專利名稱：立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，以升力與阻力兼容翼型采取覆疊 式褶插安裝結(jié)構(gòu)，組成可自啟動(dòng)的立軸式升阻兼容風(fēng)力機(jī)械系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
水平軸風(fēng)力機(jī)與立軸風(fēng)力機(jī)相比存在顯見的缺點(diǎn)，因葉片聯(lián)軸根部長期蠕變強(qiáng)度 逐漸下降需定期更換或遇狂風(fēng)易折、發(fā)電機(jī)高位安裝維修不便安裝維護(hù)成本高、不能組塔 運(yùn)行單位面積風(fēng)能利用率低以及噪音和危害鳥類的環(huán)境影響等諸方面因素，必須發(fā)展立軸 風(fēng)力機(jī)。陸地和近海能形成規(guī)范性風(fēng)場(chǎng)發(fā)展組網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的區(qū)域較少。在升力型立軸風(fēng) 力機(jī)對(duì)湍流、擺風(fēng)、斜側(cè)風(fēng)、上下迎風(fēng)以及大氣剪流適應(yīng)能力較強(qiáng)的固有特性基礎(chǔ)上，針對(duì) 為數(shù)眾多的溝、峰、塘、泡亂風(fēng)流區(qū)域和近海湍流急湍流區(qū)域，開發(fā)不組網(wǎng)的離網(wǎng)型立軸風(fēng) 力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)擴(kuò)大風(fēng)能利用規(guī)劃區(qū)域，迅速提高風(fēng)力發(fā)電規(guī)模，具有重要意義。而現(xiàn)有立軸風(fēng)力機(jī)，也存在固有的潛在技術(shù)缺陷，表現(xiàn)在三個(gè)方面。第一，薩渥紐 斯型和渦輪型阻力翼風(fēng)力機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)、轉(zhuǎn)矩大，但轉(zhuǎn)速低，用于發(fā)電效率低。第二， 達(dá)里厄型和直線型升力翼風(fēng)力機(jī)，在相對(duì)風(fēng)速作用下產(chǎn)生幾乎圓周轉(zhuǎn)矩，可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運(yùn) 行，用于發(fā)電效率高，但不能實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)，H型直線翼還存在單支點(diǎn)連接部位易蠕變折斷的 技術(shù)缺陷。第三，升阻混合翼及變槳矩風(fēng)力機(jī)，可實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)，但機(jī)構(gòu)多、技術(shù)復(fù)雜，制造難 度大，生產(chǎn)成本高，使用中維修概率高，不便于邊遠(yuǎn)少地區(qū)及近海區(qū)域發(fā)展離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電 系統(tǒng)。而且，現(xiàn)有立軸風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)，不宜豎向組塔或豎向組塔技術(shù)難度大，單位面積風(fēng)能利 用系數(shù)低。
發(fā)明內(nèi)容立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵，在于提出的升力阻力兼容型鉤型翼設(shè) 計(jì)，是以特定安裝型式使翼片組成高效吸收風(fēng)能的葉輪結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)在陸地溝、峰、塘、泡 亂風(fēng)流區(qū)域和近海湍流急湍流區(qū)域組建離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的目的，本實(shí)用新型重點(diǎn)解決了如下 問題一、鉤型翼彎兜部位迎風(fēng)以阻力差方式吸收風(fēng)能在2 3m/s低風(fēng)速下自啟動(dòng)，彎 兜外表面迎風(fēng)產(chǎn)生升力使風(fēng)輪加速穩(wěn)定工作在較高轉(zhuǎn)速范圍，滿足發(fā)電要求，遇過高風(fēng)速 時(shí)彎兜產(chǎn)生負(fù)力矩主動(dòng)限速制動(dòng)避免超速損壞風(fēng)輪；二、翼殼以雙側(cè)輪轂盤固定強(qiáng)度高，抵御離心彎矩、蠕變特性好于其它固定方式， 可以長期工作，不需定期更換；三、彎制翼殼強(qiáng)度高，抗風(fēng)振，氣動(dòng)特性符合力學(xué)規(guī)范，立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力 機(jī)能在湍流、擺風(fēng)、斜側(cè)風(fēng)、上下迎風(fēng)等具有大氣剪流作用的復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)環(huán)境中自然啟動(dòng)、穩(wěn) 定工作，可發(fā)展塔式結(jié)構(gòu)，豎向取能；四、結(jié)構(gòu)簡單，無附加機(jī)構(gòu)，避免經(jīng)常維護(hù)，降低制造成本。技術(shù)方案
3[0010]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)，包括鉤型翼葉片、上下輪轂盤、 立軸和立軸支座法蘭等，以立軸固定上下輪轂盤與立軸支座法蘭，鉤型翼葉片環(huán)輪轂盤 一周等分安裝在輪轂盤上的褶插式覆疊線上，翼片葉尖部與輪轂盤等分點(diǎn)重合，翼片前 緣部落在由邊緣指向輪轂盤中部的覆疊線范圍，安裝角即弦線與覆疊線之間的夾角可在 Z 45° -45°之間選擇，開口側(cè)型面背向葉輪旋轉(zhuǎn)方向，結(jié)果為立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng) 力機(jī)。鉤型翼葉片彎兜部位以升力和阻力兼容方式吸收風(fēng)能向輪轂盤傳遞環(huán)向力矩，輪轂 盤與立軸呈緊固安裝型式向立軸傳遞翼片環(huán)向力矩而形成的扭矩，立軸的扭矩由立軸支承 座法蘭傳遞給與之連接的發(fā)電機(jī)，風(fēng)能由風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)組成的風(fēng)力機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成電力 輸送到用電設(shè)備，完成風(fēng)電轉(zhuǎn)換過程。鉤型翼型狀，在美國NACA零彎度對(duì)稱翼殼面開口后形成，開口的方式以取消翼殼 一側(cè)從葉尖部至翼型面中線的部分，通向翼殼兩端，形成翼殼剖面呈釣鉤形狀的新翼型；鉤 型翼在輪轂盤上呈對(duì)稱布局，由3 12個(gè)鉤型翼葉片為一組豎直安裝在一對(duì)輪轂盤中間， 形成一個(gè)安裝層，小型風(fēng)力機(jī)僅需安裝一個(gè)單層，中大型風(fēng)力機(jī)則可安裝多層，以提高風(fēng)能 利用系數(shù)，外層半徑R與該層翼弦長L之比超過3. 5時(shí)，在外層鉤型翼葉片圍成的里層區(qū) 域，布置里層鉤型翼葉片。鉤型翼以金屬板材進(jìn)行加工制作，按氣動(dòng)力穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求，以強(qiáng)度適宜的低 碳鋼板、鋁板、不銹鋼板等金屬單層板直接折板彎制，涂覆普通涂料用于陸地離網(wǎng)風(fēng)力發(fā) 電，涂覆防鹽霧涂料，可用于海上建造中大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，大型風(fēng)力機(jī)則在鉤型翼內(nèi)表面 用加強(qiáng)筋予以結(jié)構(gòu)強(qiáng)化措施。鉤型翼與輪轂盤表面設(shè)計(jì)的褶插式覆疊線對(duì)應(yīng)進(jìn)行安裝，覆疊線是刻劃在輪轂盤 上的安裝定位線。覆疊線的畫法，從輪轂盤邊緣以周線等分點(diǎn)出發(fā)，分別引直線與相鄰直 線褶插相交，交點(diǎn)與始點(diǎn)之間的線段即為覆疊線，交點(diǎn)與相鄰直線始點(diǎn)之間距離為覆疊線 長度的1/5 1/2，覆疊線環(huán)輪轂盤一周形成一組3 12條褶插式線簇，具有左旋和右旋兩 種旋進(jìn)方式，上下兩輪轂盤覆疊線互為鏡像。有益效果鉤型翼在覆疊線上安裝的特定方式，在低風(fēng)速時(shí)，鉤型翼彎兜部位受風(fēng)行程較長 達(dá)120°左右，增加了風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)時(shí)依靠阻力差做功的行程，可使風(fēng)力機(jī)迅速實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)并 逐漸加速旋轉(zhuǎn)，高風(fēng)速時(shí)，鉤型翼彎兜外表面前緣與相對(duì)風(fēng)速形成最佳攻角產(chǎn)生升力，使風(fēng) 力機(jī)工作在適合于發(fā)電的較高轉(zhuǎn)速范圍，鉤型翼前緣內(nèi)表面迎風(fēng)時(shí)成為阻力翼，前緣外表 面迎風(fēng)時(shí)成為升力翼，風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)后，鉤型翼前緣內(nèi)外表面同時(shí)以阻力與升力的兼容方式 做功，向立軸傳遞阻力與升力協(xié)同的復(fù)合轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，提高了風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換 效率。鉤型翼遇過高風(fēng)速時(shí)其彎兜部位迎風(fēng)產(chǎn)生負(fù)力矩主動(dòng)限速制動(dòng)，避免超速損壞風(fēng) 力機(jī)。在超過臨界轉(zhuǎn)速后，鉤型翼的彎兜與S型薩渥紐斯阻力風(fēng)葉作用類似，隨著轉(zhuǎn)速增 加鉤型翼彎兜部產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩逐漸下降，風(fēng)速進(jìn)一步增高則產(chǎn)生與風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn) 矩，使風(fēng)力機(jī)制動(dòng)減速，因此，立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)在過高風(fēng)速下也能安全工作。鉤型翼的彎兜狀翼面結(jié)構(gòu)，使鉤型翼葉片具有較高的抗剪抗彎強(qiáng)度，提高了鉤型 翼葉片抵抗離心彎矩的能力；鉤型翼在輪轂盤之間的豎向安裝結(jié)構(gòu)與抗振設(shè)計(jì)相結(jié)合，使 鉤型翼免受氣動(dòng)彈力、經(jīng)典顫振、葉片揮舞、葉片擺振、揮舞變距顫振、擺振變距、失速顫振
4以及極限環(huán)顫振、大幅值不穩(wěn)定顫振和自激共振等損毀性氣動(dòng)力學(xué)作用；鉤型翼葉片、輪轂 盤、立軸和立軸支承座是一體緊固結(jié)構(gòu)，消除了損毀性蠕變作用，在整個(gè)壽命期間一直穩(wěn)定 工作，不需定期更換，降低了制造成本和運(yùn)行成本。立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)，經(jīng)模型試驗(yàn)表明，能在湍流、擺風(fēng)、斜側(cè)風(fēng)、上下迎風(fēng) 等具有大氣剪流作用的復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)環(huán)境中自然啟動(dòng)、穩(wěn)定工作；陸地和近海能形成規(guī)范性風(fēng) 場(chǎng)發(fā)展組網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的區(qū)域有限，立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)為在眾多的溝、峰、塘、泡 亂風(fēng)流區(qū)域和近海湍流急湍流區(qū)域，開發(fā)不組網(wǎng)的離網(wǎng)型立軸風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)創(chuàng)造了有利 條件，為擴(kuò)大風(fēng)能利用規(guī)劃區(qū)域，迅速提高風(fēng)力發(fā)電規(guī)模開辟了一種技術(shù)途徑。

圖1鉤型翼形狀結(jié)構(gòu)剖面；圖2彎翼面鉤型翼立體示意圖；圖3直翼面鉤型翼立體示意圖；圖4彎翼面鉤型翼安裝結(jié)構(gòu)平面示意圖；圖5直翼面鉤型翼安裝結(jié)構(gòu)平面示意圖；圖6實(shí)施例1中彎翼面的立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)立體示意圖；圖7實(shí)施例2中直翼面的立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)立體示意圖；圖8立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)過程氣動(dòng)力分析示意圖；圖9立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)加速過程氣動(dòng)力分析示意圖；。附圖標(biāo)記說明1鉤型翼2覆疊線3下輪轂盤4上輪轂盤5立軸6立軸支承座7來流風(fēng)向8加速方向9啟動(dòng)方向10啟動(dòng)風(fēng)力線11加速風(fēng)力線000零彎度對(duì)稱翼剖面001零彎度對(duì)稱翼一側(cè)型面開口剖面101彎翼面鉤型翼剖面201直翼面鉤型翼剖面
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了鉤型翼的外型結(jié)構(gòu)，提出了彎翼面鉤型翼和直翼面鉤型翼兩個(gè) 具體翼型，圖1是鉤型翼形狀結(jié)構(gòu)剖面及立體示意圖，表明在零彎度對(duì)稱翼基礎(chǔ)上經(jīng)過開 口后形成鉤型翼的具體過程，標(biāo)示彎翼面鉤型翼和直翼面鉤型翼的立體結(jié)構(gòu)形狀。零彎度 對(duì)稱翼是取自美國NACA —種航空翼型，在零彎度對(duì)稱翼剖面000 —側(cè)，從翼型面葉尖部A 點(diǎn)和葉中部B點(diǎn)之間截取并舍棄線段A' B'，結(jié)果形成吊鉤狀“彎翼面鉤型翼”剖面101， 對(duì)應(yīng)于彎翼面鉤型翼1立體構(gòu)型，再以剖面101中鉤型翼前緣邊界點(diǎn)引切線，使與邊界點(diǎn)相 連的長翼面和短翼面由彎翼面轉(zhuǎn)變?yōu)橹币砻?，結(jié)果形成“直翼面鉤型翼”剖面201，對(duì)應(yīng)于直 翼面鉤型翼1立體構(gòu)型。圖2和圖3所示的尺寸，鉤型翼展長H、弦長L和翼厚e直接來源 于所依據(jù)的NACA零彎度對(duì)稱翼的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。圖4和圖5是鉤型翼安裝結(jié)構(gòu)平面示意圖，其中規(guī)定了稱作安裝定位線的覆疊線2 及彎翼面鉤型翼1和直翼面鉤型翼1在下輪轂盤3表面的安裝定位結(jié)構(gòu)，這種安裝結(jié)構(gòu)制 作的風(fēng)輪處在風(fēng)場(chǎng)中來流風(fēng)向7時(shí)，圖4所示彎翼面鉤型翼風(fēng)輪和圖5所示直翼面鉤型翼 風(fēng)輪以加速方向8進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
5[0035]覆疊線2以如下方式形成并互相連接，先等分下輪轂盤3外緣圓周輪廓線，分別從 等分點(diǎn)由外緣向輪轂盤里緣引直線與相鄰直線相交為止，形成一線段，交點(diǎn)與相鄰直線引 線始點(diǎn)的距離為該線段長度的1/5 1/2，直線之間形成褶插式覆疊連接方式，僅當(dāng)對(duì)下輪 轂盤3進(jìn)行四等分時(shí)形成四個(gè)安裝覆疊線，可以安裝四個(gè)鉤型翼葉片，構(gòu)成如圖4和圖5所 示有四個(gè)鉤型翼葉片的風(fēng)輪圖形，安裝時(shí)，首先使彎翼面鉤型翼1與直翼面鉤型翼1的葉尖 點(diǎn)與等分點(diǎn)重合，前緣中部落在交點(diǎn)附近的覆疊線周圍。試驗(yàn)表明，按特定的安裝方式安裝時(shí)，鉤型翼可以在風(fēng)場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)和迅速過 度到高速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)行階段。模型試驗(yàn)說明以四個(gè)鉤型翼葉片構(gòu)造風(fēng)輪時(shí)，對(duì)稱安裝型式 可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。圖8和圖9是立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)或加速過程氣動(dòng)力分析示 意圖，以彎翼面鉤型翼在來流風(fēng)向7的氣動(dòng)力分析，說明啟動(dòng)或加速過程。圖8所示啟動(dòng)模 式，在四個(gè)象限安裝的鉤型翼葉片，受來流風(fēng)力線10的氣動(dòng)力作用隨安裝位置不同有四種 情況，處于第一象限給定位置與第三象限給定位置的一對(duì)鉤型翼葉片與風(fēng)力線10作用構(gòu) 成一種轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生幾何單元，簡稱為“一單元”，處于第二象限給定位置與第四象限給定位置 的一對(duì)鉤型翼葉片與風(fēng)力線10作用構(gòu)成另一種轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生幾何單元，簡稱為“二單元”，啟動(dòng) 時(shí)，一單元轉(zhuǎn)矩由阻力差力矩與升力矩疊加形成復(fù)合力矩，成為推動(dòng)風(fēng)輪由靜止到啟動(dòng)方 向9的第一種旋轉(zhuǎn)力矩，二單元轉(zhuǎn)矩主要由阻力差力矩構(gòu)成，是推動(dòng)風(fēng)輪由靜止到啟動(dòng)方 向9的第二種旋轉(zhuǎn)力矩。鉤型翼葉片以圖4和圖5方式構(gòu)成的風(fēng)力機(jī)具有升力阻力兼容性能，這種氣動(dòng)力 機(jī)制與單純薩渥紐斯型阻力葉片相比，增加了啟動(dòng)時(shí)的“一單元”型升力矩，減少了側(cè)向力， 消除了啟動(dòng)死點(diǎn)，能在更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)并加速運(yùn)轉(zhuǎn)，可以穩(wěn)定運(yùn)行在較高轉(zhuǎn)速，有利 于發(fā)電。圖9加速模式，四個(gè)象限中安裝的鉤型翼葉片，其氣動(dòng)力方式與啟動(dòng)模式相比，發(fā) 生了變化，風(fēng)輪在啟動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)步入到加速旋轉(zhuǎn)進(jìn)程中，鉤型翼葉片所處的加速風(fēng)力 線11與啟動(dòng)風(fēng)力線10有較大不同，加速風(fēng)力線11因同時(shí)受到風(fēng)輪加速方向8的旋流作用 和高速旋轉(zhuǎn)的鉤型翼葉片的剪切作用，形成非定常流。在圖9所示的加速模式非定常流場(chǎng) 中，四個(gè)鉤型翼葉片在其旋轉(zhuǎn)的一周中，均受到加速方向8的圓周向環(huán)形旋轉(zhuǎn)力矩作用，從 而維持高速旋轉(zhuǎn)。超過一定風(fēng)速后，鉤型翼彎兜部外表面迎風(fēng)與來流進(jìn)行沖壓的阻力，超 過與相對(duì)位置鉤型翼彎兜部內(nèi)表面迎風(fēng)產(chǎn)生的阻力，產(chǎn)生與加速方向8相反的旋轉(zhuǎn)力矩， 同時(shí)高風(fēng)速還使鉤型翼進(jìn)入失速迎角增升力下降，阻力型負(fù)力矩與下降后的升力矩相平 衡，使風(fēng)輪在某個(gè)特定轉(zhuǎn)速附近得以穩(wěn)定運(yùn)行，過高風(fēng)速或瞬間驟風(fēng)不會(huì)對(duì)該風(fēng)力機(jī)造成 損壞。對(duì)圖6和圖7所示實(shí)施例，制作模型試驗(yàn)表明，加載情況下，在2 3m/s風(fēng)速可以 實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，風(fēng)速超過25m/s后轉(zhuǎn)速增加不明顯，在模擬形成湍流、擺風(fēng)、斜側(cè)風(fēng)、上下迎風(fēng)和 大氣剪流作用情況下，模型可以穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)施例1與實(shí)施例2本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)，用模型實(shí)物進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn) 證了設(shè)計(jì)方案的有益效果。以彎翼面鉤型翼葉片制作的立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)為實(shí)施 例1，見圖6所示，以直翼面鉤型翼葉片制作的立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)為實(shí)施例2，見圖 7所示。兩個(gè)實(shí)施例除了鉤型翼葉片具有彎翼面和直翼面之分外，其它制作安裝結(jié)構(gòu)都是相同的，模型試驗(yàn)結(jié)果也基本相同。所以，本實(shí)用新型結(jié)合實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)特征加以詳細(xì)說 明。圖6是實(shí)施例1彎翼面的立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)立體示意圖，包括彎翼面鉤 型翼葉片1、下輪轂盤3、上輪轂盤4、立軸5和立軸支承座6等，以立軸固定下輪轂盤3、上 輪轂盤4和立軸支承座6，鉤型翼葉片環(huán)輪轂盤一周等分安裝在輪轂盤上，直立于兩輪轂盤 之間，葉尖部緊貼輪轂盤邊緣圓周線，前緣中部指向輪轂盤中部，開口側(cè)型面背向葉輪旋轉(zhuǎn) 方向，安裝定位按圖4所示進(jìn)行。風(fēng)力機(jī)立軸支承座6可以和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸直連，也可以通 過增速箱與發(fā)電機(jī)連接。本實(shí)用新型關(guān)于彎翼面和直翼面兩種鉤型翼葉片風(fēng)場(chǎng)效果的確認(rèn)，是基于兩個(gè)實(shí) 施例中風(fēng)力機(jī)模型的對(duì)比試驗(yàn)，分別改變鉤型翼葉片安裝位置、安裝方向進(jìn)行研究，求證技 術(shù)方案及有益效果之間的數(shù)量關(guān)系。以圖6、圖7中所示的風(fēng)力機(jī)立體結(jié)構(gòu)形式，按照?qǐng)D4 安裝結(jié)構(gòu)方式，以相同展弦比、相同輪轂盤直徑制作了兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸相同的風(fēng)力機(jī)模型，使 其立軸支承座法蘭分別與微型永磁直流電機(jī)直連進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)選擇鉤型翼葉片 安裝角、風(fēng)速值，響應(yīng)選擇微型發(fā)電機(jī)電壓輸出值。葉片安裝角為圖4中安裝形式時(shí)，固定 葉尖點(diǎn)位置不變，改變?nèi)~片弦向與覆疊線之間的夾角，分別為Z 15°、Z0° ,Z-30°，改 變風(fēng)速值，分別為15m/s和6m/s，儀表讀數(shù)為mV值，進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)每分鐘采集一次數(shù)據(jù)，試驗(yàn) 結(jié)果如下風(fēng)力機(jī)模型微型永磁發(fā)電機(jī)電壓響應(yīng)值數(shù)據(jù)
名稱響應(yīng)值風(fēng)速15 m/s6 m/s安裝角Z15°ZO0Z-30°Z15°ZO0Z-30°彎翼面mV260.8246.8133.2100.2120.817.6直翼面mV313227.8273.246760發(fā)電機(jī)電壓響應(yīng)值數(shù)據(jù)表明，彎翼面風(fēng)力機(jī)模型在2 3m/s風(fēng)速下可以自啟動(dòng)， 在安裝角不變時(shí)，低風(fēng)速下6m/s轉(zhuǎn)速有最大值，高風(fēng)速下15m/s轉(zhuǎn)速不是最大值，但與最大 值接近，僅相差5. 3%，可見，彎翼面風(fēng)力機(jī)模型在鉤型翼葉片安裝角不變時(shí)，低風(fēng)速和高風(fēng) 速下轉(zhuǎn)速可以兼顧，而且低風(fēng)速下即有可觀的功率輸出。直翼面風(fēng)力機(jī)模型在2 3m/s風(fēng) 速下可以自啟動(dòng)，在安裝角不變時(shí)，低風(fēng)速下6m/s轉(zhuǎn)速有最大值，比彎翼面對(duì)應(yīng)值低37%， 高風(fēng)速下15m/s轉(zhuǎn)速不是最大值，比彎翼面對(duì)應(yīng)值低7. 6%，比最大值低27. 2%，比負(fù)安裝 角低16.6%，可見直翼面風(fēng)力機(jī)模型在低風(fēng)速和高風(fēng)速下轉(zhuǎn)速兼顧能力不及彎翼面，低風(fēng) 速時(shí)降速較多，但仍然有一定功率輸出，直翼面加工制作比彎翼面方便有成本較低的優(yōu)點(diǎn)， 而且直翼面鉤型翼在高風(fēng)速時(shí)轉(zhuǎn)速上升高于彎翼面，直翼面鉤型翼和彎翼面鉤型翼混合使 用更可以兼顧高低風(fēng)速獲得高的功率輸出。上述試驗(yàn)結(jié)果說明，以鉤型翼葉片按圖4安裝結(jié)構(gòu)方式設(shè)計(jì)組裝風(fēng)力機(jī)是可行 的，本實(shí)用新型立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速自啟動(dòng)，隨風(fēng)速增大能迅速加 速到做功轉(zhuǎn)速，技術(shù)方案中的關(guān)鍵技術(shù)及有益效果中的核心功能，模型試驗(yàn)中是顯而易見 的，這個(gè)結(jié)果已經(jīng)有了明確的應(yīng)用性，對(duì)于實(shí)際設(shè)計(jì)、裝備實(shí)用級(jí)離網(wǎng)型風(fēng)力機(jī)用于工農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)，以及發(fā)展中大型組塔式立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)，用于近海風(fēng)力發(fā)電，組建近海域
7獨(dú)立電網(wǎng)對(duì)海上及周邊工業(yè)平臺(tái)供電，都是重要的。 實(shí)施例1和例2僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案和發(fā)展獨(dú)立技術(shù)思想。在本實(shí) 用新型獨(dú)創(chuàng)核心和技術(shù)外延范圍的必要修改，屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的補(bǔ)充和發(fā)展。
權(quán)利要求立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)，由一組3～12個(gè)鉤型翼(1)葉片形成一個(gè)安裝層，呈對(duì)稱布局，直立安裝在上輪轂盤(4)與下輪轂盤(3)當(dāng)中，包括立軸(5)和立軸支承座(6)，小型風(fēng)力機(jī)采取單層安裝，中大型風(fēng)力機(jī)采取多層安裝，其特征是鉤型翼(1)以弦向置放于下輪轂盤(3)由邊緣指向中部的覆疊線(2)范圍，安裝角即弦線與覆疊線(2)之間的夾角可在∠45°～ 45°之間選擇，展向直立于兩輪轂盤的鏡像覆疊線之間，葉片環(huán)繞輪轂盤等分安裝，前緣靠覆疊線(7)里緣置放，葉尖部靠覆疊線(7)外緣置放并與下輪轂盤(3)周線的等分點(diǎn)重合，開口側(cè)型面背向葉輪旋轉(zhuǎn)方向(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)，其特征是鉤型翼(1)形狀， 采取橫截面呈釣鉤形狀的單層板結(jié)構(gòu)，在“零彎度對(duì)稱翼(000) ”的外表面上，去掉從葉尖部 至一側(cè)翼型面中部的翼型面(001)，呈現(xiàn)一條直通翼殼兩端的展向開口，其結(jié)果形成彎翼面 鉤型翼(1)，進(jìn)一步以鉤型翼前緣兩個(gè)邊界點(diǎn)(101)引出的切線方向出發(fā)，分別使與前緣相 連的兩個(gè)一長一短的彎翼面伸展為平面(201)，其結(jié)果形成直翼面鉤型翼(1)，鉤型翼(1) 翼殼采用等厚度結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)，其特征是覆疊線(2)，是一 組3 12條劃在輪轂盤上的翼片安裝定位線，從下輪轂盤(3)邊緣以周線等分點(diǎn)出發(fā)，分 別引直線延伸至另一相鄰直線，與相鄰直線相交為止形成覆疊線(2)，該交點(diǎn)與相鄰直線始 點(diǎn)之間距離為覆疊線長度的1/5 1/2，覆疊線環(huán)輪轂盤一周形成一組3 12條褶插式安 裝線簇，上輪轂盤(4)和下輪轂盤(3)兩輪轂盤覆疊線(2)互為鏡像，外層半徑R與該層翼 弦長L之比超過3. 5時(shí)，在外層鉤型翼葉片圍成的里層區(qū)域，布置里層覆疊線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)，其特征是安裝結(jié)構(gòu)限定的 鉤型翼(1)彎兜和彎兜外表面統(tǒng)一形成同時(shí)迎風(fēng)構(gòu)造。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)，其特征是鉤型翼以低碳鋼 板、鋁板、不銹鋼板等金屬材料直接折板彎制，涂覆普通涂料和防鹽霧涂料，在鉤型翼內(nèi)表 面制作加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的立軸鉤型翼升阻兼容風(fēng)力機(jī)，其特征是鉤型翼(1)葉片、 下輪轂盤(3)、上輪轂盤(4)、立軸(5)和立軸支承座(6)是一體固結(jié)安裝結(jié)構(gòu)。
專利摘要升力阻力兼容型鉤型翼構(gòu)成用于離網(wǎng)或近海發(fā)電的立軸風(fēng)力機(jī)，不需對(duì)風(fēng)偏航，低風(fēng)速自啟動(dòng)，抗風(fēng)振，在湍流、擺風(fēng)、斜側(cè)風(fēng)、上下迎風(fēng)及大氣剪流等復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)可正常工作。使NACA零彎度對(duì)稱翼一側(cè)開口設(shè)計(jì)截面呈釣鉤狀鉤型翼葉片，以金屬板制作3～12支直立褶插安裝在上下輪轂盤面，以覆疊線定位，立軸貫通上下輪轂盤心與盤及立軸支承座法蘭一體固結(jié)，抗彎矩、抗蠕變，不需定期更換。鉤型翼彎兜迎風(fēng)吸收阻力差風(fēng)能時(shí)，彎兜外表面與相對(duì)風(fēng)速作用形成儒可夫斯基升力，兩面同時(shí)兼容升力與阻力形成復(fù)合旋轉(zhuǎn)力矩，使風(fēng)力機(jī)隨風(fēng)速增大迅速加速到做功轉(zhuǎn)速，遇過高風(fēng)速或瞬間驟風(fēng)時(shí)，彎兜可產(chǎn)生反向力矩使風(fēng)力機(jī)制動(dòng)減速并趨于穩(wěn)定，適于豎向組塔。
文檔編號(hào)F03D3/06GK201747518SQ20092024402
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者張建新, 李春虎 申請(qǐng)人:張建新;丁淑霞;張宇