CN100389260C - 自张合折叠叶垂直轴风车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自张合折叠叶垂直轴风车，它由风叶(1)，风叶连杆(2)，动叶构件(3)，动叶折叠装置(4)，中座(5)，风叶连杆连接器(6)，弹性膜(7)，限位器(8)，动叶连接机构(9)和中轴(10)组成，其特征是：中轴(10)上端设置有中座(5)，中座(5)上设置有2个动叶折叠装置(4)和限位器(8)，动叶折叠装置(4)由2个动叶构件(3)组成，动叶构件(3)由风叶(1)和风叶连杆(2)组成，动叶构件(3)通过轴承平行设置在中座(5)上且与中轴(10)垂直，风叶连杆(2)上设置有动叶连接机构(9)，风叶连杆(2)之间设置有风叶连杆连接器(6)，风叶(1)下端设置弹性膜(7)，风叶连杆(2)之间的导风槽面积等于风叶面积的1-10%。本发明制造简单，安装方便，维护容易，可以大幅度的降低成本，风能利用率高，可靠性高，适应性强。

Description

自张合折叠叶垂直轴风车

一、技术领域：

本发明属于风力发电机的主要装置，具体涉及一种自张合折叠叶垂直轴风车。

二、背景技术：

目前，已有的风力发电方式主要有水平轴风车发电与垂直轴风车发电两种。水平轴风车的风叶轴在水平方向，目前的绝大多数风车都属此类。垂直轴风车的风叶轴在竖直方向。在二十世纪二十年代即出现了几种垂直轴风车发电方式，但至今应用仍不很广泛。水平轴风车发电虽然具有技术成熟，转速较高，扭矩可调的优点，但是存在需要复杂的风向跟踪机构，需要很高的塔架等缺点。现有的垂直轴风车发电可直接利用任何方向的风力，结构简单、可靠适应性强、建造成本较低，但技术还不够成熟，大多数类型能量转化率较低。现有的垂直轴风车有几种类型：φ型、△型、S型等。最具代表性的φ型垂直轴风车发电是1925年法国人达里厄(G.J.M.Darrieus)发明的。我国80年代初曾与德国合作试制过20千瓦的Φ型风力发电机组，后因运行情况不佳而停止。S轮型风车发电是1924年芬兰人萨沃纽斯(Savonius)发明的，它是一种阻力型风车，尽管气动性能不如Φ型风车发电，但制造容易，起动快，低速风也能运行。最简单的是利用旧汽油桶对剖，安装在一根垂直轴上，外形呈S状，但逆风面阻力很大，效率不高。

三、发明内容：

本发明旨在解决风车结构过于复杂，需要较高的塔架，启动风速较高，效率较低等技术问题。

本发明采用的技术方案是：一种自张合折叠叶垂直轴风车，它由风叶1，风叶连杆2，动叶构件3，动叶折叠装置4，中座5，风叶连杆连接器6，弹性膜7，限位器8，动叶连接机构9和中轴10组成，中轴10上端设置中座5，中座5上设置有2个动叶折叠装置4和限位器8，动叶折叠装置4由2个动叶构件3组成，动叶构件3由风叶1和风叶连杆2组成，风叶连杆2的两端设置有风叶1，2个动叶构件3通过轴承上下平行设置在中座5上且与中轴10垂直，风叶连杆2上设置有动叶连接机构9，风叶连杆2之间设置有风叶连杆连接器6，风叶1下缘设置有弹性膜7，风叶连杆2之间的间隙为导风槽，其面积等于风叶面积的1-10％。风叶的形状与蝴蝶的翅膀形状相似，远轴一端面积大，近轴一端面积小。动叶折叠装置4以风叶连杆2所在直线为轴，两片风叶1各自所在半平面所成的二面角为90一150度。动叶连接机构9是啮合的两对齿轮或齿形带。中轴10上设置有交错相叠两组以上的动叶折叠装置4。自张合折叠叶垂直轴风车，由两根以上的中轴10组成。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、投入低

结构简单，制造方便，无复杂、昂贵的曲面风叶和风向跟踪机构。同时，动叶连杆的支持作用，以及风车的低转速大扭矩设计，使风叶对材料的要求下降。安装方便，本发明可使用较低的塔架来支撑。不论功率大小，从几瓦至几千瓦均可应用几米高的塔架。大功率的巨型风车，也可由通用设备完成施工作业，很大程度降低了工程难度和整体造价。维护容易，风车产生的力可直接传递至地面位置，发电机及其它相关机件可在塔架底部安置，可方便地进行维护作业。应用了自张合折叠叶垂直轴风车的风力发电机的总成本估计可以减少40％以上，因为塔架的高度减低可节省20％以上的成本；省去风向跟踪机构可减少10％的成本；地面安置发电机，易于安装、维修和保养，可进一步节约费用15％。

2、产出高

风能利用率高，单风车受风面积大，采用复风车与风车列阵结构后，可进一步提高其对风能的利用率。低转速、大扭矩的设计也进一步提高了转化效率。

3、可靠性高

其结构简单，可有效捕捉任何方向的风能，无需复杂、昂贵的风向跟踪机构，即可有效工作。

4、适应性强

由于塔架可以很低，因此应用自张合折叠叶垂直轴风车结构的发电机可建造在平原、丘陵、海岸、岛屿或竖直安装在峡谷等不同地形的多风地带。由于整体结构受风作用的倾覆力矩小，发电系统甚至可以安装在建筑物顶部。

四、附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中沿AA剖面线的剖视图；

图3是动叶折叠装置的结构示意图。

五、具体实施方式：

一种自张合折叠叶垂直轴风车，它由风叶1，风叶连杆2，动叶构件3，动叶折叠装置4，中座5，风叶连杆连接器6，弹性膜7，限位器8，动叶连接机构9和中轴10组成，中轴10上端设置中座5，中座5上设置有2个动叶折叠装置4和限位器8，动叶折叠装置4由2个动叶构件3组成，动叶构件3由风叶1和风叶连杆2组成，风叶连杆2的两端设置有风叶1，2个动叶构件3通过轴承上下平行设置在中座5上且与中轴10垂直，风叶连杆2上设置有动叶连接机构9，即啮合的两对齿轮，风叶连杆2之间设置有风叶连杆连接器6，使连杆保持固定距离。风叶1下缘设置弹性膜7，在微风条件下，成对的上下两风叶弹性膜靠弹力相闭合，以充分利用风力；在强风条件下，上下弹性膜在风压的作用下分离，以增强风机的稳定性。风叶连杆2之间的导风槽面积等于风叶面积的10％，其作用与降落伞上的导风孔相同，可使风机运行更加平稳。动叶折叠装置4以风叶连杆2所在直线为轴，两片风叶1各自所在半平面所成的二面角为120度。风叶的形状与蝴蝶的翅膀形状相似，远轴一端面积大，近轴一端面积小，以减小风机的启动风速，翼尖外缘为由圆弧、直线、折线组成的曲线，以减小由空气漩涡引起的翼尖阻力。风叶的近、远轴翼缘设置有用来减小切风音的尖角。

当自张合折叠叶垂直轴风车受到单向风力作用时，逆风一侧的上下2个风叶1折叠至最小受风面积，顺风一侧张开至最大受风面积，产生一个较大的合力矩，使风机运行。在受风进行动叶动作时，动叶构件3两侧的风叶产生的力矩方向相同，协同作用使风车动叶动作更加顺畅。两个动叶构件3之间的动叶连接机构9类似于圆规，使上下两叶都能同时相对于水平面张开相同的角度。这种结构的意义在于：a、使叶片折叠时处于与风向平行的水平方向；b、在叶片开合时，使两个动叶构件3的重力势能变化量相等，系统的重力势能改变量始终为零，即可在很小的风力下完成动叶动作(无论叶片自重大小)。

将一对动叶折叠装置4彼此垂直地装在同一个中座5上，便构成了一个单风车结构；将几个单风车结构交错相叠，以中座连接起来，便构成了复风车结构，可使单个风车产生的力矩增大，以增高单风车的功率，提高效率和投入产出比。同时，由于单风车交错相叠，可使整体处在不同旋转位置时受到的风力趋于平均，让风机工作更平稳，并可节省空间；将几个单风车或复风车平行排列于同一平面上，以链条或其他联动机构联动并共同作用于同一发电机，便构成了风车列阵结构，可使单机功率进一步增高，风机发电效率更高。

Claims (6)

1.一种自张合折叠叶垂直轴风车，它由风叶(1)，风叶连杆(2)，动叶构件(3)，动叶折叠装置(4)，中座(5)，风叶连杆连接器(6)，弹性膜(7)，限位器(8)，动叶连接机构(9)和中轴(10)组成，其特征是：中轴(10)上端设置有中座(5)，中座(5)上设置有2个动叶折叠装置(4)和限位器(8)，动叶折叠装置(4)由2个动叶构件(3)组成，动叶构件(3)由风叶(1)和风叶连杆(2)组成，风叶连杆(2)的两端设置有风叶(1)，2个动叶构件(3)通过轴承平行设置在中座(5)上且与中轴(10)垂直，风叶连杆(2)上设置有动叶连接机构(9)，风叶连杆(2)之间设置有风叶连杆连接器(6)，风叶(1)下缘设置有弹性膜(7)，风叶连杆(2)之间的导风槽面积等于风叶面积的1-10％。

2.根据权利要求1所述的一种自张合折叠叶垂直轴风车，其特征是：风叶的形状与蝴蝶的翅膀形状相似，一端面积大，另一端面积小。

3.根据权利要求1所述的一种自张合折叠叶垂直轴风车，其特征是：动叶折叠装置(4)以风叶连杆(2)所在直线为轴，两片风叶(1)各自所在半平面所成的二面角为90-150度。

4.根据权利要求1所述的一种自张合折叠叶垂直轴风车，其特征是：动叶连接机构(9)是啮合的两对齿轮或齿形带。

5.根据权利要求1所述的一种自张合折叠叶垂直轴风车，其特征是：中轴(10)上设置有交错相叠两组以上的动叶折叠装置(4)。

6.根据权利要求5所述的一种自张合折叠叶垂直轴风车，其特征是：由两根以上的中轴(10)组成。

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