shí)，葉片在極短的時(shí)間里面有ー個(gè)角度很大 的快速翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的沖擊特別大，一些設(shè)計(jì)了翻板式葉片的垂直軸風(fēng)カ機(jī)，就是因?yàn)檫@個(gè)特別大的沖擊カ沒有解決，所以不能安全正常的運(yùn)行，極短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)被沖擊損壞，而本實(shí)用新型中的這種結(jié)構(gòu)是利用弾性材料的特點(diǎn)，使葉片在快速的翻轉(zhuǎn)中不產(chǎn)生硬性的沖擊力量，整個(gè)翻轉(zhuǎn)的過程是柔性的連續(xù)受カ狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)了快速翻轉(zhuǎn)，又保持了在沒有沖擊的狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，使葉片和機(jī)組都可以長(zhǎng)壽命的安全運(yùn)行。整個(gè)機(jī)組僅有葉片中軸(葉片自轉(zhuǎn))和連接在立柱上的整個(gè)橫梁架(葉片組圍繞立柱旋轉(zhuǎn)，又稱為公轉(zhuǎn))是轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，除此以外再無任何的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，有別與其它的垂直軸風(fēng)カ機(jī)和風(fēng)カ發(fā)電機(jī)；3、本實(shí)用新型的葉片的中軸位置是“偏置”的，從葉片迎風(fēng)面正投影的方向看，葉片中軸中心線兩邊的受風(fēng)面積不同，有很大的差別(利用風(fēng)的壓力差)，被風(fēng)吹動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的偏轉(zhuǎn)カ矩，會(huì)自動(dòng)的向受風(fēng)面積大的一面轉(zhuǎn)動(dòng)，而在框架式柔性葉片扶持緩沖結(jié)構(gòu)的扶持下又不會(huì)失去控制，隨便亂轉(zhuǎn)，會(huì)自動(dòng)的偏轉(zhuǎn)到最佳的位置，風(fēng)カ大時(shí)偏轉(zhuǎn)的角度大，風(fēng)カ小時(shí)偏轉(zhuǎn)的角度小，是ー個(gè)自動(dòng)的適應(yīng)不同風(fēng)速的葉片攻角位置姿態(tài)并且是連續(xù)快速自動(dòng)調(diào)整的(可以在0. 0027秒內(nèi)快速調(diào)整到最佳角度)。本實(shí)用新型解決了長(zhǎng)期困擾垂直軸風(fēng)カ機(jī)的效率不高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、運(yùn)行困難、成本太高的難題，本實(shí)用新型的風(fēng)カ機(jī)不需要人為的通過多種方式，再消耗額外功率去調(diào)節(jié)葉片攻角位置，充分利用風(fēng)能自身的力量，及時(shí)自動(dòng)的使每個(gè)葉片在不同的位置上，調(diào)整到最佳角度，并且是最高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的外框架結(jié)構(gòu)形式，使垂直軸風(fēng)カ機(jī)的風(fēng)能利用效率達(dá)到最高、其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単、強(qiáng)度大、成本低，故障少，解決了葉片在極短時(shí)間內(nèi)調(diào)整攻角的實(shí)際難題，具有良好的實(shí)際使用效果。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)ー步說明。

圖I是葉片在一秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)一周(360° )時(shí)的理論位置圖；圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式的框架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3的俯視圖；圖5是葉片無風(fēng)時(shí)的示意圖；圖6是葉片順風(fēng)時(shí)的示意圖；圖7是葉片逆風(fēng)時(shí)的示意圖；圖8是葉片擺動(dòng)軸安裝位置的示意圖(內(nèi)、外側(cè)立桿未畫出)；圖9是彈性組件外形為“I”形的示意圖；圖10是彈性組件外形為形的示意圖；[0048]圖11是彈性組件外形為“C”形的示意圖；圖12是彈性組件外形為“D”形的示意圖；圖13是彈性組件外形為“B”形的示意圖；圖14是彈性組件外形為“0”形的示意圖；圖15是彈性組件外形為“S”形的示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I如圖2、3、4所示，本實(shí)用新型ー種利用風(fēng)カ自身能量調(diào)節(jié)攻角的垂直軸風(fēng)カ機(jī)，包括葉片8、框架，框架為6個(gè)，框架由旋轉(zhuǎn)主軸2、上橫梁3、下橫梁4、內(nèi)側(cè)立桿5和外側(cè)立 桿6組成，上橫梁3和下橫梁4固定在旋轉(zhuǎn)主軸2上，內(nèi)側(cè)立桿5和外側(cè)立桿6固定在上橫梁3和下橫梁4之間，內(nèi)側(cè)立桿5和外側(cè)立桿6之間對(duì)稱設(shè)有彈性組件7，彈性組件7之間設(shè)有葉片8，葉片擺動(dòng)軸9固定在上橫梁3和下橫梁4之間。如圖8所示，葉片擺動(dòng)軸9設(shè)在葉片正投影面的縱向中心線與葉片頭部之間。從葉片頂端看葉片的橫剖面，葉片頭部為A，葉片尾部為C，葉片擺動(dòng)軸9為B，葉片擺動(dòng)軸9和葉片尾部的距離為BC，葉片擺動(dòng)軸9與葉片頭部的距離為AB，BC AB為5. 5 :
4.5。彈性組件7由金屬、非金屬、橡膠、塑料、塑膠、牛筋、彈性復(fù)合材料等有機(jī)和無機(jī)弾性材料制作而成。內(nèi)側(cè)立桿5和所述外側(cè)立桿6之間距離為葉片8的寬度的5倍。如圖3所示，框架I為“ ロ”形。如圖9所示，彈性組件7的外形為“I”形，中間為方形、十字形。實(shí)施例2葉片擺動(dòng)軸9和葉片尾部的距離為BC，葉片擺動(dòng)軸9與葉片頭部的距離為AB，BC AB 為 6 :4。內(nèi)側(cè)立桿5和所述外側(cè)立桿6之間距離為葉片8的寬度的3倍。如圖10所示，本實(shí)施例的彈性組件7的外形為形。其他同實(shí)施例I。實(shí)施例3葉片擺動(dòng)軸9和葉片尾部的距離為BC，葉片擺動(dòng)軸9與葉片頭部的距離為AB，BC AB 為 6. 5 :3. 5。如圖11所示，本實(shí)施例的彈性組件(7)的外形為“C”形。內(nèi)側(cè)立桿5和所述外側(cè)立桿6之間距離為葉片8的寬度的I倍。其他同實(shí)施例I。實(shí)施例4葉片擺動(dòng)軸9和葉片尾部的距離為BC，葉片擺動(dòng)軸9與葉片頭部的距離為AB，BC AB 為 5. 2 :4. 8。如圖12所示，本實(shí)施例的彈性組件7的外形為“D”形。其他同實(shí)施例I。[0074]實(shí)施例5葉片擺動(dòng)軸9和葉片尾部的距離為BC，葉片擺動(dòng)軸9與葉片頭部的距離為AB，BC AB 為 8. 8 :1. 2。如圖13所示，本實(shí)施例的彈性組件7的外形為“B”形。其他同實(shí)施例I。實(shí)施例5如圖14所示，本實(shí)施例的彈性組件7的外形為“0”形。其他同實(shí)施例I。實(shí)施例6如圖15所示，本實(shí)施例的彈性組件7的外形為“S”形。其他同實(shí)施例I。本實(shí)用新型的利用風(fēng)カ產(chǎn)生的“葉片偏轉(zhuǎn)力矩”的大小是可以根據(jù)不同地區(qū)的風(fēng)況進(jìn)行寬范圍調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)的方法就是設(shè)置不同的“葉片偏置中軸位置”，其中軸的安裝位置設(shè)計(jì)方法和范圍如下從葉片頂端看葉片的橫剖面，葉片頭部為A，葉片尾部為C，葉片擺動(dòng)軸9為B，葉片擺動(dòng)軸9和葉片尾部的距離為BC，葉片擺動(dòng)軸9與葉片頭部的距離為AB，BC AB為5. 2 :
4.8 8. 8 I. 2等分之間。最佳位置范圍是三種，即5. 5:4. 5 ; 6:4 ； 6. 5:3. 5，在高風(fēng)速地區(qū)可以采用
5.5 :4. 5的位置，在低風(fēng)速地區(qū)可以采用6. 5:3. 5，總之很寬的調(diào)節(jié)范圍可以適應(yīng)多種風(fēng)速地區(qū)需要。例如中軸的最大等分是距葉片尾端8. 8等分，距葉片頭端為I. 2等分，以此類推，中軸位置從距葉片尾端的5. 2等分開始，一直到距葉片尾端的8. 8等分為止，很寬的調(diào)節(jié)范圍可以適應(yīng)不同的地區(qū)風(fēng)況特點(diǎn)。本專利所制造的風(fēng)カ機(jī)中整個(gè)機(jī)組僅有葉片擺動(dòng)軸(葉片自轉(zhuǎn))和連接在立柱上的整個(gè)橫梁架(葉片組圍繞立柱旋轉(zhuǎn)，又稱為公轉(zhuǎn))是轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，除此以外再無任何的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，最簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是本專利的一大最明顯的特點(diǎn)，有別與其它的垂直軸風(fēng)カ機(jī)和風(fēng)カ發(fā)電機(jī)。本專利中所指的葉片的橫剖面形狀包括平板形和“飛機(jī)翼型”兩種，“飛機(jī)翼型范圍內(nèi)的“NAKA-2412”型的“雙面対稱的流線型”葉片，此種葉片加工制造有一定的難度，但是效率較高，平板形葉片效率略低但加工容易，可以大幅度的降低風(fēng)カ機(jī)的制造成本，各有特點(diǎn)均可根據(jù)實(shí)際需要采用，實(shí)用中可以根據(jù)不同的環(huán)境條件采用上述一種或者兩種。葉片的正面投影幾何外形是方形、圓形、三角形、和多邊形。調(diào)整中軸安裝位置，適合不同地區(qū)的風(fēng)況，采用升力與阻力(推力)復(fù)合方式，達(dá)到葉片的的快速自動(dòng)調(diào)整，即實(shí)現(xiàn)了最高的風(fēng)能利用效率又結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用安全，成本特低。實(shí)驗(yàn)效果I、《100瓦(微型)自調(diào)葉片攻角垂直軸風(fēng)カ機(jī)》葉片尺寸高0.8米、寬0.25米回轉(zhuǎn)體直徑1.6米；葉片數(shù)量5片；[0096]葉片翼型NAKA_2412形；啟動(dòng)風(fēng)速き3. 5m/s ;工作風(fēng)速3.5-20m/s ；額定轉(zhuǎn)速范圍60-120轉(zhuǎn)/每分鐘；配套發(fā)電機(jī)永磁低速交流發(fā)電機(jī)I臺(tái)，功率300瓦；輸出功率4. 5m/s時(shí)輸出30瓦；6m/s風(fēng)速時(shí)輸出80瓦；10m/s風(fēng)速時(shí)輸出100瓦；15m/s風(fēng)速時(shí)輸出200瓦；20m/s風(fēng)速時(shí)輸出300瓦。停機(jī)風(fēng)速大于20m/s時(shí)由電磁剎車自動(dòng)剎車停機(jī)，另設(shè)I套手動(dòng)剎車系統(tǒng)，可以隨時(shí)進(jìn)行剎車；抗大風(fēng)性能在大于20m/s吋，電磁剎車系統(tǒng)會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)速大于120轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行剎車，剎車后風(fēng)力機(jī)不再轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片也不用特意保護(hù)，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到25m/s以上時(shí)(包括臺(tái)風(fēng)吋)可根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，提前1-2天將全部葉片拆下，因?yàn)榫嚯x地面很近，葉片底部距離地面只有0. 3-0. 5米高，所以拆卸葉片很方便，僅憑堅(jiān)固的框架即可抵抗ぎ25m/s的風(fēng)速和臺(tái)風(fēng)；適用范圍家庭中的照明、樓梯的走廊燈、路燈、庭院燈等，風(fēng)カ機(jī)本身僅200元，配套蓄電池和逆變器成本在1000元以內(nèi)(普通鉛酸蓄電池如果采用鋰離子蓄電池，價(jià)格在4000元以內(nèi))。2、《2千瓦(小型)自調(diào)葉片攻角垂直軸風(fēng)カ機(jī)》葉片尺寸高I. 5米、寬0.45米回轉(zhuǎn)體直徑3米；葉片數(shù)量5片；葉片翼型NAKA_2412形；啟動(dòng)風(fēng)速き3. 5m/s ;工作風(fēng)速3.5-20m/s ;額定轉(zhuǎn)速范圍60-100轉(zhuǎn)/每分鐘；配套發(fā)電機(jī)永磁低速交流發(fā)電機(jī)I臺(tái)，功率3千瓦；輸出功率4. 5m/s時(shí)輸出280瓦；6m/s風(fēng)速時(shí)輸出420瓦；10m/s風(fēng)速時(shí)輸出I千瓦；15m/s風(fēng)速時(shí)輸出I. 8千瓦；20m/s風(fēng)速時(shí)輸出2. 6-3千瓦功率；停機(jī)風(fēng)速大于20m/s時(shí)由電磁(離心力)剎車系統(tǒng)自動(dòng)剎車停機(jī)，另設(shè)I套手動(dòng)剎車系統(tǒng)，可以隨時(shí)進(jìn)行剎車；抗大風(fēng)性能在大于20m/s時(shí)，電磁剎車系統(tǒng)會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)速大于120轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行剎車，剎車后風(fēng)力機(jī)不再轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片也不用特意保護(hù)，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到25m/s以上時(shí)(包括臺(tái)風(fēng)吋)可根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，提前1-2天將全部葉片拆下，因?yàn)榫嚯x地面很近，葉片底部距離地面只有0. 3-0. 5米高，所以拆卸葉片很方便，僅憑堅(jiān)固的框架即可抵抗25m/s的風(fēng)速和臺(tái)風(fēng)；適用范圍公路路燈、高速公路路燈、家庭炊事使用等，風(fēng)カ機(jī)本身僅1000元，配套蓄電池和逆變器成本在10000元以內(nèi)(普通鉛酸蓄電池)如果采用鋰離子蓄電池，價(jià)格在30000元以內(nèi)。3、《50千瓦(中型)自調(diào)葉片攻角并網(wǎng)型垂直軸風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組》葉片尺寸聞8米、寬3. 5米；回轉(zhuǎn)體直徑15米；[0121]葉片數(shù)量6片；葉片翼型NAKA_2412形；啟動(dòng)風(fēng)速き3m/s ；工作風(fēng)速3-20m/s;額定轉(zhuǎn)速范圍30-60轉(zhuǎn)/每分鐘；配套發(fā)電機(jī)交流異步發(fā)電機(jī)10臺(tái)，每臺(tái)功率I千瓦，總輸出功率70千瓦，在30-60分鐘內(nèi)可以達(dá)到超載出力150%，即可以短時(shí)允許總輸出功率達(dá)105千瓦有功功率。并網(wǎng)方式本機(jī)采用“異步發(fā)電機(jī)自同期并網(wǎng)”方式，具體為10臺(tái)異步發(fā)電機(jī)組分次并網(wǎng)，并非是一次性全部發(fā)電機(jī)投入并網(wǎng)，而是根據(jù)風(fēng)速的大小，風(fēng)カ機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，經(jīng)“PCL”自動(dòng)控制器預(yù)先設(shè)定好參數(shù)，根據(jù)當(dāng)時(shí)的風(fēng)速和風(fēng)カ機(jī)的轉(zhuǎn)速控制這10臺(tái)發(fā)電機(jī) 分別、分次逐步的投入或者撤出電網(wǎng)達(dá)到充分利用當(dāng)時(shí)的風(fēng)速情況高效平穩(wěn)無沖擊并網(wǎng)的工作狀態(tài)；輸出功率4. 5m/s時(shí)輸出14千瓦(2臺(tái)發(fā)電機(jī));6m/s風(fēng)速時(shí)輸出21千瓦(3臺(tái)發(fā)電機(jī))；10m/s風(fēng)速時(shí)輸出42千瓦(6臺(tái)發(fā)電機(jī))；15m/s風(fēng)速時(shí)輸出56千瓦(8臺(tái)發(fā)電機(jī))；20m/s風(fēng)速時(shí)輸出80-105千瓦(10臺(tái)發(fā)電機(jī))的總有功功率，上述向電網(wǎng)輸出的均為有功
功率;停機(jī)風(fēng)速大于20m/s時(shí)由電磁剎車自動(dòng)剎車停機(jī)，另設(shè)I套手動(dòng)剎車系統(tǒng)，可以隨時(shí)進(jìn)行剎車；抗大風(fēng)性能在大于20m/s吋，“PLC”自動(dòng)控制器會(huì)根據(jù)風(fēng)速和轉(zhuǎn)速情況自動(dòng)進(jìn)行剎車，剎車后風(fēng)カ機(jī)不再轉(zhuǎn)動(dòng)，本機(jī)葉片為伸縮型葉片，通過液壓機(jī)構(gòu)可以將葉片高度降低到長(zhǎng)度的1/4，并且有“自鎖紫”裝置可以抗臺(tái)風(fēng)損壞。可根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，提前幾小時(shí)操作液壓系統(tǒng)降低葉片長(zhǎng)度，安全度過臺(tái)風(fēng)期。功率范圍50千瓦范圍，海邊使用的低風(fēng)速機(jī)組，成本低、抗臺(tái)風(fēng)，每臺(tái)投資30-100萬元，每年按照4000小時(shí)實(shí)際發(fā)電量計(jì)算(沿海有效風(fēng)能時(shí)間是5000-6000小吋)最低可上網(wǎng)20萬度電，毎度電按照0. 6元計(jì)算可得12萬元2. 5-3年收回成本。4,((200千瓦(大型)自調(diào)葉片攻角并網(wǎng)型垂直軸風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組》葉片尺寸高12米、寬5. 5米；回轉(zhuǎn)體直徑30米；葉片數(shù)量6片；葉片翼型NAKA_2412形；啟動(dòng)風(fēng)速き3m/s;工作風(fēng)速3-20m/s;額定轉(zhuǎn)速范圍30-60轉(zhuǎn)/每分鐘；配套發(fā)電機(jī)交流異步發(fā)電機(jī)10臺(tái)，每臺(tái)功率20千瓦，總輸出功率200千瓦，在30-60分鐘內(nèi)可以達(dá)到超載出力150%，即可以允許總輸出功率達(dá)225千瓦有功功率。并網(wǎng)方式本機(jī)采用“異步發(fā)電機(jī)自同期并網(wǎng)”方式，具體為10臺(tái)異步發(fā)電機(jī)組分次并網(wǎng)，并非是一次性全部發(fā)電機(jī)投入并網(wǎng)，而是根據(jù)風(fēng)速的大小，風(fēng)カ機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，經(jīng)“PCL”自動(dòng)控制器預(yù)先設(shè)定好參數(shù)，根據(jù)當(dāng)時(shí)的風(fēng)速和風(fēng)カ機(jī)的轉(zhuǎn)速控制這10臺(tái)發(fā)電機(jī)分別、分次逐步的投入或者撤出電網(wǎng)達(dá)到充分利用當(dāng)時(shí)的風(fēng)速情況高效平[0142]穩(wěn)無沖擊并網(wǎng)的工作狀態(tài)；輸出功率4. 5m/s時(shí)輸出50千瓦；6m/s風(fēng)速時(shí)輸出100千瓦；10m/s風(fēng)速時(shí)輸出150千瓦；15m/s風(fēng)速時(shí)輸出180千瓦；20m/s風(fēng)速時(shí)輸出200-225千瓦的總有功功率，上述向電網(wǎng)輸出的均為有功功率；停機(jī)風(fēng)速大于20m/s時(shí)由電磁剎車自動(dòng)剎車停機(jī)，另設(shè)I套手動(dòng)剎車系統(tǒng)，可以隨時(shí)進(jìn)行剎車；抗大風(fēng)性能在大于20m/s吋，“PLC”自動(dòng)控制器會(huì)根據(jù)風(fēng)速和轉(zhuǎn)速情況自動(dòng)進(jìn)行剎車，剎車后風(fēng)カ機(jī)不再轉(zhuǎn)動(dòng)，本機(jī)葉片為伸縮型葉片，通過液壓機(jī)構(gòu)可以將葉片高度降低到長(zhǎng)度的1/4，并且有“自鎖紫”裝置可以抗臺(tái)風(fēng)損壞?？筛鶕?jù)天氣預(yù)報(bào)，提前幾小時(shí)操作液壓系統(tǒng)降低葉片長(zhǎng)度，安全度過臺(tái)風(fēng)期。說明功率范圍200千瓦范圍，海邊使用的低風(fēng)速機(jī)組，成本低、抗臺(tái)風(fēng)，每臺(tái)投資 150萬元，每小時(shí)額定發(fā)電量為200千瓦有功功率電能，每年按照4000小時(shí)實(shí)際發(fā)電量計(jì)算(沿海有效風(fēng)能時(shí)間是5000-6000小吋)最低可上網(wǎng)80萬度電，毎度電按照0. 6元計(jì)算可得48萬元3-4年收回成本。5、10 (50)兆瓦軌道式垂直軸風(fēng)カ發(fā)電機(jī)裝置軌道形式橢圓形環(huán)形軌道，長(zhǎng)3000米；葉片尺寸高10米、寬3. 5米；發(fā)電車輛300個(gè)，每個(gè)發(fā)電5-10千瓦(4-5級(jí)風(fēng)，風(fēng)速5-8m/s)，每輛發(fā)電車安裝1-3片葉片，使用本專利的實(shí)用新型技術(shù)內(nèi)容，自動(dòng)調(diào)整葉片的受風(fēng)“攻角”高效產(chǎn)生推動(dòng)力，使發(fā)電車輛沿著圓形(包括橢圓形、不規(guī)則圓形)軌道運(yùn)行，也可以說，就是一列風(fēng)カ推動(dòng)的車輛組。車輛ー走,輪軸轉(zhuǎn)動(dòng),從這個(gè)車輛的輪軸引出動(dòng)力，帶動(dòng)安置在此車輛上的發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電，經(jīng)安置在車上的三相整流器整流為690V (或者是自行確定的電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn))的直流電，經(jīng)過受電弓方式(即現(xiàn)在的高速電動(dòng)火車的方式，正是ー種電動(dòng)火車的“逆向運(yùn)行”方式，即風(fēng)吹車走，發(fā)電送出)。從車輛下面設(shè)置的的直流母線輸出后，經(jīng)直流交流逆變變壓器，逆變成三相交流電后與電網(wǎng)并聯(lián)入網(wǎng)?？偣β试谖覈?guó)東南沿海的海邊每年有5000-6000小時(shí)的3-5級(jí)風(fēng)(風(fēng)速4-8m/s)，本系統(tǒng)在此風(fēng)速范圍內(nèi)的額定發(fā)電量為10-50兆瓦，即每小時(shí)發(fā)電1-5萬度電能，按照每小時(shí)I萬度電計(jì)算，毎年5000小時(shí)可以發(fā)電5000萬度，毎度電按照0. 6元計(jì)算，毎年可收入3000萬元，投入I億元，3. 5年可以收回投資。
權(quán)利要求1.一種利用風(fēng)力自身能量調(diào)節(jié)攻角的垂直軸風(fēng)力機(jī)，包括葉片，其特征在于還包括框架，所述框架至少為2個(gè)，所述框架由旋轉(zhuǎn)主軸(2)、上橫梁(3)、下橫梁(4)、內(nèi)側(cè)立桿(5 )和外側(cè)立桿(6 )組成，所述上橫梁(3 )和下橫梁(4 )固定在旋轉(zhuǎn)主軸(2 )上，所述內(nèi)側(cè)立桿(5 )和外側(cè)立桿(6 )固定在上橫梁(3 )和下橫梁(4 )之間，所述內(nèi)側(cè)立桿(5 )和外側(cè)立桿(6)之間對(duì)稱設(shè)有彈性組件(7)，所述彈性組件(7)之間設(shè)有葉片(8)，所述葉片擺動(dòng)軸(9)固定在上橫梁(3)和下橫梁(4)之間，所述葉片擺動(dòng)軸(9)設(shè)在葉片正投影面的縱向中心線與葉片頭部之間。
2.如權(quán)利要求I所述的一種利用風(fēng)力自身能量調(diào)節(jié)攻角的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于所述葉片擺動(dòng)軸(9)和葉片尾部的距離與葉片擺動(dòng)軸(9)與葉片頭部的距離之比為5.2 :4. 8 8. 8 :1. 2等分之間。
3.如權(quán)利要求2所述的一種利用風(fēng)力自身能量調(diào)節(jié)攻角的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于所述葉片擺動(dòng)軸(9)和葉片尾部的距離與葉片擺動(dòng)軸(9)與葉片頭部的距離之比為5.5 -A. 5、6 :4 或 6. 5 3. 5。
4.如權(quán)利要求I所述的一種利用風(fēng)力自身能量調(diào)節(jié)攻角的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于所述框架(I)為“口”形。
5.如權(quán)利要求I所述的一種利用風(fēng)力自身能量調(diào)節(jié)攻角的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于所述彈性組件(7)的外形為“I”形、形、“C”形、“D”形、“B”形、“0”形或“S”形，且中間為方形、十字形。
6.如權(quán)利要求I至5任一所述的一種利用風(fēng)力自身能量調(diào)節(jié)攻角的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于所述內(nèi)側(cè)立桿(5)和所述外側(cè)立桿(6)之間距離為葉片(8)的寬度的I至5倍。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種利用風(fēng)力自身能量調(diào)節(jié)攻角的垂直軸風(fēng)力機(jī)，包括葉片、框架，所述框架至少為2個(gè)，所述框架由旋轉(zhuǎn)主軸、上橫梁、下橫梁、內(nèi)側(cè)立桿和外側(cè)立桿組成，所述上橫梁和下橫梁固定在旋轉(zhuǎn)主軸上，所述內(nèi)側(cè)立桿和外側(cè)立桿固定在上橫梁和下橫梁之間，所述內(nèi)側(cè)立桿和外側(cè)立桿之間對(duì)稱設(shè)有彈性組件，所述彈性組件之間設(shè)有葉片，所述葉片擺動(dòng)軸固定在上橫梁和下橫梁之間，所述葉片擺動(dòng)軸設(shè)在葉片正投影面的縱向中心線與葉片頭部之間。本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)充分利用風(fēng)能自身的力量，及時(shí)自動(dòng)的使每個(gè)葉片在不同的位置上，調(diào)整到最佳角度，并且是最高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的外框架結(jié)構(gòu)形式，解決了葉片在極短時(shí)間內(nèi)調(diào)整攻角的實(shí)際難題，具有良好的實(shí)際使用效果。
文檔編號(hào)F03D7/06GK202520480SQ20122018568
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者趙春華, 鄭爾歷 申請(qǐng)人:趙春華, 鄭爾歷