帶集風蓋的垂直軸偏距式風力的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶集風蓋的垂直軸偏距式風力機，包括主軸、橫梁、集風蓋、葉片軸和輕質(zhì)葉片；橫梁固定于主軸上端，在每根橫梁的下側并靠近外端豎直固定安裝一窗框架，窗框架上豎直均勻設置多根可轉動的葉片軸，每個葉片軸上固定輕質(zhì)葉片；窗框架的頂部和底部分別水平安裝集風蓋；扭力彈簧的一端固定在葉片軸上，另一端固定在對應的橫梁上。由于采用了扭力彈簧，使輕質(zhì)葉片在無風時處于主軸和橫梁組成的豎直平面內(nèi)，隨時待命捕風，而且捕風面較大，所以風力機響應快；由于該風力機具有集風蓋，當輕質(zhì)葉片順風時，增加了氣流在輕質(zhì)葉片上下沿的迎風和背風面的壓力差，所以風力機力矩大、啟動風速低、風能利用率大、微風發(fā)電能力強、實用性廣。
【專利說明】帶集風蓋的垂直軸偏距式風力機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種偏距式垂直軸風力機，尤其涉及一種帶集風蓋的垂直軸偏距式風力機。
【背景技術】
[0002]如今，石油、煤、天然氣等不可再生能源均面臨著儲量枯竭、價格上漲、甚至地球環(huán)境的嚴重污染等。核裂變發(fā)電危險性高，核廢料污染環(huán)境、處理困難；利用核聚變能發(fā)電還不可行。而太陽能和風能是可再生能源，對環(huán)境沒有污染。因此，各國都大力開發(fā)以風能和太陽能為代表的清潔可再生能源。
[0003]在當前風能利用領域，現(xiàn)有的大多數(shù)大裝機容量的風力發(fā)電機大都處于待、停機狀態(tài)，風機利用效率極低。在某些特殊條件下，甚至為了使風機隨時待機發(fā)電，還必須對風機輸入控制電源，這使風機出現(xiàn)了負功率輸出狀態(tài)，極大降低了風能利用率。受到風力發(fā)電機風輪結構的影響，現(xiàn)有風力發(fā)電機主要存在以下問題:1.啟動風速和額定風速均太高，嚴重脫離實際情況。需研制適合大多數(shù)地區(qū)使用的風力機，其啟動風速和額定風速都要很低。2.現(xiàn)有風輪的葉片細而長，實度低，大部分從葉片之間的空隙漏走，風能沒有被充分利用。3.風葉翼型設計不合理。當前使用最為廣泛的風輪葉片是根據(jù)直升機的旋翼結構設計的。直升機的旋翼的結構設計是為了利用氣流提高其升力，但風輪葉片需要克服這種力的作用，是相反的過程。4.多數(shù)風輪葉片扭轉角是固定的，不能適應不同的風速。但是在實際應用中，風速大小是隨機的。因此風輪一般工作在非設計工作狀態(tài)，并且逆風阻力大，總體效率低，啟動困難。
[0004]現(xiàn)有的偏距式葉片垂直軸風力發(fā)電機，葉片截面積增大，提高了捕風能力，降低啟動風速。調(diào)整葉片傾斜角度可以調(diào)節(jié)風機旋轉速度。葉片截面積的增大可以大幅減小葉片的長度，以致風輪葉片總重量大幅減少，能最大化地利用風能發(fā)電。占地面積少，全方向做功，啟動快。
[0005]現(xiàn)有的偏距式葉片垂直軸風力發(fā)電機有三種方案。1.在垂直軸上安裝葉片支架，葉片以偏距形式安裝在葉片支架兩端，葉片由電機控制。順風時，控制使葉片豎直受風，把風能轉化為葉輪的旋轉機械能。而在逆風時，控制使葉片呈水平位置，對風不產(chǎn)生任何阻力。2.在垂直軸上安裝葉片支架，葉片以偏距形式安裝在葉片支架兩端。葉片支架上安裝有90度單方向限位裝置，以使葉片單方向偏距不超過90度。任意方向來風時，葉片由于單方向限位作用一邊保持原位，另一邊葉片與風向相同進行旋轉。3.在垂直軸上安裝葉片支架，葉片以偏距形式在葉片支架兩端以90度夾角安裝葉片。在葉片支架上安裝最大擺動角度為45度的限位裝置。任意方向來風使葉片支架一端的葉片擺動到水平位置；葉片支架另一端的葉片在風力作用下擺動到豎直位置，風作用于豎直位置的葉片而使葉片帶動葉輪旋轉；當豎直位置的葉片擺動到順風位置時，另一葉片支架的一葉片在風力作用下擺動到豎直位置，繼續(xù)帶動葉輪旋轉。但是，第一種方案中的葉片位置調(diào)整需要電機驅(qū)動旋轉，需要耗費電力，而且還增加了控制系統(tǒng)的復雜程度；第二種方案中的葉片在轉速時由于離心而不能可靠復位。以上最后種方案，雖然實度比常規(guī)風輪大許多，捕風能力很強，但由于葉片自重，使得葉片由水平到豎直的變化需要一定的風壓，因此特別是在風速很低的情況下，啟動比較困難。專利201220602985.1 (帶葉片配重的垂直軸偏距式風力機)增加了葉片配重使得啟動風速可以很低，提高了發(fā)電效率。但以上各種方案，在葉片由逆風轉變?yōu)轫橈L狀態(tài)時，葉片有一個由水平到豎直的突然轉變，會帶來較大的沖擊。
[0006]專利201310043115.4 (逆風出力的三角軟翼式垂直軸偏距風力機)、201310043153.X (梯形軟翼百葉窗式垂直軸偏距風力機)等，設計出特殊形狀的葉片和適當安裝方式，減輕了沖擊；但結構比較復雜，維修不方便。
[0007]因此，有必要開發(fā)設計出結構更簡單的軟翼風力機。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]為了克服現(xiàn)有風機的啟動風速高，風輪實度低，風能利用系數(shù)小，風輪風葉翼型和扭轉角是固定而不能適應不同的風速，驅(qū)動旋轉需要耗費電力，葉片位置調(diào)整需要耗費電力驅(qū)動電機旋轉，系統(tǒng)結構復雜等缺點，本發(fā)明提供了一種提高風機出力的帶集風蓋的垂直軸偏距式風力機。
[0009]為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下技術方案:
帶集風蓋的垂直軸偏距式風力機，包括主軸、橫梁、集風蓋、葉片軸和輕質(zhì)葉片；
所述主軸豎直安裝在塔架上，可自由旋轉；
所述橫梁為3-6根等長，呈水平輻射狀對稱固定于主軸上端，在每根橫梁的下側并靠近外端豎直固定安裝一窗框架，所述窗框架上豎直設置葉片軸，所述葉片軸與窗框架轉動配合，每個葉片軸上豎直固定設置一可相對對應窗框架可開啟或關閉的輕質(zhì)葉片；
所述窗框架的頂部和底部分別水平設置一圓弧板狀結構的集風蓋，所述集風蓋位于輕質(zhì)葉片可開啟的一側；
在每個葉片軸的頂部設置一扭力彈簧，扭力彈簧的一端固定在葉片軸上，扭力彈簧的另一端固定在對應的橫梁上，輕質(zhì)葉片只在扭力彈簧的扭力作用下時輕質(zhì)葉片關閉在對應的窗框架上。
[0010]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述窗框架上豎直均布設置多根葉片軸和輕質(zhì)葉片。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:①由于采用了扭力彈簧，使輕質(zhì)葉片在無風時處于主軸和橫梁組成的豎直平面內(nèi)，隨時待命捕風，而且捕風面較大，所以風力機響應快由于該風力機具有集風蓋，當輕質(zhì)葉片順風時，增加了氣流在輕質(zhì)葉片上下沿的迎風和背風面的壓力差，所以風力機力矩大、啟動風速低、風能利用率大、微風發(fā)電能力強、實用性廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為帶集風蓋的垂直軸偏距式風力機的結構示意圖。
[0013]附圖中:1—主軸；2—橫梁；3—葉子軸；4一輕質(zhì)葉片；5—集風蓋；6—窗框架；7—扭力彈簧。
【具體實施方式】[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0015]如圖1所示，帶集風蓋的垂直軸偏距式風力機，包括主軸1、橫梁2、集風蓋5、葉片軸3和輕質(zhì)葉片4。
[0016]其中，主軸I豎直安裝在塔架上，可自由旋轉。橫梁2為3-6根等長，呈水平輻射狀對稱固定于主軸I上端，在每根橫梁2的下側并靠近外端豎直固定安裝一窗框架6,窗框架6上豎直設置葉片軸3。葉片軸3與窗框架6轉動配合，每個葉片軸3上豎直固定設置一可相對對應窗框架6可開啟或關閉的輕質(zhì)葉片4。窗框架6的頂部和底部分別水平設置一圓弧板狀結構或者圓形的集風蓋5，集風蓋5位于輕質(zhì)葉片4可開啟的一側。在每個葉片軸3的頂部設置一扭力彈簧7，扭力彈簧7的一端固定在葉片軸3上，扭力彈簧7的另一端固定在對應的橫梁2上，輕質(zhì)葉片4只在扭力彈簧7的扭力作用下使輕質(zhì)葉片4關閉在對應的窗框架6上。扭力彈簧7的彈性系數(shù)小，剛好能在無風時使輕質(zhì)葉片4復位(即輕質(zhì)葉片4關閉在窗框架6上)。
[0017]在本實施例中，窗框架6上豎直均布設置多根葉片軸3和輕質(zhì)葉片4，減小輕質(zhì)葉片4的阻風與順風間的狀態(tài)轉換的過渡時間，提高捕風效率。
[0018]扭力彈簧7連接在橫梁2和葉片軸3上，保證在無風時輕質(zhì)葉片4關閉在對應的窗框架6上。窗框架6的頂部和底部分別水平固定集風蓋5，任意方向很微弱的來風就能使逆風輕質(zhì)葉片4隨風向飄動而對風幾乎無阻力，而順風輕質(zhì)葉片4則與來風具有一夾角，輕質(zhì)葉片4則繞葉片軸3轉動到主軸I和橫梁2組成的豎直平面內(nèi)，并具有最大的捕風面，受到風壓而帶動葉片軸3和橫梁2旋轉。由于該風力機具有集風蓋5，當輕質(zhì)葉片4順風時，增加了氣流在輕質(zhì)葉片4上下沿的迎風和背風面的壓力差，所以風機力矩更大、啟動風速更低、風能利用率大、微風發(fā)電能力強、實用性廣。
[0019]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.帶集風蓋的垂直軸偏距式風力機，其特征在于:包括主軸(I)、橫梁(2)、集風蓋(5)、葉片軸(3)和輕質(zhì)葉片(4); 所述主軸(I)豎直安裝在塔架上，可自由旋轉； 所述橫梁(2)為3-6根等長，呈水平輻射狀對稱固定于主軸(I)上端，在每根橫梁(2)的下側并靠近外端豎直固定安裝一窗框架(6)，所述窗框架(6)上豎直設置葉片軸(3)，所述葉片軸(3)與窗框架(6)轉動配合，每個葉片軸(3)上豎直固定設置一可相對對應窗框架(6)可開啟或關閉的輕質(zhì)葉片(4)； 所述窗框架(6)的頂部和底部分別水平設置一圓弧板狀結構的集風蓋(5)，所述集風蓋(5)位于輕質(zhì)葉片(4)可開啟的一側； 在每個葉片軸(3)的頂部設置一扭力彈簧(7)，扭力彈簧(7)的一端固定在葉片軸(3)上，扭力彈簧(7)的另一端固定在對應的橫梁(2)上，輕質(zhì)葉片(4)只在扭力彈簧(7)的扭力作用下時輕質(zhì)葉片(4)關閉在對應的窗框架(6)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶集風蓋的垂直軸偏距式風力機，其特征在于:所述窗框架(6)上豎直均布設置多根葉片軸(3)和輕質(zhì)葉片(4)。
【文檔編號】F03D3/04GK103615355SQ201310677733
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權日:2013年12月13日
【發(fā)明者】雷紹蘭, 古亮 申請人:重慶理工大學