CN101713374A - 捕捉风力的叶片系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种捕捉风力的叶片系统，包括叶片和叶架；叶片枢接在叶架上且叶片可与叶架发生相对转动；叶片表面沿枢接轴线被区分为大叶区和小叶区，大叶区的面积大于小叶区的面积；叶架上设有可限制叶片旋转极限位置的限位装置。采用本发明叶片系统的涡轮系统，风能利用率高、可以自启动、可靠性好、占地面积小、成本低、适用范围广。

Description

捕捉风力的叶片系统

【技术领域】

本发明涉及风能利用技术，尤其是一种风能利用率高、有利于设备自启动的叶片系统。

【背景技术】

作为获取清洁能源的一种有效方式，风能利用具有很大的发展空间。目前，风能利用的主要形式为将风能直接转化为机械能，或借助风力发电机将大自然的风能转化为电能，在某些地区风力发电甚至已成为主要的电力来源。

风力涡轮机是目前商业化的风力发电机的主要形式，大部分为水平轴式的风力涡轮机。水平轴涡轮机(Horizontal-axis turbine)在运行过程中，风叶旋转轴线为水平方向，风叶旋转面的法向和风力平行。

水平轴涡轮机存在的主要问题是：(1)在风向经常变化的情况下，水平轴涡轮机无法正常工作；(2)水平轴涡轮机需要风力纠偏系统(yawmechanism)以使得风叶旋转面能够正向面对(或者反向面对)风向，以捕获最大的风能。设计纠偏系统时，必须考虑到驱动巨大叶片系统的旋转所需的动力、机械、检测和控制系统，还必须考虑如何防止电缆的纠缠。这些使得水平轴涡轮机的系统结构非常复杂，而且生产和安装成本高、维修困难。另外，因为纠偏运行需要相当的能量，涡轮机整体的机电能量转换效率也就降低了；(3)对于大型风力发电机而言，水平轴涡轮机单扇风叶必须很长。为了适应很长的风叶，涡轮机塔身也必须很长，这造成涡轮机的运输很困难，运输费在系统费用中占很高的比例；(4)因为塔身很高、风叶很长，水平轴涡轮机的发电机、齿轮以及纠偏系统必须安装在塔顶，因此涡轮机的安装非常困难，需要许多大型安装设备，安装成本很高；(5)水平轴涡轮机的全部叶片只靠风叶的主轴支撑，而风叶很长，使得运行时叶片会在风力的作用下产生多维的强力震动。这些震动会传递到与发电机串接的齿轮箱的轴上，使得齿轮箱很容易损坏。齿轮箱的受损是水平轴涡轮机的主要故障之一。

为此，人们开发出了垂直轴涡轮机，这种垂直轴涡轮机的结构如图1和图2所示，6片风叶21固定在主轴33上，主轴33与发电机的转子转轴连接。工作时，风力(图1和图2中箭头方向为风力方向)作用于风叶21上使风叶21带动主轴33转动，主轴33同时驱动发电机的转子转轴转动，发电机发电，该过程就是作用于风叶21上的风能被转化为电能的过程。工作过程中，请参见图2，在风力作用下部分叶片(图2中a和b)产生使发电机转子顺时针转动的驱动转矩、另外还有部分叶片(图2中c和d)产生使发电机转子逆时针转动的驱动转矩，这两个相反的驱动力矩将大部分抵消，使涡轮机总体的风力利用效率大大降低；同时，这两个相反的驱动力矩之间的大小差别不大，启动时如果仅靠风力难以使叶片及发电机转子的旋转速度达到发电所需的速度，因此这种垂直轴涡轮机通常还需用其它手段来启动。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种风能利用率高、有利于设备自启动的叶片系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种捕捉风力的叶片系统，包括叶片和叶架；叶片枢接在叶架上且叶片可与叶架发生相对转动；叶片表面沿枢接轴线被区分为大叶区和小叶区，大叶区的面积大于小叶区的面积；叶架上设有可限制叶片旋转极限位置的限位装置。这里所说的枢接轴线即叶片与叶架发生相对转动的转轴。

应用时，本发明叶片系统以一定的方向安装在捕捉风力的设备(例如涡轮机)上使叶架与设备的转轴形成传动配合，叶架可在风力驱动下绕一特定的转轴(可称为叶架转轴，亦即本发明叶片系统安装所在的捕捉风力的设备的主轴)转动。工作过程中，风力作用于叶片表面使得叶片产生绕枢接轴线旋转的力矩，风力在叶片表面的大叶区和小叶区分别产生方向相反的使叶片产生绕枢接轴线旋转的大叶区旋转力矩、小叶区旋转力矩，叶片绕枢接轴线的旋转是大叶区旋转力矩、小叶区旋转力矩和叶片自重产生的旋转力矩三者综合作用的结果。当叶片在风力的作用下与叶架上的限位装置抵靠在一起且叶片与风向垂直时，此时风力推动该叶架转动的力矩最大，风力对该叶架所做的功为推动叶架及设备的转轴绕一定工作方向转动的正功，叶架发生转动；当叶架继续同向转动180°后，叶片已经被吹离叶架上的限位装置，此时风力大部分“吹空”，风力作用在被“吹空”的叶片上产生的阻止叶架同向转动的力矩最小，叶架得以继续同向转动且风能利用效率高。无论风向如何变化，这样的叶片系统只会沿一个方向转动。对于单叶架的叶片系统，以及包括两个或两个以上叶架的叶片系统，都能取得这样的运行效果。基于相同的原理，推动叶架及设备的转轴同向转动的力矩与阻止叶架同向转动的力矩之间的的大小差别较大，设备启动时在风力作用下很容易使叶片系统启动并很快使其旋转速度达到要求的运行速度，无需采取其它手段来帮助启动。本发明叶片系统中，同一个叶架上，每片叶片和相应限位装置二者沿着风力方向的前后关系(即沿着风力方向叶片和相应限位装置二者哪个在前、哪个在后)是一样的，通过同时改变所有叶片和相应限位装置二者沿着迎风风向的前后关系可以调整叶片系统的转动方向。

本发明叶片系统可作为垂直轴涡轮机的叶片系统，也可以作为直接将风能转化为机械能等其它能量形式的设备的叶片系统。

在此基础上，进一步地：

叶片枢接在叶架上这样实现：叶片通过沿水平方向或竖直方向设置的枢轴枢接在叶架上；枢接轴线为枢轴的轴心线。可以所有叶片全部通过沿水平方向设置的枢轴枢接在叶架上，也可以所有叶片全部通过沿竖直方向设置的枢轴枢接在叶架上，还可以部分叶片通过沿水平方向设置的枢轴枢接在叶架上、部分叶片通过沿竖直方向设置的枢轴枢接在叶架上。叶片通过沿斜向(即非水平、也非竖直)设置的枢轴斜向枢接在叶架上也可以，但这将给制作过程和系统平衡设计造成不便。

作为本发明的改进，可以设置两个或两个以上叶架，每个叶架上设有至少一片叶片。与单个叶片的叶片系统相比，在单个叶架上叶片总面积相等的条件下，有多个叶片的叶片系统可以降低对单个叶片抗破坏能力的要求，提供系统高度增加以实现大功率运行的可能性。设置多个叶架的目的是可以使叶片系统同时通过多个叶架上的叶片捕捉风能，以提高风力利用效率，并使得驱动转矩的波动减少。

作为本发明进一步的改进，每个叶架上包括两片或两片以上叶片；同一个叶架上的叶片沿水平方向排布或沿竖直方向排布。同一个叶架上的叶片可以全部沿水平方向排布，也可以全部沿竖直方向排布，还可以部分沿水平方向排布、部分沿竖直方向排布。

作为本发明更进一步的改进，叶片的小叶区设有配重。这样可使叶片的整体重心接近枢接轴线即叶片与叶架发生相对转动的转轴，以减少叶片重力对风力的抵消，进一步提高风能利用效率。

为了改善整个叶片系统的整体性，使整个叶片系统较为稳固，可以将各叶架连接为一个整体；用于将各叶架连接为一个整体的部件包括叶架底环。

在风力作用下，当叶片沿接近叶架的方向被吹向叶架时，叶片速度较快时有可能与叶架发生碰撞，这将造成使叶片或叶架乃至整个叶片系统的安全可靠性降低的可能性。因此，在与限位装置相应的位置处，叶片或叶架上设置缓冲件，当叶片与叶架发生碰撞时，缓冲件可以吸收碰撞能量，起到保护叶片、叶架和整个叶片系统的作用。缓冲件可为弹簧、弹片，也可以是气动缓冲件或液压缓冲件。

本发明叶片系统在应用时是安装在捕捉风力的设备的支撑部件(例如垂直轴涡轮机的支撑塔)上的，工作时叶片系统绕旋转轴线在风力作用下旋转，而叶片系统在旋转轴向方向具有一定的长度，因此为了保持叶片系统在旋转过程中的稳定性，可在叶架底环上设有保护头。当叶片系统在高速旋转过程中有可能在旋转轴向方向发生偏斜，此时保护头抵顶在支撑部件(例如垂直轴涡轮机的支撑塔)上，防止叶片系统因严重偏斜而失效甚至破坏。

与保护头类似，还可在叶架底环上设置保护轮。当叶片系统在高速旋转过程中在旋转轴向方向发生偏斜时，此时保护轮抵顶在支撑部件(例如垂直轴涡轮机的支撑塔)上，保护轮本身是可以转动的，减小了保护轮与支撑部件之间的摩擦阻力，使得叶片系统在保护轮与支撑部件相抵顶的情况下也能顺畅转动，降低了因设计保护轮而造成风能利用效率减低的可能性；同时，这样的设计也降低了支撑部件本身磨损的可能性，对支撑部件也有保护作用。

作为优选，各叶架对称分布；各叶架上的叶片数目和面积相等。

实施本发明时，本发明叶片系统即可以以旋转轴竖直的方向安装在捕捉风力以及水力的设备上。

本发明的有益效果是：

(1)风能利用率高

捕捉风力的设备采用本发明叶片系统时，风力对叶片所做的功绝大部分都是推动叶片绕一定工作方向转动的正功，叶片捕捉风能的效率高，与现有技术相比本发明叶片系统具有较高的风能利用率；

(2)可以自启动

在风力存在的情况下，任何方向的风力均可以对本发明叶片系统产生驱动转矩，使叶片系统绕一定工作方向运行起来，设备启动时在风力作用下很容易使叶片系统启动旋转并达到要求的运行速度；

(3)可靠性好

a.本发明叶片系统中的叶架除了可以对叶片起到支撑的作用外，也可以起到保护叶片的作用；采用多个叶片的结构时，单个叶片的尺寸可以做得较小，降低了单个叶片在风力较大时因受力超过其本身的抗折强度而受损的可能性；

b.捕捉风力的设备采用本发明叶片系统时，由于具有较高的风能利用率，作用在风叶上的风能大部分被转化为所需要的其它的能量形式，设备本身所需要抵御的风力大为减少，这对于提高塔身的寿命和可靠性是非常有利的，同时也降低了对设备的安装支撑部分的强度要求，有助于降低成本；

c.可以通过增加叶片系统轴向尺寸来减少叶片系统的半径。这样，在输出功率相等的情况下，这样的叶片系统与半径较大的叶片系统相比，风叶的最大运行线速度比较小，叶片所受到的径向离心力大大降低，系统的可靠性将得到进一步加强；

d.通过设置过速保护装置，叶片系统可以承受较高的风速；

e.在传统的垂直轴涡轮机中，主轴同时用来传递旋转动能和支撑风叶系统。这样的支撑在风叶系统的轴向尺寸较大时，涡轮机的径向强度是很弱的。涡轮机采用采用本发明叶片系统时，风叶系统的支撑是由涡轮机的塔身来实现的，而主轴只是用来传递旋转动能。静止的塔身可以被设计成在径向有很高的强度。因而，采用采用本发明叶片系统的涡轮机的强度远优于传统的垂直轴涡轮机；

f.垂直轴涡轮机采用本发明叶片系统时，其重心明显在塔顶以下，这对于涡轮机的稳定性以及可靠性是很有积极意义的；

(4)占地面积小

捕捉风力的设备采用采用本发明叶片系统，在输出功率相等的情况下，可以通过增加叶片系统轴向尺寸来减少叶片系统的半径，使设备整体的占地面积减小，可减少多个设备(例如涡轮机阵列)的占地总面积，同时也改善了捕捉风力的设备对于安装位置面积有限的使用场合(例如楼顶)的适应性；

(5)成本低

与现有技术相比，本发明由于以下因素而降低了系统的投资和运行成本：

a.由于单个叶片的尺寸大大降低，叶片的生产和运输成本都大大降低；

b.可现场分级安装，安装、运输成本可以明显降低；

c.叶片系统的可靠性好，设备维修成本可降低；

d.占地面积小，一次性投资成本可以降低；

(6)适用范围广

由于本发明可以在任何风向下自启动和运行，而且可以使用在风向快速变化的场合，系统的占地面积小、安装很简单，因而可以用于移动式工作站，以及一些高层建筑的楼顶。而这些场合是许多其它类型的涡轮机无法使用的。过速保护轮可以使得叶片系统承受较大风速，因而本发明可以引用于具有较大风速的场合。

【附图说明】

下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明作进一步的详细说明：

图1是现有技术中一种竖直轴涡轮机的立体示意图；

图2是图1的俯视示意图；

图3是本发明叶片系统的一种具体实施方式的立体示意图，视角是纸面外的下方指向纸面内的上方；

图4是图3所示叶片系统的另一视角的立体示意图，视角是纸面外的上方指向纸面内的下方；

图5是图3所示叶片系统安装在垂直轴涡轮机上的立体示意图；

图6是图5所示安装在垂直轴涡轮机上的叶片系统拆除靠近观察者的一个叶架后的立体示意图；

图7是图3所示叶片系统的一个叶架的立体示意图，图中叶片21朝向纸面的表面为迎风面；

图8是图7所示叶架的背风面，即该叶架在图7中背向纸面的一面；

图9是图7所示叶架上叶片21被风吹离叶架时的立体示意图；

图10是图8所示叶架上叶片21被风吹离叶架时的立体示意图；

图11是图5所示安装在垂直轴涡轮机上的叶片系统的各不同位置的叶架的分解状态示意图；

图12是本发明叶片系统的第二种具体实施方式的立体示意图；

图13是图12所示安装在垂直轴涡轮机上的叶片系统的各不同位置的叶架的分解状态示意图；

图14是图12所示叶片系统的叶片21处于图13之a、b、c的位置状态示意图；

图15是图12所示叶片系统的叶片21处于图13之d、e、f的位置状态示意图；

图16是本发明叶片系统的第三种具体实施方式的局部立体示意图；

图17是本发明叶片系统的第四种具体实施方式的局部立体示意图；

图18是支撑塔2上设置轮轨14后的局部立体示意图。

【具体实施方式】

各附图中的箭头方向为风力方向。

实施例一

图3-图11示出了本发明的一种具体实施方式。

如图3所示，该叶片系统包括6个叶架，每个叶架上装设有3片叶片21。

如图7、图8、图9和图10所示，叶架是一个由叶架顶部支撑杆232、叶架底部支撑杆233、叶架内侧杆234和叶架外侧杆235组成的矩形框架，在叶架上均匀设置有三根叶片轴22，叶架内侧杆234和叶架外侧杆235上分别对应设置有三个叶片轴承支撑头222，每个叶片轴承支撑头222中安装有叶片轴承，每根叶片轴22的两端分别枢接在叶架内侧杆234和叶架外侧杆235上对应的两个叶片轴承支撑头222中的叶片轴承中，使得每根叶片轴22与叶架顶部支撑杆232、叶架底部支撑杆233平行，每根叶片轴22上固定安装有一片叶片21，这样叶片21可绕相应的叶片轴22转动，实现了叶片21枢接在叶架上且叶片21可与叶架发生相对转动；沿叶片轴22的轴心线，叶片21的表面被区分为大叶区212和小叶区211，参见图8，每片叶片21的下半部分为大叶区212、上半部分为小叶区211，大叶区212的面积大于小叶区211的面积；每个叶架上还均匀设置有两根叶架隔条236(上方叶架隔条236和下方叶架隔条236)，两根叶架隔条236将叶架区分成三个面积相等的叶架分区，该三个叶架分区分别与三片叶片21一一对应。叶片21转动时叶架顶部支撑杆232、叶架底部支撑杆233或叶架隔条236起到限位装置的作用，可以限制叶片21旋转的极限位置。参见图9，叶架底部支撑杆233和叶架隔条236上分别设置有橡胶材质的叶片止位器224(缓冲件)，当叶片21与叶架发生碰撞时，叶片止位器224可以吸收碰撞能量，起到保护叶片21、叶架和整个叶片系统的作用。参见图7和图8，在最上方的叶架分区，沿垂直于叶片轴22的方向，每片叶片21的大叶区212的末端与该分区内叶片轴22的轴心线之间的距离大于该分区内叶片轴22的轴心线与叶架顶部支撑杆232之间的距离、大于该分区内叶片轴22的轴心线与上方叶架隔条236之间的距离；在中间的叶架分区，沿垂直于叶片轴22的方向，每片叶片21的大叶区212的末端与该分区内叶片轴22的轴心线之间的距离大于该分区内叶片轴22的轴心线与上方叶架隔条236之间的距离、大于该分区内叶片轴22的轴心线与下方叶架隔条236之间的距离；在下方的叶架分区，沿垂直于叶片轴22的方向，每片叶片21的大叶区212的末端与该分区内叶片轴22的轴心线之间的距离大于该分区内叶片轴22的轴心线与下方叶架隔条236之间的距离、大于该分区内叶片轴22的轴心线与叶架底部支撑杆233之间的距离；这样，每片叶片的旋转角度被限定在接近180°的范围。如图3和图4所示，在每片叶片21的小叶区211上设有配重223，这样可使叶片21的整体重心接近叶片轴22的轴心线，以减少叶片21的重力对风力的抵消，进一步提高风能利用效率。

如图3所示，每个叶架下端的内侧都对称地固定连接在圆形的叶架底环10上，叶架底环10上对称地设有6个保护轮11；如图4所示，每个叶架上端的内侧都对称地固定连接在圆形的叶架基盘231上；叶架底环10和叶架基盘231同心，叶架底环10和叶架基盘231的中心线即为该叶片系统的中心线；相邻两个叶架的叶架外侧杆235的上下两端通过上连杆237和下连杆238连接起来。这样，该叶片系统形成一个由6个叶架组成的整体。

图5和图6示出了该叶片系统安装在垂直轴涡轮机上的情形。如图5和图6所示，发电机1安装在支撑塔2的塔身中，叶架基盘231通过叶片轴承(附图中未示出)安装在支撑塔2的顶端；涡轮机的主轴33的上端固定在叶架基盘231的中心、下端与发电机1的转轴连接，该叶片系统的中心线、叶片轴承的中心线、主轴33的轴心线、发电机1的转轴的轴心线四者重合，叶架基盘231(及整个叶片系统)可通过叶片轴承与支撑塔2发生相对转动，叶片系统转动时可通过主轴33带动发电机1的转轴转动。各保护轮11与支撑塔2的塔身之间保留一定的间隙，当叶片系统在高速旋转过程中发生偏斜时，相应的保护轮11抵顶在支撑塔2的塔身上以防止叶片系统发生进一步的偏斜；保护轮11本身是可以转动的，减小了保护轮11与支撑塔2的塔身之间的摩擦阻力，使得叶片系统在保护轮11与支撑塔2相抵顶的情况下也能顺畅转动，降低了因设计保护轮11而造成风能利用效率减低的可能性；同时，这样的设计也降低了支撑塔2的塔身磨损的可能性，对支撑塔2也有保护作用。

结合图7、图8，这里描述处于图11之b位置状态的叶架上的叶片21的受力情形。工作过程中，自纸面左侧吹向右侧的风力作用于叶片21的表面使得叶片21产生绕叶片系统的中心线旋转的力矩，风力在叶片21表面的大叶区212和小叶区211分别产生方向相反的使叶片21转动的大叶区旋转力矩、小叶区旋转力矩，叶片21的旋转运动是大叶区旋转力矩、小叶区旋转力矩、叶片21自重(含配重223)产生的旋转力矩三者综合作用的结果。在图11之a、b、c的位置状态下，此时叶片21和叶架的位置关系如图7和图8所示，风叶21与风向的关系见图11之a、b、c，风叶21的迎风面朝向纸面左侧、背风面朝向纸面右侧，大叶区旋转力矩起到绝对的主导作用，使得叶片21在风力的作用下与叶架上的限位装置(叶架底部支撑杆233或叶架隔条236)上的叶片止位器224抵靠在一起，风力对该叶片21所做的功为推动叶架绕一定工作方向(图11中的顺时针方向)转动的正功，叶架发生转动；在图11之b中，叶片21与风向垂直(叶片21的法向与风向平行)，此时风力推动该叶架转动的力矩最大。叶架在风力作用下自图11之b的位置状态沿图11中的顺时针方向转动90°后，叶片21被逐渐吹离叶架平面且叶片21与叶架平面之间的夹角逐渐增大。当叶架自图11之b的位置状态沿图11中的顺时针方向转动至图11之d、e、f的位置状态下，叶片21被吹离叶架，风力大部分“吹空”；当叶架自图11之b的位置状态沿图11中的顺时针方向转动180°时，如图11之e所示，叶片21已经被吹离叶架平面至叶片21与叶架平面之间的夹角最大的位置，此时风力在该叶架上产生的阻止叶架同向转动的力矩最小。叶架处于图11之a、b、c所示的各位置状态下，风力对图11之a、b、c的叶片21所做的功为推动叶架沿图11中的顺时针方向转动的正功；叶片21处于图11之d、e、f的各位置状态下，风力对图11之d、e、f的叶片21所做的功为阻止叶架绕图11中的顺时针方向转动的负功；风力作正功时叶片21是与叶架抵靠在一起的，风力作负功时叶片21被吹离叶架、部分风力吹空，综合的效果是正功大于负功，风力使叶架持续沿图11中的顺时针方向转动且风能利用效率高。

当风向相反(自纸面右侧吹向左侧)时，叶架在图11之e的位置状态下，风叶21的迎风面朝向纸面右侧、背风面朝向纸面左侧，大叶区旋转力矩起到绝对的主导作用，使得叶片21在风力的作用下与叶架上的限位装置(叶架底部支撑杆233或叶架隔条236)上的叶片止位器224抵靠在一起且叶片21与风向垂直，此时风力推动该叶架转动的力矩最大，风力对图11之e的叶片21所做的功为推动叶架沿图11中的顺时针方向转动的正功，叶架发生转动；叶架转动至图11之b的位置状态下，叶片21已经被吹离叶架平面至叶片21与叶架平面之间的夹角最大，此时风力大部分“吹空”，风力在该叶架上产生的阻止叶架同向转动的力矩最小。叶架处于图11之d、e、f所示的各位置状态下，风力对图11之d、e、f的叶片21所做的功为推动叶架沿图11中的顺时针方向转动的正功；叶架处于图11之a、b、c的各位置状态下，风力对图11之a、b、c的叶片21所做的功为阻止叶架绕图11中的顺时针方向转动的负功；风力作正功时叶片21是与叶架抵靠在一起的，风力作负功时叶片21被吹离叶架、部分风力吹空，综合的效果是正功大于负功，风力使叶架持续沿图11中的顺时针方向转动且风能利用效率高。

无论风力方向如何变化，本发明叶片系统只会沿一个方向转动。对于单叶架的叶片系统，以及包括两个或两个以上叶架的叶片系统，都能取得这样的运行效果。由于风力作正功时叶片21是与叶架抵靠在一起的，风力作负功时叶片21被吹离叶架、部分风力吹空，综合的效果是正功远大于负功，因此推动叶架同向转动的力矩与阻止叶架同向转动的力矩之间的大小差别较大，设备启动时在风力作用下很容易使叶片系统的旋转速度达到要求的启动速度，无需采取其它手段来帮助启动。

本该叶片系统中，同一个叶架上，每片叶片21和相应限位装置(叶架顶部支撑杆232、叶架底部支撑杆233或叶架隔条236)二者沿着风力方向的前后关系(即沿着风力方向叶片21和相应限位装置二者哪个在前、哪个在后)是一样的，结合图7所示，叶片21在前、限位装置在后(参见图7，图中叶片21朝向纸面的表面为迎风面，因叶片21在前、限位装置在后，故图7中限位装置被叶片21遮挡)，在图3中在左侧来风吹动下该叶片系统沿图13中的顺时针方向旋转。通过同时改变所有叶片21和相应限位装置二者沿着风力方向的前后关系，可以调整叶片系统的转动方向，即图7中的位置关系如果是叶片21在后、限位装置在前，则该叶片系统沿图13中的逆时针方向旋转。

实施例二

图12、图13、图14和图15示出了本发明的第二种具体实施方式。

如图12所示，本实施例与实施例一的区别在于：叶片轴22平行于叶片系统的中心线，叶片轴承支撑头222分别安装在相应的叶架顶部支撑杆232、叶架底部支撑杆233或叶架隔条236上；叶片止位器224设置在叶架内侧杆234和叶架外侧杆235上；参见图14，沿叶片轴22的轴心线，叶片21的表面被区分为大叶区212和小叶区211，每片叶片21的右半部分为大叶区212、左半部分为小叶区211，大叶区212的面积大于小叶区211的面积。

图13示出了在自纸面左侧吹向右侧的风力作用下各位置状态下的叶架上的叶片21的情形。与实施例一的原理相同，叶片21处于图13之a、b、c所示的各位置状态下，风力对图13之a、b、c的叶片21所做的功为推动叶架沿图13中的顺时针方向转动的正功；叶片21处于图13之d、e、f的各位置状态下，风力对图13之d、e、f的叶片21所做的功为阻止叶架绕图13中的顺时针方向转动的负功；风力作正功时叶片21是与叶架抵靠在一起的，风力作负功时叶片21被吹离叶架、部分风力吹空，综合的效果是正功大于负功，风力使叶架持续沿图13中的顺时针方向转动且风能利用效率高。

图14示出了叶片21处于图13之a、b、c的位置状态下的情形，风叶21与风向的关系为：风叶21的迎风面朝向纸面左侧、背风面朝向纸面右侧，此时叶片21是与叶架抵靠在一起的；图15示出了叶片21处于图13之e的位置状态下的情形，此时叶片21与叶架平面垂直，绝大部分风力“吹空”。

实施例三

图16示出了本发明的第三种具体实施方式。

本实施例与实施例二的区别在于：以6个保护头12取代保护轮11，各保护头12与支撑塔2的塔身之间保留一定的间隙，运行过程中，如果风力过大导致叶架倾斜过分偏离涡轮机主轴轴线，相应的保护头12抵顶在支撑塔2的塔身上，起到保护叶片系统的作用。

实施例四

图17示出了本发明的第三种具体实施方式。

本实施例与实施例二的区别在于：取消保护轮11；叶架底环10的内缘具有适当的径向尺寸以使叶架底环10的内缘与支撑塔2的塔身之间保留一定的间隙，起到保护叶片系统的作用。

如图18所示，在垂直轴涡轮机上实施本发明叶片系统时，采用实施例一中的保护轮11的情况下，可以在支撑塔2塔身的相应位置处设置与保护轮11相适配的轮轨14，叶片系统安装在支撑塔2上时保护轮11置于轮轨14上，轮轨14对保护轮11及整个叶片系统都能起到支撑、保护作用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种捕捉风力的叶片系统，包括叶片和叶架；其特征在于：所述叶片枢接在所述叶架上且所述叶片可与所述叶架发生相对转动；所述叶片表面沿所述枢接轴线被区分为大叶区和小叶区，所述大叶区的面积大于所述小叶区的面积；所述叶架上设有可限制所述叶片旋转极限位置的限位装置。

2.根据权利要求1所述的叶片系统，其特征在于：所述叶片枢接在所述叶架上这样实现：所述叶片通过沿水平方向或竖直方向设置的枢轴枢接在所述叶架上；所述枢接轴线为所述枢轴的轴心线。包括全部水平、全部竖直、部分水平部分竖直。斜向也可以，但将给制作过程和系统平衡设计造成不便。

3.根据权利要求1或2所述的叶片系统，其特征在于：包括两个或两个以上所述叶架，每个所述叶架上设有至少一片所述叶片。

4.根据权利要求3所述的叶片系统，其特征在于：每个所述叶架上包括两片或两片以上所述叶片；同一个所述叶架上的所述叶片沿水平方向排布或沿竖直方向排布。包括全部水平、全部竖直、部分水平部分竖直。

5.根据权利要求4所述的叶片系统，其特征在于：所述叶片的小叶区设有配重。

6.根据权利要求5所述的叶片系统，其特征在于：各所述叶架连接为一个整体；用于将各所述叶架连接为一个整体的部件包括叶架底环。

7.根据权利要求6所述的叶片系统，其特征在于：与所述限位装置相应的位置处，所述叶片或叶架上设有缓冲件。

8.根据权利要求7所述的叶片系统，其特征在于：所述叶架底环上设有保护头。

9.根据权利要求8所述的叶片系统，其特征在于：所述叶架底环上设有保护轮。

10.根据权利要求9所述的叶片系统，其特征在于：各所述叶架对称分布；各所述叶架上的所述叶片数目和面积相等。

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