專利名稱：柵板緩阻式風(fēng)能葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)能葉輪，主要用于風(fēng)力發(fā)電或提供機(jī)械動(dòng)力。
背景技術(shù)：
目前，螺旋槳型風(fēng)能葉輪(以下簡(jiǎn)稱槳輪)是被世界各國廣泛使用的風(fēng)能采集裝置，它的旋轉(zhuǎn)軸線與風(fēng)向平行，利用風(fēng)力推動(dòng)槳輪上的數(shù)只槳葉使槳輪旋轉(zhuǎn)，然后通過槳輪的旋轉(zhuǎn)軸對(duì)外輸出扭矩。由于槳輪的旋轉(zhuǎn)面必須正對(duì)風(fēng)向才能獲得較多的風(fēng)能，所以需要把槳輪安裝在一個(gè)大于槳輪半徑的支架上，才能正常旋轉(zhuǎn)，但是這必然給直接傳輸動(dòng)能(不通過電能轉(zhuǎn)化過程)、以及日常的維護(hù)和修理帶來了諸多的不便。另外，槳輪葉片需運(yùn)用調(diào)整“槳距”的方法，達(dá)到在不同風(fēng)速的情況下都能高效率運(yùn)轉(zhuǎn)的目的；槳輪還需要再增加一套風(fēng)向感應(yīng)和伺服系統(tǒng)，以便根據(jù)風(fēng)向的變化，讓槳輪的旋轉(zhuǎn)面始終對(duì)正風(fēng)向，否則，在風(fēng)向發(fā)生較大的變化時(shí)，即導(dǎo)致槳輪的效率大幅度下降以至于停止轉(zhuǎn)動(dòng)；槳輪不僅需要增加上述兩套調(diào)整裝置，而且還要為這兩套調(diào)整裝置提供一定的能源，使它的建造和維持運(yùn)轉(zhuǎn)的費(fèi)用高昂。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服槳輪需要安置在較高的支架上，以及需要為適應(yīng)風(fēng)向和風(fēng)速的變化而設(shè)置兩套調(diào)整裝置的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種風(fēng)能葉輪，它不僅可以安裝在距地面不到1米的高度上，而且也不需要設(shè)置上述的兩套調(diào)整裝置。
本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是將風(fēng)能葉輪的旋轉(zhuǎn)軸豎直安裝在上下兩個(gè)軸承之間，這兩個(gè)軸承分別固定在支架和底座上，在旋轉(zhuǎn)軸的軸桿上沿圓周均勻分布4組上下對(duì)齊的8只旋臂，在每組的兩只旋臂之間沿徑向通過軸承分別安裝一只葉片和一只柵板；葉片的轉(zhuǎn)軸中心線和柵板的轉(zhuǎn)軸中心線都與上、下旋臂的中心線垂直并相交，而這兩個(gè)轉(zhuǎn)軸的兩端分別通過各自的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，因而實(shí)現(xiàn)葉片和柵板的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。葉片被其轉(zhuǎn)軸的中心線分為面積不等的兩部分，即葉片前緣和后緣至轉(zhuǎn)軸中心線的距離之比為2∶3，而柵板則被其轉(zhuǎn)軸中心線分為面積相等的兩部分；在每組的兩只旋臂之間靠近葉片的一側(cè)固定一根限動(dòng)桿，限制葉片圍繞其轉(zhuǎn)軸的最大轉(zhuǎn)角為170度，由于聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用，柵板圍繞其轉(zhuǎn)軸的最大轉(zhuǎn)角也為170度。在組裝時(shí)要保證葉片截面的中心線與柵板的截面中心線平行；因此，當(dāng)葉片與柵板同步轉(zhuǎn)動(dòng)到它們這兩條截面中心線都與該組旋臂的中心線平行時(shí)，葉片與柵板緊密相臨，但并不能接觸。
旋轉(zhuǎn)軸上的4組旋臂共有4只葉片和4只柵板，葉輪工作時(shí)，同組的葉片和柵板可以圍繞各自的轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，全部4只葉片和4只柵板也同時(shí)圍繞葉輪的旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)。無論多大直徑的風(fēng)能葉輪，都可以安置在離地面不到1米的高度上正常運(yùn)轉(zhuǎn)，它對(duì)不同的風(fēng)速和風(fēng)向有自動(dòng)的適應(yīng)能力，不存在調(diào)整“槳距”或?qū)φL(fēng)向的問題，只要是在通常的風(fēng)速范圍內(nèi)，無論是來自那個(gè)方向的風(fēng)，都可以推動(dòng)該葉輪自動(dòng)進(jìn)入正常的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
本實(shí)用新型的有益效果是，其支架高度可以建的很低，不僅縮短了動(dòng)能輸出的傳送距離，以及方便日常的維護(hù)和修理，還完全省去了為適應(yīng)風(fēng)向和風(fēng)速的變化而設(shè)置的兩套調(diào)整裝置，減少了建造和維持運(yùn)轉(zhuǎn)的費(fèi)用。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是柵板緩阻式風(fēng)能葉輪的側(cè)視圖。
圖2是柵板緩阻式風(fēng)能葉輪的俯視圖。
圖3是葉片、柵板及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的俯視圖。
圖4是葉片、柵板及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖中1.支架，2.旋轉(zhuǎn)軸軸承，3.旋轉(zhuǎn)軸，4.旋臂，5.底座，6.葉片，7.柵板，8.聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，9.限動(dòng)桿，10.傳動(dòng)軸桿安裝座，11.傳動(dòng)軸桿，12.傳動(dòng)桿，13.葉片轉(zhuǎn)軸，14.柵板轉(zhuǎn)軸，15.旋臂中心線，16.葉片小面積部分，17.葉片大面積部分，18.葉片截面中心線，19.柵板截面中心線，20.葉片轉(zhuǎn)軸中心線，21.橡膠墊，22.葉片前緣，23.葉片后緣，24.柵板前緣，25.柵板后緣，26.風(fēng)向箭頭，27.葉輪旋轉(zhuǎn)方向箭頭，28.柵板轉(zhuǎn)軸中心線。
具體實(shí)施方法在
圖1中，該柵板緩阻式風(fēng)能葉輪(以下簡(jiǎn)稱柵輪)的旋轉(zhuǎn)軸(3)豎直安裝在上下兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸軸承(2)之間，這兩個(gè)軸承分別固定在支架(1)和底座(5)上，在旋轉(zhuǎn)軸的軸桿上沿圓周均勻分布4組上下對(duì)齊的8只旋臂(4)，在每組的兩只旋臂之間沿徑向通過軸承分別安裝一只葉片(6)和一只柵板(7)；葉片的轉(zhuǎn)軸中心線(20)和柵板的旋轉(zhuǎn)軸線(28)都與上、下旋臂的中心線垂直并相交，而這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的兩端分別通過各自的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)連接，因而實(shí)現(xiàn)葉片和柵板的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。葉片被其轉(zhuǎn)軸的中心線分為靠近前緣面積較小的(16)、和靠近后緣面積較大的(17)兩部分，而柵板則被其轉(zhuǎn)軸中心線(28)分為面積相等的兩部分；在每組的兩只旋臂之間靠近葉片的一側(cè)固定一根限動(dòng)桿(9)，限制葉片圍繞其轉(zhuǎn)軸的最大轉(zhuǎn)角為170度。
圖上可以看到3組處在不同位置的旋臂組合，其中右側(cè)一組旋臂組合的葉片與柵板的截面中心線重合，葉片的前緣(22)與柵板的后緣(25)緊密相臨，但并不能接觸；另外，葉片的兩條對(duì)角線的交點(diǎn)即為空氣壓力中心e點(diǎn)。
在圖2中，該圖為各部件處于
圖1狀況的俯視圖，當(dāng)風(fēng)(26)從右向左開始吹向該葉輪時(shí)，4組旋臂上的共4只葉片和4只柵板的運(yùn)動(dòng)情況如下<1>A點(diǎn)方向的葉片和柵板組合當(dāng)柵輪靜止不轉(zhuǎn)時(shí)，來風(fēng)吹動(dòng)葉片使它的前緣對(duì)正來風(fēng)方向，后半部靠在限動(dòng)桿旁，這是由于葉片的空氣壓力中心e，處于葉片轉(zhuǎn)軸中心連線的后面(即在葉片后半部面積較大的部分之內(nèi))，只要風(fēng)力足夠大，作用在葉片該點(diǎn)上的壓力差(葉片兩面與葉片截面中心線垂直方向的空氣壓力的合力)能自動(dòng)驅(qū)使該葉片的前緣保持最小的仰角(葉片截面中心線與相對(duì)氣流方向的夾角)為零度，與此同時(shí)，葉片通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)?xùn)虐逋睫D(zhuǎn)動(dòng)，使柵板和葉片處在同一個(gè)平面之中，組成了一個(gè)較大的有效工作面積(工作面積＝葉片面積+柵板面積，簡(jiǎn)稱“有效工作面”)，這時(shí)可視為柵輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)的零點(diǎn)，同時(shí)也作為葉片圍繞葉片轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的起點(diǎn)，以方便后文的表述。
<2>A-B方位(柵輪轉(zhuǎn)角0-90度)的葉片和柵板組合在其它葉片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩推動(dòng)下，柵輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向如箭頭(27)所示。本方位葉片因被限動(dòng)桿阻擋，因而不能繼續(xù)順時(shí)針(對(duì)葉片的轉(zhuǎn)軸)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，它的前緣仰角由零逐漸增大，“有效工作面”迎風(fēng)面前面的空氣因風(fēng)流受阻而壓力升高，對(duì)柵輪的旋轉(zhuǎn)軸來說，該壓力對(duì)“有效工作面”產(chǎn)生的、并始終與旋臂中心線垂直的反時(shí)針方向作用力(即推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力)，也隨著“有效工作面”迎風(fēng)面積的增大而增大。與此同時(shí)，對(duì)葉片的轉(zhuǎn)軸來說，作用在e點(diǎn)上的順時(shí)針方向壓力也逐漸增大，使葉片緊貼限動(dòng)桿而不能反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
<3>B點(diǎn)方向(柵輪轉(zhuǎn)角90度)的葉片和柵板組合“有效工作面”的前緣(即柵板的前緣)和后緣(即葉片的后緣)的仰角都為90度，即“有效工作面”迎風(fēng)面與來風(fēng)方向垂直，迎風(fēng)面前的壓力升至最高，產(chǎn)生的反時(shí)針(對(duì)柵輪的旋轉(zhuǎn)軸)方向作用力達(dá)到最大值，即“有效工作面”在該位置對(duì)柵輪旋轉(zhuǎn)所提供的推動(dòng)力也達(dá)到最大值。
<4>B-C前半段方位(柵輪轉(zhuǎn)角約90-160度)的葉片和柵板組合“有效工作面”后緣仰角從90度下降并對(duì)向來風(fēng)的方向(前緣仰角從90度增大并對(duì)向來風(fēng)相反的方向)，“有效工作面”上產(chǎn)生的反時(shí)針方向力(推動(dòng)?xùn)泡嗈D(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力)隨著迎風(fēng)面壓力的下降而逐漸減小，同時(shí)也就逐漸減小了使葉片后半部緊靠限動(dòng)桿的壓力，由于e點(diǎn)上的壓力差方向還沒有改變，仍然是順時(shí)針(對(duì)葉片的轉(zhuǎn)軸)方向，所以葉片后半部仍舊靠在限動(dòng)桿上，但是隨著相對(duì)氣流(葉片運(yùn)動(dòng)方向所對(duì)應(yīng)的氣流)向上分速度的不斷增大，壓力差迅速減小。
<5>C方位(柵輪轉(zhuǎn)角約160-200度)的葉片和柵板組合隨著柵輪的旋轉(zhuǎn)，e點(diǎn)上的壓力差減小為零，在相對(duì)氣流的“向上分速度”繼續(xù)增大的作用下(注葉片在180度的C點(diǎn)方向時(shí)，該“向上分速度”達(dá)到最大值)，葉片兩面的壓力平衡被打破，e點(diǎn)上的壓力差開始指向反時(shí)針(對(duì)葉片的轉(zhuǎn)軸)方向，這時(shí)葉片即繞轉(zhuǎn)軸反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為“翻轉(zhuǎn)”，葉片前緣在這個(gè)過程中開始對(duì)向來風(fēng)，當(dāng)葉片兩面的壓力重新達(dá)到平衡時(shí)，e點(diǎn)上的壓力差為零，“翻轉(zhuǎn)”過程結(jié)束，葉片的前緣仰角也返回為零。與此同時(shí)，在聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，柵板做同步反時(shí)針方向(對(duì)柵板轉(zhuǎn)軸)轉(zhuǎn)動(dòng)，“有效工作面”隨即解體。由于柵板在自轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)受到較大的空氣阻力，并且柵板轉(zhuǎn)動(dòng)越快，阻力就越大，因此有效地降低了葉片的反時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)速度，可以阻止葉片前緣與限動(dòng)桿的接觸。
<6>C-A方位(柵輪轉(zhuǎn)角約200-370度)的葉片和柵板組合葉片和柵板對(duì)柵輪轉(zhuǎn)軸都不產(chǎn)生反時(shí)針方向的推動(dòng)力。在相對(duì)氣流的作用下，葉片的前緣仰角始終保持為零(隨著柵輪的反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，葉片會(huì)繞葉片轉(zhuǎn)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng))，即始終保持最小的迎風(fēng)面積，并通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)?xùn)虐迨蛊渲行木€也始終與風(fēng)向保持平行，所以葉片和柵板產(chǎn)生的空氣阻力也最小。
<7>A方位(葉輪轉(zhuǎn)角370度左右)的葉片和柵板組合當(dāng)葉片后半部重新靠在限動(dòng)桿上時(shí)，葉片和柵板開始重復(fù)上述<2>-<6>的運(yùn)動(dòng)過程。
在圖3中，在兩只旋臂(4)之間靠近葉片的一側(cè)固定一根限動(dòng)桿(9)，限動(dòng)桿的右側(cè)和下側(cè)貼有橡膠墊(21)。葉片(6)和柵板(7)兩個(gè)轉(zhuǎn)軸的兩端，分別固定各自的傳動(dòng)軸桿安裝座(10)，傳動(dòng)桿(12)的兩端通過傳動(dòng)軸桿(11)將兩個(gè)傳動(dòng)軸桿安裝座連接在一起。
在圖4中，葉片(6)和柵板(7)的轉(zhuǎn)軸中心線(20)和(28)都分別與上、下旋臂(4)的中心線(15)垂直并相交，兩個(gè)轉(zhuǎn)軸(13)和(14)的兩端，分別固定各自的傳動(dòng)軸桿安裝座(10)，傳動(dòng)桿(12)的兩端通過傳動(dòng)軸桿(11)將兩個(gè)傳動(dòng)軸桿安裝座連接在一起。
權(quán)利要求1.柵板緩阻式風(fēng)能葉輪，在一只旋轉(zhuǎn)軸上安裝數(shù)只葉片，以風(fēng)力吹動(dòng)葉片進(jìn)而推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，其特征是葉輪的旋轉(zhuǎn)軸(3)與地面垂直，它的上、下兩端分別通過旋轉(zhuǎn)軸軸承(2)安裝在支架(1)和底座(5)上，8只旋臂(4)分為4組沿圓周均勻地分布在旋轉(zhuǎn)軸上，在每組的兩只旋臂之間，沿徑向通過軸承分別安裝一只葉片(6)和一只柵板(7)，在兩只旋臂之間靠近葉片的一側(cè)固定一根限動(dòng)桿(9)。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)能葉輪，其特征是每組旋臂(4)在葉輪旋轉(zhuǎn)軸(3)上沿軸向?qū)R，葉片(6)的轉(zhuǎn)軸中心線(20)和柵板(7)的轉(zhuǎn)軸中心線(28)都分別與上、下旋臂的中心線(15)垂直并相交，這兩個(gè)轉(zhuǎn)軸的兩端分別通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)連接，葉片被其轉(zhuǎn)軸中心線分為靠近前緣面積較小的(16)、和靠近后緣面積較大的(17)兩部分，即葉片前緣(22)和后緣(23)分別至轉(zhuǎn)軸中心線的距離之比為2∶3，而柵板則被其轉(zhuǎn)軸中心線分為面積相等的兩部分，當(dāng)葉片與柵板的截面中心線重合時(shí)，葉片的前緣與柵板的后緣(25)緊密相臨，但并不能接觸。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)能葉輪，其特征是在葉片(6)和柵板(7)的轉(zhuǎn)軸(13)和(14)的兩端，分別固定有各自的傳動(dòng)軸桿安裝座(10)，傳動(dòng)桿(12)的兩端分別通過傳動(dòng)軸桿(11)將兩個(gè)傳動(dòng)軸桿安裝座連接在一起。
專利摘要柵板緩阻式風(fēng)能葉輪，是可再生能源利用范疇的風(fēng)能采集裝置，主要用于風(fēng)力發(fā)電以及提供機(jī)械動(dòng)力，它的旋轉(zhuǎn)軸與地面垂直，兩端通過軸承安裝在支架和底座上。在旋轉(zhuǎn)軸上均勻分布4組旋臂，每組兩只旋臂之間通過軸承分別安裝一只葉片和一只柵板，葉片和柵板轉(zhuǎn)軸的兩端分別通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，實(shí)現(xiàn)葉片和柵板的同步轉(zhuǎn)動(dòng)；兩只旋臂之間靠近葉片的一側(cè)還固定一根限動(dòng)桿。工作時(shí)，同組的葉片和柵板可以圍繞各自的轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)170度，全部4只葉片和4只柵板也同時(shí)圍繞葉輪的旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型對(duì)風(fēng)向有全方位的適應(yīng)能力，它的支架高度可以建的很低，縮短了動(dòng)能輸出的傳送距離，方便日常的維護(hù)和修理，減少了建造和維持運(yùn)轉(zhuǎn)的費(fèi)用。
文檔編號(hào)F03D7/00GK2888117SQ200520142399
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者鄺振凱 申請(qǐng)人:鄺振凱