專利名稱：垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制方法和機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機葉片攻角的控制方法，通過控制葉片的偏擺對葉片攻角進行調(diào)整，使升力型垂直軸風(fēng)力機的性能得到較大提高，本發(fā)明涉及的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺機構(gòu)采用離心力與風(fēng)力直接控制葉片偏擺。
背景技術(shù)：
升力型的垂直軸風(fēng)力機通過葉片的偏擺實現(xiàn)風(fēng)力機的自起動，能在較寬的風(fēng)速范圍運行，也提高了風(fēng)力機的風(fēng)能利用系數(shù)。 一種簡單實用的技術(shù)是靠風(fēng)力直接推動葉片偏擺，用擋塊限止偏擺幅度，在中國發(fā)明專利申請審定說明書
CN 1009569B就公開了一種擺翼式立軸風(fēng)力機。這種風(fēng)力機的風(fēng)葉采用擋塊限止葉片的偏擺幅度，擋塊可在風(fēng)輪橫桿內(nèi)滑行，由彈簧拉住，擋塊朝向外端開有V型缺口，葉片上有一擋桿在該缺口內(nèi)。風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時擋塊受離心力作用向外移動，轉(zhuǎn)速低時擋桿在V型缺口上部，葉片有較寬的擺動范圍，轉(zhuǎn)速高時擋桿在V型缺口底部，葉片擺動范圍變小，從而達到控制葉片偏擺幅度的目的。該技術(shù)發(fā)明人在中國發(fā)明專利說明書CN 1109818C中改進了滑塊等相關(guān)結(jié)構(gòu)，但工作原理未變。
由于是利用滑塊與擋桿限制葉片擺動范圍，運行時葉片與相關(guān)構(gòu)件處在頻繁撞擊狀態(tài)，易造成部件損傷，滑塊的潤滑與密封也比較麻煩，這給風(fēng)力機的維護保養(yǎng)帶來困難，因為風(fēng)力機工作在野外露天環(huán)境，主要運轉(zhuǎn)部件又懸在在半空中。同時，頻繁撞擊也會帶來噪聲。
在風(fēng)輪運轉(zhuǎn)時，當(dāng)葉片擺至擋塊限止范圍內(nèi)部時，處于完全順風(fēng)狀態(tài)(零升力攻角)，葉片不產(chǎn)生升力，當(dāng)限止的范圍較大時風(fēng)輪的零升力攻角區(qū)間也較大，會影響風(fēng)力機的風(fēng)能利用系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是一種垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制方法，利用離心力直接控制葉片的偏擺，被控葉片的擺動是連續(xù)的，改善了控制特性，避免了部件之間的沖擊。本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供幾套采用以上方法實現(xiàn)垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的偏擺的機構(gòu)，這些機構(gòu)沒有移動副，僅有葉片與風(fēng)輪支架間的不可少的轉(zhuǎn)動副，使制造容易，'維護方便。
本發(fā)明的利用離心力直接控制垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺的方法采用的技術(shù)方案是在葉片處在無偏擺位置時，在葉片靠風(fēng)輪外側(cè)邊聯(lián)接一有質(zhì)量的部件，當(dāng)風(fēng)輪在風(fēng)力作用下旋轉(zhuǎn)時，部件受到一個朝向風(fēng)輪外側(cè)的離心力，該力對葉片轉(zhuǎn)軸有一個力矩，該力矩驅(qū)使葉片擺向無偏擺位置，同時葉片還受到風(fēng)力的作用，風(fēng)力對葉片轉(zhuǎn)軸的力矩則驅(qū)使葉片擺向順風(fēng)位置，葉片將擺至兩力矩代數(shù)和為零的位置，這個位置就是葉片的被控偏擺角度，改變部件與葉片的相對位置或聯(lián)接方式，改變部件的質(zhì)量大小就可改變對葉片偏擺的控制參數(shù)。如果葉片轉(zhuǎn)軸不垂直地面，部件與葉片的質(zhì)心都會產(chǎn)生朝向傾斜方向的力，必須施加第三方力使葉片在無風(fēng)靜止時處在無偏擺位置。
本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的偏擺的機構(gòu)組成的技術(shù)方案如
下
首先就葉片基本形態(tài)提出要求、規(guī)定葉片的無偏擺位置、設(shè)立一個輔助平面。
被控葉片的轉(zhuǎn)軸與葉片長度方向平行，葉片轉(zhuǎn)軸位置必須在葉片的氣動壓
力中心前側(cè)(對于標準的常用翼型氣動壓力中心在離葉片前緣1/4葉片弦長位置)，葉片轉(zhuǎn)軸應(yīng)在葉片中弧線上(也可把葉片轉(zhuǎn)軸緊貼葉片外表面安裝但會影響運行效果)。葉片通過葉片轉(zhuǎn)軸安裝在風(fēng)輪的葉片支架上，葉片可繞軸轉(zhuǎn)動，葉片轉(zhuǎn)軸與風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸在同一平面上。
對于葉片是否擺動、擺動幅度大小需要一個基準位置作參考，那就是葉片的無偏擺位置，對于采用標準常用翼型的垂直軸風(fēng)力機本發(fā)明認為在無風(fēng)時風(fēng)輪在外力作用下正向旋轉(zhuǎn)時，風(fēng)輪受空氣阻力最小時的葉片位置為葉片無偏擺位置。對于特殊翼型或不同的設(shè)計可以另規(guī)定葉片無偏擺位置。
為方便對葉片偏擺機構(gòu)的設(shè)計與調(diào)試，設(shè)立一個經(jīng)過葉片轉(zhuǎn)軸軸線的輔助平面稱之為控擺平面，控擺平面與葉片固定聯(lián)接在一起，隨葉片一同轉(zhuǎn)動，在葉片處于無偏擺位置時控擺平面經(jīng)過風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸軸線。對于特殊翼型或不同的設(shè)計，控擺平面可以與其經(jīng)過風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸軸線的平面可有較小的夾角。
由于葉片轉(zhuǎn)軸靠近葉片前方，葉片轉(zhuǎn)軸后方的質(zhì)量比前方大得多，葉片的質(zhì)心在葉片轉(zhuǎn)軸后方，當(dāng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時葉片質(zhì)心受到的離心力會驅(qū)使葉片向風(fēng)輪外側(cè)擺動，在研究葉片的受力時也必須把它考慮進去，所以葉片外側(cè)聯(lián)接的部件不僅要產(chǎn)生離心力還要平衡葉片轉(zhuǎn)軸后方的質(zhì)量。
下面是垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)的幾種技術(shù)方案第一種垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)采用把平衡葉片轉(zhuǎn)軸后方的質(zhì)量與產(chǎn)生離心力分開處理的方法在葉片前方固定有平衡桿，平衡錘固定在平衡桿上，位置可改變，平f綞專用于平衡葉片轉(zhuǎn)軸后方的質(zhì)量。在葉片朝向風(fēng)輪外側(cè)一面固定有離心擺桿，其軸線在控擺平面上，離心錘固定在離心擺桿上，位置可改變，離心錘專用于產(chǎn)生驅(qū)動葉片擺動的離心力，葉片與平衡桿與平衡錘與離心擺桿與離心錘共同組成控擺構(gòu)件。先調(diào)節(jié)平衡錘在平衡桿上
的位置使控擺構(gòu)件的質(zhì)心在控擺平面上，再通過改變離心錘質(zhì)量大小或改變離心錘在離心擺桿上的位置，即可改變運轉(zhuǎn)時的離心力大小，以選擇合適的葉片偏擺控制參數(shù)。
第二種垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)較簡單在葉片朝向風(fēng)輪外側(cè)一面固定有擺桿，在擺桿端部固定有重錘，葉片與擺桿與重錘組成控擺構(gòu)件，在這個機構(gòu)中重錘既要產(chǎn)生離心力還要平衡葉片轉(zhuǎn)軸后方的質(zhì)量。合適選擇控擺構(gòu)件中的質(zhì)心的質(zhì)量大小或質(zhì)心到葉片轉(zhuǎn)軸的距離，并保證控擺構(gòu)件的質(zhì)心在控擺平面上，就選定了葉片偏擺的控制參數(shù)。
在第一種控擺機構(gòu)上增加了限速功能的控擺機構(gòu)在葉片朝向風(fēng)輪外側(cè)一面有離心擺桿通過彈性元件與之聯(lián)接，在風(fēng)輪靜止與正常運行時，限位擋塊頂住彈性元件的彈力使離心擺桿處在限位狀態(tài)，此時離心擺桿軸線在控擺平面上。風(fēng)輪在有風(fēng)旋轉(zhuǎn)時葉片受控擺動的原理與工作狀態(tài)與第一種控擺機構(gòu)相同。當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過規(guī)定轉(zhuǎn)速的上限時，離心錘的離心力超過彈性元件的彈力，擺桿脫離限位狀態(tài)，使離心擺桿軸線偏出控擺平面，葉片進入非正常偏擺，風(fēng)輪運轉(zhuǎn)阻力增加，轉(zhuǎn)速增加受到限制。
在第二種控擺機構(gòu)上增加了限速功能的控擺機構(gòu)在葉片朝向風(fēng)輪外側(cè)一面有擺桿通過彈性元件與之聯(lián)接，在擺桿端部固定有重錘，葉片與擺桿與重綞與彈性元件組成控擺構(gòu)件。在風(fēng)輪靜止與正常運行時，限位擋塊頂住彈性元件的彈力使擺桿處在限位狀態(tài)，此時控擺構(gòu)件的質(zhì)心在控擺平面上，風(fēng)輪在有風(fēng)旋轉(zhuǎn)時葉片受控擺動的原理與工作狀態(tài)與第二種控擺機構(gòu)相同。當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過規(guī)定轉(zhuǎn)速的上限時，重錘的離心力超過彈性元件的彈力，擺桿脫離限位狀態(tài)，使控擺構(gòu)件的質(zhì)心偏出控擺平面，葉片進入非正常偏擺，風(fēng)輪運轉(zhuǎn)阻力增加，轉(zhuǎn)速增加受到限制。采用本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)采用垂直于地面 的葉片，但也適用于葉片轉(zhuǎn)軸向外傾斜或向內(nèi)傾斜的垂直軸風(fēng)力機，葉片轉(zhuǎn)軸
與風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸夾角要小于45度。葉片轉(zhuǎn)軸向內(nèi)傾斜時要用外加力使葉片在無風(fēng)風(fēng)
輪靜止時處在無偏擺位置。
采用本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)的葉片轉(zhuǎn)軸在風(fēng) 輪圓周方向有小角度傾斜時，要依靠第三方力使風(fēng)輪在靜止時無風(fēng)時葉片處在 無偏擺位置。
采用本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)的葉片轉(zhuǎn)軸與風(fēng)
輪支架可用柔順鉸鏈聯(lián)接。
采用本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的方法與設(shè)定的控擺機構(gòu)非 常簡單，只有控擺構(gòu)件與風(fēng)輪支架，兩者間通過軸承聯(lián)接，運轉(zhuǎn)可靠，加工與 安裝容易，潤滑與密封容易，價格低廉，基本不需要維護，如果采用柔順鉸鏈 聯(lián)接維護量就更小了。
采用本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)在風(fēng)輪支架上雖 有葉片限位擋桿，但僅限止風(fēng)力機起動時的葉片擺動角度，風(fēng)力機運轉(zhuǎn)后靠風(fēng)
力與離心力的平衡控制葉片擺動角度，不會撞擊擋桿，也不會有噪聲；由于風(fēng) 力機運轉(zhuǎn)時葉片的偏擺量是連續(xù)變化的，故風(fēng)輪的零升力攻角區(qū)間較小，有利 于增加風(fēng)力機的風(fēng)能利用系數(shù)。
采用本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的方法的控擺機構(gòu)中的葉片 利用葉片外部的重物來平衡葉片的質(zhì)心，葉片可做得輕巧。
下面結(jié)合附圖與實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。


圖1是本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的機構(gòu)簡圖，圖下方為風(fēng)
輪內(nèi)側(cè)，圖上方為風(fēng)輪外側(cè)。
圖2是葉片被控受力簡圖，為清楚顯示受力狀況，將葉片以外部件隱去。 圖3是本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的第一種控擺機構(gòu)俯視圖。 圖4是本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的第一種控擺^l構(gòu)透視圖，
圖中葉片僅是下部一段。
圖5是本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的第二種控擺機構(gòu)俯視圖。 圖6是第一種控擺機構(gòu)離心擺桿采用彈性元件聯(lián)接時的俯視圖，顯示風(fēng)輪
靜止時的控擺機構(gòu)狀態(tài)。圖7是第一種控擺機構(gòu)離心擺桿采用彈性元件聯(lián)接時的俯視圖，顯示風(fēng)輪 轉(zhuǎn)速超過規(guī)定轉(zhuǎn)速的上限吋的控擺機構(gòu)狀態(tài)。
圖8是第二種控擺機構(gòu)擺桿采用彈性元件聯(lián)接時的俯視圖，顯示風(fēng)輪靜止 時的控擺機構(gòu)狀態(tài)。
圖9是本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)用在向外傾斜
的葉片轉(zhuǎn)軸時的側(cè)視圖。
圖io是本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)用在向內(nèi)傾斜
的葉片轉(zhuǎn)軸時的側(cè)視圖。
圖11是本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)用在葉片在風(fēng) 輪圓周方向有小角度傾斜時的示意圖。
圖12是本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)采用柔順鉸鏈 聯(lián)接的示意圖。
在上述附圖中相同的附圖標記用來表示同一內(nèi)容。
具體實施例方式
采用本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)的葉片1采用對 稱翼型，在葉片1上有葉片轉(zhuǎn)軸2，其軸線與葉片長度方向平行、與風(fēng)輪中心轉(zhuǎn) 軸O軸線同在一個平面r上。葉片轉(zhuǎn)軸2位置盡量靠近葉片的中弧線(對稱翼 型的中弧線與葉片弦線重合)，葉片轉(zhuǎn)軸2在葉片壓力中心前方位置(對稱翼 型可選在葉片前緣開始的1/4弦長靠前位置)，葉片1通過葉片轉(zhuǎn)軸2安裝在 風(fēng)輪支架3上，葉片1可繞葉片轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動，見圖l、圖3。
采用本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)采用在無風(fēng)時風(fēng) 輪作正向勻速旋轉(zhuǎn)時，風(fēng)輪受空氣阻力最小時的葉片位置作為葉片的無偏擺位 置。葉片的偏擺角度是相對于無偏擺位置而言，對一具體的風(fēng)輪結(jié)構(gòu)是個固定 值。.
為設(shè)計與調(diào)試方便設(shè)定一個輔助平面控擺平面k經(jīng)過葉片轉(zhuǎn)軸2軸線并 與葉片1固定，可與葉片1一起繞葉片轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動，在葉片1處于無偏擺位置 時控擺平面k經(jīng)過風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸O軸線，見圖3。
采用本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的第一種控擺機構(gòu)由圖3所 示:在葉片1朝向風(fēng)輪外側(cè)一面固定有離心擺桿4，離心擺桿4指向風(fēng)輪外側(cè)， 其軸線在控擺平面k上，離心擺桿4上有位置可調(diào)節(jié)的離心錘5。在葉片1的前 方固定有平衡桿6，平衡桿6的軸線在過葉片1前緣與后緣的平面c卜.(或靠近平面c)，在平衡桿6卜.有位置可調(diào)節(jié)的平衡錘7。葉片1與離心擺桿4與離心 倕5與平衡桿6與平衡錘7共同組成控擺構(gòu)件。圖4是該控擺機構(gòu)的透視圖。
按以上要求安裝好后，把控擺構(gòu)件水平放置在靜平衡測試架上，葉片轉(zhuǎn)軸2 兩端放在測試架兩側(cè)水平刀口上，調(diào)節(jié)平衡錘7在平衡桿6上的位置使控擺平 面k垂直地面，平衡調(diào)節(jié)就完成了，鎖定平衡錘7。再改變離心錘5在離心擺桿 4上的位置己不會改變原有的平衡狀態(tài)，僅改變控擺構(gòu)件質(zhì)心在控擺平面k上的 位置。把控擺構(gòu)件安裝在風(fēng)輪支架3上，就可以進行風(fēng)力機的調(diào)i式了。
圖2是風(fēng)輪在風(fēng)力作用下旋轉(zhuǎn)時，葉片1運行至風(fēng)輪向風(fēng)面(上圖)與背 風(fēng)面(下圖)，葉片1受控偏擺時的受力簡圖，圖中僅顯示葉片與主要力矢。 箭頭W代表風(fēng)力的方向，葉片正以線速度u正常運行，葉片受到以升力為主的 空氣動力F2，力作用點為壓力中心x;由于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，控擺構(gòu)件的質(zhì)心M受到 離心力F1作用，F(xiàn)l與F2相對于葉片轉(zhuǎn)軸2的矩轉(zhuǎn)向相反，在兩力矩作用下葉 片擺向兩力矩平衡的位置，該位置就是葉片隨風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)至該點的被控偏擺角度。 風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)至風(fēng)輪向風(fēng)側(cè)時，風(fēng)葉向風(fēng)輪內(nèi)側(cè)偏擺，風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)至風(fēng)輪背風(fēng)側(cè)時， 風(fēng)葉向風(fēng)輪外側(cè)偏擺，轉(zhuǎn)速越高離心力越大，風(fēng)葉偏擺角度越小，在較高風(fēng)速 時可達較高的葉尖速比。在葉片1偏擺角度不變時，質(zhì)心M的質(zhì)量大或質(zhì)心M 到葉片轉(zhuǎn)軸0的距離大則離心力Fl對葉片轉(zhuǎn)軸2的矩也大，葉片被控制在小偏 擺角度運行，反之則在大偏擺角度運行。選定控擺構(gòu)件中的質(zhì)心M的質(zhì)量大小 或到葉片轉(zhuǎn)軸2的距離也就選定了葉片偏擺的控制參數(shù)，質(zhì)心M的質(zhì)量大小或 到葉片轉(zhuǎn)軸2的距離通過改變離心錘5質(zhì)量與離心錘5在離心擺桿4上的位置 即可做到。離心錘5是球型或其它流線型重物，它們在離心擺桿4上的固定方 式是多種的，但離心錘5的質(zhì)心應(yīng)在離心擺桿4的軸線上或在控擺平面k上。
采用木發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的第二種控擺^l構(gòu)由圖5所 示:在葉片l朝向風(fēng)輪外側(cè)面固定有擺桿8，在擺桿8端部固定有重錘9，葉片l 與擺桿8與重錘9組成控擺構(gòu)件，同樣控擺構(gòu)件的質(zhì)心M在風(fēng)輪外側(cè)并在控擺 平面k上才可能有正確的控擺過程。由于重錘9同時擔(dān)負產(chǎn)生離心力與平衡葉 片轉(zhuǎn)軸后方質(zhì)量的雙重作用，調(diào)試較麻煩，因此第二種控擺機構(gòu)僅用在定型產(chǎn) 品的批量生產(chǎn)。 一般用第一種控擺機構(gòu)調(diào)試優(yōu)化后，跟據(jù)離心擺桿、離心錘、 平衡桿、平衡錘的質(zhì)量與位置等數(shù)據(jù)即可計算出重錘9與擺桿8的相關(guān)數(shù)據(jù)。 制造出成品后還是要進行質(zhì)心M位置檢測，把控擺構(gòu)件水平放置在靜平衡測試 架上，葉片轉(zhuǎn)軸2兩端放在測試架兩側(cè)水平刀口上，當(dāng)控擺平面k垂直于地面 時說明質(zhì)心M在控擺平面k十.，產(chǎn)品合格。在圖3中與圖5所示的控擺機構(gòu)，在支架3上仍安裝有擋桿12與13，設(shè)置 擋桿僅僅是限止風(fēng)力機起動時的葉片擺動角度，限止范圍在正負20度或其它值。 在無風(fēng)時風(fēng)輪靜止，葉片停在擋桿限止范圍內(nèi)的隨機位置；起風(fēng)時有的葉片被 風(fēng)推向擋桿限止位置，有的葉片可能在順風(fēng)位置，受風(fēng)阻力不同，風(fēng)輪會因阻 力差旋轉(zhuǎn)，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的力矩由阻力產(chǎn)生，葉片對擋桿有撞擊；隨風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的提
高，離心力加大使葉片偏擺角度減小，葉片對擋桿的撞擊結(jié)束，使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的 力矩由阻力轉(zhuǎn)向升力產(chǎn)生，風(fēng)速達到切入風(fēng)速后，風(fēng)輪工作在升力^^態(tài)，葉片 僅有小角度偏擺。葉片的限位的形式是多樣的，不一定用擋桿，但要簡單結(jié)實， 有緩沖減震能力。
在控擺構(gòu)件內(nèi)采用了非剛性聯(lián)接，使控擺機構(gòu)運行特性發(fā)生改變，圖6所 示在第一種控擺機構(gòu)中采用彈性元件10來聯(lián)接葉片1與離心擺桿4，彈性元件 10的內(nèi)端固定在葉片1上，外端與離心擺桿4固定，在葉片l上還固定有限位 擋塊11限至彈性元件10復(fù)原的彈力，并保證離心擺桿4軸線在控擺平面k上， 在風(fēng)輪正常運行時，控擺機構(gòu)的工作狀態(tài)與第一種控擺機構(gòu)相同，葉片偏擺控 制參數(shù)的設(shè)定方法也相同。圖7所示當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過規(guī)定轉(zhuǎn)速上限時，重錘5 的離心力超過彈性元件10的彈力，彈性元件10外端離開限位擋塊11，隋之控 擺構(gòu)件的質(zhì)心M也離開控擺平面k，葉片的正常偏擺被破壞，葉片升力減小阻力 增加，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速增加受到限制。
圖8所示在第二種控擺機構(gòu)中采用彈性元件10來聯(lián)接葉片1與擺桿8，彈 性元件10的內(nèi)端固定在葉片1上外端與擺桿8同定，在葉片上還固定有限位 擋塊11限至彈性元件10復(fù)原的彈力，并保證控擺構(gòu)件的質(zhì)心M在風(fēng)輪外側(cè)并 在控擺平面k上，在風(fēng)輪正常運行時，控擺機構(gòu)的工作狀態(tài)與第二種控擺機構(gòu) 相同，葉片偏擺控制參數(shù)的設(shè)定方法也相同。當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過規(guī)定轉(zhuǎn)速上限時， 重錘9的離心力超過彈性元件10的彈力，彈性元件10外端離開限位擋塊11， 隋之控擺構(gòu)件的質(zhì)心M也離開控擺平面k，葉片的正常偏擺被破壞，葉片升力減 小阻力增加，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速增加受到限制。
圖9是葉片轉(zhuǎn)軸2向風(fēng)輪外側(cè)傾斜的垂直軸風(fēng)力機的葉片控擺t幾構(gòu)示意圖， 是側(cè)面圖，葉片轉(zhuǎn)軸2與風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸間的夾角不超過45度。由于葉片轉(zhuǎn)軸2向外 傾斜，重錘9所受的重力形成向風(fēng)輪外側(cè)的分力，相對于垂直應(yīng)用時應(yīng)適當(dāng)減 小控擺構(gòu)件質(zhì)心的質(zhì)量或縮短控擺構(gòu)件質(zhì)心與葉片轉(zhuǎn)軸的距離。
圖10是葉片轉(zhuǎn)軸2向風(fēng)輪內(nèi)側(cè)傾斜的垂直軸風(fēng)力機的葉片控擺機構(gòu)不意 圖，是側(cè)面圖，葉片轉(zhuǎn)軸2與風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸間的夾角不超過45度。由于葉片轉(zhuǎn)軸2向內(nèi)傾斜，重錘9所受的重力形成向風(fēng)輪內(nèi)側(cè)的分力，彈性元件14產(chǎn)生一個大 于該分力的彈力，使葉片處于無偏擺位置，控擺構(gòu)件質(zhì)心M在控擺平面k上。
在這種應(yīng)用中要使重錘4擺動的同有頻率遠離風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速。
圖11是葉片轉(zhuǎn)軸2在風(fēng)輪圓周方向有小角度傾斜時的葉片控擺機構(gòu)示意 圖，該圖是葉片轉(zhuǎn)軸2垂直于紙面的圖，由于葉片轉(zhuǎn)軸在風(fēng)輪圓周方向有小角 度向前傾斜，重錘所受的重力形成向風(fēng)輪圓周方向的分力，彈性元件15的彈力 使風(fēng)輪在靜止時無風(fēng)時葉片處在無偏擺位置，控擺構(gòu)件質(zhì)心M在控擺平面k上。 在這種應(yīng)用中要使重錘9擺動的固有頻率遠離風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)的葉片轉(zhuǎn)軸與風(fēng)輪支 架采用柔順鉸鏈聯(lián)接，采用柔順鉸鏈相當(dāng)于整個控擺機構(gòu)都沒有傳統(tǒng)的運動副， 無摩擦免維護。本發(fā)明用普通的彈性元件替代柔順鉸鏈聯(lián)也有不錯的效果，圖 12所示用U形彈簧片16代替餃鏈的示意圖，彈簧片16 —端固定在風(fēng)輪支架3 上，另一端與擺桿8固定，擺桿8與葉片1是固定在一體的控擺構(gòu)件，可一同 繞虛軸17擺動，彈簧片16在垂直方向有一定寬度，可以承擔(dān)控擺構(gòu)件的重量。 由于彈簧片16彈性變形范圍有限，要在葉片前后內(nèi)外方向設(shè)立擋桿，把葉片擺 動范圍控制在較小范圍，以防大風(fēng)損壞彈簧片。
采用本發(fā)明的垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)輪葉片數(shù)不超過六個，三或四個較好，具 體可根據(jù)風(fēng)場環(huán)境來選擇適當(dāng)?shù)娜~片數(shù)與葉片弦長。
權(quán)利要求
1.一種垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制方法，在葉片(1)上有葉片轉(zhuǎn)軸(2)，其軸線與葉片長度方向平行，葉片轉(zhuǎn)軸(2)位置盡量靠近葉片(1)的中弧線，并在葉片氣動壓力中心前方位置，葉片(1)通過葉片轉(zhuǎn)軸(2)安裝在風(fēng)輪支架(3)上，可繞轉(zhuǎn)軸(2)轉(zhuǎn)動，其特征在于在葉片(1)處在無偏擺位置時在葉片(1)朝向風(fēng)輪外側(cè)面有部件(m)與葉片(1)聯(lián)接，部件(m)具有一定的質(zhì)量，當(dāng)風(fēng)輪在風(fēng)力作用下旋轉(zhuǎn)時部件(m)受到一個朝向風(fēng)輪外側(cè)的離心力，該力驅(qū)使葉片(1)擺向無偏擺位置，葉片(1)同時受到風(fēng)的作用力，該力驅(qū)使葉片擺向順風(fēng)位置，葉片(1)將擺至兩個力對葉片轉(zhuǎn)軸(2)的力矩的代數(shù)和為零的位置，合理選擇部件(m)的質(zhì)量，合理選擇部件(m)與葉片(1)的相對位置與聯(lián)接方式就可改變離心力的大小從而得到所需的葉片偏擺角度。
2. 按照權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制方法的第一種控擺機構(gòu)，其特征在于葉片轉(zhuǎn)軸('2)軸線與風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸(0)軸線在同一平面(r)上，控擺平面(k)是經(jīng)過葉片轉(zhuǎn)軸(2)軸線的平面，控擺平面(k)與葉片(1)固定聯(lián)接在一起，在葉片(1)處于無偏擺位置時控擺平面(k)與平面(r)重合或有較小夾角，部件(m)由離心擺桿(4)與離心錘(5)與平衡桿(6)與平衡綞(7)共同組成，離心擺桿(4)固定在葉片(1)朝向風(fēng)輪外側(cè)面且軸線在控擺平面(k)上，離心錘(5)固定在離心擺桿(4)上，位置可改變，葉片(1)的前方固定有平衡桿(6)，平衡錘(7)固定在平衡桿(6)上，位置可改變，部件(m)與葉片(1)共同組成控擺構(gòu)件，調(diào)節(jié)平衡錘(7)在平衡桿(6)上的位置使控擺構(gòu)件的質(zhì)心(M)在控擺平面(k)上，通過改變離心錘(5)質(zhì)量大小或改變離心錘(5)在離心,擺桿(4)上的位置，即可改變運轉(zhuǎn)時的離心力對葉片轉(zhuǎn)軸(2)的力矩大小，以選擇合適的葉片偏擺控制參數(shù)。
3. 按照權(quán)利要求l所述的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制方法的第二種控擺機構(gòu)，其特征在于葉片轉(zhuǎn)軸(2)軸線與風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸(0)軸線在同一平面(r)上，控擺平面(k)是經(jīng)過葉片轉(zhuǎn)軸(2)軸線的平面，控擺平面(k)與葉片(1)固定聯(lián)接在一起，在葉片(1)處于無偏擺位置時控擺平面(k)與平面(r)重合或有較小夾角，部件(m)由擺桿(8)與重錘(9)組成，擺桿(8)固定在葉片(1)朝向風(fēng)輪外側(cè)面，在擺桿(8)的外側(cè)端固定冇重錘(9)，部件(m)與葉片(1)共同組成控擺構(gòu)件，合適選擇重綞(9)質(zhì)量大小，合適選擇重錘(9)與葉片(1)的相對位置使控擺構(gòu)件的質(zhì)心(M)在控擺平面(k)上并與葉片轉(zhuǎn)軸(2)有合適的距離，以取得合適的葉片偏擺控制參數(shù)。
4. 按照權(quán)利要求2所述的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)，其特征在于離心擺桿(4)通過彈性元件(10)與葉片(1)聯(lián)接，在風(fēng)輪靜止或正常運行時，限位擋塊(11)頂住彈性元件的彈力使離心擺桿(4)與離心錘(5)處于正常工作位置，當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過規(guī)定轉(zhuǎn)速的上限時，離心錘(5)的離心力超過彈性元件(10)的彈力，使葉片產(chǎn)生非正常偏擺，限制轉(zhuǎn)速的增加。
5. 按照權(quán)利要求3所述的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的控擺機構(gòu)，其特征在于擺桿(8)通過彈性元件(10)與葉片(1)聯(lián)接，在風(fēng)輪靜止或正常運行時，限位擋塊(11)頂住彈性元件的彈力使擺桿(8)與重錘(9)處在正常工作位置，當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過規(guī)定轉(zhuǎn)速的上限時，重錘(9)的離心力超過彈性元件(10)的彈力，使葉片產(chǎn)生非正常偏擺，限制轉(zhuǎn)速增加。
6. 按照權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制方法或控擺機構(gòu)，其特征在于葉片的無偏擺位置定義是在無風(fēng)時風(fēng)輪在外力作用下正向旋轉(zhuǎn)時，風(fēng)輪受空氣阻力最小時的葉片位置。
7. 按照權(quán)利要求2至5任一權(quán)利要求所述的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度的控擺機構(gòu)，其特征在于葉片轉(zhuǎn)軸(2)可以向風(fēng)輪外側(cè)傾斜也可以向向風(fēng)輪內(nèi)側(cè)傾斜，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)軸(2)向風(fēng)輪內(nèi)側(cè)傾斜時，要依靠第三方力使風(fēng)輪在靜止時無風(fēng)時葉片處在無偏擺位置。 、
8. 按照權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度的控擺機構(gòu)，其特征在于葉片轉(zhuǎn)軸(2)軸線在風(fēng)輪圓周方向有小角度傾斜，要依靠第三方力使風(fēng)輪在靜止時無風(fēng)時葉片處在無偏擺位置。
9. 按照權(quán)利要求2至5任一權(quán)利要求所述的垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度的控擺機構(gòu)，其特征在于葉片轉(zhuǎn)軸(2)與風(fēng)輪支架(3)用柔順鉸鏈聯(lián)接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直軸風(fēng)力機葉片偏擺角度控制的方法葉片(1)在風(fēng)輪支架(3)上可繞葉片轉(zhuǎn)軸(2)擺動，在葉片(1)朝向風(fēng)輪外側(cè)一面有部件(9)與葉片(1)聯(lián)接組成控擺構(gòu)件，在風(fēng)力機運行時控擺構(gòu)件的質(zhì)心(M)受到的離心力與葉片(1)受到的風(fēng)力共同作用在控擺構(gòu)件上，使葉片(1)擺向兩力矩平衡的位置。合適選擇質(zhì)心(M)的質(zhì)量或質(zhì)心(M)相對葉片轉(zhuǎn)軸(2)的位置即可使風(fēng)輪按合適的葉片偏擺控制參數(shù)運行。本發(fā)明還公開了利用該控制葉片偏擺角度方法的四種控擺機構(gòu)。
文檔編號F03D7/06GK101634277SQ200910108678
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者曹連芃 申請人:曹連芃