風動能接收轉換裝置的製作方法

2023-05-27 23:38:26 1

專利名稱：風動能接收轉換裝置的製作方法
技術領域：
本發明創造涉及一種將風動能接收轉換為機械轉動能的裝置，屬於清潔新能源技 術領域。
背景技術：
目前，最普遍用於風力發電的將風動能接收轉換為機械轉動能的裝置，是安裝在 一條動力輸出軸上的三葉片裝置。這三葉片裝置可以說是外觀最簡單的一種風輪，但是其 將風動能接收轉換為機械轉動能的效率，即風動能利用係數(風輪得到的轉動能與通過風 輪的風動能之比)，對於大中型三葉片風輪，一般僅有30% 40%，而且，三葉片風電成本 目前高於水電或煤電，所以當今各國政府對風電生產有較大力度補貼，以促進風電清潔能 源的發展。發明內容本發明創造提供了一種風動能接收轉換裝置，它是可安裝在固定架上的風輪，包 括有輪轂、輪圈、接風葉片和使輪轂和輪圈固定為一體的拉線。葉片可以分別安裝在輪圈 和拉線上。這樣，接風葉片數量實際上可多達80以上，可以全方位地基本布滿整個風輪的 前後內外表面，從而達到風動能接收轉換為風輪轉動能的最優效果。由於是安裝了葉片的 「拉線輪」，所以可稱之為「拉線風輪」。經本文作者對大型風電機粗糙調研和估算，拉線風輪 比較三葉片裝置，相同額定功率時，起動風速低，重量輕，直徑較小，風能利用係數大幅度增 加。開發推廣「拉線風輪」發電，取代三葉片風輪，將使可利用風能資源增加，成本大幅度降 低，全球風電產量可能很快超過水電產量。
圖1是拉線風輪的前面(迎風面)簡圖。該圖只畫了風輪周邊上的接風葉片5、輪 圈4、拉線3、輪轂2和傳動軸1 ；對其它多種零部件，例如安裝在拉線上的葉片等則省略不 畫，以避免圖面線條過密而讓人看不清。圖2是圖1的局部視圖。圖3是該拉線風輪側面剖視簡圖。圖4是圖3的S局部剖視圖。圖5是圖4的B-B剖面圖。圖6是二個相鄰葉片的橫斷面圖。圖7是該拉線風輪發電機的局部剖視圖。圖8是圖7的K局部剖視圖。圖9是圖3的W局部旋轉視圖。圖10是圖2的X局部剖視圖。圖11是小型拉線風輪輪圈斷面局部剖視圖。
具體實施方式
從圖1、圖2和圖3可見，這是可安裝在固定架上的一種風輪，包括有輪轂2、輪圈4、接風葉片5和使輪轂2和輪圈4固定為一體的拉線3。結構力學分析可知，對材料、外徑 尺寸、軸向尺寸、徑向承載力和軸向承載力均相同的各種不同結構輪子進行比較，拉線輪的 重量可以合理設計得最小。這就是自行車輪主要是拉線輪的原因。能夠證明，拉線風輪對 於風動能的單位重量承載力和接收轉換率均較近於可能理想值。從圖1、圖2和圖3可見，葉片5分別安裝在輪圈4和拉線3上。即是說，葉片5可 裝在輪圈4和拉線3上或兩者之一上。該風輪中，拉線3分布在風輪正面和背面各20條，安 裝在拉線3上的拉線葉片5共有40張；另有40張輪圈葉片5是朝外安裝在輪圈4上。另 外，對拉線風輪當然有防腐蝕處理。從圖2、圖6和圖8可見，拉線風輪的葉片5邊沿鉸接有可驅使葉片5轉動的拉索 8，該拉索8由安裝在輪轂2上的拉索控制器6控制。圖2所示輪圈4內的拉索8，是位於拉 線風輪前面。圖6所示的拉索8，是位手拉線風輪背面。拉索8在鉸接處由螺栓14夾緊。 拉索8及拉索控制器6的存在，使得在風速過大或需制動風輪時，葉片5接收的風能可達到 相應極小值，以確保相關安全。從圖2和圖6可見，拉線風輪的葉片5上連接有可使葉片5受到轉動扭力的彈簧 9。顯然，由於彈簧9的存在，風速大於設定值時，葉片5能克服彈簧9的約束而轉動，既可 降低最小起動風速，又可提高整個風輪的安全性。顯然，一個葉片至少要與一個彈簧9連 接，即彈簧9數至少為葉片數的一半。從圖6可見，葉片5轉軸(拉線3或葉片軸13)穿過葉片5的重心；葉片5前沿到 葉片5轉軸(拉線3或葉片軸13)之間的部分迎風面17面積，小於葉片5後沿到葉片5轉 軸(拉線3或葉片軸13)之間的部分迎風面17面積。這樣，在風壓下，葉片5對拉線3或 葉片軸13產生壓力的同時，還受到相應合理小(對彈簧9和拉索8的拉力強度要求小)的 扭矩。在風力、葉片5重力、彈簧9拉力、磨擦力和拉索8拉力的共同作用下，葉片5的迎風 角度可隨時合理變化。圖6具體表示了一種葉片5的結構迎風面17和葉背面15之間夾 有若干塊間隔分布的加強板16，以增加葉片5的強度重量比；葉背面15安裝葉片5轉軸處 有開口以及開口夾板18。裝配時，將拉線3從該開口置入後，放進墊塊並用開口夾板18封 口夾緊即可。該結構特別方便於大中型葉片的安裝。顯然，與傳統三葉片風輪一樣，拉線風輪葉片5的迎風面17是螺旋面。由圖2和圖10可見，葉片5端頭裝有可減少葉片5轉動磨擦阻力的滾動軸承12， 拉線3上套有支撐管23。這樣，減少了葉片5頻繁擺動產生的磨損。從圖2可見，拉線3上有拉線收緊器7，以用於拉線風輪(特別是大中型風輪)的 裝配。顯然，拉線3可以是拉繩或拉杆。在市場上常有拉繩收緊器或拉杆收緊器出售。從圖7和圖8可見，傳動軸1上和輪轂2孔壁上均有鋼球槽20，鋼球槽20內裝有 許多鋼球21。這樣，在發電機19高塔處，在傳動軸1裝卸拉線風輪時，風輪是通過鋼球21 在傳動軸1上滾動的。這對於大型風輪來說，大大降低了該裝卸的難度。鋼球槽20還可以 充當鍵槽，以安裝傳遞扭矩的圓鋼鍵條22。從圖1、圖2和圖9可見，輪圈4是至少二個環圈10和連接件11組成的環狀桁架。 一般來說，環圈10是用鋼管制造較好。對於大中型拉線風輪上與其軸線垂直的連接件11， 其最好具有葉片的作用而有合理的迎風面和迎風角，即其斷面形狀如圖5所示，以提高「風 能轉化率」。[0028] 另外，從圖11可見，連接套觀就是輪圈4中的連接件11，二個環圈10和連接套 28是通過特製螺栓沈與螺母27旋緊固定為一體的，葉片5通過套夾25與特製螺栓洲鉸 接並被螺母M限位。這是特別適合小型拉線風輪的結構。
權利要求1.一種風動能接收轉換裝置，它是可安裝在固定架上的風輪，其特徵在於包括有輪 轂O)、輪圈G)、接風葉片(5)和使輪轂(2)和輪圈(4)固定為一體的拉線(3)。
2.根據權利要求1所述的風動能接收轉換裝置，其特徵在於葉片(5)分別安裝在輪 圈⑷和拉線⑶上。
3.根據權利要求2所述的風動能接收轉換裝置，其特徵在於葉片( 邊沿鉸接有可 驅使葉片( 轉動的拉索(8)，該拉索(8)由安裝在輪轂( 上的拉索控制器(6)控制。
4.根據權利要求2所述的風動能接收轉換裝置，其特徵在於葉片( 上連接有可使 葉片(5)受到轉動扭力的彈簧(9)。
5.根據權利要求2所述的風動能接收轉換裝置，其特徵在於葉片(5)轉軸穿過葉片 (5)的重心；葉片(5)前沿到葉片(5)轉軸之間的部分迎風面(17)面積，小於葉片(5)後 沿到葉片(5)轉軸之間的部分迎風面(17)面積。
6.根據權利要求2所述的風動能接收轉換裝置，其特徵在於葉片( 的迎風面(17) 是螺旋面。
7.根據權利要求2所述的風動能接收轉換裝置，其特徵在於葉片( 端頭裝有滾動 軸承(12)，拉線3上套有支撐管(23)。
8.根據權利要求1所述的風動能接收轉換裝置，其特徵在於拉線(3)上有拉線收緊 器⑵。
9.根據權利要求1所述的風動能接收轉換裝置，其特徵在於傳動軸(1)上和輪轂(2) 孔壁上均有鋼球槽(20)，鋼球槽00)內裝有鋼球01)。
10.根據權利要求1所述的風動能接收轉換裝置，其特徵在於輪圈(4)是至少二個環 圈(10)和連接件(11)組成的環狀桁架。
專利摘要一種風動能接收轉換裝置，屬於新能源技術領域。它是一種可安裝在固定架上的風輪，包括有輪轂(2)、輪圈(4)、接風葉片(5)和使輪轂(2)和輪圈(4)固定為一體的拉線(3)。葉片(5)可以分別安裝在輪圈(4)和拉線(3)上。由於它是安裝了葉片的「拉線輪」，所以可稱之為「拉線風輪」。其對風動能的單位重量承載力和接收轉換率均較近於理想值。經對大型風電機粗糙調研和估算，拉線風輪比較傳統的三葉片風輪，相同額定功率時，起動風速低，重量輕，直徑可減小，成本大幅度降低，而風能利用係數大幅度增加。
文檔編號F03D1/06GK201884199SQ20102062972
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者陸中源 申請人:陸中源