專利名稱：固定或支撐葉片的應(yīng)力框架及其柔性葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于固定或支撐各種葉片的應(yīng)力框架及其柔性葉片。這里所說的葉片是指在機(jī)械能與流體動(dòng)力能之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化的構(gòu)件。包括將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的各種風(fēng)葉、將水流能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的各種葉片、將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成空氣動(dòng)力的各種漿片和將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液體動(dòng)力的各種漿片。
背景技術(shù)：
目前上述各種葉片的固定基本有兩種形式，一是將葉片直接固定在旋轉(zhuǎn)軸上；二是通過連桿固定在旋轉(zhuǎn)軸上。所存在的問題是當(dāng)葉片或連桿的長(zhǎng)度較大或?qū)α黧w受力較大時(shí)，容易變形或損壞，極大地影響著葉片的使用壽命、性能的穩(wěn)定和能量轉(zhuǎn)化效率的提高。我們知道，對(duì)于葉片的一個(gè)理想要求是要有很高的強(qiáng)度重量比和結(jié)構(gòu)及性能的穩(wěn)定性。而目前使用的各種葉片在材質(zhì)和固定形式上都受到了限制。
例如一種垂直軸H型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉輪，其葉片的連桿迎風(fēng)截面高度尺寸要求很小，以減小風(fēng)阻，但當(dāng)風(fēng)輪的直徑較大時(shí)，葉片的連桿很難達(dá)到上述要求，給進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率和效率帶來了一定的困難。
再如應(yīng)用最普遍的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的傳統(tǒng)風(fēng)葉，一般直接連接在旋轉(zhuǎn)軸上。當(dāng)其直徑很大時(shí)，也存在一個(gè)強(qiáng)度重量比及性能和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題；在強(qiáng)風(fēng)下風(fēng)葉很容易折斷或變形，而修復(fù)或更換是十分困難的。另外，大尺寸的這種風(fēng)葉，其制造成本很高，而且設(shè)計(jì)和制造工藝復(fù)雜，影響了其廣泛的推廣使用。
另外，目前葉片的材質(zhì)基本為剛性材料，尤其對(duì)于曲面葉片來說更是這樣；它們大多用金屬或纖維增強(qiáng)樹脂制作，不僅制作成本很高，而且在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，其強(qiáng)度重量比的進(jìn)一步提高很困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種固定葉片的應(yīng)力框架和繃緊在這種應(yīng)力框架上的柔性葉片。它不僅可以解決上述問題，而且可在很大程度上提高葉輪的使用壽命、抵抗強(qiáng)風(fēng)的襲擊和提高各種葉片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
具體設(shè)計(jì)方案是一、用環(huán)形拱件、旋轉(zhuǎn)軸和拉緊在二者之間的線性材料(稱作輻條)組成一種應(yīng)力框架。將葉片固定在這種應(yīng)力框架上旋轉(zhuǎn)。因?yàn)檫@種應(yīng)力框架有著很高的強(qiáng)度重量比，而且旋轉(zhuǎn)阻力很小，可使葉輪的直徑做得很大，并使葉輪具有很高的結(jié)構(gòu)及性能穩(wěn)定性。
二、為了固定某些異型葉片或構(gòu)成某種框架結(jié)構(gòu)的需要，要將一些線性材料拉緊在輻條和環(huán)形拱架上，我們把這種線性材料稱作網(wǎng)線。
三、用環(huán)形拱件、旋轉(zhuǎn)軸、輻條和網(wǎng)線，可以組成多種不同形式和用途的應(yīng)力框架。
當(dāng)所用的環(huán)形拱件為一件時(shí)，其結(jié)構(gòu)特征類似于具有輻條的輪子或具有輻條的輪子與網(wǎng)球拍的結(jié)合；我們稱這種結(jié)構(gòu)為單環(huán)應(yīng)力框架。這種框架中的輻條可由環(huán)形拱件垂直或(和)傾斜拉緊于旋轉(zhuǎn)軸上；傾斜拉緊的方式分為單側(cè)拉緊和雙側(cè)拉緊。
四、將至少一對(duì)上述單環(huán)應(yīng)力框架面對(duì)面平行間隔排列，構(gòu)成雙(多)環(huán)應(yīng)力框架；將葉片連接并固定在其輪廓邊緣或框架內(nèi)，組成旋轉(zhuǎn)葉輪。這種葉輪可用作垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪。
五、將至少一對(duì)環(huán)形拱件面對(duì)面平行間隔排列，將線性材料連接并拉緊在環(huán)形拱件之間、環(huán)形拱件與旋轉(zhuǎn)軸之間以及環(huán)形拱件自身上，構(gòu)成具有立體空間的整體應(yīng)力框架，根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸的方向和不同的葉片形式，可將葉片安裝固定在其輪廓邊緣、環(huán)形拱件的平面上或框架空間內(nèi)。
六、在上述環(huán)形拱件上安裝充氣輪胎，以減輕重量并提高強(qiáng)度。
七、將葉片離開旋轉(zhuǎn)軸，分散固定在應(yīng)力框架上，以增加風(fēng)輪效率。
八、由于可將葉片整體固定在強(qiáng)度很高的應(yīng)力框架上，所以使得用輕薄片狀材料制作葉片和用柔性材料繃緊在應(yīng)力框架上作為葉片成為可能。當(dāng)用柔性材料制作葉片時(shí)，葉片的傾斜角度和曲面形狀可用拉緊在葉片和應(yīng)力框架上的線性材料造成，如同繃緊在框架上的織物。其柔性材料可選用輕質(zhì)高強(qiáng)的纖維織物或涂有涂料的輕質(zhì)高強(qiáng)的纖維織物。
用柔性材料作為葉片的優(yōu)點(diǎn)在于重量輕、強(qiáng)度高、可修補(bǔ)、可調(diào)節(jié)、制作簡(jiǎn)單、成本低廉等。


附圖1描述的是一種傳統(tǒng)的垂直軸風(fēng)葉的支撐結(jié)構(gòu)。圖中1是支撐軸；2是旋轉(zhuǎn)軸；3是連桿；4是風(fēng)葉。
附圖2描述的是用雙環(huán)應(yīng)力框架作支撐的垂直軸風(fēng)輪結(jié)構(gòu)。圖中1是支撐軸；2是旋轉(zhuǎn)軸；3是輻條；5是環(huán)形拱件，它可由型材或桁架制作，并可在上面安裝輪胎；；6是葉片，它可安裝在環(huán)形拱件上，也可安裝在環(huán)形拱件之間。
附圖3是具有立體空間的整體應(yīng)力框架所構(gòu)成的垂直軸風(fēng)輪結(jié)構(gòu)。圖中1是支撐軸；2是旋轉(zhuǎn)軸；3是垂直輻條；4是網(wǎng)線；5是環(huán)形拱件；6是葉片；7是斜拉輻條。
附圖4是附圖3的正視圖。圖中1是支撐軸；2是旋轉(zhuǎn)軸；3是垂直輻條；4是網(wǎng)線；5是環(huán)形拱件；6是葉片；7是斜拉輻條。
附圖5是單環(huán)應(yīng)力框架在傳統(tǒng)的水平軸葉輪上的使用原理圖。圖中1是旋轉(zhuǎn)軸；2是輻條，它可垂直或斜拉在旋轉(zhuǎn)軸上；3是環(huán)形拱件，它可由型材或桁架制作，并可在上面安裝輪胎；4是葉片，它可使用傳統(tǒng)剛性葉片，也可用輕薄的片狀材料制作；它被固定并倚靠在應(yīng)力框架上。
附圖6是單環(huán)應(yīng)力框架在水平軸葉輪上的使用原理圖。圖中，葉片被分散安裝在應(yīng)力框架上。圖中1是旋轉(zhuǎn)軸；2是輻條，它可垂直或斜拉在旋轉(zhuǎn)軸上；3是環(huán)形拱件，4是葉片，它可使用傳統(tǒng)剛性葉片，也可用輕薄的片狀材料制作。
附圖7描述的是用環(huán)形拱件、單側(cè)和垂直拉緊在旋轉(zhuǎn)軸和環(huán)形拱件上的輻條、旋轉(zhuǎn)軸及葉片構(gòu)成的具有整體應(yīng)力結(jié)構(gòu)的水平軸葉輪結(jié)構(gòu)。圖中1是支撐軸；2是旋轉(zhuǎn)軸；3是垂直輻條；4是斜拉輻條；5是環(huán)形拱件；6是葉片。
附圖8描述的是用環(huán)形拱件、雙側(cè)和垂直拉緊在旋轉(zhuǎn)軸和環(huán)形拱件上的輻條、旋轉(zhuǎn)軸及葉片構(gòu)成的具有整體應(yīng)力結(jié)構(gòu)的水平軸葉輪結(jié)構(gòu)。圖中1是支撐軸；2是旋轉(zhuǎn)軸；3是垂直輻條；4是斜拉輻條；5是環(huán)形拱件；6是葉片。
具體實(shí)施例方式
這種固定葉片的應(yīng)力框架及其柔性葉片，可廣泛用于制作各種垂直軸和水平軸風(fēng)力和水力發(fā)電機(jī)的葉輪；大型軸流風(fēng)機(jī)的葉輪；直升機(jī)的螺旋槳等。
權(quán)利要求
1.一種固定或支撐葉片的應(yīng)力框架，其特征是用環(huán)形拱件、旋轉(zhuǎn)軸和拉緊在二者之間的線性材料(稱作輻條)組成一種應(yīng)力框架，將葉片固定在這種應(yīng)力框架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固定葉片的應(yīng)力框架，其特征是所述應(yīng)力框架為單環(huán)應(yīng)力框架，其中的輻條由環(huán)形拱件垂直和傾斜拉緊于旋轉(zhuǎn)軸上；傾斜拉緊的方式分為單側(cè)拉緊和雙側(cè)拉緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的固定葉片的應(yīng)力框架，其特征是所述應(yīng)力框架為雙(多)環(huán)應(yīng)力框架，將葉片連接并固定在其輪廓邊緣或框架內(nèi)，組成旋轉(zhuǎn)葉輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的固定葉片的應(yīng)力框架，其特征是將至少一對(duì)環(huán)形拱件面對(duì)面平行間隔排列，將線性材料連接并拉緊在環(huán)形拱件之間、環(huán)形拱件與旋轉(zhuǎn)軸之間以及環(huán)形拱件自身上，構(gòu)成具有立體空間的整體應(yīng)力框架，根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸的方向和不同的葉片形式，可將葉片安裝固定在其輪廓邊緣、環(huán)形拱件的平面上或框架空間內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的固定葉片的應(yīng)力框架，其特征是在上述環(huán)形拱件上安裝充氣輪胎，以減輕重量并提高強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的固定葉片的應(yīng)力框架，其特征是將葉片離開旋轉(zhuǎn)軸，分散固定在應(yīng)力框架上，以增加風(fēng)輪效率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的固定葉片的應(yīng)力框架，其特征是用輕薄片狀材料制作葉片并固定在所述應(yīng)力框架上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的固定葉片的應(yīng)力框架，其特征是用柔性材料繃緊在所述應(yīng)力框架上作為葉片，葉片的傾斜角度和曲面形狀用拉緊在葉片和應(yīng)力框架上的線性材料造成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的固定葉片的應(yīng)力框架，其特征是將所述應(yīng)力框架用于固定或支撐各種水平和垂直軸的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪的葉片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的固定葉片的應(yīng)力框架，其特征是將所述應(yīng)力框架用于大型軸流風(fēng)機(jī)的葉輪和直升機(jī)的螺旋槳。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種固定葉片的應(yīng)力框架和繃緊在這種應(yīng)力框架上的柔性葉片，用以提高葉片的使用壽命；提高葉片結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定性；提高葉片的功率和能量轉(zhuǎn)化效率并降低葉片的制造成本。
文檔編號(hào)F04D29/38GK1948717SQ20061014602
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日
發(fā)明者徐林波 申請(qǐng)人:徐林波