專利名稱：由多機(jī)組旋翼葉片系統(tǒng)總合成的風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通過(guò)采用一種螺旋槳型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的多機(jī)組旋翼葉片系統(tǒng)并提高成套的高效行星錐齒輪齒輪箱的輸入轉(zhuǎn)速rpm而將自然風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能。
風(fēng)是人類所利用的最古老的能量形式中的一種。隨著對(duì)有利于環(huán)境的能源的需求急劇增加，加之礦物燃料日益短缺，促進(jìn)了其它能源的開發(fā)。在同樣場(chǎng)合中，風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)變得更加有效和更有競(jìng)爭(zhēng)力，它能產(chǎn)生足以用于商業(yè)用途的大量電能。但是，為了滿足全球的清潔能量的需求，需要采取一種用風(fēng)力產(chǎn)生電能的新途徑。
對(duì)于風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的開發(fā)者來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)主要問(wèn)題總的能量轉(zhuǎn)換效率和風(fēng)速與風(fēng)向的變動(dòng)。如果要產(chǎn)生相當(dāng)大的電力，風(fēng)能的較低的蘊(yùn)蓄電力輸出就決定了先進(jìn)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須有相當(dāng)大的尺寸。
考慮到上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種以韓國(guó)專利No.0575858和美國(guó)專利No.5222924中的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的更有效的改進(jìn)系統(tǒng)。
根據(jù)在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)，可以清楚地看到，在風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)(

圖15)中，現(xiàn)有技術(shù)的主旋翼葉片和輔助旋翼葉片的反向旋轉(zhuǎn)需要一些改進(jìn)。例如，主旋翼葉片設(shè)置在前面，處于逆風(fēng)位置，而輔助旋翼葉片則位于順風(fēng)位置，起著尾翼的作用，以便在風(fēng)向變化時(shí)可使風(fēng)力渦輪機(jī)頂著風(fēng)。但是，由于翼尖與塔之間的空間狹窄，主旋翼葉片的逆風(fēng)位置造成了一半徑限制。當(dāng)風(fēng)力很大時(shí)，旋翼葉片朝塔彎曲，最終與塔接觸，葉片越長(zhǎng)，越容易彎曲。而且，翼尖的旋轉(zhuǎn)速度根據(jù)對(duì)葉片半徑的長(zhǎng)度的限制而受到限制。
需要改進(jìn)的第二個(gè)結(jié)構(gòu)形狀上的缺陷是錐齒輪和行星齒輪的齒輪箱。將這些部件分成上錐齒輪構(gòu)件和下行星齒輪構(gòu)件。
這種設(shè)計(jì)要求復(fù)雜的潤(rùn)滑系統(tǒng)和許多能限制運(yùn)行效率和機(jī)械效率的額外構(gòu)件。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于它包括一改進(jìn)的風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有一個(gè)輔助的逆風(fēng)旋翼葉片和一個(gè)主順風(fēng)旋翼葉片，它們處于反向轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)系。逆風(fēng)的輔助葉片位于組合式錐齒輪和行星齒輪齒輪箱的前面，而順風(fēng)的主葉片則單獨(dú)地裝在后面。
輔助旋翼葉片的半徑為延伸器和主旋翼葉片半徑組合的長(zhǎng)度的一半。主葉片和輔助葉片的轉(zhuǎn)速都有一相同的翼尖速比(λ＝V1/V0；V0風(fēng)速，m/s；V1旋翼葉片翼尖速度，m/s)，該翼尖速比是不管風(fēng)速如何變化都能達(dá)到的最佳的翼尖速比。組合的錐齒輪行星齒輪裝置的特征之一是輔助旋翼渦輪機(jī)和主旋翼渦輪機(jī)的兩個(gè)獨(dú)立的水平輸入的旋轉(zhuǎn)力可轉(zhuǎn)換成一個(gè)單一的較大的旋轉(zhuǎn)力，該旋轉(zhuǎn)力作用在剛好位于齒輪箱下方的垂直布置的發(fā)電機(jī)上。
因此，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的、具有高的剛度并且結(jié)構(gòu)緊湊的組合式錐齒輪行星齒輪組件，并提供一種發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，所述錐齒輪行星齒輪組件可將兩個(gè)旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)換成一個(gè)旋轉(zhuǎn)力，以在裝在塔頂?shù)娘L(fēng)力渦輪機(jī)的整個(gè)使用過(guò)程中產(chǎn)生電能，而所述發(fā)電機(jī)系統(tǒng)垂直于齒輪箱設(shè)置，它的兩個(gè)水平的、轉(zhuǎn)向相反的輸入軸所產(chǎn)生的能量可輸入錐齒輪行星齒輪在該處結(jié)合成為一整體的齒輪箱，然后傳遞給發(fā)電機(jī)的垂直旋翼軸。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于通過(guò)設(shè)置一個(gè)其長(zhǎng)度與輔助葉片的半徑相等的延伸器，避免空氣動(dòng)力尾流湍流，如減弱的迎面氣流速度的影響，所述延伸器從旋翼輪轂伸至主旋翼葉片的錨定點(diǎn)。風(fēng)穿過(guò)輔助旋翼，只用正常的風(fēng)速使主旋翼動(dòng)作，而不受輔助旋翼渦輪機(jī)的尾流的擾動(dòng)。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是通過(guò)包含由輔助旋翼葉片和主旋翼葉片產(chǎn)生的風(fēng)墻，使風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的掠過(guò)區(qū)更大。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是利用這一混合式風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)，使之在高轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)矩下起作用，與美國(guó)的多葉片低速高轉(zhuǎn)矩風(fēng)力渦輪機(jī)與丹麥的高速低轉(zhuǎn)矩風(fēng)力渦輪機(jī)的組合相似。
此外，還可以從不需要方向控制系統(tǒng)這一事實(shí)得到某些重要的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)椋撓到y(tǒng)是全向的，即雙旋翼渦輪機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施例能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，以接受來(lái)自任何方向的風(fēng)力。
此外，變速操作意味著此風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可自動(dòng)地調(diào)節(jié)，以改變風(fēng)速，從而得到最高效率。其結(jié)果將是，可以自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)子速度、葉片節(jié)距和最佳的翼尖速比，以得到最佳性能。
電子節(jié)距控制致動(dòng)器的功能在于起著失速調(diào)節(jié)器/暴風(fēng)控制裝置的作用，該裝置在風(fēng)速超過(guò)該系統(tǒng)安全運(yùn)行所需要的某個(gè)水平時(shí)，使旋翼葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，以便使發(fā)電機(jī)不起作用。
對(duì)于出現(xiàn)必需時(shí)的緊急失速而中止運(yùn)行來(lái)說(shuō)，這是一種理想的解決方案，它優(yōu)于傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)，因?yàn)樗苊饬嗽跈C(jī)械式摩擦制動(dòng)系統(tǒng)中由強(qiáng)迫失速而產(chǎn)生的對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)力。
本發(fā)明的主要目的是提供一種先進(jìn)的超大型風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括組成一整體的多機(jī)組旋翼葉片風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)。眾所周知，傳統(tǒng)的大型風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)有幾個(gè)技術(shù)上的弱點(diǎn)。第一個(gè)弱點(diǎn)是它的旋翼直徑有限制。按照一般的空氣動(dòng)力學(xué)理論，發(fā)電機(jī)的輸出功率與葉片的掠過(guò)面積的平方成正比。
但是，由于阻力和加大的噪音污染的強(qiáng)烈影響，已經(jīng)不可避免的將翼尖速度限定在不超過(guò)60米/秒。旋翼葉片的半徑長(zhǎng)度也受到在制造在空氣動(dòng)力上平衡的長(zhǎng)葉片時(shí)出現(xiàn)的困難的限制。
為了最大限度地使這些障礙減少，本發(fā)明將多機(jī)組旋翼葉片系統(tǒng)做成一整體，從而形成一種超大型的風(fēng)力機(jī)械。
如圖10所示，本發(fā)明的目的通過(guò)采用三個(gè)繞一主旋翼輪轂旋轉(zhuǎn)的延伸器來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)延伸器在其頂點(diǎn)有一旋翼葉片組。各個(gè)獨(dú)立的旋翼順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而整個(gè)裝配組件則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，有效地消除了由各個(gè)旋翼葉片組產(chǎn)生的向外的軌道翼尖速度。
本發(fā)明的各個(gè)方面、用途和優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)對(duì)附圖的詳細(xì)描述而得到更全面地理解。
圖1(A)是本發(fā)明的前視圖。
圖1(B)是本發(fā)明的側(cè)視圖。
圖2是本發(fā)明的組合式錐齒輪行星齒輪齒輪箱組件的剖視圖。
圖3是圖2的詳細(xì)的剖視圖。
圖4是沿圖2所示錐齒輪行星齒輪齒輪箱組件的A-A線剖開的剖面的詳圖。
圖5是沿圖2所示錐齒輪行星齒輪齒輪箱組件的B-B線剖開的剖面的詳圖。
圖6是沿圖2中的C-C線剖開的剖面頂部的詳圖。
圖7是沿圖2中的D-D線的剖面的放大圖。
圖8是圖2中的細(xì)部E的放大圖。
圖9是本發(fā)明的組合式錐齒輪行星齒輪組件的另一功能性實(shí)施例的剖視圖。
圖10是本發(fā)明的超大型整體式多機(jī)組旋翼葉片風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖。
圖11是圖10的正面圖。
圖12是本發(fā)明的超大型整體式多機(jī)組旋翼葉片風(fēng)力渦輪機(jī)的主要實(shí)際結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖13是圖12所示主旋翼渦輪機(jī)組的實(shí)際結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖14是圖12所示主旋翼機(jī)組的剖面的詳圖。
圖15是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖。
參考有關(guān)本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)，也即如圖1(A)、1(B)和圖2所示的整體式多機(jī)組旋翼葉片系統(tǒng)的說(shuō)明的細(xì)節(jié)，本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)包括-裝在旋翼渦輪機(jī)100上的主旋翼葉片110-裝在旋翼渦輪機(jī)200上的輔助旋翼葉片201-組合式錐齒輪行星齒輪組件300-一用于旋翼渦輪機(jī)100上的主旋翼葉片110的節(jié)距控制致動(dòng)器120-主旋翼葉片110的差動(dòng)齒輪構(gòu)件130-一用于旋翼渦輪機(jī)200上的輔助旋翼葉片201的節(jié)距控制致動(dòng)器220
-一從組合式錐齒輪行星齒輪組件300伸出的垂直輸出軸420-一裝在塔400內(nèi)，在齒輪箱組件300正下方的立式發(fā)電機(jī)410。
如圖1(B)所示，旋翼渦輪機(jī)200上的逆風(fēng)輔助旋翼葉片210有一其長(zhǎng)度為延伸器和主旋翼葉片110的組合長(zhǎng)度的一半的半徑，該輔助旋翼葉片位于齒輪組件300的后端，它以相同的翼尖旋轉(zhuǎn)速度按與主旋翼葉片110相反的旋轉(zhuǎn)方式運(yùn)行。這種構(gòu)形使渦輪機(jī)在任何時(shí)候都保持面向主導(dǎo)風(fēng)。
輔助旋翼渦輪機(jī)200的尺寸幾乎是主旋翼渦輪機(jī)100的一半，并包括由軸211裝在旋翼渦輪機(jī)200上的三葉片旋翼210，該旋翼渦輪機(jī)200以幾乎兩倍于主旋翼渦輪機(jī)100的速度旋轉(zhuǎn)。主旋翼渦輪機(jī)100包括三個(gè)具有延伸器111的旋翼葉片110，該延伸器從組合式錐齒輪行星齒輪組件300的主旋翼渦輪機(jī)輪轂部件伸至主旋翼葉片110的錨定點(diǎn)。
從主旋翼葉片110開始的延伸器111的長(zhǎng)度差不多等于輔助旋翼渦輪機(jī)200的輔助旋翼葉片210的長(zhǎng)度。這就使主旋翼渦輪機(jī)100在正常的風(fēng)力條件下有效地運(yùn)行，而沒有由輔助旋翼渦輪機(jī)200引起的尾流湍流作用。
如圖3所示，組合式錐齒輪行星齒輪組件300包括一水平放置的上錐齒輪311。
該齒輪311朝著它的相對(duì)部分，即下錐齒輪312。在錐齒輪311的朝內(nèi)的面上，固定有多個(gè)三行星齒輪323。在錐齒輪312的朝內(nèi)的面上，剛性地裝有一環(huán)形齒輪322。
行星齒輪架包括裝在錐齒輪311上的行星齒輪323和一裝在錐齒輪312上并包括它在內(nèi)的環(huán)形齒輪322。與此同時(shí)，上錐齒輪311和下錐齒輪312以與垂直放置的錐齒輪313和314處于嚙合關(guān)系的方式垂直地設(shè)置。
錐齒輪313固定在從輔助旋翼渦輪機(jī)200伸出的輸入轉(zhuǎn)軸230的一端上。錐齒輪314固定在主旋翼渦輪機(jī)100的輸入轉(zhuǎn)軸150上。這兩個(gè)錐齒輪都與上錐齒輪311和下錐齒輪312處于嚙合的關(guān)系。
錐齒輪311和312都響應(yīng)主旋翼渦輪機(jī)100的旋轉(zhuǎn)，以與錐齒輪313和314相同的速度沿相反的方向旋轉(zhuǎn)，而錐齒輪313和314則分別響應(yīng)輔助旋翼渦輪機(jī)200的旋轉(zhuǎn)。
現(xiàn)在參看圖3和圖6，在上述機(jī)構(gòu)之后并位于行星齒輪架的中心的太陽(yáng)輪321以與三個(gè)行星齒輪323嚙合的關(guān)系旋轉(zhuǎn)，這三個(gè)行星齒輪323繞各自的樞軸旋轉(zhuǎn)并圍繞太陽(yáng)輪321轉(zhuǎn)動(dòng)，而與行星齒輪323處于嚙合關(guān)系的環(huán)形齒輪322沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。
如上所述，輔助旋翼渦輪機(jī)200和主旋翼渦輪機(jī)100的能量輸入在由一組行星構(gòu)件組成的緊湊的錐齒輪行星齒輪組件300中組合在一起；使三個(gè)行星齒輪323，一個(gè)環(huán)形齒輪322，一個(gè)太陽(yáng)輪321，一對(duì)垂直的錐齒輪313，314和一對(duì)水平的錐齒輪311，312做成一整體，成為“T”字形的齒輪箱組件。
另外，處于水平位置的兩根低速輸入轉(zhuǎn)軸用齒輪與一處于垂直位置的高速輸出轉(zhuǎn)軸連接，它們都位于一個(gè)緊湊的齒輪箱中。
現(xiàn)在參看圖3和圖5中的詳細(xì)說(shuō)明，圖中的主旋翼渦輪機(jī)100的輸入旋翼輪轂是輸入差動(dòng)齒輪構(gòu)件130(見圖3)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該差動(dòng)齒輪構(gòu)件通過(guò)將主旋翼渦輪機(jī)100的來(lái)自輸入速度的轉(zhuǎn)速加倍，以便與輔助旋翼渦輪機(jī)200的翼尖速度匹配，而從理論上提高效率。輸入差動(dòng)齒輪構(gòu)件130包括一裝在框架140(見圖3)上的固定的垂直錐齒輪131和一與渦輪機(jī)100的主旋翼葉片110(見圖1)聯(lián)接的相對(duì)地垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的錐齒輪133。
輸入轉(zhuǎn)軸150(見圖3)從垂直的輸入錐齒輪314延伸至三個(gè)旋轉(zhuǎn)的錐齒輪132(見圖3和圖5)處。位于主旋翼渦輪機(jī)100的主旋翼葉片110的每個(gè)延伸器111的一端的相關(guān)聯(lián)的軸承112繞固定的錐齒輪131旋轉(zhuǎn)，而錐齒輪131與錐齒輪133嚙合。該系統(tǒng)裝在輸入轉(zhuǎn)軸150上，以便使之將旋翼渦輪機(jī)200的速度增加到是主旋翼渦輪機(jī)100的速度的兩倍，然后，就將兩個(gè)渦輪機(jī)的輸入能量傳送給組合式錐齒輪行星齒輪組件300(見圖3和圖4)。
因此，裝在組合式錐齒輪行星齒輪組件300上的垂直輸出轉(zhuǎn)軸420(見圖1、圖3，圖9和圖12)的總輸出轉(zhuǎn)數(shù)Z0為Z0＝(ZS+2ZR/ZS)×2n，其中，ZS為太陽(yáng)輪321的齒數(shù)，ZR為環(huán)形齒輪322的齒數(shù)，n為主旋翼渦輪機(jī)100的輸出轉(zhuǎn)數(shù)。
在圖9中，示出了本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)實(shí)施例，其中，與組合式錐齒輪行星齒輪組件300做成一整體的主旋翼渦輪機(jī)100和輔助旋翼渦輪機(jī)200通過(guò)加入上水平錐齒輪311-1和下水平錐齒輪312-1而符合方程式Z0＝(ZS+2ZR/ZS)×2n，錐齒輪311-1與312-1裝在與錐齒輪311和312相同的樞軸上并與錐齒輪314-1處于嚙合的關(guān)系，而錐齒輪314-1的尺寸為原先描述過(guò)的錐齒輪314的兩倍。輸入轉(zhuǎn)軸150將錐齒輪314-1連至主旋翼葉片渦輪機(jī)100上。所得到的各個(gè)齒輪的運(yùn)行特性功能與在圖3中所描述的主旋翼渦輪機(jī)100的輸入差動(dòng)錐齒輪130的完全相同。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)而參看圖10和圖11所示的與風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)做成一整體的超大型多旋翼葉片渦輪機(jī)的側(cè)視圖和立面圖，依次詳細(xì)地描述各個(gè)組成零件及其結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。
本發(fā)明的組合式風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)旨在提供一個(gè)超大的掠過(guò)區(qū)，該區(qū)域由裝在組合式錐齒輪行星齒輪組件300的前端上的逆風(fēng)輔助旋翼渦輪機(jī)200和三個(gè)固定在旋翼渦輪機(jī)500上的逆風(fēng)多機(jī)組旋翼葉片531(見圖13)組成，所述旋翼葉片531裝在一中空的支承延伸器511上和一多機(jī)組旋翼渦輪機(jī)500的可將動(dòng)力傳至輸入錐齒輪520和521的輸入軸510，該輸入軸510通過(guò)延伸器511將動(dòng)力傳給位于組合式錐齒輪行星齒輪組件300后端的主旋翼輪轂組件300的相結(jié)合的錐齒輪132、132’，可參看圖12、圖13和圖14。
渦輪機(jī)500的多組旋翼葉片531的旋轉(zhuǎn)力被傳送給與水平錐齒輪521(見圖13)嚙合的垂直的輸入錐齒輪520。此旋轉(zhuǎn)力通過(guò)輸入軸510傳給固定在輸入軸510(111)的端部并圍繞固定的錐齒輪131旋轉(zhuǎn)的錐齒輪132，132’(見圖12和圖14)。旋翼渦輪機(jī)組件的主輪轂有三個(gè)繞錐齒輪131旋轉(zhuǎn)的主多機(jī)組旋翼渦輪機(jī)500，該錐齒輪131又與輸入轉(zhuǎn)軸150相連。前面已經(jīng)參考圖3和9描述了操作原理的類似功能。
在高效的風(fēng)力渦輪機(jī)中，保持最佳的翼尖速比并根據(jù)風(fēng)速的變化可改變運(yùn)行速度是必要的因素。特別地，在可變速的風(fēng)力渦輪機(jī)中超過(guò)大于60m/s的高翼尖速度的超大型風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)是不可避免的。
因此，如上所述，通過(guò)減小超大型風(fēng)力渦輪機(jī)的懸翼葉片的翼尖速度，本發(fā)明的實(shí)際結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)中的連接通過(guò)一系列按軌道設(shè)置的齒輪提供了一在空氣動(dòng)力方面抵銷反向轉(zhuǎn)動(dòng)的速度的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)最大的能量輸出效率，同時(shí)具有優(yōu)化的翼尖速比和低的運(yùn)行噪聲等級(jí)。轉(zhuǎn)向相反的翼尖速度抵銷機(jī)械齒輪系統(tǒng)和原理可應(yīng)用于超大型直升飛機(jī)的主懸翼葉片。
如圖11所示，旋翼渦輪機(jī)500的旋翼葉片組531的旋轉(zhuǎn)方向是沿順時(shí)針?lè)较虻模街难由斓街鞫鄼C(jī)組旋翼渦輪機(jī)500的支承延伸器511的主旋翼輪轂組件則沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)速相同，而且旋轉(zhuǎn)的輸入錐齒輪520，521、固定的錐齒輪131和公轉(zhuǎn)的輸入錐齒輪132，132’有合適的構(gòu)形時(shí)，主多機(jī)組旋翼渦輪機(jī)500的旋翼葉片組531向外的軌道翼尖速度由主旋翼輪轂組件的支承延伸器511的相反的轉(zhuǎn)速抵消。
本發(fā)明的主要特征之一是在正常風(fēng)力和暴風(fēng)風(fēng)力條件下都能使用的節(jié)距控制順槳機(jī)構(gòu)。旋翼渦輪機(jī)100的主旋翼葉片110的節(jié)距控制致動(dòng)器120，輔助旋翼渦輪機(jī)220和主多機(jī)組旋翼渦輪機(jī)500的旋翼葉片531的節(jié)距控制致動(dòng)器532都是獨(dú)立地使旋翼周期變距的(見圖3、圖9、圖12和圖13)。這樣可在變風(fēng)速操作過(guò)程中保持最佳的翼尖速度比。它還建立了一個(gè)失速機(jī)構(gòu)，用以在有特別強(qiáng)烈的風(fēng)的時(shí)候保護(hù)所述機(jī)構(gòu)不受損害。
參看圖3、圖9、圖12和圖13，節(jié)距控制致動(dòng)器120、220和532包括一致動(dòng)器電動(dòng)機(jī)124，它可以與致動(dòng)齒輪構(gòu)件123(見圖7)和相關(guān)聯(lián)的蝸桿122及蝸輪121(見圖8)一起沿任一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
主旋翼渦輪機(jī)100和輔助旋翼渦輪機(jī)220由一微處理機(jī)獨(dú)立地控制，該微處理機(jī)通過(guò)風(fēng)速計(jì)監(jiān)控風(fēng)的所有數(shù)據(jù)并同時(shí)監(jiān)控輔助渦輪機(jī)220和主渦輪機(jī)100的各自的轉(zhuǎn)速，以使所有的三個(gè)主多機(jī)組旋翼渦輪機(jī)500都保持相同的最佳翼尖速比。
圖7和圖8中放大地示出的圖2的局部“E”示出了節(jié)距控制致動(dòng)器120、220(見圖2)和532(見圖13)的各個(gè)零件和它們的運(yùn)行關(guān)系及功能關(guān)系。
首先是起動(dòng)功能，此時(shí)，微處理機(jī)調(diào)節(jié)葉片的鈍角，葉片響應(yīng)于作用了一定時(shí)間的旋轉(zhuǎn)風(fēng)速而開始轉(zhuǎn)動(dòng)。致動(dòng)器電動(dòng)機(jī)124轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)齒輪構(gòu)件123及蝸桿122，與固定在旋翼葉片的伸出的軸111和211(見圖3)上和圖13所示旋翼渦輪機(jī)組的軸530上的蝸輪121同步，這樣就調(diào)節(jié)了旋翼渦輪機(jī)的葉片的節(jié)距角。
致動(dòng)器電動(dòng)機(jī)124的第二個(gè)功能是通過(guò)根據(jù)從微處理機(jī)接收到的控制信號(hào)不斷地沿任一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而在各種風(fēng)速條件下保持最佳的翼尖速比。
第三個(gè)功能是暴風(fēng)控制調(diào)節(jié)失速。當(dāng)非常強(qiáng)的風(fēng)力作用在旋翼渦輪機(jī)上時(shí)，暴風(fēng)控制機(jī)構(gòu)就動(dòng)作，改變旋翼葉片節(jié)距，使渦輪機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
因此，如上所述，寧可用人工操縱緊急失速控制，而不采用摩擦式機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)。這些功能由位于微處理機(jī)中的預(yù)先裝入的軟件來(lái)致動(dòng)。
本發(fā)明可以有許多改進(jìn)和變化，例如可調(diào)整的單葉片旋翼、多葉片旋翼、復(fù)合式單機(jī)組渦輪機(jī)或多機(jī)組渦輪機(jī)。此外，可以通過(guò)簡(jiǎn)單地在輔助旋翼渦輪機(jī)或主旋翼渦輪機(jī)上加上齒輪裝置而使輔助旋翼渦輪機(jī)和主旋翼渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)向是反向旋轉(zhuǎn)的或單向旋轉(zhuǎn)的。
所有這些改進(jìn)都應(yīng)包括在由下列權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于通過(guò)多機(jī)組旋翼渦輪機(jī)和一做成一整體的風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)得到旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能的設(shè)備，它包括一旋翼渦輪機(jī)(100)的順風(fēng)主旋翼葉片(110)和一旋翼渦輪機(jī)(200)的逆風(fēng)輔助旋翼葉片(210)，旋翼渦輪機(jī)(100)包括設(shè)置在組合式錐齒輪行星齒輪組件(300)后部的輸入差動(dòng)齒輪構(gòu)件(130)，旋翼渦輪機(jī)(200)與一擺動(dòng)地連接在組合式錐齒輪行星齒輪組件(300)的前面的固定裝置相聯(lián)。它將捕獲到一定量的有助于旋翼渦輪機(jī)(100)的主旋翼葉片(110)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)。它們都是在空氣動(dòng)力方面平衡的，并且以同樣的翼尖速度比反向旋轉(zhuǎn)。組合式錐齒輪行星齒輪組件(300)包括一對(duì)輸入錐齒輪(310)和一組分別裝在四個(gè)錐齒輪(310)的圓柱形內(nèi)部空間中的行星齒輪(320)。組合式錐齒輪行星齒輪組件(300)有效地加大了兩根低速水平軸(150)和(230)的旋轉(zhuǎn)力。它將嚙合過(guò)程變成高速的垂直軸(420)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，由該垂直軸將輸出力傳給垂直放置的發(fā)電機(jī)(410)，該發(fā)電機(jī)(410)裝在塔內(nèi)，位于組合式錐齒輪行星齒輪組件(300)的正下方，并裝在自動(dòng)地頂著風(fēng)的塔(400)的頂部，它不需要有主動(dòng)的方向控制裝置，這是因?yàn)椋瑴u輪機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)使之有可能在空氣動(dòng)力上進(jìn)行控制。
2.按照權(quán)利要求1，本發(fā)明是旋翼渦輪機(jī)(100)的順風(fēng)主旋翼葉片(110)和延伸器(111)，渦輪機(jī)(100)裝在組合式錐齒輪行星齒輪組件(300)的后端，該齒輪組件(300)被設(shè)計(jì)成由風(fēng)力旋轉(zhuǎn)。裝在組合式錐齒輪行星齒輪組件(300)前面的旋翼渦輪機(jī)(200)的輔助旋翼葉片(210)可以協(xié)助旋翼渦輪機(jī)(100)的主旋翼葉片(110)的旋轉(zhuǎn)以及超轉(zhuǎn)速控制和輔助起動(dòng)。多機(jī)組旋翼葉片渦輪機(jī)系統(tǒng)的這種直徑尺寸加倍的主旋翼渦輪機(jī)(100)和直徑尺寸減半的輔助旋翼渦輪機(jī)(200)的實(shí)際布置和結(jié)構(gòu)調(diào)整自動(dòng)地使該系統(tǒng)保持朝向主導(dǎo)風(fēng)而不需要有主動(dòng)的方向控制系統(tǒng)。
3.在如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明中，渦輪機(jī)(200)的輔助旋翼葉片(210)的回轉(zhuǎn)直徑幾乎等于主旋翼渦輪機(jī)(100)的延伸器(111)的尺寸，因而正常風(fēng)力可作用在旋翼渦輪機(jī)(100)的順風(fēng)主旋翼葉片(110)上，而沒有來(lái)自渦輪機(jī)(200)的輔助旋翼葉片(210)的尾流湍流的空氣動(dòng)力影響。
4.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明的設(shè)備，它是主旋翼渦輪機(jī)(100)的輸入旋翼輪轂的一個(gè)差動(dòng)齒輪構(gòu)件(130)，根據(jù)差動(dòng)齒輪系統(tǒng)的理論，它進(jìn)一步包括一用于將來(lái)自旋翼渦輪機(jī)(100)的輸入轉(zhuǎn)速加倍并在理論上使渦輪機(jī)(200)的輔助旋翼葉片(210)的翼尖速度與主旋翼渦輪機(jī)(100)的相匹配的裝置。上述完成差動(dòng)的齒輪構(gòu)件包括一固定在框架(140)上的垂直錐齒輪(131)。錐齒輪(131)對(duì)著垂直錐齒輪(133)，此錐齒輪(133)與主旋翼葉片(110)和主渦輪機(jī)(100)的輸入轉(zhuǎn)軸(150)結(jié)合，一起旋轉(zhuǎn)。三個(gè)與軸承(112)相聯(lián)的輸入錐齒輪(132)可旋轉(zhuǎn)地安裝在主旋翼渦輪機(jī)(100)的主旋翼葉片(110)的三個(gè)延伸器(111)上。這些錐齒輪與輸入轉(zhuǎn)軸(150)的轉(zhuǎn)動(dòng)的錐齒輪(133)相結(jié)合并自轉(zhuǎn)，同時(shí)成嚙合關(guān)系地繞固定的錐齒輪(131)旋轉(zhuǎn)。根據(jù)差動(dòng)齒輪裝置的原理，主旋翼渦輪機(jī)(100)轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)而輔助旋翼渦輪機(jī)(200)則轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，以便使兩個(gè)旋翼渦輪機(jī)(100)和(200)的翼尖速度能在空氣動(dòng)力方面相匹配。
5.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明的設(shè)備，它是用于旋翼渦輪機(jī)(100)的主旋翼葉片(110)和旋翼渦輪機(jī)(100)的主旋翼葉片(110)的輔助旋翼葉片(210)與旋翼渦輪機(jī)(200)的輔助旋翼葉片(210)以及渦輪機(jī)(500)的主旋翼葉片(531)的節(jié)距控制致動(dòng)器(120)、(220)和(532)，該節(jié)距控制致動(dòng)器調(diào)節(jié)葉片的節(jié)距角，以利用風(fēng)速。節(jié)距控制致動(dòng)器(120)、(220)和(532)有三個(gè)功能通過(guò)調(diào)整葉片的節(jié)距角，接通風(fēng)速，以協(xié)助起動(dòng)；將節(jié)距角按最佳翼尖速比調(diào)節(jié)，以在給定風(fēng)速下達(dá)到最佳的運(yùn)行效率；以及進(jìn)行用于暴風(fēng)控制或緊急失速的失速調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求5所述的本發(fā)明的裝置，節(jié)距控制致動(dòng)器(120)、(220)和(532)有一個(gè)用微處理機(jī)控制的致動(dòng)器電動(dòng)機(jī)(124)，它包括與蝸桿(122)嚙合的致動(dòng)齒輪構(gòu)件(123)，該蝸桿(122)與蝸輪(121)相結(jié)合，而蝸輪(121)分別地固定在主旋翼渦輪機(jī)(110)的延伸器軸(111)的一端上、輔助旋翼(121)的延伸器軸(211)的一端上或主旋翼葉片(531)的延伸器軸(530)的一端上。
7.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明的設(shè)備，有組合式錐齒輪行星齒輪組件(300)，它包括一上錐齒輪(311)和一下錐齒輪(312)，它們與裝在水平轉(zhuǎn)軸(150)和(230)的一端上的一對(duì)輸入錐齒輪(314)和(313)處于嚙合關(guān)系。軸(150)和(230)的另一端分別與主旋翼渦輪機(jī)(100)和輔助旋翼渦輪機(jī)(200)相連。在組合式錐齒輪行星齒輪組件(300)的另一結(jié)構(gòu)上的實(shí)施例中設(shè)有一另外的上錐齒輪(311-1)和下錐齒輪(312-1)，它們與錐徑為兩倍的錐齒輪(314-1)而不是與錐齒輪(314)處于嚙合關(guān)系，錐齒輪(314-1)固定在輸入轉(zhuǎn)軸(150)的一端上。行星齒輪構(gòu)件(320)位于包括垂直的反向旋轉(zhuǎn)的輸入錐齒輪(314-1)、(313)和一對(duì)水平的反向旋轉(zhuǎn)的上、下錐齒輪(311)、(311-1)和(312)、(312-1)的中央圓柱形空間中。
8.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求7所述的本發(fā)明的設(shè)備，它有組合式錐齒輪行星齒輪組件(300)，它是由一組三個(gè)行星齒輪(323)和一環(huán)形齒輪(322)組成的行星齒輪架，行星齒輪(323)在朝下的頂面上相對(duì)于上水平錐齒輪(311)成120度角的垂直布置，環(huán)形齒輪(322)垂直地布置在下水平錐齒輪(312)的朝上的底面上。因此，包括行星齒輪(323)在內(nèi)的上述行星齒輪架(311)和環(huán)形齒輪(312)在行星齒輪(323)繞位于中心的太陽(yáng)輪(321)旋轉(zhuǎn)時(shí)以相同的速度沿相反的方向旋轉(zhuǎn)，并且在這樣做的時(shí)候，與周圍的環(huán)形齒輪(322)結(jié)合，該環(huán)形齒輪(322)沿與太陽(yáng)輪(321)和行星齒輪(323)相反的方向旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，太陽(yáng)輪(321)有一垂直的輸出轉(zhuǎn)軸(420)，它穿過(guò)其中空的中心并穿過(guò)下錐齒輪(312)而與發(fā)電機(jī)(410)相連。上述組合式錐齒輪組件(300)的輸出轉(zhuǎn)動(dòng)的齒數(shù)比為1+2ZR/ZS，其中的ZR為環(huán)形齒輪(322)的齒數(shù)，而ZS為太陽(yáng)輪(321)的齒數(shù)。
9.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明的設(shè)備，它是主旋翼渦輪機(jī)(100)的輸入差動(dòng)齒輪構(gòu)件(130)，該渦輪機(jī)(100)可以改進(jìn)成通過(guò)使主旋翼渦輪機(jī)組(500)自轉(zhuǎn)并繞旋翼渦輪機(jī)(100)的固定的垂直輸入錐齒輪(131)旋轉(zhuǎn)而得到的一簡(jiǎn)單的輸入錐齒輪裝置。三個(gè)主旋翼渦輪機(jī)和它們的多機(jī)組葉片系統(tǒng)的組件的旋轉(zhuǎn)方向?qū)е滦頊u輪機(jī)(500)的三組旋翼葉片(531)的外軌道翼尖速度通過(guò)相等的旋轉(zhuǎn)速度布置而被主旋翼輪轂組件(100)的支承延伸器(511)的旋轉(zhuǎn)速度抵消，這種抵消是在空氣動(dòng)力上抵消了旋翼葉片的旋轉(zhuǎn)速度，它與不管風(fēng)速如何變化都能保持最佳的翼尖速比結(jié)合，使之有可能得到最高效的變速旋翼渦輪機(jī)運(yùn)行。該多機(jī)組葉片系統(tǒng)在超大型風(fēng)力渦輪機(jī)的旋翼渦輪機(jī)(100)的一個(gè)鉸接地位于中心的固定錐齒輪(131)上彼此沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。這種機(jī)械齒輪系統(tǒng)和作用可用于超大型直升飛機(jī)的主旋翼葉片機(jī)翼。
10.如權(quán)利要求9所述的本發(fā)明的設(shè)備，它是牢固地安裝在輸入轉(zhuǎn)軸(510〔111〕)的一端上的輸入錐齒輪(132〔132’〕)，軸(510〔111〕)在另一端上與輸入錐齒輪(521)相連，而錐齒輪(521)又與旋翼渦輪機(jī)組(500)的錐齒輪(520)連接，它們都以與超大型風(fēng)力渦輪機(jī)的旋翼輪轂組件的上述固定錐齒輪(131)的周邊成嚙合的關(guān)系而旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
所述風(fēng)力渦輪機(jī)有一組螺旋槳形風(fēng)力收集旋翼渦輪機(jī)，它包括一逆風(fēng)的輔助旋翼葉片渦輪機(jī)和一順風(fēng)主旋翼葉片渦輪機(jī)，前者位于組合式錐齒輪行星齒輪組件的前端。這些旋翼葉片彼此以相反的方向旋轉(zhuǎn)，延伸器能使主渦輪機(jī)在正常風(fēng)速下動(dòng)作而不受由輔助旋翼葉片的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力尾流湍流的影響。超大型整體的多機(jī)組旋翼葉片風(fēng)力渦輪機(jī)有四組風(fēng)力收集旋翼葉片渦輪機(jī)，它們包括裝在組合式錐齒輪行星齒輪組件前端的順風(fēng)旋翼渦輪機(jī)和三個(gè)繞延伸器上的中心樞軸旋翼輪轂均勻布置的逆風(fēng)旋翼渦輪機(jī)組，該延伸器的長(zhǎng)度與輔助渦輪機(jī)葉片的半徑相等。上述風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)有微處理機(jī)節(jié)距控制系統(tǒng)，由此獲得高效率的運(yùn)行和用于狂風(fēng)控制的失速。
文檔編號(hào)F03D11/02GK1161728SQ95193805
公開日1997年10月8日 申請(qǐng)日期1995年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月27日
發(fā)明者辛瓚 申請(qǐng)人:辛瓚