[技術(shù)領(lǐng)域]

本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域,確切的講是一種為了增加風(fēng)輪強(qiáng)度及集風(fēng)效率的輔助機(jī)械裝置。

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背景技術(shù)：
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風(fēng)力發(fā)電風(fēng)輪是由：輪轂、葉片組成；對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在輪轂內(nèi)還有變槳距裝置(改變?nèi)~片攻角的裝置)。

改變?nèi)~片的攻角的裝置：是使葉片能在輪轂的軸線上轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備，調(diào)整葉片與來(lái)流風(fēng)之間的角度，以獲取更好地升力，提高風(fēng)能利用率。通常包含：變槳電機(jī)，變槳控制柜，備用電池(或液壓設(shè)備，使用液壓可以不用電機(jī))，變槳軸承以及其他的附屬設(shè)備。

變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是指整個(gè)葉片繞葉片中心軸旋轉(zhuǎn),使葉片攻角在一定范圍(一般0°～90°)內(nèi)變化，以便調(diào)節(jié)輸出功率不超過(guò)設(shè)計(jì)容許值。在機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，需要緊急停機(jī)，一般應(yīng)先使葉片順槳，這樣機(jī)組結(jié)構(gòu)中受力小，可以保證機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性。變槳距葉片一般葉寬小，葉片輕，機(jī)頭質(zhì)量比失速機(jī)組小，不需很大的剎車(chē)，啟動(dòng)性能好。在低空氣密度地區(qū)仍可達(dá)到額定功率，在額定風(fēng)速之后，輸出功率可保持相對(duì)穩(wěn)定，保證較高的發(fā)電量。但由于增加了一套變槳距機(jī)構(gòu)，增加了故障發(fā)生的機(jī)率，而且處理變距機(jī)構(gòu)葉片軸承故障難度大。變距機(jī)組比較適于高原空氣密度低的地區(qū)運(yùn)行，避免了當(dāng)失速機(jī)安裝角確定后，有可能夏季發(fā)電低，而冬季又超發(fā)的問(wèn)題。變槳距機(jī)組適合于額定風(fēng)速以上風(fēng)速較多的地區(qū)，這樣發(fā)電量的提高比較明顯。

有關(guān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片數(shù)目的概念(風(fēng)輪實(shí)度)。風(fēng)力機(jī)葉片(在風(fēng)向投影)的總面積與風(fēng)通過(guò)風(fēng)輪的面積(風(fēng)輪掃掠面積)之比稱(chēng)為實(shí)度(或稱(chēng)實(shí)度比、容積比)。

從理論上及實(shí)際上來(lái)講：?jiǎn)稳~片、雙葉片、三葉片---12葉片都是可行的，風(fēng)輪實(shí)度的計(jì)算方法如下：s為每個(gè)葉片對(duì)風(fēng)向的投影面積，r為風(fēng)輪半徑，b為葉片個(gè)數(shù)，σ為實(shí)度σ＝bs/πr2；單葉片到三葉片的風(fēng)輪實(shí)度比小，是最低實(shí)度風(fēng)輪，12葉片的風(fēng)輪實(shí)度比較高，屬于高實(shí)度風(fēng)輪。

風(fēng)輪葉片的數(shù)目與效率的關(guān)系不大，理論上將講：隨著葉片數(shù)量的增加，效率的潛力略有增加，相差不多；低實(shí)度少葉片風(fēng)輪是不是讓絕大部分氣流漏掉了呢？也不是，因?yàn)榈蛯?shí)度風(fēng)力機(jī)(較少葉片數(shù)量)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高，葉片線速度較風(fēng)速高許多倍，可掃過(guò)大部分通過(guò)的氣流，沒(méi)經(jīng)過(guò)葉片的僅是少部分，大部分通過(guò)的氣流都推動(dòng)葉片運(yùn)轉(zhuǎn)，大部分風(fēng)能得到利用。選取多少葉片合適，國(guó)內(nèi)外做了大量實(shí)驗(yàn)，二、三、四葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用的選擇，用得最多的是三葉片。當(dāng)然選擇三個(gè)葉片還有風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、制造成本、噪音、外觀等原因

多葉片風(fēng)輪的實(shí)度大，風(fēng)能利用率相對(duì)低一些。但多葉片風(fēng)輪也有優(yōu)點(diǎn)，同樣直徑的風(fēng)輪比少葉片風(fēng)輪輸出力矩大得多，而且低風(fēng)速起動(dòng)能力很強(qiáng)，所以在農(nóng)村抽水、碾磨中用得較多。在風(fēng)速穩(wěn)定的地區(qū)特別是低風(fēng)速地區(qū)，根據(jù)不同用途，采用4至8個(gè)葉片的風(fēng)力機(jī)有可能獲得較好的風(fēng)能利用效果。

大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(兆瓦級(jí))多選擇2-3葉片數(shù)量的風(fēng)輪配置；如目前最大的葉片長(zhǎng)度為70米(5-6兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī))，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速較慢，約為數(shù)分鐘轉(zhuǎn)一圈。

目前的風(fēng)輪直徑的極限為140-150米，葉片材料甚至使用了碳纖維，大型葉片根部的直徑甚至達(dá)到2米多，為了增加抗風(fēng)強(qiáng)度，葉片根部的1/3段的翼型較為圓滾，犧牲了效率。

如果能再增加20％風(fēng)輪的直徑，功率可達(dá)10兆瓦以上；發(fā)電成本能一步提高，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)及材料強(qiáng)度已經(jīng)不能支持，需要尋找新的結(jié)構(gòu)才可以。

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的簡(jiǎn)要表述及優(yōu)點(diǎn)：

由固定在輪轂上的t型副翼及安裝在葉片上的能自由轉(zhuǎn)動(dòng)的自由環(huán)提供繩索接線柱作為繩索緊固點(diǎn)；繩索由自由環(huán)上的接線柱引向2側(cè)鄰近的t型副翼接線柱并被鎖緊，共計(jì)12條繩索組成加固繩索網(wǎng)絡(luò)；t型副翼的垂柱部可以具有翼型構(gòu)造，t型副翼橫梁部位也可以具有翼型構(gòu)造或其走向可以與風(fēng)輪的法線夾有一定的非零角度，組成異面直線；這樣t型副翼能產(chǎn)生一定的迎風(fēng)扭矩與葉片的迎風(fēng)扭矩共同驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：提高集風(fēng)效率，增加了耐風(fēng)強(qiáng)度，在使用同等強(qiáng)度的材料下，可以較大的增加了葉片長(zhǎng)度，提高了裝機(jī)功率，降低了單位發(fā)電的成本。

t型副翼聯(lián)合自由環(huán)加固的風(fēng)電風(fēng)輪是水平軸風(fēng)輪，主要是由：輪轂(1)、帶有自由環(huán)(4)的葉片(5)、t形副翼組成；在t形副翼橫梁部(2)及自由環(huán)上安裝有t形副翼繩索接線柱(9)及自由環(huán)繩索接線柱(8)，繩索(3)連接于接線柱之間；自由環(huán)(4)能在葉片(5)固定位置處上自由轉(zhuǎn)動(dòng)；t形副翼垂柱部(6)與葉片都安裝在輪轂上，且都處于風(fēng)輪平面內(nèi)，相互交替成放射狀姿態(tài)；t形副翼/葉片結(jié)合部(7)是剛性結(jié)合的，可以是通過(guò)焊接、螺栓連接、緊配連接或粘接方式。

t形副翼，其t形副翼垂柱部(6)和t形副翼橫梁部(2)，是由帶有機(jī)翼構(gòu)造的或圓柱構(gòu)造的或多邊形柱構(gòu)造的或不規(guī)則截面構(gòu)造的或桁架構(gòu)造柱體結(jié)構(gòu)組成；t形副翼橫梁部(2)的安裝方向線mn與風(fēng)輪的法線oa平行或共面或成異面直線的位置關(guān)系；當(dāng)t形副翼垂柱部(6)和t形副翼橫梁部(2)帶有翼型構(gòu)造時(shí)，相當(dāng)于具有一定的迎風(fēng)攻角，與葉片一樣產(chǎn)生升力即：扭矩，該扭矩與葉片的扭矩疊加在一起驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪，產(chǎn)生電力，當(dāng)不具有翼型及攻角狀態(tài)時(shí)，將不會(huì)對(duì)風(fēng)輪的扭矩產(chǎn)生貢獻(xiàn)，此時(shí)僅僅是具有支撐作用。

繩索接線柱指的是能鎖緊繩索端頭的緊固裝置，是指用螺栓壓緊繩索端頭、用掛柱掛套繩索端頭或直接焊接繩索端頭。

其根本的特征是：在輪轂上的2個(gè)葉片之間剛性安裝有t形副翼；在葉片上安裝有能在葉片(5)固定位置處上自由轉(zhuǎn)動(dòng)的自由環(huán)；在相鄰的t形副翼繩索接線柱(9)及自由環(huán)(8)之間連接有繩索；為了使繩索有一定額度的恒定張力，在繩索中可以串聯(lián)彈性部件，如彈簧及彈性橡膠等，串聯(lián)的位置在繩索的2端或中間部位，或不串聯(lián)彈性部件直接利用繩索的自身彈性。

[附圖說(shuō)明]

圖1伴隨雕削留頂過(guò)度物件的fdm-3d打印機(jī)工作原理示意圖。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

(1)輪轂

(2)t形副翼橫梁部

(3)繩索

(4)自由環(huán)

(5)葉片

(6)t形副翼垂柱部

(7)t形副翼/葉片結(jié)合部

(8)自由環(huán)繩索接線柱

(9)t形副翼繩索接線柱

(10)葉片自由環(huán)部位放大圖

(11)自由環(huán)局剖斷面

(12)葉片圓軸部

[具體實(shí)施方式]

以下結(jié)合附圖就較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1所示：

t型副翼聯(lián)合自由環(huán)加固的風(fēng)電風(fēng)輪主要是由：輪轂(1)、帶有自由環(huán)(4)的葉片(5)、t形副翼組成；在t形副翼橫梁部(2)及自由環(huán)上安裝有t形副翼繩索接線柱(9)及自由環(huán)繩索接線柱(8)，繩索(3)連接于接線柱之間；自由環(huán)(4)能在葉片(5)固定位置處上自由轉(zhuǎn)動(dòng)；t形副翼垂柱部(6)與葉片都安裝在輪轂上，且都處于風(fēng)輪平面內(nèi)，相互交替成放射狀姿態(tài)；t形副翼/葉片結(jié)合部(7)是剛性結(jié)合的。

t形副翼，其t形副翼垂柱部(6)和t形副翼橫梁部(2)，是由帶有機(jī)翼構(gòu)造的或圓柱構(gòu)造的或多邊形柱構(gòu)造的或不規(guī)則截面構(gòu)造的或桁架構(gòu)造柱體結(jié)構(gòu)組成；t形副翼橫梁部(2)的安裝方向線mn與風(fēng)輪的法線oa平行或共面或成異面直線的位置關(guān)系。

繩索接線柱指的是能鎖緊繩索端頭的緊固裝置，是指用螺栓壓緊繩索端頭、用掛柱掛套繩索端頭或直接焊接繩索端頭。

其根本的特征是：在輪轂上的2個(gè)葉片之間剛性安裝有t形副翼；在葉片上安裝有能在葉片(5)固定位置處上自由轉(zhuǎn)動(dòng)的自由環(huán)；在相鄰的t形副翼繩索接線柱(9)及自由環(huán)(8)之間連接有繩索。

葉片自由環(huán)部位放大圖(10)表示了自由環(huán)與葉片的結(jié)合細(xì)節(jié)，自由環(huán)相當(dāng)于1個(gè)滑輪，在葉片圓軸部(12)的支撐下作純轉(zhuǎn)動(dòng)；自由環(huán)局剖斷面(11)表示了它們之間的配合關(guān)系。