垂直軸風力機葉片及加工方法
2023-10-07 12:58:34 1
專利名稱：垂直軸風力機葉片及加工方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電的螺旋型垂直軸風力機葉片的加工方法。
背景技術：
垂直軸風電發電機主要分為四種=Savonius型、Darrieus型、H型和潤輪型。Savonius型屬於阻力型風力機，啟動轉矩大，低風速時對風能捕捉能力好，但風能利用率低，而因其風能轉換效率不高，很少用Aarrieus型屬於升力型風力機，效率較高但自啟動能力差，且葉片加工非常複雜；H型是Darrieus型風力機基礎上發展起來的機型，自啟動能力好，結構簡單，是目前垂直軸風力發電機使用最多的機型，但其要求啟動風速高，在居民區因風速低，風況複雜常處於停機狀態或不穩定工作狀態(如能量脈動和啟動死角等)；渦輪型則對空氣密度較低的環境適應性好。因此對於風力資源欠豐富的村鎮和高樓林立風況複雜的城市地區，上述類型垂直軸風力發電機不太適用，需要進行結構改進和性能優化。實用新型專利201020112299.7將S型葉片適當變形與螺旋形葉片組合使用，未能說明螺旋形葉片的具體結構，風能利用情況不明。
發明內容
本發明的目的在於提供一種加工方便、使用性能好的風力發電的螺旋型垂直軸風力機葉片及加工方法。本發明的技術解決方案是:一種風力發電的螺旋型垂直軸風力機葉片，其特徵是:葉片為螺旋型結構，旋轉角為180°，高徑比h/d為1.2，葉片材料為鋁合金實心結構，葉片水平截面形狀與美國標準航空翼型NACA4418相同或近似，葉片兩端部分別加工通孔，用於與風力機固定圓盤連接。一種風力發電的螺旋型垂直軸風力機葉片的加工方法，其特徵是:包括下列步驟:(I)將鋁合金板斜向切割成條狀，傾斜角度α由螺旋型葉片高度和弦長計算得到；(2)將鋁條加工成橫截面為楔形，楔形截面的長、寬及楔角由NACA4418轉換計算得到；(3)將若干楔形鋁條緊密平行排列，各鋁條端部焊接或採用其他方法固接成平行四邊形鋁板；(4)用卷板機將鋁板捲曲成半圓筒形，其捲曲半徑為所需螺旋葉片的旋轉半徑；(5)將捲曲後的鋁條拆開，將稜角稍加打磨至NACA4418截面形狀，即為一隻螺旋葉片。
一種風力發電的螺旋型垂直軸風力機葉片的加工方法，其特徵是:包括下列步驟:(I)將鋁合金板斜向切割成條狀，傾斜角度α由螺旋型葉片高度和弦長計算得到；(2)將鋁條加工成橫截面為楔形，楔形截面的長、寬及楔角由NACA4418轉換計算得到；(3)將若干斜楔形鋁條緊密平行排列，各鋁條端部焊接或採用其他方法固接成矩形鋁板；(4)用卷板機將鋁板捲曲成圓筒形，其捲曲半徑為所需螺旋葉片的旋轉半徑；(5)將捲曲後的鋁條拆開，沿圓筒軸線方向牽引鋁條的兩端至高徑比h/d=2.4;(6)將鋁條截斷成高度相等的兩部分，將稜角稍加打磨至NACA4418截面形狀，即為兩隻螺旋葉片。本發明克服了垂直軸風力機能量脈動和啟動死角的缺點，解決了垂直軸風力發電機不適用於風力資源欠豐富的城市和人口稠密地區風況複雜的問題，解決了垂直軸風力機能量脈動和啟動死角的問題；解決了螺旋型葉片複雜曲面加工的問題，將大幅提升我國風能利用比例，推動風電行業的發展。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖1為使用本發明葉片的垂直軸螺旋型風力機結構示意圖；圖2為垂直軸螺旋型風力機上下圓盤支架俯視圖；圖3為本發明葉片主視圖；圖4為本發明葉片俯視圖；圖5為本發明葉片展開圖；圖6本發明葉片剖面圖；圖7為本發明捲曲後葉片剖面圖；圖8為本發明打磨後葉片剖面圖；圖9為垂直軸螺旋型風力機工作原理圖。
具體實施例方式以三片葉片為例，見附圖1。本發明的垂直軸螺旋型風力機包括基礎平臺1，在基礎平臺中央上方焊接立柱21，立柱21上部相距h距離分別裝配兩個軸承51，52，兩軸承外圈與軸承套22配合，軸承套22與上下圓盤支架31，32以螺釘進行固定，3個葉片4端部分別固定於上下圓盤支31，32，葉片4圍繞立柱21周向均勻分布，構成風輪。風輪實現風能的吸收和轉換。基礎平臺I可以是鋼筋混凝土平臺，可以是鋼板，也可以是鋼架結構。施工時要求基礎平臺I的上表面與水平面平行。立柱21採用無縫鋼管或實心鋼棒料，底端與基礎平臺I焊接，立柱21與基礎平臺I連接處焊接6-8片加強筋以穩固立柱21。施工時要求立柱21與水平面垂直。立柱21上端加工軸承配合面和定位面以安裝軸承，立柱21與軸承51，52的配合採用過渡配合。軸承22兩端加工軸承配合面和定位面以安裝軸承51，52，並與軸承有過渡配合關係。軸承套22材料為無縫鋼管。圓盤支架31，32與軸承套22以螺釘固結。為減小風力機轉動慣量，提高風力機整機機械性能，圓盤支架31，32採用中空結構只剩外圍一圈和三根加強筋，見附圖2。圓盤支架31，32材料為不鏽鋼或45#鋼。裝配葉片4時保證上下圓盤加強筋錯開60°，見附圖2。螺旋型葉片4以美國航空標準翼型NACA4418為基礎，共3片。葉片4採用實心結構，材料為鋁合金，葉片4的主視圖見附圖3，俯視圖見附圖4。葉片4的外切圓柱直徑為d，高為h，葉片4的高徑比h/d取1.2。葉片4的旋轉角為180°。葉片4的展開圖和剖視圖見附圖5、圖6。圖中α由高徑比h/d=l.2可以計算得
權利要求
1.一種垂直軸風力機葉片的加工方法，其特徵是:包括下列步驟: (1)將鋁合金板斜向切割成條狀，傾斜角度α由螺旋型葉片高度和弦長計算得到； (2)將鋁條加工成橫截面為楔形，楔形截面的長、寬及楔角由NACA4418轉換計算得到； (3)將若干斜楔形鋁條緊密平行排列，各鋁條端部焊接或採用其他方法固接成矩形鋁板； (4)用卷板機將鋁板捲曲成圓筒形，其捲曲半徑為所需螺旋葉片的旋轉半徑； (5)將捲曲後的鋁條拆開，沿圓筒軸線方向牽引鋁條的兩端至高徑比h/d=2.4 ； (6)將鋁條截斷成高度相等的兩部分，將稜角稍加打磨至NACA4418截面形狀，即為兩隻螺旋葉片； 葉片為螺旋型結構，旋轉角為180°，高徑比h/d為1.2，葉片材料為鋁合金實心結構，葉片水平截面形狀與美國標準航空翼型NACA4418相同或近似，葉片兩端部分別加工通孔，用於與風力機固定圓盤連接。
全文摘要
本發明公開了一種垂直軸風力機葉片及加工方法，將鋁合金板斜向切割成條狀，傾斜角度α由螺旋型葉片高度和弦長計算得到；將鋁條加工成橫截面為楔形，楔形截面的長、寬及楔角由NACA4418轉換計算得到；將若干斜楔形鋁條緊密平行排列，各鋁條端部焊接或採用其他方法固接成矩形鋁板；用卷板機將鋁板捲曲成圓筒形，其捲曲半徑為所需螺旋葉片的旋轉半徑；將捲曲後的鋁條拆開，沿圓筒軸線方向牽引鋁條的兩端至高徑比h/d=2.4；將鋁條截斷成高度相等的兩部分，將稜角稍加打磨至NACA4418截面形狀，即為兩隻螺旋葉片；本發明解決了螺旋型葉片複雜曲面加工的問題，將大幅提升我國風能利用比例，推動風電行業的發展。
文檔編號F03D3/06GK103075299SQ20131000980
公開日2013年5月1日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者曹陽, 吳國慶, 茅靖峰, 周井玲, 吳樹謙, 沈世德, 朱維南, 張旭東 申請人:南通大學