CN103397987B - 三翼拧旋式风能动力轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风能动力轮，尤其是涉及一种采用三翼拧旋式结构、且能直接支持发电装置顺畅运转的风能动力轮。产品由翼面、轴心二个模块紧密结合形成，结构包括兜风区、下内倒圆、下内斜侧、北风区、滑风区、接风区、上内斜侧、上内倒圆、六棱轴孔、轴端平面十个组成部分，克服目前公知风能动力轮结构庞大、风力利用效率低等缺陷，通过内凹的翼叶结构、拧旋的翼叶设置、均布的翼叶布局，从而使风能动力轮有了结构更精悍、运行更稳定、适应性更广等优点，另外，本发明实施简单，制造简易，所形成产品结构美观大方，坚实耐用，还有运行安静，无需燃油、无噪声、无污染等绿色环保优点，市场空间广阔，具有极高的经济附加价值和社会使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种风能动力轮，尤其是涉及一种采用三翼拧旋式结构、且能直接支持发电装置顺畅运转的风能动力轮。
背景技术
风能动力轮，是指一种能够兜截、采纳、利用天然风力，且将空气运动的能量转化为机械能量的物理实体装置。目前公知的风能动力轮，大体有帆式、扇式、螺旋桨式等多种形态，这些形态的风能动力轮虽然能将空气运动产生的能量转化为机械能，但也存在着结构庞大、风能利用效率低、不能全方位利用天然风力等缺陷，从而影响了公知风能动力轮的使用功能、应用范围及社会经济价值。
发明内容
本发明的目的，在于克服目前公知风能动力轮结构庞大、风力利用效率低等缺陷，向公众提供一种独特的风能采集装置。该采集装置除了能够像公知风能动力轮一样利用天然风力之外，还通过内凹的翼叶结构、拧旋的翼叶设置、均布的翼叶布局，从而使风能动力轮有了结构更精悍、运行更稳定、适应性更广等优点。
本发明实现发明目的所依据的原理有：天然风能、液体动力、绕流阻力原理等。
1，天然风能：风能，是指由于空气运动产生的能量，是属于可更新的、干净的能源。风能的利用受到地理的限制，风速较大、风向稳定、变幅较小的风宜于风力发电站发电。
2，流体动力：当流体流向物体时，如物体受到的推力大于物体静止的惯力，则物体被推动；如物体受到的推力小于物体静止的惯力，则物体保持静止；物体被推动运动状态变化的快慢（加速度的大小），跟推力的大小成正比，跟物体的质量成反比；加速度的方向跟作用力的方向相同。
3，绕流阻力：当流体定常流向物体时，物体所受的阻力由摩擦阻力和压差阻力所组成，用阻力系数来表示。阻力系数的大小，不仅与流体性质、流动情况、物体表面粗糙度有关，而且与物体的特征面积（迎流面积）成有关、物体的形状有关；其中，物体迎流面积（物体在垂直于来流速度方向上的最大投影面积）越大，所受到的阻力越大，物体迎流面积越小，所受到的阻力越小。
4，半圆壳体阻力系数：半圆柱形壳体正面迎流的阻力系数为平面迎流阻力的2.3倍，半圆柱形壳体背面迎流的阻力系数为平面迎流阻力的0.7倍。迎流阻力越大，所受的作用力越大。
本发明为解决技术问题所采用的方案是：
⑴ 将产品中用于采纳天然风力的翼叶，设计为能够最大限度兜截气流能量的半圆柱形壳体，使其在迎风时能够最大限度采纳天然风冲力，在背风时能够最大限度地化解天然风阻力。
⑵ 将三个翼叶竖立均匀分布，绕轴环形阵列，形成三翼轮状，以吸纳来自不同方向的天然风力。
⑶ 在翼叶迎风面中设计出接风区和兜风区两个不同的功能区域，且使这两个区域平滑过渡，以提高天然气流对翼叶的正面迎流冲力，增强产品聚集的正能量。
⑷ 在翼叶背风面中设计出背风区和滑风区两个不同的区域，且使这两个区域平滑过渡，以减低天然气流在翼叶背面的流动阻力，减少产品可能出现的负能量。
⑸ 将翼叶之间的连接处设计为平滑过渡的波浪面，使前一翼叶背面的滑风区与后一翼叶正面的接风区平滑连接，使天然风力能够在前一翼叶背面中顺畅流动到后一翼叶的正面，将天然气流对前一翼叶的阻力转化为对后一翼叶的冲力，提高风能的利用率。
⑹ 将环形阵列的三个翼叶绕轴拧旋，使翼叶迎风面涵盖所有方位，不留风向死角，使翼叶运转没有格禁隐患，确保产品运行平衡稳定。
⑺ 在产品轴向两端，对称设置碗形凹陷，以嵌套装配发电设备。
⑻ 在产品轴心，设置一六棱轴孔，以嵌套安装电机转轴。
⑼ 在六棱轴孔两端，各设置一圆形平面，以配合紧定转轴螺帽。
与目前公知的风能动力轮相比，本发明所形成的风能动力装置，可以取得下列有益效果：
1，体积精悍──产品仅由翼面、轴心二个模块组成，集采纳风力、减震维稳功能于一体，体积精悍，占用空间面积小。
2，运行可靠──本发明产品结构简单，无需风向调节机构，运行平稳，工作可靠，故障率低。
3，适应性强──产品微风即能启动，疾风仍能工作，风速适应范围从每秒0.2米到每秒20米之间，风能利用率达70％。
4，应用范围广──产品不存在风向格禁问题，可兜截来自任何方位的天然风力，可适应于一切需要风力发电的场合使用，除适应家庭、工厂、蓄牧场、农场、运动场等固定场所使用外，也可装载于车船中使用，尤其能适应海洋捕捞、远洋航行、野外作业、抢险救灾等非固定场合行业的需要，应用范围广。
本发明实施简单，制造简易，所形成产品结构美观大方，坚实耐用，安装方便，还有运行安静，无需燃油、无噪声、无污染等绿色环保优点，市场空间广阔，具有极高的经济附加价值和社会使用价值。
下面，结合一实施例及附图，对本发明作进一步说明。
附图说明
图1，是本发明一实施例产品组织结构示例图。
图2，是本发明一实施例产品形态示例图。
图3，是本发明一实施例产品正视尺寸示例图。
图4，是本发明一实施例产品俯视尺寸示例图。
图5，是本发明一实施例产品应用示例图。
具体实施方式
本发明作为一项产品制造的技术方案，通过相应组成部分的有机结合，可以使方案得到具体实施。本发明一实施例产品组织结构如图1所示。
图1中，产品由翼面、轴心二个模块紧密结合组成，其中，翼面模块由A翼、B翼、C翼三个翼叶组成，每一翼面结构各自包括兜风区、下内倒圆、下内斜侧、北风区、滑风区、接风区、上内斜侧、上内倒圆八个组成部分；轴心模块由六棱轴孔、轴端平面二个组成部分组成。
根据翼面、轴心二个模块紧密结合生成的成型产品，其形态如图2所示。
图2中，按照标号顺序排列的组成部分依次是：兜风区（1）、下内倒圆（2）、下内斜侧（3）、六棱轴孔（4）、轴端平面（5）、背风区（6）、滑风区（7）、接风区（8）、上内斜侧（9）、上内倒圆（10），其中，兜风区（1）、下内倒圆（2）、下内斜侧（3）、六棱轴孔（4）、轴端平面（5）、背风区（6）、滑风区（7）、接风区（8）、上内斜侧（9）、上内倒圆（10）八个组成部分属于翼面模块，六棱轴孔（4）、轴端平面（5）二个组成部分属于轴心模块。在翼面模块中，每个组成部分的数量各自为1，且兜风区、接风区自外而内位于在翼叶的凹入迎风面，接风区平滑连接着区；背风区、滑风区自外而内位于在翼叶的凸出背风面，滑风区平滑连接着背风区；在轴心模块中，轴端平面（5）的数量为2，六棱轴孔（4）的数量为1，且轴端平面（5）位于六棱轴孔（4）的两端。
在成型产品中，A翼可以是产品三个翼叶中的任意一个翼叶，但其它的二个翼叶即应依次为B翼、C翼； A翼、B翼、C翼三个翼叶的结构、形态、材质、大小以及组成部分，均完全相同。
实施例中，翼面模块的A翼、B翼、C翼，绕轴心模块六棱轴孔（4）的轴心环形阵列，且A翼的滑风区（7）平滑连接B翼的接风区（8），B翼的滑风区（7）平滑连接C翼的接风区（8），C翼的滑风区（7）平滑连接A翼的接风区（8）。
实施过程中，翼面模块中的三个翼叶均绕六棱轴孔轴心旋转扭曲，以使翼叶兜风区能够适应更多的风力角度，捕捉更多方位的天然风能，且使产品结构更均衡，运转更平稳。
实施过程中，通过所述翼面模块与轴心模块紧密结合生成的成型产品，使用铝合金、工程塑料二种材料中的任一种材料制造。成型产品中各组成部分之间的比例关系，如图3、图4所示。
图3中，六棱轴孔长度值（A）与整个产品高度值（B）之间的比例，在1:1.9到1:2.1之间。
图4中，六棱轴孔外接圆直径值（C）与轴端平面外径值（E）之间的比例，在1:2.0到1:2.2之间，与整个产品最大外径值（D）之间的比例，在1:18到1:20之间。
图4中还显示：翼面模块单个翼叶的横截面，采用凹入的半圆壳体结构，该凹入半圆外径值（F）与整个产品最大直径值（D）之间的比例，在1:2.1到1:2.3之间；翼面模块的三个翼叶，均匀分布在六棱轴孔周围，且绕六棱轴孔轴心旋转扭曲，其旋转值为90°；在旋转扭曲过程中，翼面模块翼叶横截面的凹入半圆结构，上下保持不变，翼叶底端凹入半圆的直径值（F），与翼叶顶端凹入的半圆直径值（G）相等；旋转扭曲所形成的翼叶垂直投影面，几乎占据产品俯视图大半空间；三个翼叶所形成外切圆的直径值，即是整个产品的最大直径值（D）。
综合图3、图4之间的尺寸比例关系，整个产品高度值（B）与整个产品最大外径值（D）之间的比例，在1:1.4到1:1.6之间；六棱轴孔外接圆直径值（C），与六棱轴孔高度值（A）之间的比例，在1:6.5到1:6.9之间。
实施例中，翼面模块与轴心模块紧密结合生成的成型产品，主要应用于风能发电装置，其应用情况如图5所示。
图5中，产品轴心模块的六棱轴孔（4）套嵌连接着外部发电机（12）的转轴（13），轴心模块上端的轴端平面（5）紧定着转轴螺帽（14），翼面模块的三个旋转扭曲翼叶均匀分布在发电机转轴（13）的周围。无论天然风力从哪一方位流过产品，产品均能最大限度地吸纳天然空气流动所产生的能量；其中，除翼叶背风区（6）产生阻碍产品正向旋转的负能量之外，其它的滑风区（7）、接风区（8）、兜风区（1）都能形成推动产品正向旋转的正能量，且正能量所形成的合力远远超过负能量，足以推动产品的顺畅高速运转，从而实现产品全方位兜截天然风力、将风能转化为旋转机械能的功能。
在实际开发过程中，产品各组成部分的形状、规格、方位等，均可以根据功能的需要而灵活变通，从而实现多种规格、多种型号的有机组合，形成多种实施方案，开拓出千姿百态的产品。
Claims (8)
1.一种三翼拧旋式风能动力轮，由翼面、轴心二个模块结合组成，其特征是：
⑴ 所述的翼面模块，由A翼、B翼、C翼三个翼叶组成，每一翼面各自包括兜风区、下内倒圆、下内斜侧、背风区、滑风区、接风区、上内斜侧、上内倒圆八个组成部分，每一组成部分的数量各自为1；其中，兜风区、接风区自外而内位于在翼叶的凹入迎风面，接风区平滑连接着兜风区；背风区、滑风区自外而内位于在翼叶的凸出背风面，滑风区平滑连接着背风区；
⑵ 所述的轴心模块，由六棱轴孔、轴端平面二个组成部分组成；其中，轴端平面的数量为2，六棱轴孔的数量为1，轴端平面位于六棱轴孔的两端；
⑶ 在成型产品中，A翼、B翼、C翼三个翼叶的结构、形态、材质及大小完全相同；
⑷ 在成型产品中，所述翼面模块的A翼、B翼、C翼，绕轴心模块六棱轴孔的轴心环形阵列，且A翼的滑风区平滑连接B翼的接风区，B翼的滑风区平滑连接C翼的接风区，C翼的滑风区平滑连接A翼的接风区；
⑸ 通过翼面模块与轴心模块紧密结合生成的成型产品，主要应用于风能发电装置；产品在使用时，轴心模块的六棱轴孔套嵌连接外部发电机的转轴，轴心模块上端的轴端平面紧定着转轴螺帽，翼面模块的三个翼叶均匀分布在发电机转轴的周围；无论天然风力从哪一方位流过产品，产品均能最大限度地吸纳天然空气流动所产生的能量；其中，除翼叶背风区产生阻碍产品正向旋转的负能量之外，其它的滑风区、接风区、兜风区都能形成推动产品正向旋转的正能量，且正能量所形成的合力远远超过负能量，足以推动产品的顺畅高速运转，从而实现产品全方位兜截天然风力、将风能转化为旋转机械能的功能。
2.根据权利要求1所述的三翼拧旋式风能动力轮，其特征是：通过所述翼面模块与轴心模块紧密结合生成的成型产品，使用铝合金、工程塑料二种材料中的任一种材料制造。
3.根据权利要求1所述的三翼拧旋式风能动力轮，其特征是：在成型产品中，所述六棱轴孔长度值与整个产品高度值之间的比例，在1:1.9到1:2.1之间。
4.根据权利要求1所述的三翼拧旋式风能动力轮，其特征是：在成型产品中，整个产品高度值与整个产品最大外径值之间的比例，在1:1.4到1:1.6之间。
5.根据权利要求1所述的三翼拧旋式风能动力轮，其特征是：在成型产品中，所述六棱轴孔外接圆直径值，与六棱轴孔高度值之间的比例，在1:6.5到1:6.9之间；与轴端平面外径值之间的比例，在1:2.0到1:2.2之间，与整个产品最大外径值之间的比例，在1:18到1:20之间。
6.根据权利要求1所述的三翼拧旋式风能动力轮，其特征是：所述翼面模块中的单个翼叶，其横截面采用凹入的半圆壳体结构，该凹入半圆外径值与整个产品最大直径值之间的比例，在1:2.1到1:2.3之间。
7.根据权利要求1所述的三翼拧旋式风能动力轮，其特征是：所述翼面模块中的三个翼叶，均匀分布在六棱轴孔周围，且从下而上绕六棱轴孔轴心顺时针旋转扭曲，旋转扭曲角度为90°。
8.根据权利要求1所述的三翼拧旋式风能动力轮，其特征是：所述翼面模块中的翼叶，其横截面凹入半圆结构上下保持不变，翼叶底端凹入半圆直径值与翼叶顶端凹入半圆直径值相等。
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