活門式垂直軸阻力型風力機及其采風裝置制造方法
【專利摘要】活門式垂直軸阻力型風力機及其采風裝置，所述采風裝置包括扇葉框架、隔板、活門、活門動幅控制器、活門協(xié)動板、活門限位板、加寬活門和風力機垂直軸，在風力機垂直軸上對稱安裝了四個扇葉框架，扇葉框架內有豎起的成一橫排間隔安裝的多個隔板和活門，最里面靠近風力機垂直軸的活門變成加寬活門，隔板、活門和加寬活門與扇葉框架上下橫板垂直，活門和加寬活門有軸可以轉動，活門和加寬活門可以與兩邊的隔板或扇葉框架的內側面同時接觸，又可轉動到與活門限位板接觸，同時與隔板平行的位置。所述風力機包括如上所述的采風裝置。本實用新型提高了阻力型風力機的效率，且可在沒有控制機構情況下實現(xiàn)自起動和轉動過程中的自行控制。
【專利說明】活門式垂直軸阻力型風力機及其采風裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于風力發(fā)電領域，特別涉及一種活門式垂直軸阻力型風力機及其采風裝置。
【背景技術】
[0002]I典型阻力型發(fā)電機
[0003]典型阻力型風力機產生轉矩是因為其葉片兩面有不同的阻力系數，在靜止時其比值在1/2左右，其葉片在迎風與阻力位置的面積是不變的。這使得典型阻力型風力機產生的速度和力矩都很小，效率很低。
[0004]2 一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置(專號ZL201220026570.4)
[0005]“一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置”存在以下缺點:
[0006](I) “一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置”上部不可伸縮的直角葉輪外殼，存在較大的阻風面積，影響其效率的提高；
[0007](2) “一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置”的活動葉片的轉軸在葉片的邊緣，在水平位置時緊挨著下面的固定葉片，因而在風雪或風沙的天氣中容易在活動葉片和固定葉片之間存入雪或沙子造成風力機不能正常工作或加速風力機的損壞；
[0008](3) “一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置”沒有自起動設置；
[0009](4) “一種垂直軸風力發(fā)電的采風裝置”沒有減速或停機控制設置。
實用新型內容
[0010]為克服現(xiàn)有技術上的不足，本實用新型的目的在于提供一種活門式垂直軸阻力型風力機的風葉機構。
[0011]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0012]活門式垂直軸阻力型風力機的風葉機構，包括扇葉框架、隔板、活門、活門動幅控制器、活門協(xié)動板、活門限位板、加寬活門和風力機垂直軸，在風力機垂直軸上對稱安裝了四個扇葉框架，扇葉框架內有豎起的成一橫排間隔安裝的多個隔板和活門，最里面靠近風力機垂直軸的活門變成加寬活門，隔板、活門和加寬活門與扇葉框架上下橫板垂直，活門和加寬活門有軸可以轉動，活門和加寬活門可以與兩邊的隔板或扇葉框架的內側面同時接觸，又可轉動到與活門限位板接觸，同時與隔板平行的位置。
[0013]優(yōu)選的是，所述的活門式垂直軸阻力型風力機的風葉機構，所述四個扇葉框架都有揚角，靜止時活門和加寬活門在重力的作用下關閉一定角度。
[0014]優(yōu)選的是，活門的轉軸軸線既不在最邊緣，也不在中心線位置，且所述活門的轉軸軸線將所述活門分為大尺寸的寬側和小尺寸的窄側；所述寬側為活門轉軸距活門上與轉軸平行的一邊的距離較大的部分，所謂窄側為活門轉軸距對應的另一邊距離較小的部分；在活門與隔板平行時，二者存在距離。
[0015]優(yōu)選的是，所述加寬活門(7)的轉軸軸線將其分為大尺寸的寬側和小尺寸的窄偵牝所述寬側為加寬活門轉軸距加寬活門上與其轉軸平行的一邊的距離較大的部分，所謂窄側為加寬活門轉軸距對應的另一邊距離較小的部分。
[0016]優(yōu)選的是，所述活門的寬側上面最外側有軸與活門協(xié)動板鉸連，加寬活門也有軸與活門協(xié)動板鉸連，活門和加寬活門的轉軸與鉸連軸距離相等。
[0017]優(yōu)選的是，所述的活門式垂直軸阻力型風力機的風葉機構，所述活門動幅控制器的頂桿在行程最小位置時，活門協(xié)動板活動范圍最大，活門和加寬活門可以與兩邊的隔板或扇葉框架的內側面同時接觸，活門動幅控制器的頂桿在行程最大位置時，活門協(xié)動板被限制不動，活門和加寬活門被限制在與隔板平行位置。
[0018]本實用新型同時保護包括任一如上所述的采風裝置的活門式垂直軸阻力型風力機。
[0019]本實用新型的優(yōu)點與效果是:
[0020]I本實用新型的風力機的轉速可以達到典型阻力型風力機的數倍，但還屬于低速風力機，其最大轉速仍低于風速。而工作轉速就更低。
[0021]但典型的阻力型風力機有良好的自起動功能，說明其低速時有強大的轉矩。阻力型風力機轉動力矩與迎風面積成正比，轉動阻力與阻力面積成正比。活門結構使迎風面積與阻風面積可達幾百比一，這使得本實用新型的活門式垂直軸阻力型風力機的轉矩又比典型的阻力型風力機大得多。而本實用新型的垂直軸風力機的特點使增速和發(fā)電設備都可以安裝在固定裝置，這樣通過可靠的增速可將強大的轉矩轉化成高效的發(fā)電。
[0022]2本實用新型主要結構由板材制造決定本實用新型的制造成本比較低，增大面積就能提高功率，因而增大功率變得簡單，這使得風力發(fā)電進入大功率低成本時代。
[0023]3本實用新型具有高效的自起動性能使得可以利用更低的風速工作。
[0024]4本實用新型簡單而可靠的控制使得阻力型風力發(fā)電安全而實用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為實施例結構示意圖；
[0026]圖2為圖1的俯視圖；
[0027]圖3為活門的結構示意圖；
[0028]圖4為加寬活門的結構示意圖。
[0029]圖中:框架1、隔板2、活門3、活門動幅控制器4、活門協(xié)動板5、活門限位板6、加寬活門7、風力機垂直軸8。
【具體實施方式】
[0030]如圖1-4所示，本實用新型是在風力機垂直軸8上對稱安裝了四個扇葉框架1，在扇葉框架I內有豎起的成一橫排間隔安裝的多個隔板2和活門3，最里面靠近風力機垂直軸8的活門3變成加寬活門7，隔板2、活門3和加寬活門7與扇葉框架I上下橫板垂直，活門3和加寬活門7有軸可以轉動，活門3和加寬活門7可以與兩邊的隔板2或扇葉框架I的內側面同時接觸，又可轉動到與活門限位板6接觸，同時與隔板2平行的位置。在風和離心力的作用下，迎風面積大且活門3和加寬活門7(參見圖3、圖4)寬側迎風的扇葉的活門因為受到關閉的力，與隔板接觸形成最大阻風面積，而迎風面積大且活門3和加寬活門7窄側迎風的扇葉的活門因為受到打開的力，與隔板平行，形成最小阻力面積。因而使風力機產生較大的轉動力矩而轉動。
[0031]如圖3-4所示，本實用新型采用活門轉軸偏心結構?；铋T3和加寬活門7的軸線既不在最邊緣處，也不在中心線位置，這達到兩個目的:(I)這使得隔板與活門在互相平行時能分開一定距離，使風能從二者之間通過，產生了抗風雪和風沙功效；(2)用相同的半徑可以轉動更大面積的活門，增加了風力機的效能。
[0032]無附加控制機構，實現(xiàn)自起動。
[0033]具體實施是四個框架都有微小的上揚角度，使活門在靜止時因重力作用而處于半開狀態(tài)。在風的作用下，迎風面積大且活門3和加寬活門7寬側迎風的扇葉的活門受到風吹動與隔板接觸形成最大迎風面積，而迎風面積大且活門窄側迎風的扇葉的活門3和加寬活門7被風吹到與隔板平行位置，形成最小阻力面積。因而使風力機實現(xiàn)自啟動功能。
[0034]在轉動過程中，機構自行控制，產生持續(xù)的轉動力矩和轉動。
[0035]具體實施是當扇葉框架I轉到側面迎風時，活門3及加寬活門7寬側伸出扇葉框架I外的部分受到風吹而發(fā)生轉動并與隔板接觸，因而接受到風的推力產生轉動力矩；當扇葉將轉出做功位置時，加寬活門7伸出部分被風從背后吹到而產生轉到與活門限位板6接觸，并與隔板2平行位置的力，再加上離心力和空氣阻力的合力作用，活門3和加寬活門7回到與隔板平行位置，形成自行控制。
[0036]采用了活門動幅控制器，可按要求調節(jié)活門的開啟幅度，以控制發(fā)電功率?；铋T3的寬側上面最外側有軸與活門協(xié)動板5鉸連，加寬活門7也有軸與活門協(xié)動板5鉸連，活門3和加寬活門7的轉軸與鉸連軸距離相等?；铋T動幅控制器4的頂桿在行程最小位置時，活門協(xié)動板5活動范圍最大，活門3和加寬活門7可以與兩邊的隔板2或扇葉框架I的內側面同時接觸，活門動幅控制器4的頂桿在行程最大位置時，活門協(xié)動板5被限制不動，活門3和加寬活門7被限制在與隔板平行位置。
[0037]具體實施(見圖3)是活門動幅控制器4由微型電機驅動，而微型電機可由電腦或外接搖控裝置控制其動作，限制活門協(xié)動板的活動范圍。當活門協(xié)動板5的頂桿在最短位置時，活門3和加寬活門7的動作幅度最大，而活門協(xié)動板5的頂桿在最長位置時，活門3和加寬活門7被限制在與隔板平行位置，則風力機迎風面積與阻風面積相同，轉動力矩消失，可以輕松實現(xiàn)停機。當活門協(xié)動板5的頂桿在最短與最長之間的某個位置時，活門則打開相應的角度，實現(xiàn)減小轉動速度的目的。
[0038]采用了活門協(xié)動板，起到三個作用:(I)限制了活門的無序抖動，使一個框架內的活門動作一致；(2)增大活門靜止時在重力作用下的關閉角度，增加自起動傾向；(3)與活門動幅控制器一起控制活門的開啟角度，起到降低轉速和停機的作用。
[0039]所述活門式風力機在靜止時，因為扇葉框架I有輕微的上揚角度，使活門3和加寬活門7在重力作用下自動關閉一定的角度。當達到一定速度的風吹到靜止的活門式風力機時，總有對稱位置的兩個扇葉處于迎風面積較大的狀態(tài)，在風的作用下，迎風面積大且活門(參見圖3、圖4)寬側迎風的扇葉的活門3和加寬活門7被風吹動與隔板接觸形成最大迎風面積，而迎風面積大且活門窄側迎風的扇葉的活門被風吹到與隔板平行位置，形成最小阻力面積。因而使風力機實現(xiàn)自啟動功能。風力機轉動后，沒有處在迎風面上的框架內的活門在離心力和空氣阻力的作用下開啟到與活門限位板6接觸同時與隔板2平行的位置，達到最小阻力效果。
[0040]當一扇葉框架I轉到側面迎著風時，其活門3和加寬活門7伸出框架的部分處于風力正吹的位置。于是活門被吹動與隔板接觸，形成最大的迎風面積，因而風力機接受到風的持續(xù)推力使風力機連續(xù)轉動。當轉動到該扇葉框架I將擺脫風的推力時，跟在后面的扇葉框架I已接受到風的推力，重復其前面框架的動作繼續(xù)推動風力機轉動?？蚣苻D出做功區(qū)域時，活門失去風的正吹力而在離心力、重力和空氣阻力的合力作用下回到阻風面積最小的位置?；铋T3和加寬活門7和隔板2在非做功區(qū)域轉動到最大迎風面時，它們與風的相對速度為“風速+轉速”，因而最大程度將活門和隔板上面的雪和沙子吹干凈，達到自清理效果。
[0041]當風力過大時,通過遙控或電腦控制活門動幅控制器4動作,推動活門協(xié)動板5控制活門減小關閉幅度，使風部分通過框架以降低風力機的轉速。當需要停機時，使活門動幅控制器4的頂桿伸到最長位置，活門就被限制在與隔板平行的位置而實現(xiàn)停機。
【權利要求】
1.活門式垂直軸阻力型風力機的采風裝置，包括扇葉框架(1)、隔板(2)、活門(3)、活門動幅控制器(4)、活門協(xié)動板(5)、活門限位板(6)、加寬活門(7)和風力機垂直軸(8)，其特征是，在風力機垂直軸(8)上對稱安裝了四個扇葉框架(1)，扇葉框架(1)內有豎起的成一橫排間隔安裝的多個隔板(2)和活門(3)，最里面靠近風力機垂直軸(8)的活門(3)變成加寬活門⑵，隔板(2)、活門(3)和加寬活門(7)與扇葉框架(1)上下橫板垂直，活門(3)和加寬活門⑵有軸可以轉動，活門(3)和加寬活門(7)可以與兩邊的隔板(2)或扇葉框架(I)的內側面同時接觸，又可轉動到與活門限位板(6)接觸，同時與隔板(2)平行的位置。
2.如權利要求1所述的活門式垂直軸阻力型風力機的采風裝置，其特征是，所述四個扇葉框架(1)都有揚角，靜止時活門(3)和加寬活門(7)在重力的作用下關閉一定角度。
3.如權利要求1所述的活門式垂直軸阻力型風力機的采風裝置，其特征是，活門(3)的轉軸軸線既不在最邊緣，也不在中心線位置，且所述活門的轉軸軸線將所述活門(3)分為大尺寸的寬側和小尺寸的窄側；所述寬側為活門轉軸距活門上與轉軸平行的一邊的距離較大的部分，所謂窄側為活門轉軸距對應的另一邊距離較小的部分；在活門(3)與隔板(2)平行時，二者存在距離。
4.如權利要求3所述的活門式垂直軸阻力型風力機的采風裝置，其特征是，所述加寬活門⑵的轉軸軸線將其分為大尺寸的寬側和小尺寸的窄側，所述寬側為加寬活門轉軸距加寬活門上與其轉軸平行的一邊的距離較大的部分，所謂窄側為加寬活門轉軸距對應的另一邊距離較小的部分。
5.如權利要求3或4所述的活門式垂直軸阻力型風力機的采風裝置，其特征是，所述活門(3)的寬側上面最外側有軸與活門協(xié)動板(5)鉸連，加寬活門(7)也有軸與活門協(xié)動板(5)鉸連，活門(3)和加寬活門(7)的轉軸與鉸連軸距離相等。
6.如權利要求1所述的活門式垂直軸阻力型風力機的采風裝置，其特征是，所述活門動幅控制器(4)的頂桿在行程最小位置時，活門協(xié)動板(5)活動范圍最大，活門(3)和加寬活門⑵可以與兩邊的隔板(2)或扇葉框架⑴的內側面同時接觸，活門動幅控制器(4)的頂桿在行程最大位置時，活門協(xié)動板(5)被限制不動，活門(3)和加寬活門(7)被限制在與隔板平行位置。
7.活門式垂直軸阻力型風力機，包括如權利要求1-6任一所述的采風裝置。
【文檔編號】F03D3/06GK203614320SQ201320209920
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年4月24日 優(yōu)先權日:2013年4月24日
【發(fā)明者】魏宏君 申請人:魏宏君