恒轉速阻力型垂直軸風力水力多用葉輪及控制方法
【專利摘要】恒轉速阻力型垂直軸風力、水力多用葉輪，針對葉片在風速、水速不斷變化時，不能恒轉速或恒功率輸出動力的原因。找到新材料和方法，使葉片在風速、水速不斷變化時，恒轉速或恒功率輸出動力。且制作材料豐富，結構簡單。從而為所有幾瓦到幾百兆瓦級大型垂直軸風力、水力機組提供高效動力支持。帶動所有水平軸風力水力發(fā)電機(把其發(fā)電機置于本葉片下)和垂直軸發(fā)電機恒轉速、恒功率工作。
【專利說明】恒轉速阻力型垂直軸風力水力多用葉輪及控制方法
[0001]根據(jù):高效率阻力型垂直軸風力水力多用葉片的說明書所述，由網(wǎng)格柵、鉸鏈、膜布板，轉動軸四種基本材料構成的葉片。它的理論最大效率是100%，實用效率達90%以上。(現(xiàn)在水平軸葉片平均效率為42%左右，理論最大效率59% )。其輸出功率范圍很大，尤其是他的水力葉片功率可達幾十兆瓦，甚至百兆瓦以上。這是風力葉片無法達到的。
[0002]但是他仍然有不足之處:隨著風速忽快忽慢、水流速度時大時小，葉片帶動轉軸轉速變動不定，對于需要恒轉速、恒功率的設備來說則是大麻煩。碰上極端的大風涌浪天氣，只能看著葉片被風吹水推著狂轉。葉片磨損、疲勞加劇。
[0003]本發(fā)明:恒轉速高效率阻力型垂直軸風力、水力多用葉輪，繼承其構造簡單、效率高(仍然可達90%以上，理論最大效率仍然是100%)的特點，針對其不足，通過控制改變葉片迎風、迎水面積，使葉片在不同風速、不同水速作用下所受到的壓力恒定，使輸出動力的轉軸受到恒定的扭矩，從而恒速轉動，帶動恒功率或恒轉速設備正常工作。從而做到:不管風吹浪打，勝似閑庭穩(wěn)步。
[0004]恒轉速高效率阻力型垂直軸風力水力多用葉輪，它的構成要素:網(wǎng)格柵。鉸鏈和膜布板融合成的卷軸。蝸輪軸加步進電動機或自鎖步進電動機。傳動軸。轉動軸(筒)或繞軸轉動的部件。支架臂。
[0005]網(wǎng)格柵:是包括篩、網(wǎng)、網(wǎng)格柵、單孔格框、多孔格框以及它們放大或縮小比例后的形狀等、通透率大于5%的、通透形、通透性材料或結構的統(tǒng)稱。網(wǎng)格柵的格孔(即篩孔、網(wǎng)孔、網(wǎng)格柵孔、框孔等通透部分)是任意多邊形或曲線形形狀而且不限數(shù)量。網(wǎng)格柵可由小塊不同格孔的網(wǎng)格柵組成更大塊的網(wǎng)格柵。網(wǎng)格柵是大格孔的網(wǎng)格柵上覆掛篩、網(wǎng)等小格孔的網(wǎng)格柵。網(wǎng)格柵是任一多邊形、曲線形的平面網(wǎng)狀、波形網(wǎng)狀、U形網(wǎng)狀、半橢球網(wǎng)狀、螺旋網(wǎng)等。(通透率=網(wǎng)格柵通透部分的面積/網(wǎng)格柵的外周圍總面積X 100% )。
[0006]卷軸:是由膜狀材料、布狀材料、其他編織物材料、矩形條板連續(xù)鉸接材料、網(wǎng)格柵等，通透率小于95%的、可反復展開、繞卷的材料和轉軸組成(轉軸的兩端帶固定座)。把可繞卷材料的一邊固定在兩端帶固定座的轉軸上，卷繞，就成為卷軸?？衫@卷材料的寬度小于固定座間距離，可繞卷材料的形狀不限、但不影響卷軸卷動。(固定座用于把卷軸固定在網(wǎng)格柵上，不讓卷軸相對于網(wǎng)格柵移動，固定座不影響轉軸和卷軸的轉動和卷動，不影響卷軸的連接聯(lián)動)。卷軸的轉軸兩端可以連接、對接其他卷軸組成很長的聯(lián)動卷軸(也稱卷軸)。
[0007]蝸輪軸:是絲桿軸與齒輪軸垂直且絲桿螺絲與齒輪齒咬合的設備。只有絲桿軸的轉動能帶動齒輪旋轉，絲桿軸停止轉動后，齒輪軸受外力不能轉動。齒輪軸的一端或兩端都可連接卷軸。
[0008]支架臂:是從轉動軸(筒)或繞軸轉動的部件上伸出的安裝葉片的支架，間接安裝葉片時用)。
[0009]自鎖步進電動機:是電動機停轉后能鎖住電動機轉子，不讓轉子受外力轉動的電動機。
[0010]恒轉速高效率阻力型垂直軸風力、水力多用葉輪的結構如下:[0011]把不限數(shù)量和材質的卷軸，用卷軸兩端的固定座，以同一角度或不同角度，固定在網(wǎng)格柵的一側(卷軸完全展開并且在風力、水力重力作用下能覆蓋住網(wǎng)格柵)。在每個卷軸的端頭一端連上自鎖步進電機、或連上蝸輪軸加步進電機并固定。也可用傳動軸把幾條卷軸、或網(wǎng)格柵上劃分的一片片區(qū)域內的卷軸、甚至所有聯(lián)動卷軸端頭的蝸輪軸，用傳動軸聯(lián)動傳動，再連上步進電動機。帶動卷軸隨需要轉動，展開、卷起一定的量，甚至完全卷起、展開。這樣葉片就形成了。
[0012]把最少這樣的兩片葉片，按軸對稱、或同向圍繞轉動軸(筒)等間距的安裝方式，直接安裝到轉動軸(筒)或繞軸轉動的部件的一側、或間接安裝到轉動軸(筒)或繞軸轉動的部件的一側?！救~片以上的的恒轉速更易實現(xiàn)。葉片最大迎風迎水面與轉動軸軸截面重合時(即夾角為O度)效率最高】直接安裝是把網(wǎng)格柵的一邊直接安裝到轉動軸(筒)或繞軸轉動的部件上。間接安裝是把葉片安裝到固定在轉動軸(筒)或繞軸轉動的部件的支架臂上。支架臂數(shù)量不限。再用拉絲或拉桿把支架臂與轉動軸或轉動筒之間、支架臂與其他支架臂上的葉片之間、葉片與葉片之間拉緊即可(支架臂和網(wǎng)格柵的強度太好時，可不用拉絲拉桿)。這樣葉輪就形成了 。
[0013]阻力型垂直軸葉輪在轉動狀態(tài)，以順風軸截面為界，分為:順風轉動動力區(qū)和逆風轉動阻力區(qū)。
[0014]恒轉速高效率阻力型垂直軸風力、水力多用葉輪的恒轉速實現(xiàn)方法如下:
[0015]當風速、水流變大時，電腦接收風速、水速傳感器、或轉速傳感器、或扭矩傳感器、或電壓傳感器、或電流傳感器、或綜合上面兩種或兩種以上傳感器等傳來的數(shù)值，這些數(shù)值是比預先設定的恒轉速、恒功率的數(shù)值漸大的數(shù)值時。由電腦指揮步進電機，在葉片繞軸轉動到逆風轉動阻力區(qū)，尤其是逆風轉動阻力區(qū)的迎風迎水軸截面附近時，，逐卷控制卷軸、或逐片或逐區(qū)域控制卷軸，卷起一定程度或完全卷起，甚至控制全部卷軸卷起一定程度或完全卷起(即停機檢修狀態(tài))。使得葉片所受偏大的壓力減小、轉速減小，也使各種傳感器數(shù)值減小并趨向預設恒定值，使轉動軸(筒)保持恒轉速轉動，從而使葉輪恒功率輸出動力，帶動恒功率設備工作。
[0016]反之當風速或水速變小時，由電腦接收風速、水流速傳感器、或轉速傳感器、或扭矩傳感器、或電壓傳感器、或電流傳感器、或綜合上面兩種或兩種以上傳感器等傳來的數(shù)值，這些數(shù)值是比預先設定的恒轉速、恒功率的數(shù)值漸小的數(shù)值時。由電腦指揮電動機，在葉片繞軸轉動到逆風轉動阻力區(qū)，尤其是逆風轉動阻力區(qū)的迎風迎水軸截面附近時，逐卷控制卷軸，或逐片或逐區(qū)域控制卷軸，甚至控制全部卷軸展開一定程度或完全展開。使得葉片所受偏小的壓力增大、轉速增大，也使各種傳感器數(shù)值增大并趨向預設恒定值，從而使轉動軸(筒)保持恒轉速轉動，使葉輪恒功率輸出動力帶動恒功率設備工作。。
[0017]其工作原理:在風力推動下，順風軸截面一側的葉片受風壓力一直大于另一側葉片受的壓力，使壓力大的一側葉片順風推著垂直軸不停轉動，輸出動力。在水中，水力作用下也是如此。
[0018]本葉輪用途:利用風力、水力輸出動力。把風能、水能轉化成機械能并輸出機械能。連接增速機或減速機輸出動力。風力水力景觀。風力、水力教育。玩具風車水車。風力水力模型。風力水力制(致)熱。帶動一切水平軸風力水力發(fā)電機發(fā)電(將其置于本葉輪下)帶動所有垂直軸設備工作。，海洋流發(fā)電、潮汐流發(fā)電、水力提水、水力教育、水電制氫、風電制氫、海洋流發(fā)電制氫、潮汐流發(fā)電制氫、海洋流發(fā)電制淡水、制鉀肥等海洋資源開發(fā)，以及一切適合用本葉輪風動力、本葉輪水動力的設備和需要。
【權利要求】
1.恒轉速阻力型垂直軸風力水力多用葉輪及控制方法，它的主要特征是:其組成部分有，網(wǎng)格柵(統(tǒng)稱)。卷軸。蝸輪軸。步進電動機或自鎖步進電動機(電動機停電后鎖住轉子，不讓轉子受外力轉動)。傳動軸。轉動軸(筒)或繞軸轉動的部件。支架臂(從轉動軸(筒)或繞軸轉動的部件上伸出的支架臂，間接安裝葉片時用)。。 網(wǎng)格柵:是包括篩、網(wǎng)、網(wǎng)格柵、單格孔框、多格孔框，以及它們放大或縮小比例后的形狀等，通透率大于5%的、通透形、通透性材料或結構的統(tǒng)稱。網(wǎng)格柵構成材質和制作方法不限。網(wǎng)格柵的基本構成孔或格孔(即篩孔、網(wǎng)孔、網(wǎng)格柵孔、框孔等通透部分)是任一多邊形或曲線形狀且數(shù)量不限。網(wǎng)格柵可由小塊不同格孔的網(wǎng)格柵構成更大塊的網(wǎng)格柵。網(wǎng)格柵是大格孔的網(wǎng)格柵上覆掛小格孔的網(wǎng)格柵。網(wǎng)格柵的形狀是任一多邊形、曲線形的平面網(wǎng)狀、波形網(wǎng)狀、U形網(wǎng)狀、半橢圓球網(wǎng)狀、等。(通透率=網(wǎng)格柵通透部分的面積/網(wǎng)格柵的外周圍總面積X100% ) ο 卷軸:是可反復展開繞卷的，任一多邊形或曲線形的膜狀材料、布狀材料、其他編織物材料、矩形板狀材料順續(xù)鉸接、網(wǎng)格柵等材料和轉軸(兩端有固定座)組成。把可繞卷材料的一邊固定在轉軸上，卷繞，就成為卷軸?？衫@卷材料的寬度小于固定座間距離。(固定座只是為了把卷軸固定在網(wǎng)格柵上，使卷軸不與網(wǎng)格柵相對位移，固定座不影響轉軸和卷軸的轉動、卷動，不影響轉軸的聯(lián)動連接、聯(lián)動對接。)。卷軸的兩端可以對接、連接其他卷軸組成很長的連接聯(lián)動卷軸(也簡稱為卷軸)。 蝸輪軸:是絲桿軸與齒輪軸垂直且絲桿螺絲與齒輪齒咬合的設備。只有絲桿軸的轉動能帶動齒輪旋轉，絲桿軸停止轉動后，齒輪軸以及它聯(lián)動的轉軸受外力不能轉動。齒輪軸的一端或兩端都可以連接卷軸。 自鎖步進電動機:是電動機停電后鎖住轉子，不讓轉子受外力轉動的步進電動機。 恒轉速高效率阻力型垂直軸風力、水力多用葉輪的結構是: 用卷軸兩端的固定座，把不限`數(shù)量、材質的卷軸以同一角度或不同的角度固定在網(wǎng)格柵的一側。(所有卷軸在風力水力或重力作用下完全展開能覆蓋住網(wǎng)格柵而不互相重復覆蓋，效率最高)。在每個卷軸的一端連上自鎖步進電動機、或在每個卷軸的一端連上蝸輪軸接步進電動機。也可用傳動軸把幾條卷軸端頭的蝸輪軸、或網(wǎng)格柵上劃分的一片片區(qū)域內的卷軸端頭的蝸輪軸、甚至所有卷軸端頭的蝸輪軸用傳動軸聯(lián)動傳動，再用步進電動機帶動卷軸隨需要展開、卷起一定的量，甚至完全卷起、完全展開。這樣葉片就形成了。把最少這樣的兩片葉片，按軸對稱或同向繞軸等間距、直接安裝到轉動軸(筒)或繞軸轉動的部件一側，或間接安裝到轉動軸(筒)或繞軸轉動的部件一側。【三葉片以上的恒轉速更易實現(xiàn)。葉片最大迎風迎水面與轉動軸軸截面重合時(即夾角為O度)效率最高】。直接安裝是把葉片(或網(wǎng)格柵)的一邊，直接安裝到轉動軸(筒)或繞軸轉動的部件上。間接安裝是把葉片安裝到從轉動軸(筒)或繞軸轉動的部件上伸出的支架臂上。支架臂數(shù)量不限。這樣葉輪就形成了。(以上只看最終結構、不論組成先后順序) 本葉輪用途:在風力、水力推動下輸出動力。把風能、水能轉化成機械能并輸出其他設備轉化為其他能。連接增速機或減速機輸出動力。風力、水力景觀。風力、水力教育。玩具水車、風車。風力、水力制(致)熱。風力、水力發(fā)電。帶動所有水平軸風力發(fā)電機發(fā)電(將其發(fā)電機置于本葉輪下)。帶動垂直軸發(fā)電機發(fā)電。海洋流發(fā)電、潮汐流發(fā)電、水電制氫、風電制氫、海洋流發(fā)電制氫、潮汐流發(fā)電制氫、海洋流發(fā)電制淡水、制鉀肥等海洋資源開發(fā)，以及一切適合用本葉輪風動力、本葉輪水動力的設備和需要。
2.恒轉速高效率阻力型垂直軸風力、水力多用葉片的恒轉速實現(xiàn)方法如下:當風速、水流變大時，電腦接收風速或水速傳感器、或轉速傳感器、或扭矩傳感器、或電壓傳感器、或電流傳感器、或綜合上面兩種或兩種以上傳感器等傳來的數(shù)值。這些數(shù)值是比預先設定的恒轉速、恒功率的數(shù)值大的時候。當葉片繞軸轉動到逆風轉動阻力區(qū),尤其是逆風轉動阻力區(qū)的迎風迎水軸截面附近時，電腦指揮步進電機，逐卷控制卷軸，或逐片或逐區(qū)域控制卷軸，卷起一定程度或完全卷起；甚至控制全部卷軸卷起一定程度或完全卷起。(當全部卷軸完全卷起即停機檢修狀態(tài))。使得葉片順風轉動動力面上的、阻風擋水的膜布板面積減小，使葉片受水風的壓力減小，扭矩隨之減小，轉速也隨之減小，也使以上各種傳感器數(shù)值減小并趨向預設恒定值，從而使轉軸恒轉速轉動，或使其恒功率輸出動力帶動恒功率設備工作。 反之當風速或水速變小時，由電腦接收風速、水速傳感器、或轉速傳感器、或扭矩傳感器、或電壓傳感器、或電流傳感器、或綜合上面兩種或兩種以上傳感器等傳來的數(shù)值，這些數(shù)值是比預先設定的恒轉速、恒功率的數(shù)值小的時候。當葉片繞軸轉動到逆風轉動阻力區(qū)，尤其是逆風轉動阻力區(qū)的迎風迎水軸截面附近時，電腦指揮步進電機，逐卷控制卷軸，或逐片或逐區(qū)域控制卷軸，甚至控制全部卷軸展開一定程度或完全展開。使得葉片順風轉動動力面上的、阻風擋水的膜布板面積增大,使葉片受水風的壓力增大,扭矩隨之增大,轉速也隨之增大，也使以上各種傳感器數(shù)值增大并趨向預設恒定值，從而使轉軸恒轉速轉動，或使其恒功率輸出動力帶動恒功率設備工作。
3.根據(jù)權利要求1所述:由網(wǎng)格柵，卷軸，轉動軸(筒)或繞軸轉動部件組成的結構和其用途為本項述求。`
【文檔編號】F03D3/06GK103511180SQ201310040050
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年2月1日 優(yōu)先權日:2012年6月14日
【發(fā)明者】吳尚成 申請人:吳尚成