一種帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)，包括由風(fēng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)提水機(jī)構(gòu)，其特征在于所述葉片為截面采用NACA系列翼型且具有低風(fēng)速起動(dòng)及高輸出扭矩的流線型增速葉片，該葉片為低葉尖速比及大扭角的葉根，從葉根到葉尖共分為20個(gè)截面設(shè)置安裝角，各截面之間采用光滑過(guò)渡；所述提水機(jī)構(gòu)的水泵的出水口與液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)的出水壓力調(diào)節(jié)缸連接。本發(fā)明不僅能夠解決傳統(tǒng)風(fēng)力提水系統(tǒng)葉片數(shù)量多、風(fēng)能利用率低的問(wèn)題，而且巧妙地利用大風(fēng)力下的水泵出水口的水壓力來(lái)帶動(dòng)液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)動(dòng)作，控制風(fēng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及時(shí)響應(yīng)偏航，達(dá)到自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)機(jī)組的目的，適合于缺乏電力資源的偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)田灌溉應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】一種帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系 統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 新能源在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展中凸顯出越來(lái)越重要的地位和作用。風(fēng)能作為一種 清潔無(wú)污染并且廉價(jià)的可再生能源而受到了廣泛的利用。目前風(fēng)能利用的方式主要有兩 種，一種是通過(guò)風(fēng)力發(fā)電的裝置將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 并入電網(wǎng)加以利用，這種風(fēng)能利用方式研究得比較深入，已經(jīng)形成了成熟的風(fēng)電理論以及 產(chǎn)業(yè)模式，然而這種風(fēng)力發(fā)電需要較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還需要發(fā)電機(jī)、變頻器等較為昂貴 的電氣設(shè)備；另一種是利用機(jī)械裝置將風(fēng)能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能直接加以利用，風(fēng)力提水裝 置屬于這一范疇。風(fēng)力提水只是依靠自然的風(fēng)資源帶動(dòng)水泵來(lái)完成提水作業(yè)，與風(fēng)力發(fā)電 裝置比較其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操作和維護(hù)方便，然而風(fēng)力提水還存在許多難以解決 的問(wèn)題，如葉片數(shù)較多、葉片的風(fēng)能利用率低、功率較小、風(fēng)機(jī)與水泵的匹配等問(wèn)題，這些都 使得風(fēng)力提水有待于進(jìn)一步深入研究。
[0003] 中國(guó)專利申請(qǐng)201110316710. 1公開(kāi)了一種"風(fēng)力提水灌溉系統(tǒng)"，它利用曲軸形 成曲柄連桿機(jī)構(gòu)來(lái)提水的風(fēng)力提水灌溉系統(tǒng)；中國(guó)專利申請(qǐng)200320104849公開(kāi)的"風(fēng)力提 水裝置"是利用多個(gè)風(fēng)輪大面積采風(fēng)的風(fēng)力提水裝置，但風(fēng)輪依然采用弧形多葉片結(jié)構(gòu)，且 沒(méi)有在大風(fēng)狀態(tài)下的自動(dòng)剎車裝置；中國(guó)專利申請(qǐng)201310358909. X公開(kāi)了一種風(fēng)力提水 機(jī)，可進(jìn)行深層提水以及淺層提水的風(fēng)力提水機(jī)，但是對(duì)弧形多葉片結(jié)構(gòu)并未改進(jìn)；中國(guó)專 利申請(qǐng)200810119891. 7公開(kāi)了一種立軸巨能及聚能風(fēng)力提水機(jī)組，即由多個(gè)立軸巨能風(fēng) 力機(jī)串聯(lián)形成的共同出力的垂直軸風(fēng)力提水系統(tǒng)，但由于立軸風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)較低、 扭矩小以及多個(gè)立軸風(fēng)機(jī)串聯(lián)，不僅制造成本增加，而且風(fēng)能利用的效能仍然不夠高；中國(guó) 專利申請(qǐng)201210161249. 1公開(kāi)了一種帶有嵌入式導(dǎo)流管的風(fēng)力機(jī)葉片，雖然在一定程度 上減少了噪聲以及葉尖渦，但由于其出氣口開(kāi)在葉頂，當(dāng)氣流高速噴出時(shí)會(huì)對(duì)葉片徑向造 成一個(gè)很大的反作用力，增加了輪轂以及塔架的受力載荷，既影響到機(jī)組的風(fēng)能利用率，又 增大了其制造成本。
[0004] 目前已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模化的風(fēng)力提水裝置大多是采用多葉片、低轉(zhuǎn)速、低風(fēng)能利 用率的系統(tǒng)，葉片數(shù)多使得風(fēng)輪實(shí)度較大，流過(guò)風(fēng)輪的氣流較少，因而影響了其輸出功率； 同時(shí)，葉片的設(shè)計(jì)大多采用傳統(tǒng)的平板型或者弧板型，風(fēng)能利用效率較低，易造成風(fēng)能資源 的浪費(fèi)。綜上所述，如何提高風(fēng)力提水系統(tǒng)的效率是新能源【技術(shù)領(lǐng)域】中亟待解決的重點(diǎn)難 題之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足而提供一種帶有增速葉片的自保 護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)，本發(fā)明不僅能夠解決傳統(tǒng)風(fēng)力提水系統(tǒng)葉片數(shù)量多、風(fēng)能利用率低的問(wèn) 題，而且巧妙地利用大風(fēng)力下的水泵出水口的水壓力來(lái)帶動(dòng)液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)動(dòng)作，控制風(fēng)力 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及時(shí)響應(yīng)偏航，達(dá)到自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)機(jī)組的目的。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明提出的一種帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)，包括由風(fēng)力傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)提水機(jī)構(gòu)，其中：由提水機(jī)構(gòu)的主軸通過(guò)兩端的深溝球軸承水平固定于機(jī)艙內(nèi)， 主軸和立軸I段上設(shè)置傘形齒輪副，立軸I段固定在堅(jiān)直方向，立軸I段通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器 與立軸II段連接，立軸II段通過(guò)花鍵與立軸III段連接，在立軸III段的下方設(shè)置水泵，帶槽圓 盤固定在立軸III段的下方，由帶槽圓盤帶動(dòng)水泵往復(fù)運(yùn)動(dòng)；風(fēng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輪轂設(shè)置在機(jī) 艙的前端并固定葉片，整流罩設(shè)置在輪轂的前端；提水機(jī)構(gòu)的主軸的前端通過(guò)風(fēng)力傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)的輪轂法蘭與設(shè)在機(jī)艙前端的輪轂連接；其特征在于所述的葉片為截面采用NACA系列 翼型且具有低風(fēng)速起動(dòng)及高輸出扭矩的流線型增速葉片，該葉片為低葉尖速比及大扭角的 葉根，從葉根到葉尖共分為20個(gè)截面設(shè)置安裝角，各截面之間采用光滑過(guò)渡；所述提水機(jī) 構(gòu)的水泵的出水口與液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)的出水壓力調(diào)節(jié)缸連接。
[0007] 本發(fā)明的工作原理是：本發(fā)明提出的流線型增速葉片的新設(shè)計(jì)是基于風(fēng)力機(jī)風(fēng)能 利用曲線的最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)最佳攻角，而只有當(dāng)風(fēng)力機(jī)葉片處在最佳攻角時(shí)風(fēng)能利用率才 能達(dá)到最大的原理，因此必須將風(fēng)力機(jī)葉片的每個(gè)截面進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，才能保證葉片工作在最 佳狀態(tài)；風(fēng)力機(jī)葉片在旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于上下翼面的壓力差使得壓力面的氣流會(huì)繞過(guò)葉尖與吸 力面的氣流相遇形成葉尖渦，葉尖渦導(dǎo)致翼型的升力系數(shù)下降，影響了葉片的風(fēng)能利用率， 當(dāng)轉(zhuǎn)速高時(shí)還會(huì)產(chǎn)生噪聲等不良影響，因此在距離葉尖15%葉片長(zhǎng)度的壓力面翼型厚度最 大處內(nèi)設(shè)了引流管，將葉片近葉尖處壓力面的氣流引至同一長(zhǎng)度的葉尖的后緣處噴出，這 樣可減少葉尖渦的發(fā)生，提高風(fēng)能利用率，同時(shí)噴出的氣體對(duì)葉片后緣產(chǎn)生一個(gè)周向的反 作用力，加強(qiáng)了葉片的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，降低了提水系統(tǒng)的起動(dòng)風(fēng)速，進(jìn)一步提高風(fēng)能利用率；同 時(shí)，巧妙地利用大風(fēng)力下的水泵出水口的水壓力來(lái)帶動(dòng)液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使得風(fēng)力傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)在大風(fēng)狀態(tài)時(shí)能夠及時(shí)響應(yīng)偏航，達(dá)到自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)機(jī)組特別是風(fēng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)葉片的 目的。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：
[0009] -是本發(fā)明解決了傳統(tǒng)風(fēng)力提水系統(tǒng)葉片數(shù)量多、風(fēng)能利用率低的問(wèn)題，采用 NACA系列翼型設(shè)計(jì)了風(fēng)力機(jī)的增速葉片，且優(yōu)化了其弦長(zhǎng)及安裝角，使得葉片的氣動(dòng)性能 得到了很大的提高；試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明作為以低風(fēng)速起動(dòng)的風(fēng)力為動(dòng)力提水的系統(tǒng)，在 風(fēng)力提水機(jī)組中風(fēng)能利用系數(shù)可達(dá)到〇. 42以上，較普通風(fēng)力提水機(jī)組的0. 35至少提高了 20%。
[0010] 二是本發(fā)明的葉片上設(shè)有引流管，不僅減少了葉尖渦的發(fā)生，同時(shí)改變了出氣孔 的位置使得噴出的氣流對(duì)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)有明顯推動(dòng)作用，從而提高了葉片對(duì)風(fēng)能的利用率， 使得葉片從原來(lái)的起動(dòng)風(fēng)速3m/s降低到了 2. 7m/s。 toon] 三是本發(fā)明的風(fēng)力提水系統(tǒng)與相同揚(yáng)程的風(fēng)力提水機(jī)組相比，減少了葉片的個(gè)數(shù) 及葉片長(zhǎng)度，而且風(fēng)能利用系數(shù)大幅度提升，大大降低了提水機(jī)組的制造成本。
[0012] 四是本發(fā)明的液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)受大風(fēng)力下的水泵出水口的水壓力的驅(qū)動(dòng)，使得風(fēng)力 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在大風(fēng)狀態(tài)時(shí)能夠及時(shí)響應(yīng)偏航，達(dá)到了自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)機(jī)組特別是風(fēng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 葉片的效果。
[0013] 五是本發(fā)明的風(fēng)力提水系統(tǒng)在主軸上設(shè)有萬(wàn)向聯(lián)軸器和花鍵，便于吊裝；投入使 用后，除常規(guī)維護(hù)之外，可全自動(dòng)完成提水，無(wú)需人員看護(hù)操作。
[0014] 六是本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，造價(jià)低廉，具有很高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，適合于缺 乏電力資源的偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)田灌溉。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本發(fā)明提出的一種帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)的主視示意圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明提出的葉片的主視示意圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明提出的葉片的三維示意圖。
[0018] 圖4是本發(fā)明提出的葉片內(nèi)設(shè)的葉尖引流管的示意圖。
[0019] 圖5是本發(fā)明提出的帶有引流管的葉片的三維示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021] 結(jié)合圖1，本發(fā)明提出的一種帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)，包括由風(fēng)力傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)提水機(jī)構(gòu)，其中：由提水機(jī)構(gòu)的主軸（6)通過(guò)兩端的深溝球軸承（5)水平固 定于機(jī)艙（15)內(nèi)，主軸（6)和立軸I段（9)上設(shè)置傘形齒輪副（8)，立軸I段（9)固定在堅(jiān) 直方向，立軸I段（9)通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器（23)與立軸II段（24)連接，立軸II段（24)通過(guò)花 鍵（22)與立軸III段（25)連接，在立軸III段（25)的下方設(shè)置水泵（28)，帶槽圓盤（26)固定 在立軸III段（25)的下方，由帶槽圓盤（26)帶動(dòng)水泵（28)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；風(fēng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輪轂 (2)設(shè)置在機(jī)艙（15)的前端并固定葉片（1)，整流罩（3)設(shè)置在輪轂（2)的前端；提水機(jī)構(gòu) 的主軸（6)的前端通過(guò)風(fēng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輪轂法蘭（4)與設(shè)在機(jī)艙（15)前端的輪轂（2)連 接；所述的葉片（1)為截面采用NACA系列翼型且具有低風(fēng)速起動(dòng)及高輸出扭矩的流線型增 速葉片，該葉片（1)為低葉尖速比及大扭角的葉根，從葉根到葉尖共分為20個(gè)截面設(shè)置安 裝角，各截面之間采用光滑過(guò)渡；所述提水機(jī)構(gòu)的水泵（28)的出水口與液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)的出 水壓力調(diào)節(jié)缸（12)連接。
[0022] 結(jié)合圖2和圖3,本發(fā)明提出的帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu) 化方案是：
[0023] 本發(fā)明所述葉片（1)的每個(gè)截面的安裝角和弦長(zhǎng)的參數(shù)分別如下表1和表2所 示：
[0024] 表1 :葉片⑴的截面的安裝角參數(shù)表
[0025]

【權(quán)利要求】
1. 一種帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)，包括由風(fēng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)提水機(jī) 構(gòu)，其中：由提水機(jī)構(gòu)的主軸（6)通過(guò)兩端的深溝球軸承（5)水平固定于機(jī)艙（15)內(nèi)，主軸 (6)和立軸I段（9)上設(shè)置傘形齒輪副（8)，立軸I段（9)固定在堅(jiān)直方向，立軸I段（9)通 過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器（23)與立軸II段（24)連接，立軸II段（24)通過(guò)花鍵（22)與立軸III段（25) 連接，在立軸III段（25)的下方設(shè)置水泵（28)，帶槽圓盤（26)固定在立軸III段（25)的下方， 由帶槽圓盤（26)帶動(dòng)水泵（28)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；風(fēng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輪轂（2)設(shè)置在機(jī)艙（15)的前 端并固定葉片（1)，整流罩（3)設(shè)置在輪轂（2)的前端；提水機(jī)構(gòu)的主軸（6)的前端通過(guò)風(fēng) 力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輪轂法蘭（4)與設(shè)在機(jī)艙（15)前端的輪轂（2)連接；其特征在于所述的葉片 (1)為截面采用NACA系列翼型且具有低風(fēng)速起動(dòng)及高輸出扭矩的流線型增速葉片，該葉片 (1)為低葉尖速比及大扭角的葉根，從葉根到葉尖共分為20個(gè)截面設(shè)置安裝角，各截面之 間采用光滑過(guò)渡；所述提水機(jī)構(gòu)的水泵（28)的出水口與液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)的出水壓力調(diào)節(jié)缸 (12)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)，其特征在于所述葉片 (1)的每個(gè)截面的安裝角和弦長(zhǎng)的參數(shù)分別如下表1和表2所示：

葉片⑴從葉根到葉尖葉片的弦長(zhǎng)與截面?zhèn)€數(shù)為7次方擬合，弦長(zhǎng)擬合方程為: Y = -9. 60X10_8x7+6. 85X10_6x6-l. 99X10_4x5+3. 07X10_3x4-2. 64X10_2x3+l. 21父10_42-2. 18X10_1x+0. 37 ； 葉片數(shù)量為6個(gè)，均勻分布在輪轂（2)的周向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)，其特征在于所述葉片 (1)在距離葉尖15%葉片長(zhǎng)度的壓力面上設(shè)置引流管（31)的進(jìn)氣孔（32)，將葉尖壓力面的 部分氣流引至葉尖的后緣，并從葉尖后緣的引流管（31)的出氣孔（33)噴出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)，其特征在于所述引流 管（31)的數(shù)量為2個(gè)，引流管（31)的進(jìn)氣孔（32)設(shè)置在葉片⑴距離葉尖15%葉片長(zhǎng)度 的壓力面翼型厚度最大處，葉尖后緣的引流管（31)的出氣孔（33)位于同一長(zhǎng)度的葉尖尾 緣處，直徑不超過(guò)葉尖尾緣厚度的50%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)，其特征在于所述 引流管（31)為由葉片（1)的壓力面貫穿葉片（1)內(nèi)部至吸力面的垂直管道。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)，其特征在于所述液壓 調(diào)速機(jī)構(gòu)包括出水壓力調(diào)節(jié)缸（12)、油泵（11)、油分配器（10)、液壓缸（19)、導(dǎo)軌圓環(huán)平臺(tái) (18)、杠桿機(jī)構(gòu)（16)和尾翼（7)，其中：出水壓力調(diào)節(jié)缸（12)固定在塔架（27)底部，其活塞 軸與油泵（11)的活塞連接，油泵（11)的油管輸出端與塔架（27)上方的油分配器（10)連 接，油分配器（10)與液壓缸（19)連接，該液壓缸（19)上端支撐導(dǎo)軌圓環(huán)平臺(tái)（18)，杠桿機(jī) 構(gòu)（16)的支點(diǎn)位于機(jī)艙（15)的底部尖角處，杠桿機(jī)構(gòu)（16)通過(guò)萬(wàn)向輪（17)與導(dǎo)軌圓環(huán) 平臺(tái)（18)相切。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)，其特征在于所述液壓 缸（19)的數(shù)量為3個(gè)，均勻布置在塔架（27)的圓周上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的帶有增速葉片的自保護(hù)風(fēng)力提水系統(tǒng)，其特征在于所述 杠桿機(jī)構(gòu)（16)末端通過(guò)鋼絲繩繞經(jīng)導(dǎo)向滑輪（14)通過(guò)彈簧（13)與尾翼（7)相連。
【文檔編號(hào)】F03D1/06GK104343626SQ201410587332
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】鄭源, 高翀恒, 牟童, 趙振宙, 韓星星, 宋晨光, 程相, 李中杰, 闞闞 申請(qǐng)人:河海大學(xué), 南京河?？萍加邢薰?br>