專(zhuān)利名稱(chēng)：一種變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)，涉及垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪結(jié)構(gòu)，屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
葉片是垂直軸風(fēng)力機(jī)關(guān)鍵部件之一，葉片負(fù)責(zé)風(fēng)能的汲取和機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。由于葉片承受離心載荷和彎矩以及脈動(dòng)風(fēng)載的綜合作用，傳統(tǒng)的懸臂式葉片安裝方式使得葉片根部很單薄，葉片連接部位應(yīng)力集中嚴(yán)重，葉片根部斷裂成為葉片失效的主要形式之一。采用安全、可靠性高的葉片安裝方式是保證葉片使用壽命以及降低葉片顫振的有效措施。兩端支撐方式被認(rèn)為是可以有效改善葉片受力狀態(tài)的安裝方式，葉片的振動(dòng)特性都得到一定程度的緩解。對(duì)于定槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)，由于葉片只有繞風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，葉片支撐桿可以直接與葉片連接；但是對(duì)于變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)，葉片除了繞風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，還有繞自身轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，這對(duì)葉片的兩端支撐方式帶來(lái)一定的實(shí)施難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了了一種變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)，葉片的兩端借助上、下兩個(gè)擋流板非剛性地插接并用拉索拉緊成一個(gè)葉片組件；葉片組件的兩端再分別借助上下旋轉(zhuǎn)軸和軸承安裝于雙懸臂框架的兩個(gè)外伸臂之間，變槳距驅(qū)動(dòng)裝置與在葉片組件下端相連，實(shí)現(xiàn)葉片的變槳距控制；而整個(gè)雙懸臂框架借助兩根斜拉支撐桿與旋轉(zhuǎn)主軸連接。其有益效果在于:便于風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪結(jié)構(gòu)的重組，降低設(shè)計(jì)成本；便于葉片的安裝與維護(hù)，也改善葉片展向氣動(dòng)力分布和葉片端部橫向流動(dòng)。本發(fā)明所涉及的一種變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)包括旋轉(zhuǎn)主軸、支撐桿、雙懸臂框架、擋流板、軸承座、拉索、拉緊螺栓 、葉片和變槳驅(qū)動(dòng)裝置等零部件并按下述方式組合:兩個(gè)L型彎桿與I型連接桿借助法蘭盤(pán)和螺栓連接成雙懸臂框架；兩根斜拉支撐桿的一端借助法蘭盤(pán)和螺栓與旋轉(zhuǎn)主軸固接，而另一端借助銷(xiāo)軸與雙懸臂框架的立桿鉸接。當(dāng)環(huán)境或者用戶(hù)要求風(fēng)力機(jī)發(fā)電容量改變時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)斜拉支撐桿和I型連接桿的長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪半徑和葉片安裝長(zhǎng)度的變化。擋流板是由一塊加工有安裝孔和拉緊螺栓孔的平板和焊于其一側(cè)的翼型圍板構(gòu)成，其中翼型圍板內(nèi)壁與葉片橫斷面翼型相吻合，并允許葉片端部插入；葉片兩端分別插裝在上、下兩塊擋流板之間；穿過(guò)葉片內(nèi)腔的拉索兩端與穿過(guò)擋流板平板上拉緊螺栓孔的拉緊螺栓連接，并在旋緊拉緊螺栓的情況下將葉片、上下?lián)趿靼謇o成一體，構(gòu)成一個(gè)葉片安裝組件。沿所述的葉片安裝組件的縱向、借助兩個(gè)端部擋流板平板上的安裝孔和螺栓分別同軸線(xiàn)地固裝上下軸承座的旋轉(zhuǎn)件和旋轉(zhuǎn)軸，而上下軸承座的固定件與雙懸臂框架外伸段端部?jī)?nèi)側(cè)固連，以確保沿葉片安裝組件在所述的雙懸臂框架內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。上軸承座采用調(diào)心球軸承,下軸承座則使用深溝球軸承或推力球軸承,推力球軸承主要承受葉片的重力，而調(diào)心球軸承允許葉片發(fā)生較大的彎曲變形，同時(shí)允許葉片存在一定的安裝誤差。所述的變槳距驅(qū)動(dòng)裝置中的伺服電機(jī)安裝于雙懸臂框架下外伸段端部的外側(cè)，其轉(zhuǎn)軸穿過(guò)所述端部的通孔與葉片安裝組件下端的所述旋轉(zhuǎn)軸鍵連接，實(shí)現(xiàn)葉片槳距角的實(shí)時(shí)控制；采用直驅(qū)形式可以降低變槳距驅(qū)動(dòng)裝置的復(fù)雜程度；伺服電機(jī)19外面加裝保護(hù)罩，起到防水、防塵和其它保護(hù)的作用。葉片安裝時(shí)的定位以及葉片變形控制都是由翼型圍板來(lái)完成的。根據(jù)葉片材料的物理屬性，可以計(jì)算出翼型圍板的深度。根據(jù)葉片的受力特性可以得到葉片所能承受的最
大載荷系數(shù)^max =8!^，其中，[σ]為許用彎曲應(yīng)力，W為抗彎截面模量，E為彈性模量，
I
I為慣性矩，I為葉片長(zhǎng)度。又若假設(shè)風(fēng)輪結(jié)構(gòu)有足夠的剛度，則根據(jù)力學(xué)知識(shí)可以得到葉片在最大載荷系數(shù)下的撓曲線(xiàn)方程4 =Μ.Ρ2-2/χ2+X2)，從而葉片變形后撓曲線(xiàn)的長(zhǎng)
度=J0V,:+硫，以及翼型圍板深度的計(jì)算公式:六辦-,)°本發(fā)明能通過(guò)調(diào)節(jié)支撐桿長(zhǎng)度同時(shí)改變風(fēng)輪半徑和葉片安裝高度，有助于風(fēng)力機(jī)發(fā)電容量的擴(kuò)充；提出的葉片安裝方式便于葉片的安裝和維護(hù)，且葉片安裝長(zhǎng)度不受限制，還降低了葉片連接部位的應(yīng)力集中，確保葉片的使用安全；葉片采用兩端支撐以及上下軸承座的配套使用，有利于葉片承受更大的彎曲變形。


圖1 一種變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)的整體示意2 —種變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)的葉片和變槳距驅(qū)動(dòng)裝置安裝示意3 —種變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)的擋流板結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 一種變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)的葉片受力圖
具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施方式
并結(jié)合附圖加以說(shuō)明。如圖1和圖3所示，本發(fā)明包括支撐桿2、雙懸臂框架、擋流板8、軸承座5和軸承、拉索14、拉緊螺栓10、葉片4和變槳驅(qū)動(dòng)裝置等；其中旋轉(zhuǎn)主軸I與兩根斜拉的支撐桿2的一端借助法蘭盤(pán)和螺栓固連，兩個(gè)L型彎桿3與一根I型連接桿11借助法蘭盤(pán)和螺栓連接成雙懸臂框架，雙懸臂框架的立桿與兩根斜拉的支撐桿2的另一端鉸接。擋流板8由一塊加工有安裝孔的平板與焊于其一側(cè)的翼型圍板構(gòu)成，其中翼型圍板內(nèi)壁與葉片4橫斷面翼型相吻合，并允許葉片4端部插入；葉片4的兩端分別插裝在上、下兩塊擋流板8之間；穿過(guò)葉片內(nèi)腔的拉索14借助平板上的安裝孔和拉緊螺栓10將葉片4、擋流板8拉緊成一體，構(gòu)成一個(gè)葉片安裝組件。如圖2所示，沿所述的葉片安裝組件的縱向、借助兩個(gè)端部擋流板8平板上的安裝孔和螺栓分別同軸線(xiàn)地固裝上下軸承座5的旋轉(zhuǎn)件和葉片4的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，而上下軸承座5的固定件與所述的雙懸臂框架外伸段端部?jī)?nèi)側(cè)固連，以確保所述的葉片安裝組件在所述的雙懸臂框架內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。所述的變槳距驅(qū)動(dòng)裝置中的伺服電機(jī)19安裝于雙懸臂框架下外伸段端部的外側(cè)，其轉(zhuǎn)軸穿過(guò)該端部的通孔與葉片安裝組件下端的旋轉(zhuǎn)軸鍵連接，實(shí)現(xiàn)葉片槳距角的實(shí)時(shí)控制；伺服電機(jī)19外面加裝保護(hù)罩20。
如圖2所示，一般情況下，所述的葉片安裝組件上邊的軸承座5內(nèi)安裝調(diào)心球軸承15，而下邊的軸承座5內(nèi)安裝深溝球軸承16和推力球軸承17 ;其中，推力球軸承17主要承受葉片的重力，而調(diào)心球軸承15允許葉片發(fā)生較大的彎曲變形，并允許葉片安裝存在一定的誤差。

本發(fā)明的有益效果在于:便于風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪結(jié)構(gòu)的重組，降低設(shè)計(jì)成本；便于葉片的安裝與維護(hù)，也改善葉片展向氣動(dòng)力分布和葉片端部橫向流動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于:包括支撐桿(2)、雙懸臂框架、擋流板(8)、軸承座(5)和軸承、拉索(14)、拉緊螺栓(10)、葉片(4)和變槳驅(qū)動(dòng)裝置等；其中，兩根斜拉的支撐桿(2)的一端借助法蘭盤(pán)和螺栓與風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸(I)固連，兩個(gè)L型彎桿(3)與一根I型連接桿(11)借助法蘭盤(pán)和螺栓連接成雙懸臂框架，其立桿部分與兩根斜拉的支撐桿(2)的另一端鉸接；擋流板(8)由一塊加工有安裝孔的平板和焊于其一側(cè)的翼型圍板構(gòu)成，其中翼型圍板內(nèi)壁與葉片(4)橫斷面的翼型相吻合；葉片(4)的兩端分別插裝在上、下兩塊擋流板(8)的翼型圍板內(nèi)；穿過(guò)葉片(4)內(nèi)腔的拉索(14)借助擋流板(8)平板上的安裝孔和拉緊螺栓(10)將葉片(4)、擋流板(8)拉緊成一個(gè)葉片安裝組件；沿所述的葉片安裝組件的縱向、借助兩個(gè)端部擋流板(8)平板上的安裝孔和螺栓分別同軸線(xiàn)地固裝上下軸承座(5)的旋轉(zhuǎn)件和葉片(4)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，而上下軸承座(5)的固定件與所述的雙懸臂框架外伸段端部?jī)?nèi)側(cè)固連，以確保所述的葉片安裝組件在所述的雙懸臂框架內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)；所述的變槳距驅(qū)動(dòng)裝置中的伺服電機(jī)(19)安裝于所述的雙懸臂框架下外伸段端部的外側(cè)，其轉(zhuǎn)軸穿過(guò)該端部的通孔與葉片安·裝組件下端的所述旋轉(zhuǎn)軸鍵連接。
全文摘要
一種變槳距垂直軸風(fēng)力機(jī)，包括支撐桿、雙懸臂框架、擋流板、軸承、拉索、拉緊螺栓、葉片和變槳驅(qū)動(dòng)裝置。I型連接桿借助兩端的法蘭分別與兩個(gè)L型彎桿固連成雙懸臂框架；兩根支撐桿將雙懸臂框架斜拉在旋轉(zhuǎn)主軸上；葉片兩端插裝在上、下兩個(gè)擋流板內(nèi)；穿過(guò)葉片內(nèi)腔的拉索借助拉緊螺栓將三者緊連成葉片安裝組件；而其縱向兩端擋流板的外側(cè)分別固裝同軸線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)軸，并借助軸承確保它在雙懸臂框架內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)；采用直驅(qū)方式的變槳距控制裝置安裝在葉片組件下端。本發(fā)明安裝、拆卸方便，減小葉片安裝的局部應(yīng)力且不受葉片安裝長(zhǎng)度限制；減小風(fēng)輪掃風(fēng)面積和風(fēng)阻；采用模塊化設(shè)計(jì)，便于風(fēng)力機(jī)發(fā)電功率的擴(kuò)展。
文檔編號(hào)F03D3/06GK103233856SQ20131011777
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者張立勛, 梁迎彬, 焦啟飛, 孟婧佳 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)