本實(shí)用新型涉及發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于仿生學(xué)的風(fēng)力發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電雖稱清潔能源，能起到很好的環(huán)保作用，但隨著越來(lái)越多大型風(fēng)電場(chǎng)的建立，一些由風(fēng)力發(fā)電機(jī)引發(fā)的環(huán)保問(wèn)題凸顯出來(lái)，這些問(wèn)題主要體現(xiàn)在噪聲及對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響。傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電裝置一般由風(fēng)能推動(dòng)翼片作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，尖速比達(dá)到5～7（水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置），因此存在空間利用率低、風(fēng)能利用率低、制造成本與翼片半徑呈指數(shù)增長(zhǎng)等問(wèn)題。（1）水平軸風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的尖速比一般在5～7，在這樣的高速下翼片切割氣流將產(chǎn)生很大的氣動(dòng)噪音，同時(shí)，很多鳥(niǎo)類在這樣的高速翼片下很難幸免。（2）垂直軸風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的尖速比一般在1.5～2，這樣的低轉(zhuǎn)速基本上不產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲，完全達(dá)到了靜音的效果。無(wú)噪聲帶來(lái)的好處是顯而易見(jiàn)的，可應(yīng)用在以前因?yàn)樵肼晢?wèn)題不能應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的場(chǎng)合(如城市公共設(shè)施、民宅等)。（3）低尖速比帶來(lái)的好處不僅僅是環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于風(fēng)機(jī)的整體性能也是非常有利的。從空氣動(dòng)力學(xué)上分析，物體速度越快，外形對(duì)流場(chǎng)的影響越大。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在戶外運(yùn)行時(shí)，翼片上不可避免的受到污染，這種污染實(shí)際上是改變了翼片的外形。對(duì)于水平軸風(fēng)輪來(lái)講，即使這種外形變化很微小，也很大地降低了風(fēng)輪的風(fēng)能利用率，而垂直軸風(fēng)輪因?yàn)檗D(zhuǎn)速低，所以對(duì)外形的改變沒(méi)那么敏感，這種翼片的污染基本上對(duì)風(fēng)輪的氣動(dòng)性能沒(méi)有影響。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電裝置可分為升力型與阻力型翼片兩種結(jié)構(gòu)，其原理均是利用翼片在氣流的作用下將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。雖然現(xiàn)有這些結(jié)構(gòu)技術(shù)相對(duì)很成熟，但由此產(chǎn)生的問(wèn)題如：噪音大、對(duì)鳥(niǎo)類傷害大、安裝高度高、空間利用率低等卻一直得不到解決，要解決這些問(wèn)題必須摒棄傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種噪音小，空間利用率和安全性高，使用壽命長(zhǎng)，制造成本低和風(fēng)能利用率高的基于仿生學(xué)的風(fēng)力發(fā)電裝置。

本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，它包括底座 、傳動(dòng)齒輪 、隔板、彈簧 、傳動(dòng)絲杠、葉片、固定連桿、機(jī)架和發(fā)電機(jī)，其特征是：在底座上設(shè)置有傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)絲杠，在傳動(dòng)絲杠上設(shè)置有彈簧和葉片，兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的葉片通過(guò)固定連桿連接，傳動(dòng)齒輪與發(fā)電機(jī)的軸相連接。

葉片采用了NACA類型的對(duì)稱翼型。

葉片的最佳工作仰角為10至15度。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：（1）靜音；本設(shè)計(jì)的尖速比為1，這樣保證了設(shè)備在工作過(guò)程中翼尖與翼根處的線速度相等，從而避免了高速運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的氣動(dòng)噪音，完全達(dá)到了靜音的效果，使之能應(yīng)用與傳動(dòng)風(fēng)力發(fā)電裝置所不適應(yīng)的場(chǎng)合。（2）空間利用率高；與傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電裝置相比，該裝置所占用的空間比較小，并且可以采用聯(lián)排立體組合的方式來(lái)提高空間利用率。（3）安全性高；該產(chǎn)品沒(méi)有大直徑的旋轉(zhuǎn)翼片，相對(duì)于傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電裝置來(lái)說(shuō)安全性更高，可有效避免對(duì)飛鳥(niǎo)類動(dòng)物所造成傷害。（4）使用壽命長(zhǎng)；基于仿生學(xué)的風(fēng)力發(fā)電裝置翼片的總體運(yùn)動(dòng)速率較低，且所受慣性力與重力在一個(gè)方向上，從而使翼片免受其它方向上的扭矩作用，增強(qiáng)了翼片的疲勞強(qiáng)度，降低了翼片的使用成本。（5）制造成本低；傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電裝置的翼片制造成本隨著翼片長(zhǎng)度和翼片半徑的增長(zhǎng)呈3次方增長(zhǎng)，而風(fēng)機(jī)的掃風(fēng)面積與風(fēng)機(jī)的輸出功率成正相關(guān)，也就是說(shuō)風(fēng)機(jī)的輸出功率與翼片半徑的增長(zhǎng)呈2次方關(guān)系，這就使得翼片制造成本增長(zhǎng)的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸出功率的增長(zhǎng)速率，當(dāng)翼片半徑超過(guò)一定長(zhǎng)度后，隨著翼片長(zhǎng)度的增加，投資成本急劇增長(zhǎng)，而輸出功率增長(zhǎng)較緩慢，將會(huì)達(dá)到增長(zhǎng)極限，具有使用的局限性，而該設(shè)計(jì)翼片長(zhǎng)度的增加與制造成本呈線性關(guān)系，因此具有開(kāi)發(fā)同型號(hào)大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的潛力。同時(shí)，在設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程中大量采用了標(biāo)準(zhǔn)件的使用如：錐形軸承、超越離合器等，降低了設(shè)備的制造成本，同時(shí)也降低了后期設(shè)備的使用及維護(hù)成本。（6）風(fēng)能利用率高；眾所周知，力在運(yùn)動(dòng)方向上時(shí)工作效率最高，而且對(duì)于對(duì)稱翼型的翼片來(lái)說(shuō)，保持合適的仰角（10⁰~15⁰）能獲取最大的升力。而傳統(tǒng)的升力型風(fēng)力發(fā)電裝置翼片與相對(duì)氣流的仰角總是處在不斷變化之中，翼片不能一直保持最佳仰角工作。因此不能對(duì)風(fēng)能最大化利用，利用率難以提高。而我們基于仿生學(xué)的風(fēng)力發(fā)電裝置翼片工作時(shí)總是保持在13⁰的最佳仰角上，翼片總能獲得最大的升力。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述：

圖1是基于仿生學(xué)的風(fēng)力發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是基于仿生學(xué)的風(fēng)力發(fā)電裝置的前視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是基于仿生學(xué)的風(fēng)力發(fā)電裝置的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、2、3所示，該基于仿生學(xué)的風(fēng)力發(fā)電裝置包括底座1、傳動(dòng)齒輪2、隔板3、彈簧4、傳動(dòng)絲杠5、葉片6、固定連桿7、機(jī)架8和發(fā)電機(jī)9，在底座1上設(shè)置有傳動(dòng)齒輪2和傳動(dòng)絲杠5，在傳動(dòng)絲杠5上設(shè)置有彈簧4和葉片6，兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的葉片6通過(guò)固定連桿7連接，傳動(dòng)齒輪2與發(fā)電機(jī)9的軸相連接。葉片6采用了NACA類型的對(duì)稱翼型，葉片6的最佳工作仰角為10至15度。

工作原理：

當(dāng)下葉片6做上行運(yùn)動(dòng)時(shí)，左側(cè)傳動(dòng)絲杠5被帶動(dòng)并沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，右側(cè)傳動(dòng)絲杠5被帶動(dòng)，但由于兩根傳動(dòng)絲杠5的螺紋旋線沿中心線呈鏡面對(duì)稱。因此，右側(cè)傳動(dòng)絲杠5轉(zhuǎn)動(dòng)方向與左側(cè)傳動(dòng)絲杠5轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。由于主動(dòng)輪A、B回轉(zhuǎn)中心裝有超越離合器，均只能沿著順時(shí)針?lè)较虮粠?dòng)。所以，當(dāng)下葉片6做上行運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有主動(dòng)輪A被帶動(dòng)并驅(qū)動(dòng)從動(dòng)輪C轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)輪C再驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

當(dāng)上葉片6做下行運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于兩根傳動(dòng)絲杠5對(duì)于中軸線呈鏡面對(duì)稱，傳動(dòng)絲杠5上下兩部分的螺紋旋線反向，因此，上葉片6做下行運(yùn)動(dòng)時(shí)也驅(qū)動(dòng)左側(cè)傳動(dòng)絲杠5做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，作用效果與下葉片6做上行運(yùn)動(dòng)時(shí)作用效果一致，主動(dòng)輪A被帶動(dòng)，主動(dòng)輪B不被帶動(dòng)。

當(dāng)上、下葉片6同時(shí)向中軸線運(yùn)動(dòng)時(shí)，葉片6的輸出功率沿左側(cè)絲杠傳遞到主動(dòng)輪A，然后再驅(qū)動(dòng)從動(dòng)輪C帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電對(duì)外輸出功率；當(dāng)上、下葉片6同時(shí)向兩端運(yùn)動(dòng)時(shí)，與上、下葉片6向中軸線運(yùn)動(dòng)時(shí)正好相反，上葉片6做下行運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)右側(cè)傳動(dòng)絲杠5做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，左側(cè)傳動(dòng)絲杠5做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，右側(cè)傳動(dòng)絲杠5驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪B帶動(dòng)從動(dòng)輪C驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電輸出功率，葉片6的輸出功率通過(guò)右側(cè)傳動(dòng)絲杠5傳遞到發(fā)電機(jī)9輸出，左側(cè)傳動(dòng)絲杠5逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，不輸出功率。