一種變實(shí)度垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種變實(shí)度垂直軸風(fēng)輪。它包括變弦長葉片，變弦長葉片通過葉柄與輪轂相連。本發(fā)明使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速低，風(fēng)能利用效率高，并且安全可靠。適用于城市的道路照明、草原牧場的日常用電以及大型風(fēng)電場等領(lǐng)域。
【專利說明】—種變實(shí)度垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪，尤其是涉及一種變實(shí)度垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪，其主要用于城市的道路照明、草原牧場的日常用電以及大型風(fēng)電場等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)輪實(shí)度影響風(fēng)力機(jī)的性能。風(fēng)輪實(shí)度較大的低速風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)力矩大,但風(fēng)能利用系數(shù)低。風(fēng)能利用系數(shù)較高的高速風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪實(shí)度較小，啟動(dòng)力矩較小。為解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪啟動(dòng)性能與最大風(fēng)能利用率在結(jié)構(gòu)上矛盾的問題，一些學(xué)者分別從復(fù)合風(fēng)輪和動(dòng)態(tài)改變?nèi)~片安裝角的角度，對混合動(dòng)力風(fēng)力機(jī)和變漿距型風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了研究。
[0003]混合動(dòng)力風(fēng)力機(jī)由S型風(fēng)輪和D式風(fēng)力機(jī)組合而成，是一種垂直軸風(fēng)力機(jī)，具有啟動(dòng)力矩低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但由于S型風(fēng)輪和D式風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力特性不同，導(dǎo)致在任何葉尖速比下都存在一種風(fēng)輪被拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，影響了自身性能的發(fā)揮。
[0004]變漿距型風(fēng)力機(jī)可根據(jù)風(fēng)向及風(fēng)速的變化合理調(diào)整葉片安裝角，降低風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)風(fēng)速，增加風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的驅(qū)動(dòng)力矩從而提高發(fā)電效率。目前，水平軸風(fēng)力機(jī)變漿距技術(shù)較成熟，并在大型風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。而垂直軸風(fēng)力機(jī)變漿距技術(shù)還處于日益完善階段，由于該類型風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜并且必須具有對風(fēng)向裝置，降低了垂直軸風(fēng)力機(jī)相對于水平軸風(fēng)力機(jī)的優(yōu)勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有垂直軸風(fēng)力機(jī)大起動(dòng)力矩與高風(fēng)能利用率結(jié)構(gòu)的不兼容問題，本發(fā)明提供一種基于變弦長葉片的變實(shí)度風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪，通過改變?nèi)~片弦長來改變風(fēng)輪實(shí)度，使風(fēng)力機(jī)同時(shí)具有大啟動(dòng)力矩和高風(fēng)能利用系數(shù)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]一種變實(shí)度垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪，它包括變弦長葉片，變弦長葉片與輪轂之間通過葉柄連接。
[0008]所述的變弦長葉片包括葉片前端，葉片前端通過變弦長機(jī)構(gòu)與葉片后端相連。
[0009]所述的變弦長機(jī)構(gòu)是線性滑軌結(jié)構(gòu)或液壓缸結(jié)構(gòu)。
[0010]所述的基于線性滑軌結(jié)構(gòu)的變弦長葉片包括前端葉片，前端葉片固定在線性滑軌的滑塊上，線性滑軌的軌道傾斜固定在后端葉片上，后端葉片則安裝在葉柄上。
[0011]所述的線性滑軌的軌道傾斜安裝在后端葉片內(nèi)側(cè)，前端葉片可沿線性滑軌的軌道相對于后端葉片進(jìn)行前、后移動(dòng)。
[0012]所述的基于液壓缸結(jié)構(gòu)的變弦長葉片包括前端葉片，前端葉片通過葉柄與輪轂相連，后端葉片通過液壓缸與前端葉片相連。
[0013]所述的液壓缸的缸筒水平固定在前端葉片內(nèi)側(cè)，液壓缸的活塞桿則固定在后端葉片上，后端葉片可通過液壓缸的伸縮相對于前端葉片進(jìn)行前、后移動(dòng)。
[0014]所述的前端葉片和后端葉片在閉合時(shí)為升力翼型葉片；在處于拉伸狀態(tài)時(shí)，可以是帶凹槽的升阻混合葉片，也可以是升力型葉片。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]通過風(fēng)輪自身空氣動(dòng)力特性或控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn):當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)，變弦長葉片處于拉伸狀態(tài)，增大風(fēng)輪對風(fēng)阻力，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪具有較大的啟動(dòng)力矩；當(dāng)風(fēng)速逐漸增大時(shí)，變弦長葉片處于閉合狀態(tài)，減小風(fēng)輪實(shí)度使風(fēng)力機(jī)具有較高的風(fēng)能利用系數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)示意圖，其變弦長機(jī)構(gòu)采用線性滑軌；
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的另一種基本結(jié)構(gòu)示意圖，其變弦長機(jī)構(gòu)采用液壓缸；
[0019]圖2a為圖2的局部剖面放大圖；
[0020]圖2b為升阻混合變弦長葉片拉伸狀態(tài)放大圖；
[0021]圖2c為變弦長葉片閉合狀態(tài)的放大圖；
[0022]其中，I變弦長葉片、2前端葉片、3后端葉片、4滑塊、5線性滑軌的軌道、6檔桿、7葉柄、8輪轂、9液壓缸缸筒、10液壓缸活塞。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0024]如圖1、圖2所示，變弦長葉片I由前端葉片2、后端葉片3和變弦長機(jī)構(gòu)組成，變弦長葉片I與輪轂8之間通過葉柄7連接。
[0025]如圖1所示，線性滑軌的軌道5的一端具有檔桿6，另一端傾斜固定在后端葉片3的內(nèi)側(cè)，滑塊4安裝在線性滑軌的軌道5上組成線性滑軌，前端葉片2固定在滑塊4上，前端葉片2可通過滑塊4沿線性滑軌的軌道5滑動(dòng)。
[0026]如圖1所示，后端葉片3固定在葉柄7上，葉柄7固定在輪轂8上。
[0027]如圖2、圖2a所示，液壓缸缸筒9水平固定在前端葉片2內(nèi)側(cè)，前端葉片2固定在葉柄(7上，葉柄7固定在輪轂8上。
[0028]如圖2a所不，液壓缸活塞10固定在后端葉片2內(nèi)側(cè)，后端葉片3可通過液壓缸活塞10的伸縮相對于前端葉片2滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)葉片的變弦長目的。
[0029]如圖2b所示，后端葉片3具有凹槽結(jié)構(gòu)，當(dāng)變弦長葉片處于拉伸狀態(tài)時(shí)，整個(gè)葉片是一種升阻復(fù)合葉片。
[0030]如圖2c所示，變弦長葉片I處于閉合狀態(tài)時(shí)，是一種升力型葉片。
[0031]本發(fā)明的工作方法為:
[0032]附圖1是利用線性滑軌原理，后端葉片固定在風(fēng)力機(jī)支架上，線性滑軌的軌道傾斜安裝在后端葉片內(nèi)側(cè)，前端葉片固定在線性滑軌的滑塊上。當(dāng)無風(fēng)或風(fēng)速較小時(shí)，前端葉片所受的風(fēng)壓載荷小，由于傾斜安裝的線性滑軌和前端葉片重力的作用使整個(gè)葉片處于拉伸狀態(tài)，增大風(fēng)力機(jī)的對風(fēng)阻力，提高啟動(dòng)性能；當(dāng)風(fēng)速逐漸增大時(shí)，由于前端葉片所受的風(fēng)壓載荷逐漸增強(qiáng)，前端葉片克服自身的重力沿導(dǎo)軌逐漸向后端葉片方向滑動(dòng)使整個(gè)葉片閉合，使風(fēng)力機(jī)在最大風(fēng)能利用率所對應(yīng)的實(shí)度下工作，提高風(fēng)力機(jī)的最大風(fēng)能利用效率；當(dāng)風(fēng)速逐漸減弱時(shí)，由于前端葉片所受的風(fēng)壓載荷逐漸減小，前端葉片由于自身的重力的作用沿導(dǎo)軌逐漸遠(yuǎn)離后端葉片使整個(gè)葉片伸長，增大風(fēng)力機(jī)的對風(fēng)阻力，提高啟動(dòng)性能。
[0033]附圖2是利用液壓缸原理，前端葉片固定在風(fēng)力機(jī)支架上，液壓缸水平安裝在前端葉片內(nèi)側(cè)，后端葉片固定在液壓缸上。當(dāng)無風(fēng)或風(fēng)速較小時(shí)，液壓缸的活塞桿伸長，使變弦長葉片處于拉伸狀態(tài)，增大風(fēng)力機(jī)的對風(fēng)阻力，提高啟動(dòng)性能；當(dāng)風(fēng)速逐漸增大時(shí)，液壓缸的活塞桿逐漸縮短，變弦長葉片逐漸閉合，使風(fēng)力機(jī)具有較高的風(fēng)能利用系數(shù)；當(dāng)風(fēng)速減弱時(shí)，液壓缸的活塞桿再次伸長，增大風(fēng)力機(jī)的對風(fēng)阻力，提高啟動(dòng)性能。其中，液壓缸的活塞桿的伸縮是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)速大小對液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的。
【權(quán)利要求】
1.一種變實(shí)度垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪，其特征在于:它包括變弦長葉片(I)，變弦長葉片前端⑵通過變弦長機(jī)構(gòu)與變弦長葉片后端⑶相連；變弦長葉片⑴與輪轂⑶之間通過葉柄(7)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的變弦長機(jī)構(gòu)是線性滑軌機(jī)構(gòu)或液壓缸機(jī)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的線性滑軌機(jī)構(gòu)的變弦長葉片包括前端葉片(2)，前端葉片(2)固定在線性滑軌的滑塊(4)上，線性滑軌的軌道(5) —端設(shè)有檔桿(6)，另一端則傾斜固定在后端葉片⑶上，后端葉片⑶則安裝在葉柄(X)上。
4.如權(quán)利要求2或3所述的線性滑軌的軌道(5)向后傾斜安裝在后端葉片(3)內(nèi)偵牝前端葉片(2)可沿線性滑軌的軌道(5)相對于后端葉片(3)進(jìn)行前、后移動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的液壓缸機(jī)構(gòu)的變弦長葉片包括前端葉片(2)，前端葉片(2)通過葉柄(7)與輪轂⑶相連，后端葉片(3)通過液壓缸與前端葉片(2)相連。
6.如權(quán)利要求5所述的液壓缸的缸筒(10)水平固定在前端葉片(2)內(nèi)偵彳，液壓缸的活塞桿(9)則固定在后端葉片(3)上，后端葉片(3)可通過液壓缸的伸縮相對于如端葉片(2)進(jìn)行前、后移動(dòng)。
7.如權(quán)利要求1所述的前端葉片⑵和后端葉片(3)在閉合時(shí)為升力翼型直葉片
8.如權(quán)利要求1所述的前端葉片(2)和后端葉片(3)在處于拉伸狀態(tài)時(shí)，可以是升阻混合葉片，也可以是 升力型葉片。
【文檔編號(hào)】F03D3/06GK104074677SQ201310125354
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月27日
【發(fā)明者】齊保良, 楊寶昆, 文鵬, 趙強(qiáng), 齊明 申請人:山東建筑大學(xué)