CN101603501B - 转叶涡轮 - Google Patents

Abstract

一种转叶涡轮，涉及风能、水能转化装置领域；包含主轴C、稳固环O、轮臂B、轮臂轴承Q、转叶X、摇臂P、转叶销I、减震材料S、塔柱G、钢框架E、置后装置K；本发明利用上下转叶销按前短后长比例将转叶的摇臂连接在轮臂轴承上，转叶在涡轮旋转中自动转变角度，无风时转叶复位随涡轮转，捕风时转叶横开受风做功，各转叶有规律地进行线、面转换，能减少无功的转叶大半的阻力，转叶宽度是垂直轴风机叶片的2-5倍，大幅度提高了捕风面积和能力；本转叶涡轮可以立式、卧式、歪式或阵列组合安装；应用范围广阔：大到大功率发电机组，小到科学益智玩具；若配置半窝壳和导流板及内圆筒等附件后也能应用于水能转化装置。

Description

转叶涡轮

技术领域：风能、水能转化装置

背景技术：基于各式风力、水力涡轮的叶片总是固定的特性，其虽有流线形的后背和倾斜式的装配，但在旋转时仍要耗用一些功率抵消阻力，同时也制约了叶片宽度的扩大，增加了提高涡轮效率的难度。

发明内容：本转叶涡轮是通过增加弧形叶片的宽度、规律地自动转变叶片角度来实现大幅度降低阻力，扩大受风面积，提高涡轮效率的。转叶涡轮的具体结构是：主轴上下端各有三个(拟三个叙述，实际使用可以增加)对应、等角的轮臂，每个轮臂的末端安装轴承，轮臂的左侧端角起复原定位转叶的后转叶作用，右侧端角做成弧形，左侧端角的端面至右侧端角的端面及往主轴方向延伸处，是转叶横开时前转叶的定位点，轮臂与转叶的俩接触的地方敷有缓冲减震材料；与轮臂末端轴承连接的转叶似长方形，宽呈弧状；转叶的上下端装有与叶片垂直的摇臂，上下摇臂按实际需要选1∶2-4∶5之间的弧宽比例，镗对应的销孔，依照转叶的前进顺序，将小段转叶(以下称前转叶)行于前，大段转叶(以下称后转叶)随在后，配置转叶销连接轮臂轴承和转叶；转叶的面积前小后大，涡轮转动时后转叶受外阻力的制约大，因而向里靠，造成后转叶的内侧贴在轮臂的左侧端角的缓冲减震材料上，整个转叶侧身随涡轮旋转；转叶销中心连接后转叶边缘与转叶销中心连接涡轮主轴中心的夹角在复位时为92-98度，捕风时为163-178度。俯视静止的转叶涡轮，它的三个转叶的外围近似同心大圆弧，当捕捉的风力推动转叶转变角度横开来后，涡轮在风力的推动下旋转起来，转叶涡轮转到一定角度后，失去了风力，该转叶只得返回原始位置，顺着转叶涡轮的外弧轨迹旋转。风力紧接着让下一转叶重复上述动作，按序推转第二转叶、第三转叶连续做功，转叶涡轮也就运转起来了。

本转叶涡轮的有益效果是转叶规律地按需要进行线、面转换，减少了叶片行进中的大半阻力，与普通垂直轴风电机叶片宽度对比，转叶宽度是它的2-5倍，大幅度提高了捕风面积；本转叶涡轮可以立式垂直安装，也可以卧式水平安装或歪式安装及阵列组合安装；歪式安装转叶涡轮的主轴中心线与垂直塔柱中心线的夹角须大于8度，卧式或歪式安装基于转叶的重力因素，转叶横开的速度加快还会产生冲击力，更利于转叶涡轮旋转；本转叶涡轮不但能在风电上使用，加装附件后还能应用于湍急的河流，电站尾口水柱，潮汐与海沟等。

制图说明：

下面结合附图和实施例对本转叶涡轮进一步说明。

图1是本转叶涡轮的正面图。

图中X、Y、Z各是三张转叶，C主轴，O稳固环，B轮臂，I转叶销，P摇臂，L前转叶，H后转叶。

图1中，转叶X正在捕捉风力做功，转叶Y正处于原始复位位置，转叶Z正以转叶销I为中心转变角度开始横开。

图2是本转叶涡轮的俯视原理图。

图中X、Y、Z各是转叶，C主轴，O稳固环，B轮臂，I转叶销，P摇臂，L前转叶，H后转叶。

图2中，稳固环O稳固了三个轮臂B，转叶X在捕风做功，转叶Y处于复位状态，转叶Z正在横开。

图3是本转叶涡轮的轮臂与转叶的连接图。

图中B轮臂，Q轮臂轴承，I转叶销，M转叶销罗帽，S减震材料，P摇臂，X转叶，L前转叶，H后转叶。

图3中，转叶销罗帽M锁紧转叶销I，紧固轮臂B轴承Q同摇臂P的连接，保证转叶X按规律自动转变角度，轮臂B侧面与前转叶L及后转叶H的接触处敷有缓冲减震材料S，减缓转叶X在退返原始位置及横开到最大开度时与轮臂B的撞击，消振减噪。

图4是本转叶涡轮的对称阵列组合正面图。

图中G塔柱，F转叶涡轮，C主轴，E钢框架，K置后装置。

图4中，塔柱G的轴承支撑着上下置后装置K，上下置后装置K连接钢框架E，钢框架E承载两个对称的歪式转叶涡轮F；塔柱G与对称涡轮F构成扇形或钝三角形状，左边转叶涡轮F向左旋转，右转叶涡轮F向右旋转；为了提高捕风面积，在塔柱G的承载安全许可下，可以再挂几组歪式或卧式的对称涡轮，阵列组合风电机。

实施方式：

1.本转叶涡轮根据实用需求，能够立式垂直安装、卧式水平安装、歪式安装在多风的房顶、通信铁塔上端，俩相邻的高楼之间可以安装多层的卧式转叶涡轮。

2.海面滩涂及山坡、旷野的风带采用塔柱阵列八字或Y字组合安装转叶涡轮，转叶制成梯形或倒梯形样式，既增加捕风面积，又防止风力无功通过；基于扇形高度集中风力，两转叶涡轮之间的后面，可以重置一对小些的同式样转叶涡轮；增大风力利用率。

3.本转叶涡轮制造工艺简单，转叶的叶片取材容易，可以使用钢骨架与玻璃钢、塑料或碳纤维材料等混合材料，采用变频电机组合装配成风电机组；或者通过涡轮主轴配置增速器连接相应电机，也能使用经过改造的旧电机，来降低风机成本，增大利用现有材料资源的机会。

4.本转叶涡轮可以直接与电机连接，也可以通过长转动轴，经伞形齿轮组合连接电机；本转叶涡轮应配置碟形制动装置，便于检修和处理意外情况。

5.本转叶涡轮卧式、歪式安装或对称阵列组合安装，须加装涡轮置后装置，以保持理想的捕风方向；采用塔柱承载的，塔柱与置后装置之间用上小下大口径的锥形轴承连接，最下面的置后装置可以用四方拉线固定，增强稳定性和抗风能力，不采用塔柱安装的，也可以利用地物拉横杆悬挂处理。

6.在本转叶涡轮的旋转区外加装连接主轴上下端轴承的钢框架，稳固转叶涡轮；并在与叶片的长边平行的框架钢条上安装弧形导流板，以右旋的转叶涡轮为例，左侧导流板的右边缘与框架钢条的右边缘对齐，右侧导流板比左侧导流板要宽，其左边缘可以加宽至两框架钢条之间的1/4左右，可以进一步增大捕风能力。

7.在配备弧形导流板的转叶涡轮增装弧形半窝壳，与主轴同心的弧形窝壳各与导流板连接，它的双面缺口一用来进水，二供其泄水，并在主轴外圆至轮臂轴承间约1/2-1/5处安装与其同心、平行的圆柱筒，圆柱筒与横开的前转叶边缘留有间隙，配置增速齿轮组合，利用本技术可以做成水力转化装置，应用于湍急的河流，电站尾口水柱，潮汐与海沟等。

8.本转叶涡轮使用范围相当广阔，大到大功率的机组，中至大楼以及家庭发电或加工利用，最小的也可用于科学益智玩具等。

Claims (2)

1.一种涉及风能、水能转化的转叶涡轮，包括主轴、稳固环、轮臂、轮臂轴承、转叶销、减震材料、摇臂、三个以上的转叶，其特征在于，所述转叶包括短的前转叶和长的后转叶，主轴上下端各有与转叶数量相等的、且等角布置的轮臂，所述轮臂的末端安装轮臂轴承，所述转叶的后转叶由轮臂的左侧端角复原定位，轮臂的右侧端角做成孤形，所述右侧端角的端面及往主轴方向延伸处，是转叶横开时前转叶的定位点，轮臂与转叶的接触处敷有减震材料；转叶的上下端装有与叶片垂直的摇臂；上下摇臂镗对应的销孔，依照转叶的前进顺序，使所述前转叶行于前，后转叶随在后，所述转叶销连接所述轮臂轴承和所述转叶，转叶在涡轮旋转中规律地自动转变角度横开做功，复位时侧身随涡轮旋转。

2.一种包括权利要求1所述的转叶涡轮的风电机，其特征在于，还包括塔柱、钢框架、置后装置，所述置后装置包括上置后装置和下置后装置，所述塔柱的轴承支撑上、下置后装置，上、下置后装置连接钢框架，钢框架承载两个对称的转叶涡轮，左边转叶涡轮向左旋转，右转叶涡轮向右旋转。

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