專利名稱：抗風(fēng)災(zāi)的傘式風(fēng)帆葉片及其風(fēng)力機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及抗風(fēng)災(zāi)的傘式風(fēng)帆葉片及其風(fēng)力機，用于風(fēng)力發(fā)電或提供機械動力。
背景技術(shù)：
我國兩大風(fēng)帶地處三北地區(qū)和東南沿海，不同地區(qū)具有不同的氣候特點，一些地區(qū)有時會發(fā)生短時狂風(fēng)，沿海有臺風(fēng)災(zāi)害，因此有必要對專利200810090746、6涉及的傘式風(fēng)帆葉片及其風(fēng)力機增設(shè)保護(hù)。由專利200820090746. 6說明書可知單元動力傘式風(fēng)帆葉片具有重量輕的特點，旋轉(zhuǎn)式傘式風(fēng)帆葉片風(fēng)力機宜設(shè)計成低轉(zhuǎn)速、高增速傳動比，所以對于傘式風(fēng)帆葉片及其風(fēng)力機來說，離心力不是主要負(fù)載；由于每臺風(fēng)力機的中心靜軸上，安裝兩組轉(zhuǎn)向相反、轉(zhuǎn)矩大小相等、共軸線的旋轉(zhuǎn)套軸若干個，因此扭矩不平衡對中心靜軸、塔架、基座的影響極小，加上傘式風(fēng)帆葉片纖維傘面是柔性的，傘式風(fēng)帆葉片可根據(jù)離旋轉(zhuǎn)軸線的距離來決定設(shè)計尺寸的大小，距離越遠(yuǎn)，尺寸越大，使離旋轉(zhuǎn)軸線距離不等的單元動力傘固有振動頻率不相同，搖晃振動效應(yīng)引起共振導(dǎo)致大事故的可能性極小。故抗風(fēng)災(zāi)主
要防范1、力圖使風(fēng)力機塔架傾倒的阻力；2、當(dāng)瞬時風(fēng)速超過一定值，風(fēng)力機輸出的功率超過設(shè)計的最大值，造成輸出傳動部件的變形損害。 本實用新型的目的是改進(jìn)有系繩的傘式風(fēng)帆葉片，使傘式風(fēng)帆葉片及其風(fēng)力機具有抗風(fēng)災(zāi)的功能。

發(fā)明內(nèi)容減小風(fēng)力機阻力的原理因為力圖使風(fēng)力機塔架傾倒的阻力是塔架、旋臂、支臂、傘式風(fēng)帆葉片產(chǎn)生的，其中傘式風(fēng)帆葉片所產(chǎn)生的阻力是主要的，風(fēng)力機的傘式風(fēng)帆葉片所產(chǎn)生的總阻力是運行于逆風(fēng)位的若干個單元動力傘所產(chǎn)生阻力代數(shù)和的兩倍，所以減小阻力應(yīng)從減小傘式風(fēng)帆葉片逆風(fēng)位的風(fēng)阻入手，因為傘式風(fēng)帆葉片處于順風(fēng)位做正功時，柔性纖維傘面是張開的，呈減速傘狀，傘式風(fēng)帆葉片處于逆風(fēng)位做負(fù)功時，柔性纖維傘面的凹面貼在流線體整流罩的外包絡(luò)面上，所以應(yīng)盡量減小整流罩外包絡(luò)面的有效迎風(fēng)面積，還要盡量使處于逆風(fēng)位轉(zhuǎn)動的整流罩的外包絡(luò)面對從其流過的相對風(fēng)速矢量來說是流線狀或接近流線狀，為此，整流罩外包絡(luò)面是近似"鐵餅狀"( 一般是約半個或大半個鐵餅狀，以下稱"鐵餅狀")的流線體。減小風(fēng)力機阻力的技術(shù)方案有系繩的單元動力傘式風(fēng)帆葉片由傘骨若干根、連桿(三根)、整流罩、傘面、系繩組成，若干根傘骨的一端與中間連桿的一端連在一起，兩邊連桿的一端和中間連桿在與旋臂或支臂相交的部位與旋臂或支臂連接固定，三根連桿的另一端指向旋轉(zhuǎn)套軸旋轉(zhuǎn)運動的向，三根連桿平行且與其連接的旋臂或支臂垂直，每根傘骨的另一端通過系繩與纖維傘面上對應(yīng)的緯帶相連，每根傘骨與中間連桿的夾角呈相等的銳角，整流罩通過其內(nèi)框架與三根連桿連接固定。整流罩呈籠形、非實心，外包絡(luò)面是"鐵餅狀"流線體，過整流罩內(nèi)中間連桿上的任一點作與連桿軸線垂直的平面與整流罩外包絡(luò)面相交的曲線呈橢圓形，稱外包絡(luò)橢圓，設(shè)計時應(yīng)盡量增大外包絡(luò)橢園長軸與短軸的比值，上述橢圓長軸端點集合而成的曲線稱緣線；上述橢圓長軸集合而成的 面與旋轉(zhuǎn)套軸軸線、連桿的軸線重合；上述橢圓長軸端點兩邊彎曲度較大的一定長度的曲 線段集合而成的曲面稱緣面，外包絡(luò)面中除緣面外的其它部位是籠網(wǎng)狀面，因此整流罩的 外包絡(luò)面由緣面和籠網(wǎng)狀面兩部分構(gòu)成，傘面由剛性面和可變形的柔性纖維傘面構(gòu)成，剛 性面是整流罩外包絡(luò)面中的緣面，柔性纖維傘面由對稱兩部分組成，與整流罩外包絡(luò)面中 對稱的兩籠網(wǎng)狀面相對應(yīng)，傘面中柔性面與剛性面的連接通過膠墊、壓條、螺釘固定。由于 傘式風(fēng)帆葉片風(fēng)力機的阻力矩是若干個單元動力傘、旋臂、支臂、塔架的迎風(fēng)阻力共同作用 的結(jié)果，所以在設(shè)計制造時還要盡量采用強度高、抗彎曲的材料，盡量減小旋臂、支臂、塔架 的有效迎風(fēng)面積；還要精心設(shè)計傘式風(fēng)帆葉片在空間的布局，同旋轉(zhuǎn)套軸的傘式風(fēng)帆葉片 呈S型、達(dá)里厄型或其它合理形式的布局，起到減小阻力、提高風(fēng)能利用率的效果；對于豎 直軸風(fēng)力機宜設(shè)計成"樹"狀結(jié)構(gòu)。防止風(fēng)力機的輸出功率超過最大允許值的原理因為風(fēng) 力機輸出功率的大小與風(fēng)速、傘面在順風(fēng)位與逆風(fēng)位的形狀、傘面在順風(fēng)位與逆風(fēng)位的有 效迎風(fēng)面積差有關(guān)，所以，當(dāng)風(fēng)速超過一定值時，若自動減小單元動力傘式風(fēng)帆葉片在順風(fēng) 位時的有效迎風(fēng)面積，就能使風(fēng)力機的輸出功率不超過最大允許值。防止風(fēng)力機的輸出功 率超過最大允許值的技術(shù)方案在單元動力傘緣面上安裝若干個單向閥門，當(dāng)單向閥門關(guān) 閉時，閥門外表面與緣面圓滑的外表面平齊，當(dāng)風(fēng)速超過一定值，作用在傘凹面與凸面上的 壓力差超過一定值，單向閥門打開，處于順風(fēng)位運行的傘面有效迎風(fēng)面積減小，使風(fēng)力機輸 出功率不超過最大允許值。防止輸出傳動部件的變形損害的另一個措施是在風(fēng)力機輸出 傳動機構(gòu)中增設(shè)磨擦離合器。 本實用新型有如下積極效果傘式風(fēng)帆葉片風(fēng)力機是一種阻力差值很大的風(fēng)力 機，形成風(fēng)力機塔架彎矩因素之一的風(fēng)力機傘式風(fēng)帆葉片所產(chǎn)生的總阻力是處于逆風(fēng)位若 干個單元動力傘所產(chǎn)生阻力代數(shù)和的2倍，改進(jìn)后的傘式風(fēng)帆葉片，整流罩的外包絡(luò)面是 "鐵餅狀"的流線體，盡量使處于逆風(fēng)位轉(zhuǎn)動的整流罩的外包絡(luò)面對從其流過的相對風(fēng)速矢 量來說是流線狀或接近流線狀，設(shè)計時盡量增大"外包絡(luò)橢園"長軸與短軸的比值，盡量減 小單元動力傘在逆風(fēng)位運行區(qū)間垂直于風(fēng)向的有效面積，所以處于逆風(fēng)位的若干個傘式風(fēng) 帆葉片所產(chǎn)生阻力的代數(shù)和小，傘式風(fēng)帆葉片所產(chǎn)生的阻力對中心靜軸、塔架、基座的彎矩 作用力小，從而避免風(fēng)災(zāi)引起風(fēng)力機塔架傾倒的事故。處于順風(fēng)位的若干個單元動力傘與 處于逆風(fēng)位的若干個單元動力傘所產(chǎn)生的阻力差而形成的力矩是風(fēng)力機的輸出力矩，傘式 風(fēng)帆葉片在逆風(fēng)位產(chǎn)生的阻力越小，在順風(fēng)位產(chǎn)生的阻力(與風(fēng)對傘的作用力大小相等、 方向相反)越大，單元動力傘運轉(zhuǎn)一周，作負(fù)功的累積值就越小，作正功的累積值就越大， 風(fēng)能的利用效率就越高，所以減小傘式風(fēng)帆葉片在逆風(fēng)位的阻力，既能減小風(fēng)力機的彎矩， 又能增大風(fēng)能利用效率， 一舉兩得。在單元動力傘的緣面上安裝若干個單向閥門，當(dāng)風(fēng)速不 超過最大允許值，對風(fēng)力機的風(fēng)能利用效率沒有影響。當(dāng)風(fēng)速超過最大允許值，處于順風(fēng)位 運行的單元動力傘的單向閥門打開，順風(fēng)位與逆風(fēng)位的阻力差值減小，風(fēng)力機的輸出力矩 減小，有效地避免輸出傳動部件的變形損害；在風(fēng)力機輸出傳動機構(gòu)中增設(shè)磨擦離合器，對 輸出傳動部件起雙重保護(hù)的作用。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本實用新 的實施方式[0007]


圖1本實用新型有系繩的單元動力傘式風(fēng)帆葉片的示意圖 圖2本實用新型同一旋轉(zhuǎn)軸上徑向?qū)ΨQ兩單元動力傘式風(fēng)帆葉片受力分析的示 意圖
具體實施方式有系繩的單元動力傘式風(fēng)帆葉片由傘骨1 (若干根)、連桿2 (三根)、整流罩3、傘 面4、系繩5組成，若干根傘骨1的一端與中間連桿2的一端連在一起，兩邊連桿2的一端 和中間連桿2在與旋臂6或支臂相交的部位與旋臂6或支臂連接固定，三根連桿2的另一 端指向旋轉(zhuǎn)套軸7旋轉(zhuǎn)運動的方向，三根連桿2平行且與其連接的旋臂6或支臂垂直，每根 傘骨1的另一端通過系繩5與傘面4上對應(yīng)的緯帶相連，每根傘骨1與中間連桿2的夾角 呈相等的銳角，整流罩3通過其內(nèi)框架與三根連桿2連接固定。整流罩3呈籠形、非實心， 外包絡(luò)面是"鐵餅狀"的流線體，過整流罩3內(nèi)中間連桿2上的一點作與連桿2軸線垂直的 平面與外包絡(luò)面相交的曲線呈橢圓形，稱外包絡(luò)橢圓，設(shè)計時盡量增大外包絡(luò)橢園長軸與 短軸的比值，上述橢圓長軸端點集合而成的曲線稱緣線8;上述橢圓長軸集合而成的面與 旋轉(zhuǎn)套軸軸線、連桿2的軸線重合；上述橢圓長軸端點兩邊彎曲度較大的一定長度的曲線 段集合而成的曲面稱緣面9，外包絡(luò)面中除緣面9外的其它部位是籠網(wǎng)狀面，因此整流罩的 外包絡(luò)面由緣面9和籠網(wǎng)狀面兩部分構(gòu)成，傘面4由剛性面和可變形的柔性纖維傘面構(gòu)成， 剛性面是整流罩3外包絡(luò)面中的緣面9，柔性纖維傘面由對稱兩部分組成，與整流罩3外包 絡(luò)面中對稱的兩籠網(wǎng)狀面相對應(yīng)，傘面4中柔性面與剛性面的連接通過膠墊、壓條、螺釘固 定。在單元動力傘緣面9上安裝若干個單向閥門IO，當(dāng)風(fēng)速超過一定值，作用在傘凹面與凸 面上的壓力差超過一定值，單向閥門10打開，處于順風(fēng)位運行的傘面4有效迎風(fēng)面積減小， 使風(fēng)力機輸出功率不超過最大允許值。防止輸出傳動部件的變形損害的另一個措施是在 風(fēng)力機輸出傳動機構(gòu)中增設(shè)磨擦離合器。如圖2所示圖2是
圖1中兩傘式風(fēng)帆葉片俯視 圖的示意圖，右側(cè)甲葉片位于順風(fēng)位最大迎風(fēng)面位置，柔性纖維傘面張開，凹面兜風(fēng)，傘面4 有效迎風(fēng)面積大，設(shè)此位置風(fēng)對傘的作用力為fl，左側(cè)乙葉片位于逆風(fēng)位與右側(cè)甲葉片對 稱的位置，柔性纖維傘面貼在流線型整流罩3的籠網(wǎng)狀外包絡(luò)面上，凸面迎風(fēng)，有效迎風(fēng)面 積小，風(fēng)對傘的作用力為f2，同一時刻，右側(cè)甲葉片有效迎風(fēng)面積是左側(cè)乙葉片的有效迎風(fēng) 面積的數(shù)倍，且左側(cè)乙葉片呈流線狀，由流體力學(xué)知識可知，fl是f2的十幾倍甚至更多。
權(quán)利要求有系繩的傘式風(fēng)帆葉片由傘骨若干根、連桿、整流罩、纖維傘面、系繩組成，若干根傘骨的一端與中間連桿的一端連在一起，兩邊連桿的一端和中間連桿在與旋臂或支臂相交的部位與旋臂或支臂連接固定，三根連桿的另一端指向旋轉(zhuǎn)套軸旋轉(zhuǎn)運動的方向，三根連桿平行且與其連接的旋臂或支臂垂直，每根傘骨的另一端通過系繩與纖維傘面上對應(yīng)的緯帶相連，每根傘骨與中間連桿的夾角呈相等的銳角，整流罩通過其內(nèi)框架與三根連桿連接固定；整流罩呈籠形、非實心，外包絡(luò)面是“鐵餅狀”的流線體，過整流罩內(nèi)中間連桿上的一點作與連桿軸線垂直的平面與外包絡(luò)面相交的曲線呈橢圓形，稱外包絡(luò)橢圓，外包絡(luò)橢圓長軸端點集合而成的曲線稱緣線，外包絡(luò)橢圓長軸集合而成的面與旋轉(zhuǎn)套軸軸線、連桿的軸線重合；外包絡(luò)橢圓長軸端點兩邊彎曲度較大的一定長度的曲線段集合而成的曲面稱緣面，整流罩的外包絡(luò)面由緣面和籠網(wǎng)狀面兩部分構(gòu)成，外包絡(luò)面中除緣面外的其它部位是籠網(wǎng)狀面，傘面由剛性面和可變形的柔性纖維面構(gòu)成，剛性面是整流罩外包絡(luò)面中的緣面，柔性纖維傘面由對稱兩部分組成，與整流罩外包絡(luò)面中對稱的兩籠網(wǎng)狀面相對應(yīng)，傘面中柔性面與剛性面的連接通過膠墊、壓條、螺釘固定；在傘式風(fēng)帆葉片緣面上安裝若干個單向閥門，在風(fēng)力機輸出傳動機構(gòu)中增設(shè)磨擦離合器。
專利摘要本實用新型公開了一種抗風(fēng)災(zāi)的傘式風(fēng)帆葉片，這種傘式風(fēng)帆葉片與專利ZL200820090746.6中所述的傘式風(fēng)帆葉片的區(qū)別是整流罩的外包絡(luò)面是“鐵餅狀”的流線體，設(shè)計時盡量增大整流罩“外包絡(luò)橢圓”的長軸與短軸的比值，盡量減小整流罩外包絡(luò)面的有效迎風(fēng)面積，使處于逆風(fēng)位轉(zhuǎn)動的整流罩的外包絡(luò)面對從其流過的相對風(fēng)速矢量來說是流線狀或接近流線狀，減小風(fēng)力機逆風(fēng)位若干個傘式風(fēng)帆葉片所產(chǎn)生阻力的代數(shù)和，既減小了力圖使風(fēng)力機塔架傾倒的彎矩，又增大了風(fēng)能利用效率；整流罩外包絡(luò)面中有緣面，傘面由剛性面(緣面)和柔性纖維傘面兩部分構(gòu)成，在緣面上加裝若干個單向閥門，防止瞬時狂風(fēng)引起輸出傳動部件的變形損害；使傘式風(fēng)帆葉片及其風(fēng)力機具有抗風(fēng)災(zāi)的保護(hù)功能。
文檔編號F03D3/00GK201461231SQ20092010031
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者游江 申請人:游江