專利名稱：一種具有雙層葉片的垂直軸風(fēng)力機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種具有雙層葉片的垂直軸風(fēng)力機(jī),屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的重要替代能源，垂直軸風(fēng)力機(jī)已經(jīng)成為一種重要的風(fēng)力發(fā)電裝置，但是升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)的啟動能力是制約垂直軸風(fēng)力機(jī)發(fā)展的重要因素之一，成為風(fēng)機(jī)設(shè)計者關(guān)注的重點。目前，解決風(fēng)力機(jī)啟動問題的方案有多種，其中最具代表性的一種方法是升力型風(fēng)力機(jī)與阻力型風(fēng)力機(jī)相結(jié)合，利用阻力型風(fēng)力機(jī)低風(fēng)速啟動性能好的優(yōu)勢改善升力型風(fēng)力機(jī)的啟動特性，通常是將Φ型或H型風(fēng)力機(jī)與S型風(fēng)力機(jī)組合，如專利200920261028.5《升阻力混合型垂直軸風(fēng)力機(jī)》中采用了將H型葉片與S型葉片組合的風(fēng)輪結(jié)構(gòu)；但是當(dāng)風(fēng)力機(jī)工作在高尖速比后，S型葉片的影響越來越嚴(yán)重并降低了風(fēng)能利用率。另外一種方法就是采用具有較高啟動特性的翼型，如非對稱翼型NACA4415 ；但當(dāng)翼型的彎度較大時會失去自啟動能力，如FX63-137翼型。此外，還有人對現(xiàn)有翼型進(jìn)行再設(shè)計以提高其啟動能力，如US20070177970專利《Vertical axis wind turbine andwind turbine blade》所述；但由于翼型對流場參數(shù)十分敏感,設(shè)計出適應(yīng)不同雷諾數(shù)條件的翼型具有很大難度。研究發(fā)現(xiàn)，變槳距控制不僅可以提高風(fēng)力機(jī)的啟動能力，還可以進(jìn)一步提高風(fēng)能利用率； 但是變槳距控制一般都需要額外的驅(qū)動單元，增加了系統(tǒng)復(fù)雜程度和成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所涉及的一種具有雙層葉片的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其定槳距葉片固定安裝，變槳距葉片則借助變槳距齒輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)變槳距轉(zhuǎn)動；并根據(jù)采用翼型的氣動特性，優(yōu)化兩層葉片的安裝位置和弦徑比參數(shù)，實現(xiàn)兩層葉片工作尖速比的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，改善了風(fēng)力機(jī)的啟動能力；進(jìn)而確保變槳距齒輪機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力矩來自定槳距葉片和自身葉片產(chǎn)生的合氣動力，不需額外動力源。本發(fā)明包括塔架、外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪支撐臂、定槳距葉片、變槳距葉片和變槳距齒輪機(jī)構(gòu)等；其中變槳距齒輪機(jī)構(gòu)主要由固定齒輪、惰輪、同步輪、小齒形帶輪、變速齒形帶輪和同步帶組成。外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)的定子與塔架固連，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與風(fēng)輪支撐臂連接。風(fēng)輪支撐臂上安裝兩層葉片，定槳距葉片弦長大，定槳距安裝；變槳距葉片弦長小，采用由周轉(zhuǎn)輪系以及帶傳動組成的變槳距齒輪機(jī)構(gòu)。固定齒輪安裝并固連在塔架上，惰輪、同步輪和變速齒形帶輪分別安裝在風(fēng)輪支撐臂上；小齒形帶輪與同步輪同軸安裝，變槳距葉片與變速齒形帶輪同軸安裝；固定齒輪、惰輪、同步輪依次嚙合；同步輪將旋轉(zhuǎn)運動傳遞給小齒形帶輪，再經(jīng)同步帶傳遞到變速齒形帶輪；調(diào)整各齒輪和帶輪的傳動比確保變槳距葉片的轉(zhuǎn)速為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的一半，且方向相反。運動分析如下(參照


圖7 ):固定齒輪固定于塔架上，設(shè)其半徑為Γι，惰輪和同步輪只滾而不滑動，惰輪半徑為r2，同步輪半徑為1*3，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速度為GJci ;D點為固定齒輪與惰輪II的接觸點，C點為惰輪與同步輪的接觸點，則風(fēng)輪支撐臂上A點的速度為Va= ω ^.0A= ω ^ (r1+r2);接觸點D的速度為Vd=Wda ;由于齒輪I固定不動且點D不滑動，因而Vd=Va= Coci(I^r2)，方向與Va相反；惰
輪的角速度為
權(quán)利要求
1.一種具有雙層葉片的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于:采用變槳距齒輪機(jī)構(gòu)并優(yōu)化定槳距葉片(4)和變槳距葉片(3)的弦徑比；其中，所述的變槳距齒輪機(jī)構(gòu)由固定齒輪(11)、惰輪(10)、同步輪(8)、小齒形帶輪(9)、變速齒形帶輪(6)和同步帶(7)組成；外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī) (2)的定子與風(fēng)力機(jī)的塔架(I)固連，外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子與風(fēng)輪支撐臂(5)連接；定槳距葉片(4)安裝在風(fēng)輪支撐臂外端，變槳距葉片(3)安裝在定槳距葉片(4)的內(nèi)側(cè)；固定齒輪(11)位于外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)(2 )上部并與塔架(I)固連；惰輪(10)安裝在風(fēng)輪支撐臂(5)上，繞自身轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動并與固定齒輪(11)嚙合；同步輪(8 )安裝在風(fēng)輪支撐臂(5 )上，繞自身轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動并與惰輪(10)嚙合；小齒形帶輪(9)與同步輪(8)同軸固連；變速齒形帶輪(6)安裝于風(fēng)輪支撐臂(5)上且繞自身轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，變槳距葉片(3)與變速齒形帶輪(6)固連，變速齒形帶輪(6)與小齒形帶輪(9)借助同步帶(7)傳動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙層葉片的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于:固定齒輪(11)、惰輪(10)、同步輪(8)的齒數(shù)比為2:1:1，小齒形帶輪(9)與變速齒形帶輪(6)的齒數(shù)比為1:2 ;變槳距葉片(3)的轉(zhuǎn)速為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的一半，轉(zhuǎn)動方向與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)方向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有雙層葉片的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于:根據(jù)風(fēng)力機(jī)的運行特性與氣動性能，定槳距葉片(4)的弦徑比C/R為0.3 ;變槳距葉片(3)的弦徑比C/R 為 0.33。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有雙層葉片的垂直軸風(fēng)力機(jī)，采用變槳距齒輪機(jī)構(gòu)以及優(yōu)化的定槳距葉片和變槳距葉片的弦徑比。其中，定槳距葉片安裝在風(fēng)輪支撐臂外端，變槳距葉片安裝在風(fēng)輪支撐臂內(nèi)側(cè)。變槳距齒輪機(jī)構(gòu)由固定齒輪、惰輪、同步輪和齒形帶輪組成，借助輪系和皮帶傳動并通過協(xié)調(diào)各齒輪和齒形帶輪的傳動比實現(xiàn)變槳距葉片預(yù)期的運動。固定齒輪、惰輪、同步輪的齒數(shù)比為2:1:1，小齒形帶輪與變速齒形帶輪的齒數(shù)比為1:2；變槳距葉片的轉(zhuǎn)速為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的一半，轉(zhuǎn)動方向與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)方向相反；定槳距葉片的弦徑比C/R為0.3；變槳距葉片的弦徑比C/R為0.33。本發(fā)明的有益效果在于提高了風(fēng)力機(jī)的啟動能力且不需額外動力源。
文檔編號F03D3/06GK103233857SQ20131011777
公開日2013年8月7日 申請日期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, 王曉宇 申請人:哈爾濱工程大學(xué)