一種新型帆式風力的製造方法
2023-06-21 13:57:36 3
一種新型帆式風力的製造方法
【專利摘要】本發明涉及動力裝置的【技術領域】，更具體地，涉及一種新型帆式風力機。一種新型帆式風力機，其中，包括機座、設於機座上的機架、設於機架上的發電機，發電機上設有電機軸，電機軸連接轉軸，所述的轉軸上設有連接盤，還包括橋臂，橋臂一端連接連接盤，另一端連接至少一塊葉片，橋臂與轉軸垂直。本發明巧妙地將風帆（翼型）連結在一根立軸上，用機械構件自動地代替運動員的操控，使風機在風力作用下快速旋轉，而且比人工操控更加靈活完善。它匯聚了如今各種垂直軸風力機和飛機翼的優點。本帆式風力機設計是低空製作（與同等功率比較它只是水平機的1/4-1/5高度），發電機設置在底層。
【專利說明】一種新型帆式風力機
【技術領域】
[0001]本發明涉及動力裝置的【技術領域】，更具體地，涉及一種新型帆式風力機。
【背景技術】
[0002]目前，在風能轉化技術方面，水平軸螺旋槳型裝置技術較成熟，應用也是最廣泛、最有效的機種，其他各類裝置都不是主力。然而，國內外出現的各類垂直軸風力發電機的風力機，都存在諸多的缺點與不足，如對風能的利用效力低、調速難控、防颱風性能差，造價又高等等，難以推廣應用。
【發明內容】
[0003]本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種新型帆式風力機，其具有自動調速、自動防颱風裝置；利用這項技術不但能製造出各種中小型功率(幾百W到幾百KW)的風力機，而且能製造出超大型功率(突破一萬KW以上)的風力發電機。本新型帆式風力機設計是低空運作，(與同等功率的風機比較它只是水平機的1/4-1/5高度)，它的結構簡單，合理、安裝維護方便、更安全可靠，材料易得、用料少、造價低廉，便於推廣應用。
[0004]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:一種新型帆式風力機，其中，包括機座、設於機座上的機架、設於機架上的發電機，發電機上設有電機軸，電機軸連接轉軸，所述的轉軸上設有連接盤，還包括橋臂，橋臂一端連接連接盤，另一端連接至少一塊葉片，橋臂與轉軸垂直。
[0005]本方案中，葉片由於受到風力的作用繞轉軸轉動，發電機上的電機軸受到轉軸的驅動作用而轉動，從而發電機將風能轉化為電能。橋臂具有至少一條，其把各塊葉片連接到連接盤，連接盤再連接到轉軸，是葉片的平衡和扭矩承載裝置。連接盤上至少連接一條橋臂，是葉片和轉軸的紐帶，是葉片重力的承載裝置。
[0006]進一步的，所述的葉片為曲面結構，是產生動力的主要裝置，對風作用力時能同時產生很強的阻力和升力，大大提高風能的效率。所述的葉片的壓力中心線與其幾何中心線不在同一直線上，這樣有助於最大程度的吸收風能。
[0007]進一步的，所述的葉片上設有至少一條用於固定葉片曲面的骨架葉筋。骨架葉筋可加強葉片強度，以及防颶風作用。
[0008]進一步的，所述的發電機的電機軸上連接有聯軸器，聯軸器連接轉軸。聯軸器具有把葉片的動力傳遞給發電機的作用力，把發電機的電機軸連結到風力機的轉軸和連接盤。
[0009]進一步的，所述的橋臂上設有防颶風機構，防颶風機構與葉片連接。防颶風機構具有至少一個連結到每片葉片，當大風速超過每秒20米時，它的機構會自動脫鉤，使葉片自動變形。
[0010]進一步的，所述的轉軸上設有彈簧，彈簧與防颶風機構連接。至少一個防颶風機構與彈簧相連接，風速達到一定值時它開始拉動減速，當大風速超過每秒20米時，防颶風機構在彈簧拉力作用下聯動脫鉤使葉片自動變形，防止了葉片受到大風襲擊破壞。[0011]進一步的，所述的橋臂與葉片之間還設有調速角度控制機構。調速角度控制機構把葉片活動旋轉固定控制在一定的範圍內。新型帆式風力機還包括調速角度拉簧，調速角度拉簧一端連接轉軸，另一端連接調速角度控制機構。至少一個調速角度拉簧，當風速在每秒I米時，風機就能啟動運轉，保證風機在低風速下啟動運行。葉片上連接有葉弦。
[0012]與現有技術相比，有益效果是:本發明巧妙地將風帆(翼型)連結在一根立軸上，用機械構件自動地代替運動員的操控，使風機在風力作用下快速旋轉，而且比人工操控更加靈活完善。它匯聚了如今各種垂直軸風力機和飛機翼的優點。本帆式風力機設計是低空製作(與同等功率比較它只是水平機的1/4-1/5高度)，發電機設置在底層。它的結構簡單，合理、效率高(比水平機和其它類型垂直機高15%以上)，安裝維護方便、更安全可靠。材料易得、用料甚少、造價低廉，便於應用推廣。
[0013]利用本發明不但能製造出各種中小型功率的風力機，而且能製造出各種大型的風力發電機。可說它是目前世界上僅能製造出超大功率(可達萬KW以上)風力發電機唯一的一種機型。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的整體結構示意圖。
[0015]圖2是本發明的葉片結構側視示意圖。
[0016]圖3是本發明的葉片結構俯視示意圖。
[0017]圖4是本發明的葉片製作結構示意圖。
[0018]圖5是本發明的葉片向外向內示意圖。
[0019]圖6是本發明的局部結構示意圖。
[0020]圖7是本發明的旋轉示意圖。
[0021]圖8是本發明的效率示意圖。
[0022]圖9是本發明的推力係數曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0023]附圖僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，並不代表實際產品的尺寸；對於本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。
[0024]如圖1所示，一種新型帆式風力機，其中，包括機座1、設於機座I上的機架2、設於機架2上的發電機3，發電機3上設有電機軸，電機軸連接轉軸15，轉軸15上設有連接盤5，還包括橋臂6,橋臂6 —端連接連接盤5,另一端連接至少一塊葉片10,橋臂6與轉軸15垂直。
[0025]本實施例中，葉片10由於受到風力的作用繞轉軸15轉動，發電機3上的電機軸受到轉軸15的驅動作用而轉動，從而發電機3將風能轉化為電能。橋臂6具有至少一條，其把各塊葉片10連接到連接盤5，連接盤5再連接到轉軸15，是葉片10的平衡和扭矩承載裝置。連接盤5上至少連接一條橋臂6，是葉片10和轉軸15的紐帶，是葉片10重力的承載裝置。
[0026]如圖2 - 4中，葉片10為曲面結構，是產生動力的主要裝置，對風作用力時能同時產生很強的阻力和升力，大大提高風能的效率。所述的葉片的壓力中心線17與其幾何中心線不在同一直線上，這樣有助於最大程度的吸收風能。圖2、3中，16為葉片10的壓力中心，如果葉片是不規則的葉片形狀，壓力中心線是一根曲線，不好掌握，本實施例中，葉片10為長方形對稱結構，壓力中心線17是一根直線，容易定位。
[0027]圖4中，葉片10的結構與製作材料有關，可用玻璃鋼埋鐵，同時需計算其重量分布，製作完成後可加配重，重量的垂直分布是上半部大於下半部，目的是安裝防颶風機構。
[0028]圖1、6中，葉片10上設有至少一條用於固定葉片曲面的骨架葉筋14。骨架葉筋14可加強葉片強度，以及防颶風作用。發電機3的電機軸上連接有聯軸器4，聯軸器4連接轉軸15。聯軸器4具有把葉片10的動力傳遞給發電機3的作用力，把發電機3的電機軸連結到風力機的轉軸15和連接盤5。橋臂6上設有防颶風機構7，防颶風機構7與葉片10連接。防颶風機構7具有至少一個連結到每片葉片10，當大風速超過每秒20米時，它的機構會自動脫鉤，使葉片自動變形。轉軸15上設有彈簧11，彈簧11與防颶風機構7連接。至少一個防颶風機構7與彈簧11相連接，風速達到一定值時它開始拉動減速，當大風速超過每秒20米時，防颶風機構7在彈簧11拉力作用下聯動脫鉤使葉片自動變形，防止了葉片10受到大風襲擊破壞。
[0029]圖6中，兩葉片風力機可採用一個彈簧雙葉片聯動的方式。
[0030]如圖5中，葉片10向外和向內用兩個彈簧，向外的彈簧彈力應大於向內的彈簧彈力。
[0031]圖1中，橋臂6與葉片10之間還設有調速角度控制機構12。調速角度控制機構12把葉片10活動旋轉固定控制在一定的範圍內。新型帆式風力機還包括調速角度拉簧13，調速角度拉簧13—端連接轉軸15，另一端連接調速角度控制機構12。至少一個調速角度拉簧13，當風速在每秒I米時，風機就能啟動運轉，保證風機在低風速下啟動運行。葉片10上連接有葉弦9。
[0032]本發明中，應用流體力學原理，根據風帆(弧形彎板翼型葉片)的氣動特性,巧妙地將風帆(翼型)連結在一根立軸上，讓風帆圍繞立軸行駛(旋轉)。就是用簡單的機械構件，來代替運動員的操控，而且要求比人工操控的更加靈活完善。從原理上說，這是我國古老立軸大風車的質的飛躍，它匯聚了如今各種垂直軸風力機的優點而製作。
[0033]如圖7中，葉片圍繞垂直軸(Z)旋轉，圖8中，螺旋槳型水平軸風力機的理論效率是59.3%，實際效率一般在30%左右。參照螺旋槳型裝置的計算方法，本發明的這個裝置，它的實際效率同翼弦在其旋轉直徑上的投影有關。經風洞測試，三葉片裝置的實際效率可以達到30%以上，四葉片裝置已經達到40%以上，同如今先進的螺旋槳型水平軸風力機不差上下。
[0034]以利用升力為主要動力來源的翼型理論，是現代風帆的理論基礎，也是研究的這種風帆式風能裝置的理論基礎。螺旋槳型水平軸風力機和現有的其它垂直軸風力機，是以其「作用圓盤」和圓柱體的「壓縮平面」為過流面積，來計算其風能轉換效率的。對於研究的這種風帆式裝置，應該用風帆的面積來計算其效率。因為該裝置中(抓住風帆)的「臂膀」是比較容易加長的。即用普通材料(鋼材、人造纖維、木材等)抓住風帆，就可以在較大空間吸取風能。下面是圖9 一個帆型葉片(圓弧形彎板翼型)在較大的旋轉直徑上，圍繞中心軸公轉一周時(360 °)，所受最大推力係數曲線。這就說明，風帆式垂直軸風力機，即使是一個葉片，也能有效地利用風能。
[0035]該裝置的結構形式，構成了一種新的螺旋。因為該螺旋在流體裡的表現，能夠為大力開發可再生能源提供技術裝備，研究人給這種新的螺旋形式，起了一個時尚的名字一螺旋槳II。螺旋槳II的意義如下:
一、用作垂直軸風力機時，裝置能自動迎向，自我啟動，自動調節葉片角度，並自動迴避強風；在設計範圍內，還能自動調速，自動適應負載。同現有的各類垂直軸風力機相比較，其優點是啟動風速低，無最大停機風速，可用風速寬，效率和自動化程度高,安全可靠。最近十幾年來，我國大型風電技術都是從國外引進的，成本較高，而且產能過剩。我們能夠打造出世界級物美價廉的風力發電機，創造出我們自己最好的民族品牌，造福人類社會。
[0036]二、可以用來製作明流、潛入式、垂直軸水輪機(已經通過試驗)。安裝這種水輪機，不用築壩，也不用搞廠房、過船、過魚、防沙等水工建築物；不受水深和流速的限制，也不影響生態，有流動的水就可以發電；單機功率可以從幾百瓦到數千瓦乃至數百千瓦，它的效率遠高於傳統明流水輪機；結構簡單，且無飛逸轉速之虞；工程的重點是設備製造，因而建造周期短、成本低、見效快。這對於開發我國豐富的低水頭水能、特別是開發我國18000公里海岸線上的潮汐能、海流能，將具有重要意義。在同時有水能又有風能的地方，應該首先開發水能，因為水的比重是空氣的800多倍。
[0037]三、螺旋槳II的結構方式和製造工藝比較簡單，取材也相對容易些。這就為低成本、大面積地開發風能和水能創造了條件。在一切有風能和水能的地方，都可以建充電站、併網機群，或提水站、農副廣品加工站、分解水制氧站、壓縮空氣站、海水淡化站等等。一旦推廣，普及起來會比較快一些，也符合我國的國情。
[0038]四、我國有遼闊的沙漠面積，用常規能源去大面積改造沙漠幾乎是不可能的。而有了結構簡單、成本低廉的風能裝置，利用風能去大面積改造沙漠將成為可能。
[0039]五、中國大風車已經消失半個多世紀了。隨著我們對風帆技術(圓弧形簿板翼型)的深入研究，在建立起一個新螺旋的理論體系的同時，新技術將能夠讓中國大風車以新的面貌在中國大地上重新旋轉起來。
[0040]相同或相似的標號對應相同或相似的部件；附圖中描述位置關係僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制。
[0041]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，對發明的技術方案可以做若干適合實際情況的改進。因此，本發明的保護範圍不限於此，本領域中的技術人員任何基於本發明技術方案上非實質性變更均包括在本發明保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種新型帆式風力機，其特徵在於，包括機座(I)、設於機座(I)上的機架(2)、設於機架(2 )上的發電機(3 )，發電機(3 )上設有電機軸，電機軸連接轉軸(15)，所述的轉軸(15 )上設有連接盤(5)，還包括橋臂(6)，橋臂(6) —端連接連接盤(5)，另一端連接至少一塊葉片(10)，橋臂(6)與轉軸(15)垂直。
2.根據權利要求1所述的一種新型帆式風力機，其特徵在於:所述的葉片(10)為曲面結構。
3.根據權利要求2所述的一種新型帆式風力機，其特徵在於:所述的葉片(10)的壓力中心線與其幾何中心線不在同一直線上。
4.根據權利要求3所述的一種新型帆式風力機，其特徵在於:所述的葉片(10)上設有至少一條用於固定葉片曲面的骨架葉筋(14)。
5.根據權利要求4所述的一種新型帆式風力機，其特徵在於:所述的發電機(3)的電機軸上連接有聯軸器(4)，聯軸器(4)連接轉軸(15)。
6.根據權利要求5所述的一種新型帆式風力機，其特徵在於:所述的橋臂(6)上設有防颶風機構(7 )，防颶風機構(7 )與葉片(10 )連接。
7.根據權利要求6所述的一種新型帆式風力機，其特徵在於:所述的轉軸(15)上設有彈簧(11)，彈簧(11)與防颶風機構(7)連接。
8.根據權利要求7所述的一種新型帆式風力機，其特徵在於:所述的橋臂(6)與葉片(10)之間還設有調速角度控制機構(12)。
9.根據權利要求8所述的一種新型帆式風力機，其特徵在於:新型帆式風力機還包括調速角度拉簧(13)，調速角度拉簧(13) 一端連接轉軸(15)，另一端連接調速角度控制機構(12)。
10.根據權利要求1至9任一所述的一種新型帆式風力機，其特徵在於:所述的橋臂(6)至少為一條，葉片(10)上連接有葉弦(9)。
【文檔編號】F03D3/06GK103967711SQ201410142267
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】李敏新, 餘東成, 餘江海 申請人:餘江海