專利名稱：可控制轉(zhuǎn)速與功率的升力型垂直軸葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)力機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是可以可控制葉輪轉(zhuǎn)速和功率的升力型垂直軸葉輪。
背景技術(shù)：
與水平軸葉輪相比，升力型垂直軸葉輪特點(diǎn)顯著轉(zhuǎn)速慢，噪音低；發(fā)電機(jī)可置于地面或葉輪，維護(hù)費(fèi)用低；無需對(duì)風(fēng)，不存在偏航功率損失。正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，使得升力型垂直軸軸葉輪在中小型風(fēng)力機(jī)和潮流能發(fā)發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍較廣。目前，國內(nèi)外研究者正努力研究升力型垂直軸葉輪，向巨型化發(fā)展。不過，升力型垂直軸葉輪與水平軸升力型葉輪相比，有一個(gè)顯著的缺點(diǎn)為無法如水平軸一樣，通過改變局部和整體葉片的槳距角，來控制葉輪的轉(zhuǎn)速和功率。這也是升力型垂直軸葉輪較明顯的缺點(diǎn)之一，至今沒有較好的氣動(dòng)力學(xué)解決方法，緩減了垂直軸葉輪的巨型化發(fā)展的速度。在水平軸風(fēng)力機(jī)一般采用變槳距的方法來控制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和功率。目前，升力型垂直軸葉輪也有采用變槳距技術(shù)，但是該技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)為改變不同位置的槳距角來增大葉片的攻角，提高葉輪性能，無法隨轉(zhuǎn)速來改變槳距角，不能實(shí)現(xiàn)功率和轉(zhuǎn)速的控制。在中小型風(fēng)力機(jī)應(yīng)用中，也主要是通過控制器的卸荷裝置來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和控制功率，而此方法在大型應(yīng)用中適用性較差。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種能夠控制轉(zhuǎn)速與功率的升力型垂直軸葉輪。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下一種可控制轉(zhuǎn)速與功率的升力型垂直軸葉輪，包括葉輪主軸、葉片支撐件以及升力型葉片，其特征在于所述的葉片支撐件剖面為翼型；所述的葉片支撐件包括翼型外殼以及設(shè)置翼型外殼內(nèi)部的圓柱形梁架，所述的翼型外殼與所述的圓柱形梁架轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述圓柱形梁架一端與升力型葉片固定，另一端與葉輪主軸固定。在所述的葉輪主軸上還固定有輪轂，在該輪轂上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪，所述的驅(qū)動(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪嚙合，驅(qū)動(dòng)齒輪的齒輪軸與驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸連接，被動(dòng)齒輪輪軸與翼型外殼連接。所述的升力型葉片為彎曲葉片或直線型葉片。所述的葉片為圓弧形葉片，在圓弧形葉片直徑處增設(shè)一水平設(shè)置的翼型外殼可旋轉(zhuǎn)的支撐件，用于控制轉(zhuǎn)速和功率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本升力型垂直軸葉輪的有益效果為1、將升力型葉輪的支撐件設(shè)計(jì)成可以全部或部分旋轉(zhuǎn)的活動(dòng)結(jié)構(gòu)，在正常運(yùn)行條件下支撐件翼型弦線成水平狀，阻力最小。此時(shí)，與其它升力型葉輪原理相同，不影響葉輪的正常運(yùn)行。[0011]2、當(dāng)遇到強(qiáng)風(fēng)或發(fā)電機(jī)失電或控制器無法有效卸荷的故障條件時(shí)，支撐件外殼偏轉(zhuǎn)不同的角度，將產(chǎn)生不同的空氣阻尼作用，因而控制葉輪轉(zhuǎn)速和功率。3、當(dāng)升力型葉輪需要停機(jī)，可通過將支撐件偏轉(zhuǎn)180°而拍向受阻力，將轉(zhuǎn)速迅速下降，起到氣動(dòng)剎車的作用。4、此可旋轉(zhuǎn)支撐件采用氣動(dòng)力學(xué)的原理，可以保證升力型葉輪在額定風(fēng)速外高效地沿著額定功率運(yùn)行，也為葉輪的安全運(yùn)行提供了另外一層保障。5、此升力型葉輪不受葉輪葉片結(jié)構(gòu)的限制，不論是打蛋器型葉輪還是直線翼型葉輪，不論支撐件是屬于水平結(jié)構(gòu)還是處于傾斜結(jié)構(gòu)，都可以應(yīng)用為本實(shí)用新型風(fēng)輪。

圖1是本實(shí)用新型具有兩片升力葉片的直葉片升力型垂直軸風(fēng)車示意圖。圖2是本實(shí)用新型活動(dòng)支撐件結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型正常運(yùn)行條件下支撐件阻力示意圖圖4是本實(shí)用新型轉(zhuǎn)速控制動(dòng)作條件下的支撐件位置示意圖。其中1、升力型葉片；2、葉輪主軸；3、葉片支撐件；4、輪轂；5、驅(qū)動(dòng)齒輪；6、驅(qū)動(dòng)電機(jī)；7、被動(dòng)齒輪；8、翼型外殼；9、圓柱形梁架；10、軸承；11、翼型弦線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明。如圖1所示，可控制轉(zhuǎn)速和功率的本實(shí)用新型葉輪，包括升力型葉片1和葉輪主軸2，在葉輪主軸2通過葉片支撐件3安裝有2片或2片以上的升力型葉片1。每片升力葉片2至少由1個(gè)葉片支撐件支撐，并固定在輪轂4 上。如圖2所示，葉片支撐件3由可旋轉(zhuǎn)的翼型外殼8和固定不動(dòng)的內(nèi)部圓柱形梁架9 組成，其中圓柱形梁架9通過軸承10與翼型外殼8相連。當(dāng)強(qiáng)風(fēng)和超轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)6動(dòng)作帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪5，通過驅(qū)動(dòng)齒輪5帶動(dòng)被動(dòng)齒輪7使翼型外殼8發(fā)生偏轉(zhuǎn)動(dòng)作，從而產(chǎn)生阻尼作用。如圖2所示，圓柱形梁架9主要起到支撐升力型葉片1的作用，同時(shí)作為翼型外殼 8旋轉(zhuǎn)主軸的作用。翼型外殼8不同的位置會(huì)造成不同大小的阻尼作用。如圖3所示，當(dāng)葉輪在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)運(yùn)行時(shí)，支撐件翼型弦線11處水平位置，與風(fēng)向一致。如圖4所示，當(dāng)葉輪超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，在驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)力的條件下，翼型外殼弦線與水平風(fēng)向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生角度，進(jìn)而產(chǎn)生空氣阻尼作用，將轉(zhuǎn)速控制在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)作的產(chǎn)生以及動(dòng)作的量的大小，由或者外部轉(zhuǎn)速信號(hào)或者風(fēng)速信號(hào)來控制。本實(shí)用新型為一種利用支撐件在超速時(shí)旋轉(zhuǎn)一角度，來增大空氣阻力，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)速和功率的垂直軸升力型葉輪，由升力型葉片1、可旋轉(zhuǎn)的支撐件3和驅(qū)動(dòng)電機(jī)6構(gòu)成。 其中支撐件3由支撐葉片作用的圓柱形梁架9和外部為翼型形狀的翼型外殼8構(gòu)成。在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)，翼型外殼8不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，弦線處于水平位置；在超過額定轉(zhuǎn)速后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出動(dòng)作，翼型外殼8發(fā)生扭轉(zhuǎn)，阻尼作用增加，從而限制葉輪的轉(zhuǎn)速增加，使風(fēng)輪在超額定風(fēng)速下仍然可保持額定功率運(yùn)行。
權(quán)利要求1.一種可控制轉(zhuǎn)速與功率的升力型垂直軸葉輪，包括葉輪主軸、葉片支撐件以及升力型葉片，其特征在于所述的葉片支撐件剖面為翼型；所述的葉片支撐件包括翼型外殼以及設(shè)置翼型外殼內(nèi)部的圓柱形梁架，所述的翼型外殼與所述的圓柱形梁架轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述圓柱形梁架一端與升力型葉片固定，另一端與葉輪主軸固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控制轉(zhuǎn)速與功率的升力型垂直軸葉輪，其特征在于在所述的葉輪主軸上還固定有輪轂，在該輪轂上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪，所述的驅(qū)動(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪嚙合，驅(qū)動(dòng)齒輪的齒輪軸與驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸連接，被動(dòng)齒輪輪軸與翼型外殼連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控制轉(zhuǎn)速與功率的升力型垂直軸葉輪，其特征在于所述的升力型葉片為彎曲葉片或直線型葉片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種可控制轉(zhuǎn)速與功率的升力型垂直軸葉輪，包括葉輪主軸、葉片支撐件以及升力型葉片，其特征在于所述的葉片支撐件剖面為翼型；所述的葉片支撐件包括翼型外殼以及設(shè)置翼型外殼內(nèi)部的圓柱形梁架，所述的翼型外殼與所述的圓柱形梁架轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述圓柱形梁架一端與升力型葉片固定，另一端與葉輪主軸固定。在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)，翼型外殼不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，弦線處于水平位置；在超過額定轉(zhuǎn)速后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出動(dòng)作，外殼發(fā)生扭轉(zhuǎn)，阻尼作用增加，從而限制葉輪的轉(zhuǎn)速增加，使風(fēng)輪在超額定風(fēng)速下仍然可保持額定功率運(yùn)行。
文檔編號(hào)F03D7/06GK202100380SQ20112021432
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者原紅紅, 宋晨光, 嵇仁榮, 管玲玉, 趙振宙, 鄭源 申請(qǐng)人:南京河?？萍加邢薰? 河海大學(xué)