專利名稱：垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)用可自導(dǎo)航的聚風(fēng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體為一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)用可自導(dǎo) 航聚風(fēng)裝置。
背景技術(shù)：
人類利用風(fēng)能已有幾千年的歷史。然而限于生產(chǎn)力及科學(xué)技術(shù)的發(fā) 展水平，風(fēng)能的利用一直沒有引起人們足夠的關(guān)注與興趣。隨著其它能 源應(yīng)用的日漸成熟及人們對能源衰竭問題的擔(dān)憂，特別是20世紀(jì)70年 代的石油危機(jī)和80年代的核電與環(huán)保危機(jī)，使人們再一次深刻認(rèn)識(shí)到 開發(fā)可再生能源的重要性與緊迫性，而風(fēng)力發(fā)電由于其自身的可再生性 及綠色環(huán)保等與傳統(tǒng)能源相比眾多的優(yōu)越性逐漸引起了人們的重視，從 而推動(dòng)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要有兩種水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直 軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)與水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)有不需要偏航 裝置、葉片制造簡單、啟動(dòng)風(fēng)速低、安全性好、噪音低、單位占地面積 可利用風(fēng)能能力高、風(fēng)電機(jī)的安裝和維護(hù)方便。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于 不需要偏航系統(tǒng)，齒輪箱等部件可以放在地面或塔架底部，維護(hù)方便等 因素，制造成本和運(yùn)營維護(hù)成本較低。
目前垂直軸風(fēng)電發(fā)電機(jī)按風(fēng)機(jī)翼型的組成形式主要分為四種Savonius型、Darrieus型、H-rotor型和渦輪型。Savonius型自動(dòng)轉(zhuǎn)矩大， 低風(fēng)速時(shí)功率對風(fēng)能捕捉能力好，但風(fēng)能利用率低使得該型機(jī)在大型機(jī) 組應(yīng)用上缺乏競爭；Darrieus型效率較高但自啟動(dòng)能力差；H-rotor型是 英國人在研究直葉式達(dá)里厄型過程中發(fā)展起來的，它的自啟動(dòng)能力好； 渦輪型則對空氣密度較低的環(huán)境適應(yīng)性好。
垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)適用于無常規(guī)電網(wǎng)但風(fēng)能資源較豐富的邊遠(yuǎn)農(nóng) 村、牧區(qū)、山區(qū)及海島居民家庭，也適用于邊防哨所、微波站、公路道 班、鐵路小站、氣象臺(tái)(站)等小單位，除滿足照明、收錄音、看電視 等文化、娛樂生活需要之外，還可為航標(biāo)燈、微波通信、電視差轉(zhuǎn)臺(tái)及 其他儀器儀表供電。對于風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，是家庭及小功率理想的 供電設(shè)備。
對于風(fēng)力資源欠豐富的城市和人口稠密地區(qū)垂直軸風(fēng)電發(fā)電機(jī)不 適用。
但是改進(jìn)后的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(如增加聚風(fēng)裝置，提高風(fēng)能的利 用率)則可作為別墅、城市路燈、廣告牌、停車場、展館、噴泉等場所 的供電設(shè)備。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，王政毅公開的實(shí)用新型專利(專利 號ZL 200720084077.7)公開了一種風(fēng)力提升裝置，通過設(shè)置圓錐管及 其輔助結(jié)構(gòu)，利用圓錐的狹管效應(yīng)，提高作用于葉片上的風(fēng)速，提高風(fēng) 能的利用效率，但該裝置需要人工依據(jù)風(fēng)向調(diào)整圓錐管的方向，使用不 便；高天榮等人公開的發(fā)明專利(申請?zhí)?00710066022.8)公開了一種 全方位采風(fēng)罩裝置，通過設(shè)置喇叭口形的采風(fēng)罩來提高風(fēng)能的利用效率；王琪等人公開的發(fā)明專利(申請?zhí)?00710171834.9)公開了一種帶 風(fēng)速提升和雙重導(dǎo)流的垂直軸風(fēng)輪裝置，通過設(shè)置環(huán)形增速導(dǎo)流罩和導(dǎo) 流葉片來提高風(fēng)能的利用效率；邵波然等人公開的實(shí)用新型專利(專利 號ZL 200720067635.9)公開了一種新型風(fēng)能發(fā)電機(jī)，通過在葉片外端 設(shè)置半圓型擋風(fēng)罩來減小逆向轉(zhuǎn)動(dòng)力，擋風(fēng)罩可以確保只有一邊可以受 風(fēng)旋轉(zhuǎn)，更大限度地利用風(fēng)能，從而提高了風(fēng)能的利用率；張光磊等人 公開的發(fā)明專利(申請?zhí)?00810055205.4)公開了一種多風(fēng)向增速風(fēng)力 發(fā)電裝置，通過在轉(zhuǎn)葉周圍以轉(zhuǎn)葉軸為軸心周向均布6至8個(gè)定葉葉片， 定葉葉片豎直設(shè)置，相鄰定葉葉片之間形成外寬內(nèi)窄的導(dǎo)流風(fēng)道，可以 提高流入轉(zhuǎn)葉的風(fēng)速，充分利用風(fēng)能，且無需轉(zhuǎn)向機(jī)制，不管風(fēng)向如何， 總會(huì)從2至3個(gè)葉片的導(dǎo)流風(fēng)道吹入轉(zhuǎn)葉中，帶動(dòng)轉(zhuǎn)葉進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從 而由轉(zhuǎn)葉軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到發(fā)電的目的；黃典貴等人公 開的發(fā)明專利(申請?zhí)?00810034101.5)公開了一種聚能-遮蔽可展曲 面葉片風(fēng)力發(fā)電裝置，通過在立軸風(fēng)輪的外圍裝有進(jìn)風(fēng)導(dǎo)流裝置，進(jìn)風(fēng) 導(dǎo)流裝置由若干聚能-遮風(fēng)板繞轉(zhuǎn)子中心對稱布置，構(gòu)成進(jìn)氣的收縮氣 流通道以提高風(fēng)速，從而提高風(fēng)能的利用率；李四清等人公開的實(shí)用新 型專利(專利號ZL 200720063104.2)公開了一種旋風(fēng)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)， 通過設(shè)置整流罩、聚風(fēng)罩和導(dǎo)風(fēng)板來提高風(fēng)能的利用效率；王洪彬公開 的實(shí)用新型專利(專利號ZL 200720012724.3)公開了一種集風(fēng)式風(fēng)力 發(fā)電機(jī)扇葉，通過設(shè)置集風(fēng)桐、集風(fēng)箱、集風(fēng)調(diào)向隔板等結(jié)構(gòu)來提高風(fēng) 能利用效率。
綜合所査文獻(xiàn)資料得出目前所報(bào)導(dǎo)的提高垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)能利用效率的聚風(fēng)(或集風(fēng))裝置均是相對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)底座固定，不可 以自動(dòng)根據(jù)風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整角度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理，可有效提高對風(fēng)能的利用率 的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)用可自導(dǎo)航的聚風(fēng)裝置。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)用可自導(dǎo)航的聚風(fēng)裝置，其特征是包括設(shè) 置在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片外圍的聚風(fēng)架，聚風(fēng)架靠近圓心部分設(shè)有上 下兩個(gè)軸承套，軸承套通過上下兩個(gè)位置的軸承連接到垂直軸風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的主軸上，在聚風(fēng)架內(nèi)部豎向布置前聚風(fēng)板、側(cè)聚風(fēng)板和可以沿聚風(fēng)
架徑向移動(dòng)的平衡桿，前聚風(fēng)板與y軸負(fù)方向的夾角a為30。 70。，側(cè) 聚風(fēng)板與x軸正方向的夾角P為0° 90°，尾翼兩側(cè)側(cè)板與y軸正方向 的夾角e,和02為0° 30°，尾翼安裝在聚風(fēng)架的上方。 聚風(fēng)架的高度高于風(fēng)葉的高度。
聚風(fēng)架采用不銹鋼，前聚風(fēng)板、側(cè)聚風(fēng)板、尾翼和平衡桿采用玻璃 鋼、銅板、馬口鐵皮或鋼化玻璃，軸承套選用45鋼或A3鋼。
聚風(fēng)架、前聚風(fēng)板、側(cè)聚風(fēng)板、尾翼、平衡桿及軸承套通過螺栓、 螺母或者焊接固定。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，與未使用聚風(fēng)裝置的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，使 用本發(fā)明所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可自導(dǎo)航的聚風(fēng)裝置可有效提高垂 直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片轉(zhuǎn)速，從而提高風(fēng)能利用率100% 150%。適用 于50W 10kW垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。通過增加聚風(fēng)裝置提高垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)對風(fēng)能的利用率，解決風(fēng)力資源欠豐富的城市和人口稠密地區(qū)垂 直軸風(fēng)電發(fā)電機(jī)不適用的問題，使垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為適用于別墅、 城市路燈、廣告牌、停車場、展館、噴泉等場所的供電設(shè)備。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示圖。 圖2是圖1的左視圖。 圖3是改進(jìn)前葉片受力分析圖。 圖4是改進(jìn)后葉片受力分析圖。
具體實(shí)施例方式一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)用可自導(dǎo)航的聚風(fēng)裝置，包括設(shè)置在垂直軸 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片8外圍的聚風(fēng)架2，聚風(fēng)架靠近圓心部分設(shè)有上下兩個(gè) 軸承套4，軸承套通過上下兩個(gè)位置的軸承連接到垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 主軸7上，在聚風(fēng)架內(nèi)部豎向布置前聚風(fēng)板l、側(cè)聚風(fēng)板6和可以沿聚 風(fēng)架徑向移動(dòng)的平衡桿3，前聚風(fēng)板與y軸負(fù)方向的夾角a為30° 70°， 側(cè)聚風(fēng)板與x軸正方向的夾角p為0° 90°，尾翼兩側(cè)側(cè)板與y軸正方 向的夾角ei和02為0。 30。，尾翼5安裝在聚風(fēng)架的上方。聚風(fēng)架的高度高于風(fēng)葉的高度。聚風(fēng)架采用不銹鋼(或45鋼、A3 鋼，等)制造，前聚風(fēng)板、側(cè)聚風(fēng)板、尾翼和平衡桿采用玻璃鋼(或銅 板、馬口鐵皮、鋼化玻璃，等)制造，軸承套選用45鋼(或A3鋼等) 制造。聚風(fēng)架、前聚風(fēng)板、側(cè)聚風(fēng)板、尾翼、平衡桿及軸承套通過螺栓、 螺母(或者焊接)固定。前聚風(fēng)板和側(cè)聚風(fēng)板起到聚集更大范圍的作用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上的有效風(fēng)，從而提高風(fēng)能利用率；尾翼起到導(dǎo)航作用，保證前 聚風(fēng)板和側(cè)聚風(fēng)板構(gòu)成的聚風(fēng)口開口方向始終對著風(fēng)向，使聚風(fēng)裝置適 應(yīng)自然風(fēng)風(fēng)向的隨意性；平衡桿可以沿聚風(fēng)架徑向移動(dòng)，保證聚風(fēng)裝置 的重心位于主軸中心上，起到了調(diào)節(jié)整個(gè)聚風(fēng)裝置的平衡性能，以保證 聚風(fēng)裝置的穩(wěn)定可靠伴隨垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行。 本發(fā)明的工作原理-改進(jìn)前，葉片8 (4個(gè)葉片以主軸7軸心為圓心沿圓周方向均布) 周圍未加聚風(fēng)板裝置，風(fēng)力(如圖中Wind所指)沿風(fēng)向平均分布于整 個(gè)風(fēng)機(jī)軸向面，如圖3所示，葉片8在風(fēng)力作用下作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在風(fēng) 力作用下每個(gè)葉片均受與風(fēng)向一致的力Fr;葉片8在圍繞固定軸7旋轉(zhuǎn) 時(shí)會(huì)產(chǎn)生升力Fh，沿x， y方向分解得Fhe和Fhi，其中有助葉片8旋轉(zhuǎn)的分力為Fw圖中左側(cè)葉片上使葉片做功的合力為F = Fhe-Fr (1)而右側(cè)葉片上使葉片做功的合力為F = Fr + Fhe (2) 左側(cè)FJ且礙葉片做功，可見右側(cè)為風(fēng)能利用的有效區(qū)域，如圖3 中陰影區(qū)域A1所示。改進(jìn)后，葉片8受力分析如圖4所示。在風(fēng)力作用下右側(cè)葉片受與 風(fēng)向一致的力Fr，上下側(cè)葉片受與風(fēng)向一致的力Fr",左側(cè)葉片所受Fr 近似為0;葉片8在圍繞固定軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的升力仍然為Fh，沿x， y 方向分解得Fhe和Fhi;圖中左側(cè)葉片上使葉片做功的合力為F = Fhe (3)而右側(cè)葉片上使葉片做功的合力為F = Fr, + Fhe (4)由于增加了聚風(fēng)裝置，則F/〉Fr，^Fr。改進(jìn)后的風(fēng)力發(fā)電機(jī)不僅左側(cè)阻礙葉片做功的力消失了，而且右側(cè)使葉片做功的力加大了，葉片8 轉(zhuǎn)速增加，可以使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速下獲得相對較高的轉(zhuǎn)速，同時(shí)由 于前聚風(fēng)板1和側(cè)聚風(fēng)板6的作用，大大增加的風(fēng)能利用的有效區(qū)域(見 圖4陰影區(qū)域A2)，提高了風(fēng)能利用率。鑒于自然風(fēng)風(fēng)向的隨意性，聚風(fēng)架2必須是浮動(dòng)的，即可以圍繞風(fēng) 力發(fā)電機(jī)主軸7任意轉(zhuǎn)動(dòng)，具體為通過在聚風(fēng)架2相連的軸承套4與主 軸7之間安裝軸承實(shí)現(xiàn)聚風(fēng)架2的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。為使前聚風(fēng)板1和側(cè)聚風(fēng) 板6如圖3方向始終對著風(fēng)向，在聚風(fēng)架2上增加尾翼5進(jìn)行導(dǎo)航，聚 風(fēng)板的位置如圖3和圖4所示。尾翼側(cè)板與y軸正方向的夾角A和02 必須根據(jù)a角和P角的取值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，最終使得聚風(fēng)架在風(fēng)力作用 下逆時(shí)針扭矩和等于順時(shí)針扭矩和，即Fa x la + Fb x lb + Fei x lei =FP x lp + Fe2 x le2 (5)此時(shí)e,、 e2、 a和p角度固定不變，任意方向的風(fēng)作用于風(fēng)力機(jī)，尾翼便能自導(dǎo)航，保證前聚風(fēng)板和側(cè)聚風(fēng)板構(gòu)成的聚風(fēng)口開口方向始終 對著風(fēng)向。為了保證聚風(fēng)裝置的穩(wěn)定可靠伴隨垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行，在聚風(fēng)架2中設(shè)有平衡桿3起到了調(diào)節(jié)整個(gè)聚風(fēng)裝置的平衡性能
權(quán)利要求
1、一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)用可自導(dǎo)航的聚風(fēng)裝置，其特征是包括設(shè)置在垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片外圍的聚風(fēng)架，聚風(fēng)架靠近圓心部分設(shè)有上下兩個(gè)軸承套，軸承套通過上下兩個(gè)位置的軸承連接到垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主軸上，在聚風(fēng)架內(nèi)部豎向布置前聚風(fēng)板、側(cè)聚風(fēng)板和可以沿聚風(fēng)架徑向移動(dòng)的平衡桿，前聚風(fēng)板與y軸負(fù)方向的夾角α為30°～70°，側(cè)聚風(fēng)板與x軸正方向的夾角β為0°～90°，尾翼兩側(cè)側(cè)板與y軸正方向的夾角θ1和θ2為0°～30°，尾翼安裝在聚風(fēng)架的上方。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)用可自導(dǎo)航的聚風(fēng)裝 置，其特征是聚風(fēng)架的高度高于風(fēng)葉的高度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)用可自導(dǎo)航的聚風(fēng)裝置，其特征是聚風(fēng)架采用不銹鋼，前聚風(fēng)板、側(cè)聚風(fēng)板、尾翼和平衡桿采用玻璃鋼、銅板、馬口鐵皮或鋼化玻璃，軸承套選用45鋼或A3 鋼。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)用可自導(dǎo)航的聚風(fēng)裝 置，其特征是聚風(fēng)架、前聚風(fēng)板、側(cè)聚風(fēng)板、尾翼、平衡桿及軸承套 通過螺栓、螺母或者焊接固定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)用可自導(dǎo)航的聚風(fēng)裝置，聚風(fēng)架靠近圓心部分設(shè)有上下兩個(gè)軸承套，軸承套通過上下兩個(gè)位置的軸承連接到垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主軸上，在聚風(fēng)架內(nèi)部豎向布置前聚風(fēng)板、側(cè)聚風(fēng)板和可以沿聚風(fēng)架徑向移動(dòng)的平衡桿，前聚風(fēng)板與y軸負(fù)方向的夾角α為30°～70°，側(cè)聚風(fēng)板與x軸正方向的夾角β為0°～90°，尾翼兩側(cè)側(cè)板與y軸正方向的夾角θ₁和θ₂為0°～30°，尾翼安裝在聚風(fēng)架的上方。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，與未使用聚風(fēng)裝置的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，使用本發(fā)明所述的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可自導(dǎo)航的聚風(fēng)裝置可有效提高垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片轉(zhuǎn)速，從而提高風(fēng)能利用率100％～150％。
文檔編號F03D3/04GK101649809SQ20091018279
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者倪紅軍, 吳國慶, 吳樹謙, 周井玲, 張旭東, 施振佺, 陽 曹, 朱維南, 汪興興, 茅靖峰, 陳亞君, 陳興華, 顧云華 申請人:南通大學(xué)