專利名稱：一種風(fēng)輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用風(fēng)力發(fā)電的水平軸風(fēng)力發(fā)電機的一種風(fēng)輪。按結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機可分為水平軸和垂直軸兩種風(fēng)力發(fā)電機。兩種風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪有明顯的不同。本發(fā)明屬于水平軸風(fēng)力發(fā)電機所用的風(fēng)輪，當(dāng)然水平軸風(fēng)力發(fā)電機只是一種風(fēng)力發(fā)電機的類型，不是說其主軸一定要與水平面平行，有許多風(fēng)力發(fā)電機的主軸的風(fēng)輪端上翹一個角度，仍屬于水平軸風(fēng)力發(fā)電機。按風(fēng)力發(fā)電機的規(guī)模可分為小型、中型和大型，本發(fā)明屬于中型和大型風(fēng)力發(fā)電機。風(fēng)力發(fā)電機分為變漿距控制和失速控制兩種，本發(fā)明屬于一部分葉片變漿距控制，而另一部分葉片采用葉片失速控制的風(fēng)輪。
背景技術(shù)：
水平軸風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪包括與水平主軸連接的懸臂布置于水平主軸一端的輪轂，以懸臂梁型式均勻分布在輪轂上的細而長的葉片，一部分風(fēng)電機組還包括用于驅(qū)動葉片自轉(zhuǎn)的變漿距裝置。由于葉片的形狀細而長，其長度甚至在50米以上，而且是一個典型的懸臂梁結(jié)構(gòu)，所以在葉片上，尤其是靠近根部的位置上，受到的彎矩非常巨大。為了能夠承受這種彎矩，大中型風(fēng)力發(fā)電機葉片的根部都設(shè)計得比較粗，把這樣的葉片安裝在狹窄的輪轂上顯得非常擁擠，這是目前95%以上的風(fēng)輪都采用2至3片葉片的原因之一，顯然這樣少葉片的風(fēng)輪中葉片的迎風(fēng)面積要比風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時的掃風(fēng)面積小得多，所以風(fēng)能利用率低。另一方面，為了避免葉片折斷，都是采用高強度的材料制造葉片，同時為了減輕重量，目前所用的主流材料是高強鋼材加玻璃鋼，隨著容量的增大，玻璃鋼的強度已不能滿足要求，所以近年來出現(xiàn)了碳纖維葉片，但是碳纖維材料比較稀缺，價格很貴，這使得急需降低的風(fēng)電價格承受不起。另一方面，失速控制的風(fēng)輪已逐漸被可變漿距的風(fēng)輪淘汰。這個潮流決定了新型大中型風(fēng)力發(fā)電機必須能夠變漿距，可是變漿距時要求各葉片可以繞其自身的軸線獨立轉(zhuǎn)動，這個要求使得變漿距葉片多年來一直是懸臂結(jié)構(gòu)，很難改變。另外，風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)復(fù)雜又會使風(fēng)阻加大，所以變漿距操作對風(fēng)輪形狀的要求以及流體力學(xué)對風(fēng)輪形狀的要求已經(jīng)把風(fēng)輪的形狀限制得死死的，所以多年來風(fēng)輪一直是老樣子，很少有突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種使葉片受力狀態(tài)好，風(fēng)能利用率高，成本低，材料易得，又能適應(yīng)風(fēng)機容量繼續(xù)增大以降低每度電成本的要求的一種風(fēng)輪。為了解決上述問題，本發(fā)明用于風(fēng)力發(fā)電的水平軸風(fēng)力發(fā)電機的一種風(fēng)輪，包括葉片、葉片體轉(zhuǎn)動副、輪轂和桿件，其特征是所述葉片分為固定葉片和可變漿距葉片兩種，固定葉片、可變槳距葉片與輪轂和桿件之間組成桁架結(jié)構(gòu)，可變漿距葉片通過葉片體轉(zhuǎn)動副與桁架結(jié)構(gòu)連接、在電力或液力驅(qū)動下可相對于桁架結(jié)構(gòu)做變漿距轉(zhuǎn)動；所述葉片體轉(zhuǎn)動副是設(shè)在除葉片根部以外的葉片體上，使葉片或葉片的一部分能相對于桁架結(jié)構(gòu)做變漿距轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動副。所述的一種風(fēng)輪，其特征是組成桁架結(jié)構(gòu)的桿件分為中心桿、緯桿和徑向桿三種，中心桿處于輪轂中心線的位置上，中心桿的一端與輪轂連接，中心桿上連接有徑向桿件，徑向桿的另一端與相應(yīng)的固定葉片連接，構(gòu)成桁架結(jié)構(gòu)；緯桿的兩端分別與相鄰的兩個葉片或葉片體轉(zhuǎn)動副連接，可變槳距葉片通過葉片體轉(zhuǎn)動副與構(gòu)成桁架結(jié)構(gòu)的固定葉片的外端連接。所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述葉片分成抗轉(zhuǎn)矩固定葉片和可變槳距葉片兩種；抗轉(zhuǎn)矩固定葉片的橫斷面為流線型，其一端固定在輪轂上，另一端與抗轉(zhuǎn)矩桿件的一端連接，抗轉(zhuǎn)矩桿件的另一端與設(shè)在可變槳距葉片上的葉片體轉(zhuǎn)動副連接；所述可變槳距葉片的根部安裝在輪轂上，在設(shè)在輪轂內(nèi)的變槳距裝置的驅(qū)動下實現(xiàn)變槳距轉(zhuǎn)動。所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述桿件中有一種是一端與輪轂連接并處于風(fēng)輪中心線位置上的中心桿，還有一種是一端與中心桿連接，另一端與葉片或葉片體轉(zhuǎn)動副連接的徑向桿，所述徑向桿的橫斷面是可使風(fēng)輪產(chǎn)生圓周推力的流線型。所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述桿件中受拉力的桿件是拉索。所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述桿件中有一種是一端與輪轂連接并處于風(fēng)輪中心線位置上的中心桿，該中心桿是桁架結(jié)構(gòu)。所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述固定葉片向外側(cè)傾斜，其靠近輪轂的根部段固定在輪轂上，不能做變漿距轉(zhuǎn)動，根部段與桿件連接在一起組成棱錐狀的桁架結(jié)構(gòu)，可變槳距葉片與固定葉片的外端采用葉片體轉(zhuǎn)動副連接。所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述可變漿距葉片通過葉片體轉(zhuǎn)動副連接在固定葉片的側(cè)面，使他與固定葉片之間可進行變漿距轉(zhuǎn)動；所述固定葉片的一端與輪轂相連，均布于同一個平面或同一個錐面內(nèi)，固定葉片成為可變槳距葉片的骨架。所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述固定葉片是桁架結(jié)構(gòu)，構(gòu)成桁架的桿件的橫斷面形狀是可產(chǎn)生圓周推力的流線型，固定葉片的一端與輪轂固定在一起，并且作為可變槳距葉片的骨架，固定葉片的桁架與輪轂和桿件組成大的桁架結(jié)構(gòu)，可變槳距葉片，通過葉片體轉(zhuǎn)動副連接在固定葉片的側(cè)邊，使它與固定葉片之間進行變漿距轉(zhuǎn)動。采用這樣的結(jié)構(gòu)后就可以在可變漿距的情況下把葉片根部受到的巨大的彎矩轉(zhuǎn)化成桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，從而減小葉片根部的直徑，所以在狹窄的輪轂上可以布置更多的葉片，提高風(fēng)能利用率，這樣在設(shè)備投資增加較少的情況下就能得到更多的電能。另一方面使用原有的主流材料就可以把葉輪做得更大，從而增加發(fā)電量，降低每度電的成本。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。圖1是本發(fā)明一種風(fēng)輪第一種實施方式的主視圖。圖2是圖1的俯視圖。圖3是本發(fā)明一種風(fēng)輪第二種實施方式的主視圖。圖4是圖3的俯視圖。圖5是圖3在I處的放大圖。圖6是本發(fā)明一種風(fēng)輪第三種實施方式的主視圖。圖7是圖6的俯視圖。圖8是本發(fā)明一種風(fēng)輪第四種實施方式的主視圖。
圖9是本發(fā)明一種風(fēng)輪第五種實施方式的主視圖。圖10是圖9的A-A剖面的放大圖。
具體實施例方式結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)明一種風(fēng)輪的第一種實施方式，包括六個可變槳距葉片1、六個固定葉片8、輪轂2、中心桿3、徑桿4、固定緯桿18、葉片體轉(zhuǎn)動副7。位于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心線6上的中心桿3的一端與輪轂2連接，另一端與徑桿4連接，徑桿4的另一端與固定葉片8連接。葉片體轉(zhuǎn)動副7做在可變槳距葉片I的本體與固定葉片8的頂端之間，葉片體轉(zhuǎn)動副7的軸線與可變漿距葉片I在進行變漿距轉(zhuǎn)動時的軸線5重合，緯桿18連接在相鄰的兩個固定葉片8之間。在第一種實施方式中，來風(fēng)方向可以是雙向的。當(dāng)從有中心桿的一側(cè)來風(fēng)時，徑桿4受拉力，可以用拉索取代。風(fēng)加在葉片上的力中的來風(fēng)方向分力的部分會被徑桿4平衡掉，其中徑桿4的數(shù)量是按葉片受力狀況確定的，即與同一個葉片連接的徑桿4可以是多個，這樣使得固定葉片8的根部所受彎矩大大減小，所以根部細，可安裝的葉片數(shù)量多，風(fēng)能利用率高，并且可以造更大的風(fēng)輪，發(fā)更多的電。結(jié)合圖3圖4和圖5，本發(fā)明的第二種實施方式與第一種實施方式大同小異，區(qū)別是四組葉片向外側(cè)傾斜，并且在構(gòu)成桁架的桿件中增添了外活緯桿14，頂套19和頂軸10，頂軸10與可變槳距葉片I連成一體，并置于葉片的頂端。頂套19套在頂軸10上形成處于葉尖的葉片體轉(zhuǎn)動副9。葉尖葉片體轉(zhuǎn)動副9的軸線與可變漿距葉片自身的變漿距轉(zhuǎn)動時的軸線5重合。通過連接件11把外活緯桿14與頂套19連接起來，不但可以實現(xiàn)變漿距，而且與第一種實施方式相比葉片受力狀態(tài)更好。此外為了減輕重量，增加剛度，中心桿3由第一種實施方式中的普通桿件變成了桁架。當(dāng)然這里邊可以仍用普通桿件，第一種實施方式中的中心桿3也可以用桁架。當(dāng)作為上風(fēng)向風(fēng)輪使用時，徑桿4、固定緯桿18和外活緯桿14受拉力，可用拉索代替。在第二種實施方式中由于葉片成錐形布置，所以可以去掉中心桿3、徑桿4，剩下的桁架結(jié)構(gòu)仍然能夠達到降低葉片彎矩減小葉片變形的目的。結(jié)合圖6和圖7，本發(fā)明的第三種實施方式與前兩種實施方式不同的地方在于，前兩種實施方式的桁架結(jié)構(gòu)都只減小了葉片在迎風(fēng)方向的彎矩，推動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩形成的彎應(yīng)力沒有減小，而在第三種實施方式中，增加了獨立的抗轉(zhuǎn)矩固定葉片8，該葉片與獨立的可變漿距葉片I相間布置，其根部固定在輪轂上，其尖部與抗轉(zhuǎn)矩桿件12連接，抗轉(zhuǎn)矩桿件12的另一端與設(shè)在可變槳距葉片I中部的葉片體轉(zhuǎn)動副13連接，目的是使轉(zhuǎn)矩主要作用在與輪轂連成一體的固定葉片8上，而不只是作用在可變槳距葉片I的根部，使安裝葉片的軸承延長壽命和減小尺寸，從而可以增加葉片數(shù)量，提高風(fēng)能利用率。此外第三種實施方式還是為了借用目前主流風(fēng)機的結(jié)構(gòu)和部件設(shè)計的，借用原有的變槳距裝置可以降低成本。徑桿4與前兩種實施方式的區(qū)別是它的外端與可變漿距葉片中部的葉片體轉(zhuǎn)動副連接。當(dāng)然也可以另設(shè)一端與中心桿3連接，另一端與固定葉片8連接的徑桿4。結(jié)合圖8，本發(fā)明的第四種實施方式的固定葉片8的根部固定在輪轂2上。固定葉片8的橫斷面也可以做成能夠產(chǎn)生圓周推力的流線型，它與輪轂2和各桿件組成桁架結(jié)構(gòu)?？勺儩{距葉片I很像飛機的襟翼，所以被稱為襟翼15，襟翼15通過葉片體轉(zhuǎn)動副17鉸接在固定葉片8的側(cè)邊，在液壓或電力的驅(qū)動下襟翼15可相對固定葉片8轉(zhuǎn)動一定的角度，以實現(xiàn)變漿距操作。襟翼15常設(shè)計在葉片體尖部段的側(cè)邊，也可以像圖8那樣設(shè)置在固定葉片8的全長上。圖8的俯視圖可以像圖7那樣，各葉片都在同一平面內(nèi)；也可以使各葉片向外側(cè)傾斜，如圖4。外固定緯桿14的兩端分別直接固定在相鄰兩個固定葉片8的頂端。徑桿4的一端與中心桿3連接，另一端與固定葉片8連接，以便形成桁架結(jié)構(gòu)。結(jié)合圖9和圖10，本發(fā)明的第五種實施方式，與第四種實施方式相近。區(qū)別在于固定葉片8是桁架結(jié)構(gòu)，其主要桿件也可做成葉片形狀。襟翼15分成兩段或多段，兩段襟翼15在一端與固定葉片8鉸接，另一端與襟翼15鉸接的油缸17推動下可以調(diào)成不同的漿距角。兩段襟翼之間的間隙可以使徑桿4通過。把桁架結(jié)構(gòu)的固定葉片8與中心桿3連接起來，形成整個風(fēng)輪的桁架結(jié)構(gòu)。固定葉片8的桁架結(jié)構(gòu)當(dāng)然可以做成根部寬，尖部窄的形狀，并且作為葉片當(dāng)然也可以用板材把桁架的桿件連起來，以增大迎風(fēng)面積。采用這樣結(jié)構(gòu)的有益效果是，可以增大風(fēng)輪和增大葉片的迎風(fēng)面積，可以實現(xiàn)微風(fēng)發(fā)電。在前述五種實施中徑桿和緯桿的數(shù)量都可以增加，在保障桁架受力合理的前提下，徑桿、緯桿、中心桿都可以去掉，或把它們重新進行排列組合，象這些簡單的變換也都落在本發(fā)明的保護之中。
權(quán)利要求
1.用于風(fēng)力發(fā)電的水平軸風(fēng)力發(fā)電機的一種風(fēng)輪，包括葉片，葉片體轉(zhuǎn)動副、輪轂和桿件，其特征是所述葉片分為固定葉片和可變漿距葉片兩種；固定葉片、可變槳距葉片與輪轂和桿件之間組成桁架結(jié)構(gòu)；可變漿距葉片通過葉片體轉(zhuǎn)動副與桁架結(jié)構(gòu)連接、在電力或液力驅(qū)動下可相對于桁架結(jié)構(gòu)做變漿距轉(zhuǎn)動；所述葉片體轉(zhuǎn)動副是設(shè)在除葉片根部以外的葉片體上，使葉片或葉片的一部分能相對于桁架結(jié)構(gòu)做變漿距轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動副。
2.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)輪，其特征是組成桁架結(jié)構(gòu)的桿件分為中心桿、緯桿和徑向桿三種，中心桿處于輪轂中心線的位置上，中心桿的一端與輪轂連接，中心桿上連接有徑向桿件，徑向桿的另一端與相應(yīng)的固定葉片連接，構(gòu)成桁架結(jié)構(gòu)；緯桿的兩端分別與相鄰的兩個葉片或葉片體轉(zhuǎn)動副連接，可變槳距葉片通過葉片體轉(zhuǎn)動副與構(gòu)成桁架結(jié)構(gòu)的固定葉片的外端連接。
3.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述葉片分成抗轉(zhuǎn)矩固定葉片和可變槳距葉片兩種；抗轉(zhuǎn)矩固定葉片的橫斷面為流線型，其一端固定在輪轂上，另一端與抗轉(zhuǎn)矩桿件的一端連接，抗轉(zhuǎn)矩桿件的另一端與設(shè)在可變槳距葉片上的葉片體轉(zhuǎn)動副連接；所述可變槳距葉片的根部安裝在輪轂上，在設(shè)在輪轂內(nèi)的變槳距裝置的驅(qū)動下實現(xiàn)變槳距轉(zhuǎn)動。
4.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述桿件中有一種是一端與輪轂連接并處于風(fēng)輪中心線位置上的中心桿，還有一種是一端與中心桿連接，另一端與葉片或葉片體轉(zhuǎn)動副連接的徑向桿，所述徑向桿的橫斷面是可使風(fēng)輪產(chǎn)生圓周推力的流線型。
5.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述桿件中受拉力的桿件是拉索。
6.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述桿件中有一種是一端與輪轂連接并處于風(fēng)輪中心線位置上的中心桿，該中心桿是桁架結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述固定葉片向外側(cè)傾斜，其靠近輪轂的根部段固定在輪轂上，不能做變漿距轉(zhuǎn)動，根部段與桿件連接在一起組成棱錐狀的桁架結(jié)構(gòu)，可變槳距葉片與固定葉片的外端采用葉片體轉(zhuǎn)動副連接。
8.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述可變漿距葉片通過葉片體轉(zhuǎn)動副連接在固定葉片的側(cè)面，使他與固定葉片之間可進行變漿距轉(zhuǎn)動；所述固定葉片的一端與輪轂相連，均布于同一個平面或同一個錐面內(nèi)，固定葉片成為可變槳距葉片的骨架。
9.如權(quán)利要求8所述的一種風(fēng)輪，其特征是所述固定葉片是桁架結(jié)構(gòu)，構(gòu)成該桁架的從根部直通到尖部的主桿件的橫斷面形狀是可產(chǎn)生圓周推力的流線型，固定葉片的一端與輪轂固定在一起，并且作為可變槳距葉片的骨架，固定葉片的桁架與輪轂和桿件組成大的桁架結(jié)構(gòu)，可變槳距葉片，通過葉片體轉(zhuǎn)動副連接在固定葉片的側(cè)邊，使它與固定葉片之間進行變漿距轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于風(fēng)力發(fā)電的水平軸風(fēng)力發(fā)電機的一種風(fēng)輪，包括葉片，葉片體轉(zhuǎn)動副，輪轂和桿件，其特征是所述葉片分為固定葉片和可變漿距葉片兩種，固定葉片、可變漿距葉片與輪轂和桿件組成桁架結(jié)構(gòu)。改變了已有技術(shù)中的葉片是單獨固定在輪轂上的細而長的懸臂梁的結(jié)構(gòu)，把葉片根部所受到的巨大的彎應(yīng)力轉(zhuǎn)化成了桁架的內(nèi)力，克服了葉片容易從根部折斷問題，降低了風(fēng)電的成本，還為風(fēng)電機組繼續(xù)向大型化的方向發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。同時由于采用了桁架結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪后仍然可以實現(xiàn)變漿距，并能增加葉片的數(shù)量，所以有利于高效率地利用各種類型的風(fēng)能。
文檔編號F03D1/06GK103174583SQ20111042911
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者李澤宇 申請人:李澤宇