專利名稱:一種直葉片立軸風(fēng)力機(jī)的制作方法
一種直葉片立軸風(fēng)力機(jī)。
本發(fā)明是關(guān)于以風(fēng)作為工作流體的具有與風(fēng)向成直角的旋轉(zhuǎn)軸線的風(fēng)力機(jī)。
現(xiàn)有的風(fēng)力機(jī)，主要分水平軸型與立軸型。立軸風(fēng)力機(jī)較之于水平軸風(fēng)力機(jī)有著不受風(fēng)向限制，沒有陀螺力矩，傳動(dòng)裝置及發(fā)電裝置靠近地面、安裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)。但由于立軸風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行中其葉片的氣流攻角是隨著方位角及葉尖速比 (RW)/(V) 的變化而變化，葉片容易失速，所以立軸風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)力矩小，氣動(dòng)效率低，同時(shí)由于過速控制未解決好，所以存在振動(dòng)和大風(fēng)下限速困難的現(xiàn)象。為了克服以上缺點(diǎn)，人們往往采用根據(jù)不同方位角及時(shí)調(diào)整葉片氣流攻角的辦法來實(shí)現(xiàn)提高自啟動(dòng)能力、氣動(dòng)效率，和解決過速控制問題。例美國(guó)Rockwell Znternational公司的Rocky Flats試驗(yàn)場(chǎng)的Giromiy型立軸風(fēng)機(jī)是采用電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)葉片，改變氣流攻角。使自啟動(dòng)性能、氣動(dòng)效率有所提高，并能解決過速控制問題。但這類型風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，適用性差。
也有采用改變風(fēng)輪掃風(fēng)面積的辦法來實(shí)現(xiàn)過速控制的。例“可變幾何形立軸風(fēng)機(jī)”(發(fā)表于1976年9月在英國(guó)劍橋圣約翰大學(xué)召開的一個(gè)國(guó)際風(fēng)能系統(tǒng)座談會(huì)上)。該機(jī)葉片是鉸接在一根橫擔(dān)上的直葉片，上部用聯(lián)結(jié)繩和中心彈簧相連，高風(fēng)速下使葉片向外傾斜，從而減小風(fēng)輪迎風(fēng)面積。該類型風(fēng)機(jī)仍未解決自啟動(dòng)問題，并在大風(fēng)下過速控制仍會(huì)失靈。
本發(fā)明的目的是提供一種能自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)主副葉二葉片攻角實(shí)現(xiàn)過速控制的，沒有振動(dòng)的、氣動(dòng)效率高、工作風(fēng)速范圍寬。制造成本低，操作簡(jiǎn)單可靠，適于弧立運(yùn)行、適于邊遠(yuǎn)地區(qū)使用的風(fēng)力機(jī)。
附圖一，為本發(fā)明風(fēng)力機(jī)的總裝圖。
附圖二，為主副葉的相對(duì)位置的俯視圖。
附圖三，為葉片構(gòu)造圖。
附圖四，為一剖面圖，主要表示機(jī)械限速傳動(dòng)裝置。
本發(fā)明提供的風(fēng)力機(jī)如圖1所示，包括二對(duì)以上主副葉片(1)(2);n對(duì)與主副葉的對(duì)數(shù)相同的支撐主副葉的上下支撐葉臂(7、8、9)(11);一個(gè)把上支撐葉臂(7、8、9)連接于中軸(21)上的上法蘭盤(12);一個(gè)連接下支撐葉臂(11)并座落在平面軸承(24)上，再與中軸固定連接的下法蘭盤(25);一個(gè)承托上述下法蘭盤(25)的能使風(fēng)輪的偏心彎曲應(yīng)力傳到立柱上再通過立柱拉索進(jìn)而分散傳到地錨上的平面軸承(24);二個(gè)使中軸(21)能作相對(duì)于立柱轉(zhuǎn)動(dòng)的徑向軸承(22);一組與主副葉(1)(2)共同完成過速控制的機(jī)械限速傳動(dòng)裝置(14)。
所述主副葉片，是指在現(xiàn)有技術(shù)的原葉片-主葉內(nèi)徑前方設(shè)置一導(dǎo)流葉片-副葉，即不采用現(xiàn)有使用的及時(shí)變槳的辦法來改變氣流的攻角，從而提高氣動(dòng)效率及自啟動(dòng)能力，而是利用主副葉形成一個(gè)特殊流場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)，即在某一方位角時(shí)，副葉起導(dǎo)流作用，使氣流經(jīng)副葉整流后，以有利的攻角流向主葉，而在另一方位角時(shí)，副葉起撓流作用，減緩氣流，也可造成葉片內(nèi)外的流速差，達(dá)到提高升力的目的。主副葉對(duì)數(shù)最好是三對(duì)，按120°均布，主副葉的相對(duì)位置如圖2所示，二葉半徑差為1.2～1.4倍的副葉弦長(zhǎng)，副葉的尾端點(diǎn)(a)與主葉弦長(zhǎng)最厚處(b)的連線和主葉弦長(zhǎng)最厚處(b)與葉片運(yùn)動(dòng)園周的園心(O)的連線成20°-35°的夾角。葉型為修正的NAC A00××型，本實(shí)施側(cè)為NAC A0018。主副葉長(zhǎng)度可以一樣，但最好的是在不影響氣動(dòng)效率的情況下，使副葉略短于主葉、可避免葉片二端變形。葉片的制作，如圖3所示，是由金屬合金材料(38)與木條(39)用銷釘(40)固定，作葉片的葉梁。二葉梁間用幾根橫木條為葉肋，連成一個(gè)葉片骨架，外面再用三合板成型(41)，并外包玻璃鋼(42)，最后再噴涂油漆，以防玻璃鋼老化。其中，金屬合金材料可為鋁合金，玻璃鋼可用聚脂玻璃鋼。為了與葉臂連接，如圖1、圖4所示在每片主副葉上下部都有固定在葉片外面的連接板(3)(4)，為了與機(jī)械限速傳動(dòng)裝置相連，如圖1、圖4所示在每片副葉中部裝有拉索箍(6)。
所述上下支撐葉臂如圖1所示，分別為向上斜撐和向下斜拉式的，這樣二葉臂在軸上的支點(diǎn)距離縮短，因而使風(fēng)輪的偏心彎曲應(yīng)力的力臂縮短。上葉臂為組合臂，如圖1所示，由根部分開固定在上法蘭盤上的二根支撐件(8)(9)(如翼形鋼管)與由軸頂端引出的一根拉條(7)(如扁鋼拉條)組成三角錐形或由一根支撐件(如翼形鋼管)與拉條組成平面三角形，其錐形或三角形頂端有二個(gè)端點(diǎn)可分別與主副葉的連接板(3)(4)鉸連，其連接方式，如圖4所示，葉臂正前方的端點(diǎn)(32)與主葉連接板的后半部鉸連，葉臂丁字形分枝端(33)與副葉連接板靠近，葉片尾部處鉸連，最好都有軸承鉸連。如圖1、圖4所示，下葉臂(11)為單臂式，由拉撐件(如翼形鋼管)組成，根部連接于下法蘭盤上(25)，臂端與主副葉連接板的鉸連與上述上葉臂與主副葉連接板的鉸連相同。
下法蘭盤(25)如圖1所示安裝在一個(gè)平面軸承(24)上，并與中軸(21)固定連接，使之隨中軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
平面軸承(24)如圖1所示座落在立柱的軸承座(23)上。
所述機(jī)械限速傳動(dòng)裝置，如圖1、4所示，包括對(duì)應(yīng)于主副葉對(duì)數(shù)相同的飛錘(16)，(本實(shí)施例為三個(gè))。和一個(gè)套在風(fēng)輪中軸上可轉(zhuǎn)動(dòng)的彈簧裝置(18)。該裝置的主體是一個(gè)內(nèi)徑大于中軸的鋼管(28)，管壁上焊有與飛錘數(shù)相對(duì)應(yīng)的(3塊)回位拉簧板(29)、飛錘拉簧掛耳板(35)、滑道板(37)。回位拉簧(31)一端固定于焊在中軸上的回位拉簧掛耳(30)上，另一端與回位拉簧板(29)相連，此回位拉簧(31)的拉力與回位拉簧板(29)的長(zhǎng)度積則構(gòu)成彈簧裝置(18)扭動(dòng)的反力矩。飛錘拉簧(34)一端固定在飛錘拉簧掛耳板(35)上，另一端通過滑輪(36)與飛錘(16)相連。當(dāng)風(fēng)速增大至超過額定值時(shí)，飛錘的離心力也超過額定值時(shí)，可拉伸飛錘拉簧(34)并使滑輪(36)在滑道板上(37)向外滑動(dòng)一個(gè)距離，由于滑輪的尾端還通過牽引鋼索(10)與副葉中部的拉索箍(6)的頭部相連，所以滑輪在滑道板(37)上滾動(dòng)的距離與副葉離心力的積構(gòu)成了使彈簧裝置(18)扭動(dòng)的正力矩，當(dāng)正力矩大于反力矩時(shí)，副葉(2)頭部向外扭動(dòng)至圖4虛線位置，并通過牽引鋼索(10)拉動(dòng)彈簧裝置(18)逆時(shí)針扭動(dòng)一個(gè)角度，又由于副葉上、下部連接板(4)的尾部與主葉上下部的連接板(3)的頭部用連桿(5)鉸接，所以當(dāng)副葉頭部向外扭動(dòng)至圖4虛線位置時(shí)，主葉(1)頭部向里轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度至圖4的虛線位置處，這樣使主副葉呈關(guān)閉形，而達(dá)到限速目的，當(dāng)風(fēng)速減小時(shí)，飛錘離心力減小，飛錘拉簧(34)拉動(dòng)滑輪(36)在滑道板(37)上向里滾動(dòng)，即正力矩之力臂逐漸減小，當(dāng)此正力矩小于回位拉簧(31)的反力力矩時(shí)，回位拉簧(31)使彈簧裝置(18)作順時(shí)針扭動(dòng)，風(fēng)輪副葉(2)通過拉索箍(6)、牽引鋼索(10)被拉回到正常工作位置，又通過主副葉上、下部葉片連接(3)(4)的連桿(5)作用，使主葉也回到正常工作位置。如圖4所示，主副葉連接板(3)(4)的連桿(5)鉸連位置，最好是副葉連接板(4)的最尾端與主葉連接板(3)的前半部一點(diǎn)。
上述所述滑道板(37)，如圖4所示，在滑輪行程的后半部有一上翹的錐度斜面，對(duì)主副葉的關(guān)閉動(dòng)作有緩沖作用，可避免震動(dòng)。在此滑道板的末端設(shè)有阻擋件(例焊上金屬塊)，以防止滑輪飛出。
所述飛錘，如圖1、圖4所示，是通過園鋼制成的錘桿(13)垂掛在上法蘭盤焊有的一個(gè)軸套內(nèi)(26)，錘桿中部焊有一個(gè)環(huán)(20)，從彈簧裝置(18)中的滑輪(36)引出的飛錘鋼索(19)在此連接，錘桿下部有一段外螺紋，(圖1所示)飛錘與此螺紋連接，并可在此段螺紋上作上下移動(dòng)，以調(diào)節(jié)限速范圍，再以上下螺帽(15)(17)固定之。
本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)①主副葉片造成特殊流場(chǎng)，提高了自啟動(dòng)能力和氣動(dòng)效率，②采用合理的限速機(jī)構(gòu)，限速方法簡(jiǎn)單靈敏。限速性能可靠，在大風(fēng)速下仍能工作，因而增加了工作風(fēng)速范圍，提高了風(fēng)能利用系數(shù)，同時(shí)消除了振動(dòng)。③本機(jī)葉片采用雙支點(diǎn)支撐，而且副葉中部還加有牽引鋼索，構(gòu)成三支點(diǎn)，所以增加了葉片抗彎能力，又由于限速可靠、靈敏，所以可采用強(qiáng)度較低，價(jià)格低廉的聚脂玻璃鋼作葉片的外包材料。④本機(jī)采用斜向支撐葉臂，降低了風(fēng)輪偏心彎矩的力臂，即降低了中軸必須承受的風(fēng)輪偏心彎曲應(yīng)力。本機(jī)還采用了平面軸承使風(fēng)輪的偏心彎曲應(yīng)力傳到立柱上再通過立柱拉索進(jìn)而分散傳到地錨上。由此二點(diǎn)，使本發(fā)明的風(fēng)機(jī)主軸的斷面尺寸可以減小30～40%。
綜上所述，本發(fā)明所提供的風(fēng)力機(jī)具有良好的自啟動(dòng)性能。靈敏的調(diào)速性能，限速可靠，沒有振動(dòng)，操作簡(jiǎn)便，氣動(dòng)效率高，整機(jī)重量輕，材質(zhì)要求低，造價(jià)低廉等特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種利用活動(dòng)葉片達(dá)到限速和提高氣動(dòng)效率的直葉片立軸風(fēng)力機(jī)，其特征在于有一個(gè)由二對(duì)以上主副葉片構(gòu)成的風(fēng)輪；有一套使主副葉發(fā)生連鎖扭動(dòng)、變角的連接機(jī)構(gòu)；有一個(gè)使全部活動(dòng)主副葉片同時(shí)發(fā)生連鎖扭動(dòng)的機(jī)械限速傳動(dòng)裝置，有一個(gè)承托下葉臂法蘭盤的能分散風(fēng)輪偏心彎曲應(yīng)力到立柱上的平面軸承；有與主副葉的對(duì)數(shù)相同的幾對(duì)拉撐主副葉的上、下葉臂。
2.如權(quán)利要求
1所述風(fēng)輪，其特征在于主葉(1)與副葉(2)的相對(duì)位置如下①主葉運(yùn)行半徑減副葉運(yùn)行半徑的差為1.2～1.4倍的副葉弦長(zhǎng);②副葉的尾端點(diǎn)(a)與主葉最厚處(b)的連線和主葉最厚處(b)與葉片運(yùn)動(dòng)園周的園心(O)的連線成20°～35°夾角。
3.如權(quán)利要求
1所述風(fēng)輪，其特征在于由三對(duì)主副葉片按120°均布構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求
1所述風(fēng)機(jī)的上、下葉臂，其特征在于上、下葉臂正前端均有安裝主葉連接板(3)的支點(diǎn)(32)，分枝端上均有安裝副葉連接板(4)的支點(diǎn)(33)。
5.如權(quán)利要求
1所述風(fēng)機(jī)的連接機(jī)構(gòu)，其特征在于由主副葉連接板(3)(4)、連桿(5)、副葉拉索箍(6)牽引鋼索(10)所組成。
6.如權(quán)利要求
1所述風(fēng)機(jī)的連接機(jī)構(gòu)，其特征在于主副葉連接板是以上、下葉臂前端支點(diǎn)(32)和分枝端支點(diǎn)(33)為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，又用連桿(5)使主葉頭部與副葉尾部相連。
7.如權(quán)利要求
5、6所述風(fēng)機(jī)的連接機(jī)構(gòu)，其特征在于支點(diǎn)(32)(33)、連桿(5)、拉索箍(6)在主副葉上作如下連接①主葉連接板后半部的一點(diǎn)與葉臂支點(diǎn)(32)鉸連，前半部的一點(diǎn)與連桿(5)鉸連，②副葉連接板中部(靠近副葉葉片尾部處)與葉臂支點(diǎn)(33)鉸連，副葉連接板最尾端與連桿(5)鉸連，③副葉中部拉索箍的頭部通過牽引鋼索(10)與機(jī)械限速傳動(dòng)裝置相連。
8.如權(quán)利要求
7所述的風(fēng)機(jī)連接機(jī)構(gòu)的鉸連，其特征在于使用軸承鉸連。
9.如權(quán)利要求
1所述的風(fēng)機(jī)的上下葉臂，其特征在于下葉臂(11)為單臂斜拉式，上葉臂(7、8、9)為組合臂斜撐式。
10.如權(quán)利要求
9所述風(fēng)機(jī)的組合臂，其特征在于由一根以上支撐件(8)(9)與一根拉條(7)組成。
11.如權(quán)利要求
1所述風(fēng)機(jī)的機(jī)械限速傳動(dòng)裝置，其特征在于有與主副葉的對(duì)數(shù)相同數(shù)的飛錘(16)和一個(gè)能帶動(dòng)葉片連鎖扭動(dòng)的彈簧裝置(18)。
12.如權(quán)利要求
11所述風(fēng)機(jī)的彈簧裝置，其特征在于①有一個(gè)管內(nèi)徑略大于中軸的鋼管(28)，②在鋼管外壁焊有回位拉簧板(29)、飛錘拉簧掛耳板(35)、和滑道板(37)。③有焊在中軸上的回位彈簧掛耳板(30)，④有一端與回位拉簧掛耳(30)相連而另一端與回位拉簧板(29)相連的回位拉簧(31)，有一端固定在飛錘拉簧掛耳(35)上而另一端通過滑輪(36)用飛錘鋼索(19)與飛錘(16)相連的飛錘拉簧(34)，有與飛錘拉簧(34)、飛錘(16)、牽引鋼索(10)相連的滑輪(36)，有一端與滑輪(36)相連而另一端與副葉中部拉索箍(6)頭部相連的牽引鋼索(10)。⑤其中飛錘拉簧掛耳板(35)、滑道板(37)、飛錘拉簧(34)、滑輪(36)、牽引鋼索(10)的數(shù)目與主副葉的對(duì)數(shù)相對(duì)應(yīng)。
13.如權(quán)利要求
12所述風(fēng)機(jī)的彈簧裝置的滑道板，其特征在于有一個(gè)可使葉片扭動(dòng)平穩(wěn)的錐度斜面和一個(gè)可防止滑輪(36)飛出的阻擋件。
14.如權(quán)利要求
1所述機(jī)械限速傳動(dòng)裝置，其特征在于有一個(gè)通過飛錘(16)在飛錘吊桿(13)上下移動(dòng)而達(dá)到調(diào)節(jié)限速范圍的裝置。
15.如權(quán)利要求
1所述風(fēng)輪，其特征在于葉片由金屬合金材料(38)與木條(39)結(jié)合作葉梁，用幾根橫木條作葉肋構(gòu)成葉片骨架，再用三合板(41)成型，外包聚脂玻璃鋼(42)，最外面再噴涂以油漆而制成。
專利摘要
一種直葉片立軸風(fēng)力機(jī)。是關(guān)于以風(fēng)作工作流體的垂直軸風(fēng)力機(jī)。采用在風(fēng)輪主葉內(nèi)側(cè)設(shè)置導(dǎo)流副葉，形成特殊流場(chǎng)；采用機(jī)械限速傳動(dòng)裝置與活動(dòng)主副葉連鎖動(dòng)作，自動(dòng)限速；采用上、下臂斜向拉撐及一個(gè)能分散風(fēng)輪偏心彎曲應(yīng)力到立柱上的平面軸承，使風(fēng)機(jī)中軸斷面尺寸減小30-40％。該風(fēng)機(jī)，能將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能或電能，能自啟動(dòng)，限速靈敏可靠，操作簡(jiǎn)便，能孤立運(yùn)行，無振動(dòng)，氣動(dòng)效率高，工作風(fēng)速范圍寬，整機(jī)輕，材質(zhì)要求低，造價(jià)低。
文檔編號(hào)F03D3/06GK85105331SQ85105331
公開日1987年2月25日 申請(qǐng)日期1985年7月9日
發(fā)明者彭方柏 申請(qǐng)人:黃石市新技術(shù)開發(fā)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan