一種具有活動葉片的垂直軸風(fēng)力發(fā)電葉輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有活動葉片的垂直軸風(fēng)力發(fā)電葉輪。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類社會發(fā)展進(jìn)步的動力和保障。近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，煤炭，石油，天然氣等常規(guī)能源被快速，大量的消耗，這讓人類不僅面對資源日趨枯竭的壓力，同時(shí)受到了環(huán)境不斷惡化的威脅。能源和環(huán)保已成為當(dāng)今人類生存和發(fā)展急需解決的緊迫問題。風(fēng)電作為一種清潔環(huán)保的新能源，既不消耗有限的煤炭資源，也不會消耗寶貴的地下風(fēng)資源，更有利于國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，在全國各地區(qū)大力發(fā)展適合具體地區(qū)特點(diǎn)的高效可靠的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是大有前途的。要實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化、實(shí)用化，要求有高效能的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品，能夠最大限度的利用風(fēng)能，這就要求我們研究風(fēng)力機(jī)的性能，提高風(fēng)機(jī)對風(fēng)能的最大捕獲，產(chǎn)生高效率能量轉(zhuǎn)化。
[0003]目前，風(fēng)力發(fā)電的主要形式是通過風(fēng)機(jī)裝置將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，因此設(shè)計(jì)一種高效、可靠的風(fēng)機(jī)是風(fēng)能利用的關(guān)鍵技術(shù)。風(fēng)機(jī)的造型既要考慮結(jié)構(gòu)也要考慮重量等其它因素。當(dāng)前風(fēng)機(jī)形式主要有水平軸風(fēng)機(jī)和垂直軸風(fēng)機(jī)兩種，葉輪軸線與風(fēng)向的相對位置平行的為水平軸式葉輪(HAWT)，葉輪軸線與風(fēng)向的相對位置垂直的為垂直軸式葉輪(VAWT)。
[0004]同水平軸風(fēng)電機(jī)組相比，垂直軸風(fēng)電機(jī)組具有以下優(yōu)勢:
[0005](I)垂直軸式葉輪軸線與來流方向垂直，可以捕獲任何方向的風(fēng)能，結(jié)構(gòu)簡單，很適合小型化獨(dú)立發(fā)電。
[0006](2)垂直軸風(fēng)機(jī)安裝和維護(hù)簡單，制造工藝簡單，造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。
[0007](3)垂直軸風(fēng)機(jī)對葉片結(jié)構(gòu)及其強(qiáng)度要求低。
[0008](4)垂直軸式葉輪能夠在復(fù)雜紊流下有效工作，因此更適合于應(yīng)用在復(fù)雜地形的小型風(fēng)力發(fā)電場所，如偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村。
[0009](5)垂直軸葉輪葉片的尖速比水平軸葉輪的小，這樣低轉(zhuǎn)速下氣動噪聲很小，甚至可以達(dá)到靜音的效果，有利于環(huán)保。
[0010]目前常見的垂直軸葉輪主要有升力型垂直軸葉輪和阻力型垂直軸葉輪。升力型的主要代表是Darrieus葉輪，阻力型的主要代表是Savonius葉輪。
[0011]在公開號為US1835018 A的發(fā)明創(chuàng)造中，公開了一種Darrieus風(fēng)力葉輪。該葉輪結(jié)構(gòu)簡單、升力系數(shù)高，但啟動性能較差，尤其在低風(fēng)速下很難啟動。
[0012]在公開號為US1766765 A的發(fā)明創(chuàng)造中，公開了一種Savonius風(fēng)力葉輪。該葉輪啟動性能好，具有很大的風(fēng)速利用范圍，但隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)矩由高到低的變化幅度很大，甚至?xí)陆档浇咏愕某潭?，因此具有較低的總效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]要解決的技術(shù)問題
[0014]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中升力型垂直軸葉輪自啟動難和阻力型垂直軸葉輪能量捕獲效率低的問題，本發(fā)明提出了一種具有活動葉片的垂直軸風(fēng)力發(fā)電葉輪。
[0015]技術(shù)方案
[0016]一種具有活動葉片的垂直軸風(fēng)力發(fā)電葉輪，其特征在于包括主軸、上支架、下支架、第一擋板、第二擋板、第三擋板、第四擋板、第一葉片、第二葉片、第三葉片、第四葉片和活動底座；主軸安裝在活動底座上，上支架、下支架為十字形支架，通過各自中心的主軸固定孔分別套在主軸的第一凸臺下、第二凸臺上，上支架的四個伸出端末端各有一個葉片固定孔分別用來固定第一葉片、第二葉片、第三葉片、第四葉片的上軸，下支架的四個伸出端末端各有一個葉片固定孔分別用來固定第一葉片、第二葉片、第三葉片、第四葉片的下軸，第一葉片的上軸和下軸分別位于第一葉片的一個長邊的上、下角；在上支架與下支架的四個伸出端之間分別固定安裝第一擋板、第二擋板、第三擋板和第四擋板。
[0017]第一凸臺與第二凸臺均為圓柱狀，兩者直徑相等，第一凸臺的軸線與第二凸臺的軸線均與主軸的軸線重合，第一凸臺位于主軸的頂端，第二凸臺位于主軸的底部。
[0018]第一擋板、第二擋板、第三擋板和第四擋板結(jié)構(gòu)完全相同，均為窄長方體，長度等于主軸上第一凸臺和第二凸臺之間的距離，上述任何一個擋板在伸出端上與葉片的上、下端的距離小于葉片的寬度。
[0019]所述的第一葉片、第二葉片、第三葉片和第四葉片的結(jié)構(gòu)完全相同，均為矩形，上述任何一個的葉片上軸與該葉片的葉片下軸的軸線重合，且直徑相同。
[0020]所述的主軸為圓柱狀。
[0021]有益效果
[0022]本發(fā)明提出的一種具有活動葉片的垂直軸風(fēng)力發(fā)電葉輪，使得風(fēng)力葉輪有較好的自啟動性同時(shí)提高了發(fā)電效率。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
[0024]圖2為主軸示意圖
[0025]圖3為上支架示意圖
[0026]圖4為擋板示意圖
[0027]圖5為葉片示意圖
[0028]圖6為本發(fā)明的工作原理圖
[0029]1-第一葉片;2_上支架；3_第一擋板；4_主軸；5_第二擋板；6_第二葉片；7_第三葉片；8_下支架；9_第三擋板；10-活動底座；11_第四擋板；12-第四葉片；13_第一凸臺；14_第二凸臺；15_主軸固定孔；16_第一葉片固定孔；17_第二葉片固定孔；18_第三葉片固定孔；19_第四葉片固定孔；20_葉片上軸；21_葉片下軸。
【具體實(shí)施方式】
[0030]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0031]如圖1所示，一種垂直軸風(fēng)力葉輪，主要由主軸4、上支架2、下支架8、第一擋板3、第二擋板5、第三擋板9、第四擋板11、第一葉片1、第二葉片6、第三葉片7、第四葉片12和活動底座10組成。
[0032]如圖2所示，主軸4為圓柱狀，在主軸頂部和底部的位置各有一個凸臺，分別為第一凸臺13，第二凸臺14。主軸4安裝在活動底座10上。
[0033]第一凸臺13與第二凸臺14均為圓柱狀，兩者直徑相等。第一凸臺13的軸線與第二凸臺14的軸線均與主軸4的軸線重合。第一凸臺13位于主軸4的頂端，第二凸臺14位于主軸4的底部。
[0034]如圖3所示，上支架2為十字形支架。上支架2的中間有一個主軸固定孔15，其直徑略大于主軸的直徑。上支架的四個伸出端末端各有一個葉片固定孔，依次為第一葉片固定孔16、第二葉片固定孔17、第三葉片固定孔18和第四葉片固定孔19，其直徑略大于葉片軸的直徑。
[0035]下支架8與上支架2的結(jié)構(gòu)完全相同。
[0036]第一擋板3、第二擋板5、第三擋板9和第四擋板11的結(jié)構(gòu)完全相同，如圖4所示，均為窄長方體。擋板長度相等于主軸4上第一凸臺13和第二凸臺14之間的距離。
[0037]第一葉片1、第二葉片6、第三葉片7和第四葉片12的結(jié)構(gòu)完全相同，如圖5所示，均為矩形。葉片右邊緣的上方伸出一個葉片上軸20，下方伸出一個葉片下軸21，兩軸的軸線重合，且直徑的相同，均略小于葉片固定孔的直徑。葉片固定在上支架2和下支架8的葉片固定孔中，并繞葉片上軸20和葉片下軸21的軸線轉(zhuǎn)動。
[0038]如圖6所示，葉輪在風(fēng)力的作用下沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。
[0039]在第一葉片I由A點(diǎn)轉(zhuǎn)向B點(diǎn)的過程中，當(dāng)?shù)谝蝗~片I未轉(zhuǎn)到水平方向時(shí)，受風(fēng)力作用，第一葉片I和第四葉片12與風(fēng)力方向平行，不產(chǎn)生逆風(fēng)力矩；第二葉片6緊貼在第二擋板5上，第三葉片7緊貼在第三擋板9上，產(chǎn)生順風(fēng)力矩。
[0040]當(dāng)?shù)谝蝗~片I轉(zhuǎn)到水平方向時(shí)，第一葉片I開始緊貼在第一擋板3上，此時(shí)，第四葉片12仍與風(fēng)力方向平行,第二葉片6仍緊貼在第二擋板5上,但葉片第三葉片7從第三擋板9上離開，順時(shí)針轉(zhuǎn)過180度，與風(fēng)力方向平行。
[0041]當(dāng)?shù)谝蝗~片I從水平方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動到B點(diǎn)的過程中，第一葉片I和第二葉片6分別緊貼在第一擋板3和第二擋板5上，產(chǎn)生順風(fēng)力矩；第三葉片7和第四葉片12與風(fēng)向保持平行，不產(chǎn)生逆風(fēng)力矩。
[0042]當(dāng)?shù)谝蝗~片I到達(dá)B點(diǎn)位置時(shí)，第四葉片12轉(zhuǎn)到原來第一葉片I的位置，重新開始上述第一葉片I的轉(zhuǎn)動過程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有活動葉片的垂直軸風(fēng)力發(fā)電葉輪，其特征在于包括主軸(4)、上支架(2)、下支架(8)、第一擋板(3)、第二擋板(5)、第三擋板(9)、第四擋板(11)、第一葉片(I)、第二葉片(6)、第三葉片(7)、第四葉片(12)和活動底座(10);主軸(4)安裝在活動底座(10)上，上支架(2)、下支架(8)為十字形支架，通過各自中心的主軸固定孔分別套在主軸(4)的第一凸臺(13)下、第二凸臺(14)上，上支架(2)的四個伸出端末端各有一個葉片固定孔分別用來固定第一葉片(I)、第二葉片(6)、第三葉片(7)、第四葉片(12)的上軸，下支架(8)的四個伸出端末端各有一個葉片固定孔分別用來固定第一葉片(I)、第二葉片(6)、第三葉片(7)、第四葉片(12)的下軸，所述的第一葉片⑴的上軸和下軸分別位于第一葉片⑴的一個長邊的上、下角；在上支架(2)與下支架(8)的四個伸出端之間分別固定安裝第一擋板(3)、第二擋板(5)、第三擋板(9)和第四擋板(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有活動葉片的垂直軸風(fēng)力發(fā)電葉輪，其特征在于所述的第一凸臺(13)與第二凸臺(14)均為圓柱狀，兩者直徑相等，第一凸臺(13)的軸線與第二凸臺(14)的軸線均與主軸(4)的軸線重合，第一凸臺(13)位于主軸的頂端，第二凸臺(14)位于主軸(4)的底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有活動葉片的垂直軸風(fēng)力發(fā)電葉輪，其特征在于所述的第一擋板(3)、第二擋板(5)、第三擋板(9)和第四擋板(11)結(jié)構(gòu)完全相同，均為窄長方體，長度等于主軸(4)上第一凸臺(13)和第二凸臺(14)之間的距離，上述任何一個擋板在伸出端上與葉片的上、下端的距離小于葉片的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有活動葉片的垂直軸風(fēng)力發(fā)電葉輪，其特征在于所述的第一葉片(I)、第二葉片(6)、第三葉片(7)和第四葉片(12)的結(jié)構(gòu)完全相同，均為矩形，上述任何一個的葉片上軸與該葉片的葉片下軸的軸線重合，且直徑相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有活動葉片的垂直軸風(fēng)力發(fā)電葉輪，其特征在于所述的主軸⑷為圓柱狀。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有活動葉片的垂直軸風(fēng)力發(fā)電葉輪，主要由主軸、上支架、下支架、第一擋板、第二擋板、第三擋板、第四擋板、第一葉片、第二葉片、第三葉片、第四葉片和活動底座組成。
【IPC分類】F03D3-06
【公開號】CN104533709
【申請?zhí)枴緾N201410673741
【發(fā)明人】毛昭勇, 宋保維, 張代雨, 丁文俊, 安新宇, 田文龍
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月21日