專利名稱：葉片軸豎直的偏距式垂直軸風力機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種偏距式垂直軸風カ機，尤其涉及一種葉片軸豎直的偏距式垂直軸風カ機。
背景技術(shù)：
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)電現(xiàn)在還不可行。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。在當前風能利用領(lǐng)域，現(xiàn)有的大多數(shù)大裝機容量的風カ發(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。受到風カ發(fā)電機風輪結(jié)構(gòu)的影響，現(xiàn)有風カ發(fā)電機主要存在的以下問題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)使用的風カ機，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，實度極低，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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計的。直升機的旋翼的結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhuǎn)角是固定的，不能適應(yīng)不同的風速。但是在實際應(yīng)用中，風速大小是隨機的。因此風輪一般工作在非設(shè)計工作狀態(tài)，總體效率低，啟動困難?，F(xiàn)有的偏距式葉片垂直軸風カ發(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(zhuǎn)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。現(xiàn)有的偏距式葉片垂直軸風カ發(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(zhuǎn)化為葉輪的旋轉(zhuǎn)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ー邊保持原位，另ー邊葉片與風向相同進行旋轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)；當豎直位置的葉片擺動到順風位置時，另ー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(zhuǎn)。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(zhuǎn)，需要耗費電力；第ニ種方案中的葉片在轉(zhuǎn)速時由于離心而不能可靠復(fù)位。以上三種方案，雖然實度比常規(guī)風輪大許多，葉片截面積大，但其實度可以進ー步提高。因此，有必要開發(fā)設(shè)計出更合理的風カ機。

實用新型內(nèi)容為了克服現(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(zhuǎn)角是固定而不能適應(yīng)不同的風速、驅(qū)動旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，不能可靠復(fù)位等缺點，本實用新型提供了一種葉片軸豎直的偏距式垂直軸風カ機，進一步提聞實度。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用了如下技術(shù)方案葉片軸豎直的偏距式垂直軸風カ機，包括塔架和風輪，所述風輪包括主軸、輕質(zhì)葉片、葉片軸支架和葉片軸；所述主軸豎直安裝在塔架的頂部并可自由旋轉(zhuǎn)；所述葉片軸支架為多對，且在水平面上相互交叉呈輻射狀均勻固定于主軸上，每對葉片軸支架的兩端分別豎直安裝葉片軸，所述葉片軸與葉片軸支架轉(zhuǎn)動配合；所述輕質(zhì)葉片固定安裝在葉片軸上，輕質(zhì)葉片相對于葉片軸支架的回轉(zhuǎn)角度a為0 90。。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，每對葉片軸支架均包括葉片軸支撐上桿和葉片軸支撐下桿，所述葉片軸支撐上桿和葉片軸支撐下桿均與主軸垂直并固定在主軸上，每對葉片軸支架的葉片軸支撐上桿和葉片軸支撐下桿在豎直方向上對應(yīng)；葉片軸支撐上桿的兩端與對應(yīng)的葉片軸支撐下桿的兩端之間分別豎直安裝葉片軸。作為本實用新型的另ー種優(yōu)選方案，所述輕質(zhì)葉片為鋼絲繃帆布。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的葉片軸豎直的偏距式垂直軸風カ機具有以下優(yōu)點1、風輪實度高増加了輕質(zhì)葉片阻風面積，提高了風輪實度，風能利用系數(shù)大，增加了旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，發(fā)電能力強。2.風輪起動風速小微風發(fā)電能力強，起動風速?。缓雎园l(fā)電機阻力和摩擦力的情況下，啟動風速低于lm/s，適合地區(qū)廣，運行時間比例高。

圖1為葉片軸豎直的偏距式垂直軸風カ機的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為葉片軸豎直的偏距式垂直軸風カ機的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中I ー輕質(zhì)葉片；2—主軸；3 —葉片軸支架；31—葉片軸支撐上桿；32—葉片軸支撐下桿；4一葉片軸。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進ー步說明。如圖1、2所示，葉片軸豎直的偏距式垂直軸風カ機，包括塔架和風輪。風輪包括主軸2、輕質(zhì)葉片1、葉片軸支架3和葉片軸4。塔架豎直固定在地面上，用于支持風輪。風輪的主軸2豎直安裝在塔架上，可自由旋轉(zhuǎn)。其中，葉片軸支架3為多對，一般為兩或三對，且在水平面上相互交叉呈輻射狀均勻固定于主軸2上，每對葉片軸支架3的兩端分別豎直安裝葉片軸4，葉片軸4與葉片軸支架3轉(zhuǎn)動配合。本實施例中，葉片軸支架3為三對，每對葉片軸支架3均包括葉片軸支撐上桿31和葉片軸支撐下桿32，葉片軸支撐上桿31和葉片軸支撐下桿32均與主軸2垂直并固定在主軸2上，每對葉片軸支架3的葉片軸支撐上桿31和葉片軸支撐下桿32在豎直方向上對應(yīng)。葉片軸支撐上桿31的兩端與對應(yīng)的葉片軸支撐下桿32的兩端之間分別豎直安裝葉片軸4，對應(yīng)ー側(cè)的葉片軸支撐上桿31、葉片軸支撐下桿32和葉片軸4構(gòu)成ー門框結(jié)構(gòu)，輕質(zhì)葉片形成一可轉(zhuǎn)動的門。輕質(zhì)葉片I可采用鋼絲繃帆布，其質(zhì)量和慣性小，在由順風轉(zhuǎn)變?yōu)槟骘L時產(chǎn)生的沖擊小，保證整個裝置重心穩(wěn)定，狀態(tài)變化迅速。輕質(zhì)葉片I固定安裝在葉片軸4上，使輕質(zhì)葉片I可以相對葉片軸支架3回轉(zhuǎn)，輕質(zhì)葉片I相對于葉片軸支架3的回轉(zhuǎn)角度a為0 90。。輕質(zhì)葉片I在01和06附近的位置時，角度為0°，在順風風壓作用下形成對主軸2的逆時針轉(zhuǎn)矩。而當輕質(zhì)葉片I旋轉(zhuǎn)至02位置時，在風壓下迅速展開，回轉(zhuǎn)到90°角度位置并開始逆風旋轉(zhuǎn)，由于輕質(zhì)葉片I的偏距，在逆風風壓作用下也形成對主軸2的逆時針轉(zhuǎn)矩，直至輕質(zhì)葉片I與來風順向而對風無阻力。當輕質(zhì)葉片I旋轉(zhuǎn)至05位置后，又重復(fù)恢復(fù)阻風作用，從而帶動主軸2旋轉(zhuǎn)。逆風時，此風力機不僅無反向轉(zhuǎn)矩，還能產(chǎn)生與順風相同方向的轉(zhuǎn)矩。實度為0. 4^0. 75，比現(xiàn)有偏距式垂直軸風カ機的最大值約0. 4大。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗g和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求1.葉片軸豎直的偏距式垂直軸風力機，包括塔架和風輪，其特征在于所述風輪包括主軸(2)、輕質(zhì)葉片(I)、葉片軸支架(3)和葉片軸(4);所述主軸(2)豎直安裝在塔架的頂部并可自由旋轉(zhuǎn)；所述葉片軸支架(3)為多對，且在水平面上相互交叉呈輻射狀均勻固定于主軸(2)上， 每對葉片軸支架(3)的兩端分別豎直安裝葉片軸(4)，所述葉片軸(4)與葉片軸支架(3)轉(zhuǎn)動配合；所述輕質(zhì)葉片(I)固定安裝在葉片軸(4)上，輕質(zhì)葉片(I)相對于葉片軸支架(3)的回轉(zhuǎn)角度α為0 90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片軸豎直的偏距式垂直軸風力機，其特征在于每對葉片軸支架(3)均包括葉片軸支撐上桿(31)和葉片軸支撐下桿(32)，所述葉片軸支撐上桿(31) 和葉片軸支撐下桿(32)均與主軸(2)垂直并固定在主軸(2)上，每對葉片軸支架(3)的葉片軸支撐上桿(31)和葉片軸支撐下桿(32)在豎直方向上對應(yīng)；葉片軸支撐上桿(31)的兩端與對應(yīng)的葉片軸支撐下桿(32)的兩端之間分別豎直安裝葉片軸(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的葉片軸豎直的偏距式垂直軸風力機，其特征在于所述輕質(zhì)葉片(I)為鋼絲繃帆布。
專利摘要本實用新型公開了一種葉片軸豎直的偏距式垂直軸風力機，包括塔架和風輪；風輪包括主軸、輕質(zhì)葉片、葉片軸支架和葉片軸；主軸豎直安裝在塔架上，可自由旋轉(zhuǎn)，葉片軸支架呈輻射狀均勻固定于主軸上；在各對葉片軸支架的兩端分別豎直安裝葉片軸，并將輕質(zhì)葉片固定安裝在此葉片軸上，使輕質(zhì)葉片可相對于葉片軸支架回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)角度為0~90°。該風力機具有風輪實度高增加了輕質(zhì)葉片阻風面積，提高了風輪實度，風能利用系數(shù)大，增加了旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，發(fā)電能力強。風輪起動風速小微風發(fā)電能力強，起動風速?。缓雎园l(fā)電機阻力和摩擦力的情況下，啟動風速低于1m/s，適合地區(qū)廣，運行時間比例高。
文檔編號F03D3/06GK202883240SQ20122060329
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者陳新崗, 古亮, 李山, 劉偉, 賀娟, 雷紹蘭 申請人:重慶理工大學