專(zhuān)利名稱(chēng)：直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)電裝置，特別是指采用垂直軸并且具有輪圈的 直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝置。
技術(shù)背景風(fēng)力發(fā)電機(jī)分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，水平軸 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，是目前技術(shù)最成熟、占據(jù)主流市場(chǎng)的產(chǎn)品。而垂直軸風(fēng) 力發(fā)電機(jī)由于研究起步較晚，研究工具、方法落后，導(dǎo)致一度認(rèn)為垂 直風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)能利用率不如水平發(fā)電機(jī)。事實(shí)上，垂直軸風(fēng)力發(fā)電 機(jī)在發(fā)電效率，啟動(dòng)風(fēng)速上都較水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)有顯著優(yōu)勢(shì)，這一 點(diǎn)隨著計(jì)算機(jī)流體力學(xué)的飛速發(fā)展，越來(lái)越被人們所認(rèn)同。但是現(xiàn)今 的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于設(shè)計(jì)的缺陷，規(guī)模難以擴(kuò)大，在水平軸已出現(xiàn)6000KW時(shí)，垂直軸還沒(méi)有1000KW的樣機(jī)出現(xiàn)。中國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)CN200620014313. 3公布了一種立軸式風(fēng)力發(fā)電 機(jī)。他的風(fēng)輪與旋轉(zhuǎn)軸之間用細(xì)如鋼絲的材料做連接桿，此實(shí)用新型 中的鋼絲連接桿只承受拉力，因此整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)并不固定，從而影 響葉輪在受風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，繼而影響發(fā)電效率。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種結(jié)構(gòu)新穎，承重設(shè) 計(jì)完善，生產(chǎn)安裝簡(jiǎn)便的直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝置。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)的直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝 置，包括垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)軸及圍繞著旋轉(zhuǎn)軸并與水平面平行的主 圈，有若干個(gè)葉片被主圈穿過(guò)并固定于主圈上，主圈與旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)連 接配合，圍繞著旋轉(zhuǎn)軸設(shè)有輔助圈且穿過(guò)各葉片受風(fēng)面的延伸端并與 各葉片固定連接配合。上述構(gòu)造中的輔助圈使葉片更有效地固定，使 得整個(gè)裝置的主圈輔助圈的之間的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置，所述的葉片為半錐體形狀，葉片錐體壁表面壓制多條加強(qiáng)筋，葉片的重力中心點(diǎn)置于主圈上，所述的輔助圈數(shù) 量不少于四個(gè)，各輔助圈分別與葉片周邊各受風(fēng)面的延伸端固定連接 配合。這種葉片構(gòu)造能夠增加受風(fēng)面積，增加風(fēng)壓并且使葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 所造成的空氣阻力最小。葉片內(nèi)的加強(qiáng)筋使得葉片的強(qiáng)度增加，接受 風(fēng)力時(shí)不會(huì)變形。葉片的重力中心點(diǎn)置于主圈上，這樣可以使得葉片 在主圈上的固定更加穩(wěn)固，有助于主圈和葉片的整體平衡。所述的輔助圈數(shù)量通常為4個(gè)，但也可以少于或者多于4個(gè)。輔助圈在葉片周 邊的固定效果，改善了裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的平衡性，并防止了葉片在長(zhǎng)期受 力的過(guò)程中造成松動(dòng)和角度傾斜等。本發(fā)明的再進(jìn)一步設(shè)置，所述的主圈或/與輔助圈其截面為U型， 葉片與主圈或/與輔助圈固定連接處設(shè)有與之一體的掀起部分，該掀 起部分與主圈或/與輔助圈U型壁面貼合并通過(guò)緊固件固定連接配 合。主圈和輔助圈采用一種橫截面為U型的結(jié)構(gòu)，使得在保持強(qiáng)度的 前提下使主圈以及輔助圈的重量最輕，同時(shí)也方便將葉片掀起部份與 主圈壁和輔助圈壁之間的貼合。本發(fā)明的再進(jìn)一步設(shè)置，設(shè)有若干個(gè)水平支撐桿其兩端分別與所 述的主圈與旋轉(zhuǎn)軸固定連接，旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有水平支撐桿連接座，水平 支撐桿連接座上下設(shè)有上、下花盤(pán)，主圈與上、下花盤(pán)之間設(shè)有若干 拉索或拉桿。水平支撐桿在本裝置中作為承載主圈、輔助圈、葉片重 力的結(jié)構(gòu)， 一般均勻固定在旋轉(zhuǎn)軸和主圈之間，接口處使用緊固件連 接，從而增加了牢固性。水平支撐桿不與葉片直接連接也是考慮到葉 片的穩(wěn)固性和強(qiáng)度不高。這種水平支撐桿直接和主圈連接的方式，使 得主要的傳力結(jié)構(gòu)的連接處可使用更為牢靠的大型緊固件加固，增加 了可靠性。上、下花盤(pán)交叉斜拉連接主圈的拉鎖或拉桿，承受了一部 分主圈的重力，并且與水平支撐桿在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)，使得裝置 在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性大大提高，也提高了裝置的整體穩(wěn)固性。本發(fā)明的再進(jìn)一步設(shè)置，至少在所述的主圈內(nèi)側(cè)的水平支撐桿上 與上花盤(pán)之間設(shè)有承重的拉索或拉桿，有多個(gè)輔助圈時(shí)其相互之間設(shè) 有拉索或拉桿，且其中至少有一個(gè)輔助圈通過(guò)若干個(gè)拉索或拉桿與旋 轉(zhuǎn)軸頂端設(shè)有的拉索或拉桿連接座連接。該結(jié)構(gòu)的設(shè)置連接了輔助圈和主圈，起到了鞏固主圈和輔助圈的作用，使裝置不易在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)和 遭遇超強(qiáng)風(fēng)時(shí)變形。連接輔助圈和旋轉(zhuǎn)軸頂端的拉索的作用在于承載 一部分輔助圈的重力并且在裝置轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)防止輔助圈偏離固定的位置。 水平支撐桿于上花盤(pán)之間的拉索或拉桿使得水平支撐桿形成斜拉橋 式構(gòu)造，使水平支撐桿的承重能力大大加強(qiáng)。本發(fā)明的再進(jìn)一步設(shè)置，所述的水平支撐桿及其連接座、拉索或 拉桿及其連接座、主圈或與輔助圈、葉片，它們之間均通過(guò)緊固件連 接。且其中的拉索或拉桿連接座也包括指作為連接座的上、下花盤(pán)。 緊固件的采用，使得聯(lián)動(dòng)連接處不易松動(dòng)，并消除連接處可能存在的 應(yīng)力問(wèn)題，增加了裝置的可靠性和使用年限。本發(fā)明的再進(jìn)一步設(shè)置，所述的旋轉(zhuǎn)軸主體為厚壁無(wú)縫管，水平 支撐桿連接座與上、下花盤(pán)構(gòu)成整體套設(shè)在厚壁無(wú)縫管上并與之固定 連接。旋轉(zhuǎn)軸的選用結(jié)構(gòu)材料使得裝置在保證扭矩力的前提下重量很 輕。本發(fā)明的工作原理如下當(dāng)風(fēng)吹入風(fēng)電機(jī)的圓形透風(fēng)采風(fēng)裝置 時(shí)，風(fēng)對(duì)從該吹入點(diǎn)衍生出的90度范圍內(nèi)的葉片做的功能夠全部轉(zhuǎn) 化為有效機(jī)械能，從而大幅度提高采風(fēng)效率，繼而大幅度提高發(fā)電效 率。綜上所述,本發(fā)明具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)增加了葉片受風(fēng)面積; 延長(zhǎng)了風(fēng)在葉片的停留時(shí)間從而強(qiáng)化了葉片風(fēng)壓；保持了受風(fēng)的連續(xù) 性；使各部件在機(jī)械強(qiáng)度不變的前提下實(shí)現(xiàn)重量最輕化；并使運(yùn)行平 穩(wěn)，使用壽命延長(zhǎng)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)剖2為本發(fā)明實(shí)施例的俯視3為本發(fā)明實(shí)施例1中輔助圈支架剖面4為本發(fā)明實(shí)施例2中輔助圈支架剖面5為本發(fā)明實(shí)施例原理示意圖其中1:旋轉(zhuǎn)軸，2:葉片，3:水平支撐桿連接座，4:水平支 撐桿，5:承重拉索，6:拉桿，7:主圈，8:輔助圈，9:上軸承， 10:制動(dòng)器總成，11:萬(wàn)向節(jié)，12:發(fā)電機(jī)，13:直軸承重軸承，14: 彈子軸承，15:裝置支承架，16:上花盤(pán)，17:下花盤(pán)，18:旋轉(zhuǎn)軸 頂端連接座，19:葉片加強(qiáng)筋，21:拉索具體實(shí)施方式
如圖所示，本發(fā)明實(shí)施例一種直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝置，包 括有24片風(fēng)葉2順向均勻地套在主圈7上，主圈7以近似垂直于風(fēng) 葉2受風(fēng)面的角度穿過(guò)葉片2，并且與葉片2被穿過(guò)點(diǎn)的掀起部分貼 合，用緊固件加固。在這里設(shè)置較多葉片的目的在于提高裝置受風(fēng)的 連續(xù)性。4個(gè)輔助圈8以近似垂直葉片2受風(fēng)面的角度穿過(guò)葉片2邊 緣，并且與葉片2掀起部分貼合并用緊固件加固。所述的葉片2掀起 部分，不一定是真正將葉片2被穿過(guò)的部分掀起，也可能是直接通過(guò) 塑形得到掀起狀結(jié)構(gòu)。主圈7 —般穿過(guò)葉片2的重力中心，但也可以 穿過(guò)葉片2其他部位，和輔助圈8形成穩(wěn)固葉片2的組合。主圈7和 輔助圈8穿過(guò)葉片的方式可以是多種形式，比如說(shuō)從葉片2中完全穿 過(guò)，完全包含于葉片2中，也可以是嵌于葉片2邊緣，三面被葉片2 包圍等等。主圈7的橫截面為U形。這里所說(shuō)的"U"形是一個(gè)大致 的形狀，它具體可以是近似"C"形或者"凹"形等結(jié)構(gòu)， 一般優(yōu)選 的結(jié)構(gòu)為近似"C"形，這種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高，重量輕，在圖3中可以 看見(jiàn)這種形狀。水平支撐桿4兩端分別用緊固件連接于主圈7和旋轉(zhuǎn) 軸1,水平支撐桿4的數(shù)量一般為3到12根，在本實(shí)施例中采用6 根，對(duì)稱(chēng)均勻分布于主圈7之內(nèi)。水平支撐桿4與上花盤(pán)之間設(shè)有承 重拉索5，承重拉索5—端連于水平支撐桿4另一端連接于旋轉(zhuǎn)軸上 花盤(pán)16，兩端連接處均為鉚固，承重拉索5在水平支撐桿4上的連 接位置可以有多種不同方案，本實(shí)施例中設(shè)置2點(diǎn)，分別在水平支撐 桿4的1/2、 4/5處，連接在此處時(shí)的承重效果最好。有多個(gè)輔助圈8時(shí)其相互之間設(shè)有拉索，這些拉索在輔助圈8和主圈7之間形成類(lèi) 似支架結(jié)構(gòu)，各輔助圈8和主圈7通過(guò)該支架連接，由于該實(shí)施例中 的輔助圈8為4個(gè)，因此本實(shí)施例支架為類(lèi)似"X"型結(jié)構(gòu)，主圈7 連接于支架中心交叉點(diǎn)，各輔助圈8連接于支架四角處，在"X"形 靠近旋轉(zhuǎn)軸1的兩端點(diǎn)之間增加一條拉桿連接，形成三角形的穩(wěn)固結(jié) 構(gòu)，此時(shí)原本的"X"型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?又"型結(jié)構(gòu)，在圖3中可以比 較直觀地反映出這種結(jié)構(gòu)。該支架結(jié)構(gòu)的設(shè)置連接了輔助圈8和主圈 7，起到了更加穩(wěn)固作用，使葉輪不易在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)和遭遇超強(qiáng)風(fēng)時(shí)變 形。有一條拉索21 —端固定于支架的一端即輔助圈8上，另一端固 定于旋轉(zhuǎn)軸頂端連接座18,這條拉索21的作用在于承載一部分支架 的重力并且在裝置轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)防止支架偏離固定的位置。有48根等長(zhǎng)拉 桿6斜拉交叉固定于主圈7和旋轉(zhuǎn)軸1上花盤(pán)16和下花盤(pán)17之間。 拉桿6的數(shù)量一般為24根并且均勻?qū)ΨQ(chēng)分布，形成自行車(chē)鋼圈輪式 的構(gòu)造，拉桿6作用在于調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)平衡，同時(shí)也可起到部分承重與支 撐作用，旋轉(zhuǎn)軸l采用一種大口徑厚壁無(wú)縫管，也是為了在不影響強(qiáng) 度的情況下減輕裝置的重量。水平支撐桿連接座3與上、下花盤(pán)構(gòu)成 整體套設(shè)在厚壁無(wú)縫管上并與之固定連接。在旋轉(zhuǎn)軸1與發(fā)電機(jī)軸之 間設(shè)置萬(wàn)向節(jié)10起穩(wěn)定作用。制動(dòng)器總成10裝在穩(wěn)定軸法蘭盤(pán)上， 發(fā)電機(jī)12安裝于制動(dòng)總成10之下，設(shè)置直軸承重軸承13以及彈子 軸承14用以承重和降低摩擦力。本發(fā)明還可以根據(jù)輔助圈8的不同數(shù)量，在風(fēng)電裝置中提出另一 種如圖4所示的由輔助圈8和主圈7之間形成類(lèi)似支架結(jié)構(gòu)。設(shè)置6 個(gè)輔助圈8，此實(shí)施例中的輔助圈8和主圈7之間拉桿所形成的支架 結(jié)構(gòu)有6條分支從支架中心伸出，并在末端與各輔助圈8連接，形成 另一種如圖4的支架形狀，添加3條橫桿形成3個(gè)相連的三角形，從 而進(jìn)一步穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。此外，圖5展示了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理，具體如下假設(shè)風(fēng)吹 入裝置的角度為0度，由于葉片的特殊形狀及裝置的透風(fēng)性，風(fēng)對(duì)位 于圖上0度到269度范圍內(nèi)的葉片都做功其中風(fēng)從正面對(duì)位于0度 到89度外圈范圍內(nèi)的葉片做的功全部轉(zhuǎn)化為有效機(jī)械能；正面風(fēng)同時(shí)穿過(guò)采風(fēng)裝置對(duì)位于90度到269度內(nèi)圈范圍內(nèi)的葉片內(nèi)側(cè)部分做 功，所做的功足以抵消位于270度到359度范圍內(nèi)(既陰影部分)風(fēng) 的阻力，從而最大限度的提高采風(fēng)效率，繼而提高發(fā)電效率。當(dāng)然，葉片，輔助圈，鋼絲，水平支撐桿，拉索這些部件的數(shù)量 和之間的結(jié)合方式不局限于上述的形式，若采集風(fēng)能的葉片、穩(wěn)固葉 片的輔助圈、主要承重的水平支撐桿或者可使部件間以其他方式穩(wěn)固 結(jié)合，構(gòu)成了本發(fā)明的技術(shù)方案，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，本發(fā)明不僅可使用于風(fēng)電裝置，對(duì)于其他類(lèi)似的使用到水 平風(fēng)輪采集風(fēng)力的裝置，只要采用了輔助圈，水平支撐桿，拉索，斜 拉鋼絲的構(gòu)造特征，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝置，包括垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)軸及圍繞著旋轉(zhuǎn)軸并與水平面平行的主圈，有若干個(gè)葉片被主圈穿過(guò)并固定于主圈上，主圈與旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)連接配合，其特征在于圍繞著旋轉(zhuǎn)軸設(shè)有輔助圈且穿過(guò)各葉片受風(fēng)面的延伸端并與各葉片固定連接配合。
2. 按照權(quán)利要求1所述的直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝置， 其特征在于所述的葉片為半錐體形狀，葉片錐體壁表面壓制多 條加強(qiáng)筋，葉片的重力中心點(diǎn)置于主圈上，所述的輔助圈數(shù)量不 少于四個(gè)，各輔助圈分別與葉片周邊各受風(fēng)面的延伸端固定連接 配合。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝 置，其特征在于所述的主圈或/與輔助圈其截面為U型，葉片與 主圈或/與輔助圈固定連接處設(shè)有與之一體的掀起部分，該掀起部 分與主圈或/與輔助圈U型壁面貼合并通過(guò)緊固件固定連接配合。
4. 按照權(quán)利要求1或2所述的直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝置，其特征在于設(shè)有若干個(gè)水平支撐桿其兩端分別與所述的主 圈與旋轉(zhuǎn)軸固定連接，旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有水平支撐桿連接座，水平支 撐桿連接座上下設(shè)有上、下花盤(pán)，主圈與上、下花盤(pán)之間設(shè)有若 干拉索或拉桿。
5. 按照權(quán)利要求3所述的直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝置，其特征在于設(shè)有若干個(gè)水平支撐桿其兩端分別與所述的主圈與 旋轉(zhuǎn)軸固定連接，旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有水平支撐桿連接座，水平支撐桿 連接座上下設(shè)有上、下花盤(pán)，主圈與上、下花盤(pán)之間設(shè)有若干拉 索或拉桿。
6. 按照權(quán)利要求5所述的直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝置， 其特征在于至少在所述的主圈內(nèi)側(cè)的水平支撐桿上與上花盤(pán)之 間設(shè)有承重的拉索或拉桿，有多個(gè)輔助圈時(shí)其相互之間設(shè)有拉索 或拉桿，且其中至少有一個(gè)輔助圈通過(guò)若干個(gè)拉索或拉桿與旋轉(zhuǎn)軸頂端設(shè)有的拉索或拉桿連接座連接。
7. 按照權(quán)利要求4所述的直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝置， 其特征在于所述的水平支撐桿及其連接座、拉索或拉桿及其連 接座、主圈或與輔助圈、葉片，它們之間均通過(guò)緊固件連接。
8. 按照權(quán)利要求5或6所述的直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝 置，其特征在于所述的水平支撐桿及其連接座、拉索或拉桿及其連接座、主圈或與輔助圈、葉片，它們之間均通過(guò)緊固件連接。
9. 按照權(quán)利要求1或2或5或6或7所述的直軸多葉片水 平輪式風(fēng)電裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)軸主體為厚壁無(wú)縫管，水平支撐桿連接座與上、下花盤(pán)構(gòu)成整體套設(shè)在厚壁無(wú)縫管上并與之固定連接。
10. 按照權(quán)利要求4所述的直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝置， 其特征在于所述旋轉(zhuǎn)軸主體為厚壁無(wú)縫管，水平支撐桿連接座與上、下花盤(pán)構(gòu)成整體套設(shè)在厚壁無(wú)縫管上并與之固定連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種直軸多葉片水平輪式風(fēng)電裝置，包括垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)軸及圍繞著旋轉(zhuǎn)軸并與水平面平行的主圈，有若干個(gè)葉片被主圈穿過(guò)并固定于主圈上，主圈與旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)連接配合，圍繞著旋轉(zhuǎn)軸設(shè)有輔助圈且穿過(guò)各葉片受風(fēng)面的延伸端并與各葉片固定連接配合。本發(fā)明具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)增加了葉片受風(fēng)面積；延長(zhǎng)了風(fēng)在葉片的停留時(shí)間從而強(qiáng)化了葉片風(fēng)壓；保持了受風(fēng)的連續(xù)性；使各部件在機(jī)械強(qiáng)度不變的前提下實(shí)現(xiàn)重量最輕化；并使運(yùn)行平穩(wěn)，使用壽命延長(zhǎng)。
文檔編號(hào)F03D9/00GK101334006SQ20081006346
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者余繼光 申請(qǐng)人:余繼榮