專利名稱：一種耦合型風(fēng)力機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體為適用于低風(fēng)速或風(fēng)況復(fù)雜環(huán)境的垂直軸升阻耦合型風(fēng)力機。
背景技術(shù)：
利用風(fēng)能是解決能源危機行之有效的途徑之一?，F(xiàn)有的大型風(fēng)力機按風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸在空間安裝方向，分為水平軸風(fēng)力機和垂直軸風(fēng)力機兩大類。
垂直軸風(fēng)力發(fā)電機與水平軸風(fēng)力發(fā)電機相比，具有不需要偏航裝置、葉片制造簡單、啟動風(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)電機的安裝簡單和齒輪箱等傳動部件可以放在地面或塔架底部，維護方便，制造成本和運營維護成本較低等優(yōu)點。垂直軸風(fēng)電發(fā)電機主要分為四種=Savonius型、Darrieus型、H型和潤輪型。Savonius型自動轉(zhuǎn)矩大，低風(fēng)速時功率對風(fēng)能捕捉能力好，但風(fēng)能利用率低使得該型機在大型機組應(yīng)用上缺乏競爭；Darrieus型效率較高但自啟動能力差；H型是英國人在研究直葉式達里厄型過程中發(fā)展起來的，它的自啟動能力好；渦輪型則對空氣密度較低的環(huán)境適應(yīng)性好。對于風(fēng)力資源欠豐富的村鎮(zhèn)和高樓林立風(fēng)況復(fù)雜的城市地區(qū)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機不適用?，F(xiàn)有的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機大部分采用的是升力型風(fēng)力機，在居民區(qū)因風(fēng)速低常處于停機狀態(tài)或不穩(wěn)定工作狀態(tài)；而阻力型風(fēng)力機因其風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率不高，很少用。

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，克服了升力型風(fēng)力機低風(fēng)速不能啟動、阻力型風(fēng)力機風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率不高的缺點，工作性能好的用于風(fēng)力發(fā)電的垂直軸升阻耦合型風(fēng)力機。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種用于風(fēng)力發(fā)電的垂直軸升阻耦合型風(fēng)力機，其特征是包括基礎(chǔ)平臺，基礎(chǔ)平臺中央上表面設(shè)置立軸，立軸上部裝配有兩個軸承，且兩個軸承間的距離為葉片高度的1/3，兩個軸承上分別蓋裝軸承蓋，且軸承外圈與軸承蓋內(nèi)孔配合，有多個葉片沿立軸軸向均布，每個葉片與軸承蓋之間通過支撐桿連接，構(gòu)成風(fēng)輪；所述葉片為帶有上下封蓋的空心結(jié)構(gòu)，上下封蓋與活動式柵板連接。柵板的上下端通過軸承機構(gòu)與葉片的上下封蓋連接。柵板三個為一組，每個葉片配一組，每組三個柵板上端和下端分別以連桿形成聯(lián)動機構(gòu)，保證三個柵板同時擺動相同角度；柵板閉合時剛好首尾相接，保證葉片能獲得最大升力效果。所述柵板為長條形薄片結(jié)構(gòu)，柵板寬度大于葉片開口弦長的三分之一，柵板高度小于葉片長度，柵板兩端的金屬銷與封蓋上的軸承相配合，使柵板可以繞金屬銷擺動，柵板擺動角度范圍為5° ^70°，柵板材料為玻璃鋼或鋁合金或白鐵皮。葉片為中空薄殼結(jié)構(gòu)，在其一側(cè)由葉尾至前緣切除四分之三，呈半包圍結(jié)構(gòu)，葉片曲面采用美國航空標準翼型NACA0018。柵板可以圍繞葉片某一軸線擺動，與葉片弧形面形成張開或閉合情形。葉片繞垂直于風(fēng)向的軸旋轉(zhuǎn)時會形成順風(fēng)和迎風(fēng)兩個狀態(tài)，葉片順風(fēng)時，空氣由葉尾流向前緣，柵板受風(fēng)力作用而張開，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電國家標準的定義，此時葉片屬于阻力型葉片；葉片迎風(fēng)時，空氣由前緣流向葉尾，柵板自動閉合，此時葉片屬于升力型葉片。每個葉片可根據(jù)氣流情況實現(xiàn)阻力做功狀態(tài)與升力做功狀態(tài)自動切換。在風(fēng)力作用下，每個葉片圍繞風(fēng)輪軸旋轉(zhuǎn)一周，柵板完成由張開一閉合一張 開的連續(xù)變化，使得風(fēng)輪始終有半邊呈現(xiàn)阻力型風(fēng)力機特征，另半邊則呈現(xiàn)升力型風(fēng)力機特征，或全部呈現(xiàn)閉合，呈現(xiàn)升力型風(fēng)力機特征。風(fēng)速低(小于5m/s)時，阻力做功為主，整機呈現(xiàn)阻力型風(fēng)力機特征；風(fēng)速高時，升力做功為主，使得背風(fēng)側(cè)葉片的線速度大于風(fēng)速，因此迎風(fēng)側(cè)葉片和背風(fēng)側(cè)葉片上的柵板均處于閉合狀態(tài)，整機就是一個升力型風(fēng)力機。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，克服了升力型風(fēng)力機低風(fēng)速不能啟動、阻力型風(fēng)力機風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率不高的缺點，解決了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機不適用于風(fēng)力資源欠豐富的城市和人口稠密地區(qū)風(fēng)況復(fù)雜的問題，將大幅提升我國風(fēng)能利用比例，推動風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明升阻耦合型葉片柵板張開示意 圖3為本發(fā)明升阻耦合型葉片柵板張開閉合角度；
圖4為本發(fā)明的升阻耦合型風(fēng)力機工作原理示意圖。
具體實施例方式以四片葉片為例，見附圖I。本發(fā)明的垂直軸升阻耦合型風(fēng)力機包括基礎(chǔ)平臺11，在基礎(chǔ)平臺中央上方焊接立軸21，立軸21上部相距一定距離分別裝配兩個軸承，兩軸承間的距離為葉片高度的三分之一，軸承蓋31，32分別蓋在兩軸承上，并保證軸承外圈與軸承蓋內(nèi)孔相配合，每個葉片51與軸承蓋之間以支撐桿41，42，43，44采用螺栓聯(lián)接形式進行固定，4個葉片圍繞立軸21周向均勻分布，構(gòu)成風(fēng)輪。風(fēng)輪實現(xiàn)風(fēng)能的吸收和轉(zhuǎn)換?；A(chǔ)平臺11可以是鋼筋混凝土平臺，可以是鋼板，也可以是鋼架結(jié)構(gòu)。施工時要求基礎(chǔ)平臺11的上表面與水平面平行。立軸21采用無縫鋼管或?qū)嵭匿摪袅?，底端與基礎(chǔ)平臺11焊接，立軸21與基礎(chǔ)平臺11連接處焊接6-8片加強筋以穩(wěn)固立軸21。施工時要求立軸21與水平面垂直。立軸21上端加工軸承配合面和定位面以安裝軸承，立軸21與軸承的配合采用過渡配合。軸承蓋31,32蓋在軸承上,并與軸承有過渡配合關(guān)系。軸承蓋31,32材料為45#鋼，或普通不銹鋼。葉片支撐桿41，42，43，44 一端與軸承蓋連接，一端與葉片連接，連接處以螺栓固結(jié)。支撐桿材料為鋼管。葉片51以美國航空標準翼型NACA0018為基礎(chǔ)，共4片。葉片采用空心結(jié)構(gòu)，在其一側(cè)由葉尾至前緣切除四分之三，見附圖2，再在葉片上下兩端蓋上封蓋。每片封蓋上加工三個軸承孔，用軸承蓋配以螺栓將三軸承固定在封蓋軸承孔處。葉片51材料為玻璃鋼或鋁合金。葉片厚度與高度比為1:1000。 柵板52共12片，三個為一組，每個葉片配一組，共4組，見附圖I。柵板52略短于葉片。柵板52的兩端各固定一個金屬銷53,金屬銷53與封蓋上軸承相配合,使柵板52可以繞金屬銷53擺動，擺動角度范圍控制在5° ^70°，見附圖3。柵板52的寬度取葉片51開口弦長的三分之一，使柵板52閉合時剛好首尾相接，保證葉片能獲得最大升力效果。柵板52的兩端各固定另一金屬銷54，與連桿55相配合，使得三個柵板52形成聯(lián)動機構(gòu)，保證三個柵板52同時擺動相同角度。柵板52張開最大角度由流體仿真分析得70°最佳，通過改變?nèi)~片51封蓋上軸承孔與葉片51切邊的位置，可以保證該角度。柵板52閉合時，后一柵板搭在前一柵板上，柵板52不能繼續(xù)向葉片51內(nèi)部擺動，形成約5°的自然角，既保證葉片51能獲得最大升力效果，又保證了柵板52在空氣作用下，能由閉合狀態(tài)順利打開。為使柵板52擺動自如，不收葉片支撐桿41，42，43，44的限制，在柵板52上開有缺口，保證擺動時以避開支撐桿41，42，43，44，見附圖I。柵板52為玻璃鋼或鋁合金或白鐵皮。垂直軸升阻耦合型風(fēng)力機工作原理見附圖4。在風(fēng)速u的作用下，風(fēng)力機右側(cè)葉片51的柵板52張開，達到最大角70° ,此時該葉片上獲得的風(fēng)載合力為阻力Fz，徑向和切向分解后，可以推動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的分力為Fzl ;風(fēng)力機左側(cè)葉片51的柵板52全部閉合，此時該葉片上獲得的風(fēng)載合力為升力Fs，徑向和切向分解后，可以推動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的分力為Fsl ；前后兩葉片受風(fēng)輪中間旋風(fēng)的影響，柵板52微微張開或閉合，葉片上的受力為上述Fz和Fs綜合力，因此風(fēng)力機可以逆時針旋轉(zhuǎn)，并獲得一定轉(zhuǎn)速η。當風(fēng)速低時，F(xiàn)z遠大于Fs，風(fēng)力機呈現(xiàn)阻力型風(fēng)力機特征；當風(fēng)速高時，風(fēng)力機右側(cè)葉片51線速度大于風(fēng)速u，柵板52受空氣作用全部閉合，此時所有葉片的受力均為升力Fs，風(fēng)力機呈現(xiàn)升力型風(fēng)力機特征。若在立軸上安裝傳動機構(gòu)和發(fā)電機，就可以將風(fēng)力機捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。
權(quán)利要求
1.一種耦合型風(fēng)力機，其特征是包括基礎(chǔ)平臺，基礎(chǔ)平臺中央上表面設(shè)置立軸，立軸上部裝配有兩個軸承，且兩個軸承間的距離為葉片高度的1/3，兩個軸承上分別蓋裝軸承蓋，且軸承外圈與軸承蓋內(nèi)孔配合，有多個葉片沿立軸軸向均布，每個葉片與軸承蓋之間通過支撐桿連接，構(gòu)成風(fēng)輪；所述葉片為帶有上下封蓋的空心結(jié)構(gòu)，上下封蓋與活動式柵板連接；柵板的上下端通過軸承機構(gòu)與葉片的上下封蓋連接；柵板三個為一組，每個葉片配一組，每組三個柵板上端和下端分別以連桿形成聯(lián)動機構(gòu)，保證三個柵板同時擺動相同角度；柵板閉合時剛好首尾相接，保證葉片能獲得最大升力效果；所述柵板為長條形薄片結(jié)構(gòu)，柵板寬度大于葉片開口弦長的三分之一，柵板高度小于葉片長度，柵板兩端的金屬銷與封蓋上的軸承相配合，使柵板可以繞金屬銷擺動，柵板擺動角度范圍為5° ^70°，柵板材料為玻璃鋼或鋁合金或白鐵皮。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于風(fēng)力發(fā)電的垂直軸升阻耦合型風(fēng)力機，基礎(chǔ)平臺中央上表面設(shè)置立軸，立軸上部裝配有兩個軸承，且兩個軸承間的距離為葉片高度的1/3，兩個軸承上分別蓋裝軸承蓋，且軸承外圈與軸承蓋內(nèi)孔配合，有多個葉片沿立軸軸向均布，每個葉片與軸承蓋之間通過支撐桿連接，構(gòu)成風(fēng)輪；所述葉片為帶有上下封蓋的空心結(jié)構(gòu)，上下封蓋與活動式柵板連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，克服了升力型風(fēng)力機低風(fēng)速不能啟動、阻力型風(fēng)力機風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率不高的缺點，解決了垂直軸風(fēng)力發(fā)電機不適用于風(fēng)力資源欠豐富的城市和人口稠密地區(qū)風(fēng)況復(fù)雜的問題，將大幅提升我國風(fēng)能利用比例，推動風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展。
文檔編號F03D11/00GK102828902SQ20121033499
公開日2012年12月19日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者曹陽, 吳國慶, 茅靖峰, 周井玲, 吳樹謙, 沈世德, 朱維南, 張旭東 申請人:南通大學(xué)