專利名稱：葉片傾角可調(diào)節(jié)的垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)機領(lǐng)域，尤其涉及一種葉片傾角可調(diào)節(jié)的垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
在能源領(lǐng)域，風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到重視。風(fēng)力機是把風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械轉(zhuǎn)動能的裝置，目前主要有兩種形式，即垂直軸風(fēng)力機和水平軸風(fēng)力機。垂直軸風(fēng)力機與水平軸風(fēng)力機相比，優(yōu)點為無需對風(fēng)，啟動風(fēng)速低、安全性好、噪音低、風(fēng)力機的安裝和維護方便。目前垂直軸風(fēng)力機按驅(qū)動力方式分阻力型轉(zhuǎn)子(Savonius)、升力型轉(zhuǎn)子 (Darrieus)和組合型轉(zhuǎn)子(Savonius-Darrieus)。阻力型轉(zhuǎn)子即薩馮尼斯(Savonius)型轉(zhuǎn)子是芬蘭工程師薩馮尼斯發(fā)明的，由2個軸線錯開的半圓柱形葉片組成，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)中自啟動，但風(fēng)能利用率低。升力型轉(zhuǎn)子即達(dá)里厄(Darrieus)型轉(zhuǎn)子是法國學(xué)者達(dá)里厄發(fā)明的，由固定連接的葉片組成，繞垂直軸轉(zhuǎn)動，其結(jié)構(gòu)如圖6。轉(zhuǎn)子在風(fēng)的作用下轉(zhuǎn)動，其上葉片處于各個不同位置所受的空氣動力如圖7所示，氣流相對于葉片1的速度 If與風(fēng)速F和葉片的圓周速度 關(guān)系為F=U+If。對葉片處于不同位置時速度三角形研宄表明，幾乎所有位置上作用力都產(chǎn)生一個驅(qū)動扭矩，除非葉素翼型的對稱面與風(fēng)向平行或接近平行。如果圓周速度 比風(fēng)速F大的話，迎角α都比較尖銳，這個事實說明，使葉片所受空氣動力轉(zhuǎn)換成風(fēng)力機的動力輸出是能夠?qū)崿F(xiàn)的。該種轉(zhuǎn)子風(fēng)能利用率高、效率高。 另一方面，如果轉(zhuǎn)子靜止，相對風(fēng)速If與實際風(fēng)速Ip相同，系統(tǒng)的迎角α就會大得多，在某些位置將發(fā)生失速。所以，轉(zhuǎn)子靜止時，啟動力矩很小，達(dá)里厄轉(zhuǎn)子不能實現(xiàn)自啟動。Savonius-Darrieus組合型轉(zhuǎn)子則同時使用Savonius轉(zhuǎn)子和Darrieus型轉(zhuǎn)子，可以自啟動，同時具有較高的風(fēng)能利用率，但需要2種轉(zhuǎn)子組合，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于以Darrieus升力型轉(zhuǎn)子為基礎(chǔ)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、且能夠自啟動的一種葉片傾角可調(diào)節(jié)的垂直軸風(fēng)機轉(zhuǎn)子，它由下述技術(shù)方案來實現(xiàn)
所述葉片傾角可調(diào)節(jié)的垂直軸風(fēng)機轉(zhuǎn)子包括葉片、支撐桿和固定塔架軸，還包括偏心輪、偏心環(huán)、葉距調(diào)節(jié)桿和尾舵，偏心輪轉(zhuǎn)動連接于固定塔架軸，偏心環(huán)相對可轉(zhuǎn)動地套接于偏心輪，尾舵一端連接在偏心輪上，數(shù)個葉片均勻分布于固定塔架軸四周，每一葉片與偏心環(huán)及固定塔架軸之間分別由葉距調(diào)節(jié)桿及支撐桿連接，支撐桿一端與固定塔架軸固定連接，一端與葉片鉸鏈，葉距調(diào)節(jié)桿一端與偏心環(huán)固定連接，一端與葉片鉸鏈。上述風(fēng)機轉(zhuǎn)子的進(jìn)一步設(shè)計在于，所述葉片與固定塔架軸之間還設(shè)有隨動桿，隨動桿一端與固定塔架軸固定連接，一端與葉片鉸鏈連接。上述風(fēng)機轉(zhuǎn)子的更進(jìn)一步設(shè)計在于，所述偏心輪轉(zhuǎn)動連接于固定塔架軸的上端部。上述風(fēng)機轉(zhuǎn)子的更進(jìn)一步設(shè)計在于，所述傾角調(diào)節(jié)桿位于支撐桿上側(cè)，所述隨動桿位于支撐桿的下側(cè)。上述風(fēng)機轉(zhuǎn)子的更進(jìn)一步設(shè)計在于，所述支撐桿、葉距調(diào)節(jié)桿和隨動桿由桿I、桿 II和螺桿螺帽連接件組成，所述桿I和桿II上分別設(shè)有圓孔和長槽孔，螺桿穿過所述兩孔后旋接螺母，固定連接所述兩桿。本發(fā)明葉片傾角可調(diào)節(jié)的垂直軸風(fēng)力機升力型轉(zhuǎn)子的有益效果在于采用了雙曲柄結(jié)構(gòu)使得葉片傾角可變，這樣轉(zhuǎn)子由靜止到轉(zhuǎn)動可以實現(xiàn)自啟動；同時，葉片與固定塔架軸之間采用支撐桿和隨動桿的兩桿連接增強了葉片的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為長度可調(diào)節(jié)的支撐桿、葉距調(diào)節(jié)桿、隨動桿結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖4所示長度可調(diào)節(jié)的支撐桿、葉距調(diào)節(jié)桿、隨動桿的俯視圖。圖4為本發(fā)明轉(zhuǎn)子簡化為四連桿的結(jié)構(gòu)簡圖。圖5為本發(fā)明轉(zhuǎn)子的葉片受力分析圖。圖6為達(dá)里厄(Darrieus)型風(fēng)機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為達(dá)里厄(Darrieus)型風(fēng)機轉(zhuǎn)子在風(fēng)的作用下轉(zhuǎn)動時，其上葉片處于各個不同位置所受的空氣動力示意圖。
具體實施方式

對照圖1，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子主要由葉片1、支撐桿3、固定塔架軸8、偏心輪5、偏心環(huán)6、葉距調(diào)節(jié)桿2、隨動桿7、和尾舵4組成。偏心輪5以固定塔架軸8的中心B為轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)動連接于固定塔架軸8的上端部，偏心環(huán)6可相對轉(zhuǎn)動地套接于偏心輪5，并以偏心輪5的幾何中心A為轉(zhuǎn)動中心。尾舵4一端固定連接在偏心輪5的上端。葉片1勻布于固定塔架軸 8四周，它與偏心環(huán)6之間由葉距調(diào)節(jié)桿2連接。葉片1與固定塔架軸8之間由支撐桿3連接。由于葉片1具有一定的長度，為了保持其運動狀態(tài)的穩(wěn)定，在葉片1的下端與固定塔架軸8之間還由隨動桿7來連接。葉距調(diào)節(jié)桿2位于支撐桿上側(cè)，隨動桿7位于支撐桿3的下側(cè)。支撐桿3及隨動桿7的一端與固定塔架軸8固定連接，另一端與葉片1鉸鏈。葉距調(diào)節(jié)桿2 —端與偏心環(huán)6固定連接，另一端與葉片1鉸鏈連接。上述的支撐桿3、葉距調(diào)節(jié)桿2及隨動桿7的長度可調(diào)節(jié)，分別由桿I、桿II及螺栓螺母連接件組成。主桿I配有孔9，從桿II上配有腰形槽孔10，如圖2、圖3。兩桿連接時， 通過移動桿I、桿II之間的相對位置，來調(diào)節(jié)桿的總長度，并用螺栓11穿過桿I、桿II上的孔9、10后旋接螺母12，固定連接兩桿。本發(fā)明中的葉距調(diào)節(jié)桿2與葉片1鉸接于C點，支撐桿3與葉片1的鉸接于D點， 偏心輪5繞固定塔架軸8的中心B轉(zhuǎn)動，偏心環(huán)6繞偏心輪的幾何中心A轉(zhuǎn)動。這樣葉片 1、葉距調(diào)節(jié)桿2、支撐桿3、偏心輪5、和偏心環(huán)6實際構(gòu)成一四連桿機構(gòu)。AB為該機構(gòu)的機架，機架的相對穩(wěn)定位置由尾舵4來提供。對照圖5，工作初始，在風(fēng)的作用下，尾舵4方向與風(fēng)向一致，尾舵4固接在偏心輪
45上，偏心輪5相對固定，因而A點位置相對固定，只要風(fēng)向不變，A點的位置就不變，即機架 AB的位置固定。If為氣流相對于葉片的速度，F(xiàn)為風(fēng)速。啟動時風(fēng)輪靜止，氣流相對于葉片的速度IT等于風(fēng)速F即；T=,。葉片弦線CD與葉片旋轉(zhuǎn)軌跡圓周切線的相交產(chǎn)生的夾角為傾角β。在風(fēng)力與葉片1弦線不平行時，對轉(zhuǎn)子處于不同位置時速度研究表明，所有位置上總有一個合力F，在圖5中每一葉片1上的合力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩方向相同，所以較現(xiàn)有垂直軸轉(zhuǎn)子容易實現(xiàn)自啟動。
權(quán)利要求
1.葉片傾角可調(diào)節(jié)的垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子，包括葉片、支撐桿和固定塔架軸，其特征在于還包括偏心輪、偏心環(huán)、葉距調(diào)節(jié)桿和尾舵，偏心輪轉(zhuǎn)動連接于固定塔架軸，偏心環(huán)相對可轉(zhuǎn)動地套接于偏心輪，尾舵一端連接在偏心輪上，數(shù)個葉片均勻分布于固定塔架軸四周， 每一葉片與偏心環(huán)及固定塔架軸之間分別由葉距調(diào)節(jié)桿及支撐桿連接，支撐桿一端與固定塔架軸固定連接，一端與葉片鉸鏈，葉距調(diào)節(jié)桿一端與偏心環(huán)固定連接，一端與葉片鉸鏈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片傾角可調(diào)節(jié)的垂直軸風(fēng)機轉(zhuǎn)子，所述葉片與固定塔架軸之間還設(shè)有有隨動桿，隨動桿一端與固定塔架軸固定連接，另一端與葉片鉸鏈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片傾角可調(diào)節(jié)的垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子，所述偏心輪轉(zhuǎn)動連接于固定塔架軸的上端部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片傾角可調(diào)節(jié)的垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子，所述葉距調(diào)節(jié)桿位于支撐桿上側(cè)，所述隨動桿位于支撐桿的下側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片傾角可調(diào)節(jié)的垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子，所述支撐桿、葉距調(diào)節(jié)桿和隨動桿由桿I、桿II和螺桿螺帽連接件組成，所述桿I和桿II上設(shè)分別設(shè)有圓孔和長槽孔，螺桿穿過所述兩孔后旋接螺母，固定連接所述兩桿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種葉片傾角可調(diào)節(jié)的垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子包括葉片、支撐桿和固定塔架軸，其特征在于還包括偏心輪、偏心環(huán)、葉距調(diào)節(jié)桿和尾舵，偏心輪轉(zhuǎn)動連接于固定塔架軸，偏心環(huán)相對可轉(zhuǎn)動地套接于偏心輪，尾舵一端連接在偏心輪上，數(shù)個葉片均勻分布于固定塔架軸四周，每一葉片與偏心環(huán)及固定塔架軸之間分別由葉距調(diào)節(jié)桿及支撐桿連接，支撐桿一端與固定塔架軸固定連接，一端與葉片鉸鏈，葉距調(diào)節(jié)桿一端與偏心環(huán)固定連接，一端與葉片鉸鏈。有益效果在于采用了雙曲柄結(jié)構(gòu)使得葉片傾角可變，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子自啟動，風(fēng)能利用率高且結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號F03D7/06GK102162427SQ20111010623
公開日2011年8月24日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者吳國慶, 吳樹謙, 周井玲, 張旭東, 徐勛倩, 曹陽, 朱維南, 沈世德, 茅靖峰 申請人:南通大學(xué)