專利名稱：風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)械的葉輪機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及驅(qū)動(dòng)機(jī)械的葉輪機(jī)構(gòu)，特別是風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)械的葉輪機(jī)構(gòu)。
現(xiàn)有風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如立體風(fēng)車，已在我國沿用若干年代，其結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，葉片是平板式的，所以接受的風(fēng)流被分解為幾乎對(duì)等的順轉(zhuǎn)風(fēng)和逆轉(zhuǎn)風(fēng)，功效極低；再如現(xiàn)在使用較普遍的風(fēng)力提水機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)等，其葉片均為翼型，平面式，因而，葉片間必須留有空間以作尾流道，空間距的總面積一般要大于葉片的總面積，即葉間比小于1，這使得有效風(fēng)力F’只能是受風(fēng)面受到的總風(fēng)力F的一半以下；葉輪的旋轉(zhuǎn)方向和流體撞擊葉面后的流向相反，導(dǎo)致下一葉片背面受到一個(gè)逆轉(zhuǎn)力的作用，且葉輪的轉(zhuǎn)速越高，逆轉(zhuǎn)力越大，葉間比越大，逆轉(zhuǎn)力越大；加之葉輪的旋轉(zhuǎn)力是靠葉片的偏轉(zhuǎn)角度獲得的，只有有效受風(fēng)力F’的1／2左右，因此，葉輪所受的旋轉(zhuǎn)力只有總風(fēng)力F的1／4左右(忽略逆轉(zhuǎn)力的影響)，風(fēng)能的利用率很低，效率差。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能充分利用風(fēng)能，提高驅(qū)動(dòng)效率的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)械的葉輪機(jī)構(gòu)。
本實(shí)用新型的解決方案包括葉輪和支架，支架由上支承面、下支座以及連接上支承面及下支座的支承筋組成，葉輪與支架活動(dòng)相配，在葉輪基體上設(shè)有橫斷面呈弧形的葉片，葉片沿葉輪軸向設(shè)置，沿周向分布，葉輪底部設(shè)有驅(qū)動(dòng)盤，驅(qū)動(dòng)盤上可根據(jù)被驅(qū)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)需要裝上齒圈或設(shè)有凹凸平面的環(huán)等。為了進(jìn)一步提高風(fēng)能的利用率，在支架上裝有可相對(duì)支架擺動(dòng)的導(dǎo)葉，導(dǎo)葉設(shè)置在葉輪外側(cè)與葉片相對(duì)位置，導(dǎo)葉支軸軸線與葉輪中心處于同一平面。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的工作原理


圖1為本實(shí)用新型的葉輪受風(fēng)流驅(qū)動(dòng)示意圖(以含有三只葉片的葉輪為例)當(dāng)風(fēng)的流向與假想的A面垂直時(shí)，風(fēng)流產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)葉輪24轉(zhuǎn)動(dòng)的力F遠(yuǎn)大于風(fēng)流產(chǎn)生的阻礙葉輪24轉(zhuǎn)動(dòng)的逆反力f，產(chǎn)生逆反力f的風(fēng)流量約占總風(fēng)流量的30％，但由于其經(jīng)過葉片凸面元弧的分解，真正能轉(zhuǎn)化為葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的逆反力f的風(fēng)流量只有10％左右，其功效遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
圖2為本實(shí)用新型含有導(dǎo)葉的葉輪受風(fēng)流驅(qū)動(dòng)的示意圖。
由于在葉輪外圍增設(shè)了導(dǎo)葉6，導(dǎo)葉6可相對(duì)其轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，因此，原來作用在葉并凸面的那部分使葉輪產(chǎn)生逆反力的風(fēng)流經(jīng)導(dǎo)葉面作用，轉(zhuǎn)換成了使葉輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力的順轉(zhuǎn)風(fēng)，進(jìn)一步提高了葉輪的驅(qū)動(dòng)力，減少了葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)逆反力f，提高了葉輪的驅(qū)動(dòng)效率。
圖3為本實(shí)用新型葉片沖量延續(xù)效應(yīng)示意圖。
每只葉片8所受的流體沖量不是瞬時(shí)的，而是流體在某一流速下的瞬時(shí)沖量W在一定時(shí)間長度上的積累沖量W，這里的時(shí)間長度即前一葉片轉(zhuǎn)到后一葉片葉位的時(shí)間。積累沖量W與瞬時(shí)沖量W、流體流速V1和葉片外緣線速度V2的關(guān)系如下W＝W (V1)/(V2)當(dāng)V1＞V2時(shí)，有增量效應(yīng)；V1＝V2時(shí)，無增量效應(yīng)；V1＜V2時(shí)，有倒吸效應(yīng)。
圖4為本實(shí)用新型的葉輪渦旋效應(yīng)示意圖。
本實(shí)用新型的葉片8采用橫截面內(nèi)側(cè)為元弧形的結(jié)構(gòu)，使進(jìn)入葉片8內(nèi)的風(fēng)流形成強(qiáng)烈的渦旋，這個(gè)渦旋的動(dòng)量并非給了一個(gè)沖量就消失了，而是尚有較大余量可使流體在葉片內(nèi)側(cè)渦旋若干次后才漸減，當(dāng)葉片8從當(dāng)前葉位被推至下一葉位時(shí)，此渦旋便被后一葉片前來的風(fēng)流推轉(zhuǎn)回旋，形成半園形渦旋再次給葉片以沖量，如此往復(fù)，使若干葉位上的渦旋沖量得以迭加，圖中各葉位上的沖量由第1位到第14位逐位提高，第14位后方才逐葉減弱。這種渦旋效應(yīng)會(huì)使旋轉(zhuǎn)總沖力增加為受風(fēng)面接受的總的瞬時(shí)風(fēng)力的兩倍左右。
設(shè)受風(fēng)面所受總的瞬時(shí)風(fēng)力為F，各葉輪所受的瞬時(shí)風(fēng)力f相等，則f＝F／12。
又設(shè)風(fēng)流進(jìn)入葉片后的渦旋動(dòng)量每渦旋一次以1／2的速率遞減，渦旋5次后的余量不計(jì)。則，每一葉位獲得的渦旋沖力為f1＝ff2＝f＋ 1/2 ff3＝f＋ 1/2 f＋ 1/4 f＝f＋ 3/4 ff4＝f＋ 1/2 f＋ 1/4 f＋ 1/8 f＝f＋ 7/8 f………………………f12＝f＋ 15/16 ff13＝ 15/16 f
f14＝ 7/16 ff15＝ 3/16 ff16＝ 1/16 f總旋轉(zhuǎn)沖力為f旋＝f1＋f2＋……＋f16＝2F圖5為本實(shí)用新型的拉瓦爾噴管效應(yīng)示意圖。
本實(shí)用新型的葉輪帶有導(dǎo)葉6后即構(gòu)成類似于拉瓦爾噴管的流體通道。噴管的進(jìn)、出流口面積是由進(jìn)出流方向上的導(dǎo)葉張面決定的。在拉瓦爾噴管中的流體的流速和管截面積成反比。圖中給出的是含有24只導(dǎo)葉和24只葉片的葉輪機(jī)構(gòu)的拉瓦爾噴管效應(yīng)示意圖，其“拉管”頸在第14葉位處，1至14葉位“管”截面漸小，15至24葉位“管”截面又漸大，“拉管”的進(jìn)口截面積約為“管頸”截面積的10倍。因此，若設(shè)無損耗，則14葉位處的流速將是流體進(jìn)口時(shí)流速的10倍。即一級(jí)風(fēng)(風(fēng)速1m／s)至14葉位處相當(dāng)于五級(jí)風(fēng)(風(fēng)速8－10.7m／s)。且此風(fēng)速將推至17葉位方能減弱，到20葉位后方才殆盡。
如將葉片外緣線速度通過負(fù)荷匹配限制在第6葉位和管流體流速一致，則第7葉位后各葉位的增速?zèng)_量將增長推程而提高功效。即有效旋轉(zhuǎn)力矩的推程ι將從第6葉位遲延到第20葉位后(總15個(gè)葉位)。即ι＝τ2πγ’ 15/24τ＝0.6×2π×0.86γ× 15/24 ＝2γ(τ葉位力矩不平衡系數(shù)，取τ＝0.6，γ’旋轉(zhuǎn)力臂，γ葉輪半徑對(duì)24葉，取γ’＝0.86γ。)另外，葉輪在工作過程中還作離心泵式的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它使進(jìn)(近)葉片的流體產(chǎn)生離心趨勢。當(dāng)流體流速V1低于輪葉外緣線速度V2時(shí)，則流體進(jìn)不了葉片作功。如將第6葉位定為等速葉位，則第1－5葉位上的流體進(jìn)不了葉片作功，但甩出去的流體同時(shí)也增強(qiáng)了拉瓦爾噴管效應(yīng)。
離心泵式運(yùn)動(dòng)增加了磨擦損耗和阻力，在低流速葉位還產(chǎn)生吸蝕力，需設(shè)法消除，因而，本實(shí)用新型在葉片根部，即葉片與葉輪基體結(jié)合處設(shè)有消蝕孔。
綜上所述，采用本實(shí)用新型，增加了葉輪的驅(qū)動(dòng)力，大大減少了逆反力，可提高風(fēng)能利用率和葉輪的驅(qū)動(dòng)效率。
下面給出本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例及其附圖。
圖6為本實(shí)用新型帶導(dǎo)葉的葉輪機(jī)構(gòu)示意圖。
圖7為本實(shí)用新型帶導(dǎo)葉的葉輪機(jī)構(gòu)的A－A剖視圖。
葉輪基體10上設(shè)有24只弧形的葉片8，弧形的葉片8橫斷面的內(nèi)側(cè)為元弧形，外側(cè)為“S”形，葉片8在葉輪基體10上沿軸向設(shè)置，沿周向均勻分布，葉輪基體10為中空柱體，其下端面設(shè)有驅(qū)動(dòng)盤15，驅(qū)動(dòng)盤15上裝有齒圈16，葉輪基體10的內(nèi)中空表面19及下端面分別與設(shè)在支架上的滾珠5、18及滾珠17相配，其中，滾珠5、18由調(diào)節(jié)螺釘微調(diào)，以調(diào)節(jié)葉輪的平衡，使葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。支架為在上支承面3及下支座21之間設(shè)有外支承筋22、內(nèi)支承筋20，內(nèi)支承筋20上裝有支承環(huán)7，沿支架周向均勻豎直設(shè)置有24片導(dǎo)葉6，導(dǎo)葉支軸軸線與葉輪中心線處于同一平面，支架的上支承面3及下支座21對(duì)應(yīng)位置上開有槽1、12，將導(dǎo)葉支軸4兩端裝上軸承13后，沿槽1、12推入，再在槽1、12裝上鉸鏈2、11，以實(shí)現(xiàn)徑向定位。導(dǎo)葉6與上支承面3及下支座21的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有限位塊14、23，使導(dǎo)葉6可相對(duì)支架轉(zhuǎn)動(dòng)30°角，其中，導(dǎo)葉6轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)截止位置中有一個(gè)截止位置使導(dǎo)葉平面與支架的對(duì)稱平面重合，也即與葉輪的對(duì)稱平面重合，在葉輪上葉片8與葉輪基體10結(jié)合處開有數(shù)個(gè)消吸孔9。
權(quán)利要求1.風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)械的葉輪機(jī)械，含有葉輪和支架，支架由上支承面、下支座及支承筋組成，其特征在于葉輪與支架活動(dòng)相配，葉輪基體上設(shè)有橫斷面呈弧形的葉片，葉片沿葉輪軸向設(shè)置，沿周向分布，葉輪底部設(shè)有驅(qū)動(dòng)盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)械的葉輪機(jī)構(gòu)，其特征在于支架上裝有可相對(duì)支架擺動(dòng)的導(dǎo)葉，導(dǎo)葉設(shè)置在葉輪外側(cè)與葉片相對(duì)位置，導(dǎo)葉支軸軸線與葉輪中心線處于同一平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)械的葉輪機(jī)構(gòu)，其特征在于弧形葉片橫斷面的內(nèi)側(cè)為元弧形，外側(cè)為“S”形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)械的葉輪機(jī)構(gòu)，其特征在于支架的上支承面3及下支座21內(nèi)側(cè)面分別設(shè)置有控制導(dǎo)葉6擺動(dòng)角度的限位塊14、23。
專利摘要風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)械的葉輪機(jī)構(gòu)，葉輪與支架活動(dòng)相配，葉輪基體上設(shè)有橫斷面呈弧形的葉片，葉片沿葉輪軸向設(shè)置，沿周向分布，為進(jìn)一步提高風(fēng)能的利用率，在支架上還裝有可相對(duì)支架擺動(dòng)的導(dǎo)葉，導(dǎo)葉設(shè)置在葉輪外側(cè)與葉片相對(duì)位置，導(dǎo)葉支軸與葉輪中心線平行。本實(shí)用新型適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)、風(fēng)力提水機(jī)等風(fēng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)械，結(jié)構(gòu)簡單，風(fēng)能利用率高，有較高的驅(qū)動(dòng)效率。
文檔編號(hào)F03D3/06GK2154361SQ9321372
公開日1994年1月26日 申請(qǐng)日期1993年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月22日
發(fā)明者楊大同 申請(qǐng)人:楊大同