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Abstract

本发明公布一种叶片扭转角度超过180°的倾斜轴双螺旋型风雨发电装置，属于风力发电技术领域。包括水平的转轴、绕在转轴上的双螺旋型叶片和连接在转轴上的发电机；还包括用于支撑转轴的可调支架和固定在可调支架下的转盘；所述的转盘上设有方向与风向一致风标，所述风标的方向与转轴的轴向有0°至90°的夹角；所述的双螺旋型叶片的扭转角度超过180°，也就是双螺旋型叶片的长度大于一个螺距。本发明中双螺旋型叶片扭转角度不受限制，并且能够利用雨水的能量，可单一转换风能或雨水能，也可同时转换二者能量。

Description

一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体是一种叶片扭转角度超过180°的倾斜轴双螺旋型风雨发电装置。
背景技术
双螺旋型风力机不但靠阻力旋转，受风是还会有部分升力作用，兼具升力型和阻力型风力机的特点。因此双螺旋型风力机是被广泛研究和利用的风力机。传统双螺旋型风力机叶片扭转角度一般均不超过180°，如专利“复合型风力发电装置”（申请号201010608324.5）提出的一种升阻复合型垂直轴风力发电机，其特点是降低启动风速、提高尖速比。其不足之处是：螺旋叶片接收风的有效面积小，因为其螺旋叶片的轴线竖直，扭转角度最高是180°，否则大于180°的叶片部分将会产生相反的作用，因而整个装置的高度受到限制，发电量也因此受限制；不能利用雨水能。
与风相似，雨水也是一种清洁的可再生能源，它同样蕴含巨大的能量。雨由于具有比风大得多的密度，在下落过程中，具有很大的动能。由于雨不像风一样几乎每天都有，雨水发电一直未被普遍重视。目前所用到的雨水发电，也主要是收集后利用其势能，雨水的动能则很少被利用，如专利 “风雨水能发电装置”（申请号201010275717.9）提出的一种可以同时利用风能和雨水能的复合发电装置，其只利用了收集后雨水的势能，并未利用雨水从空中落下时的动能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置。
本发明通过以下技术方案实现：一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置，包括水平的转轴、绕在转轴上的双螺旋型叶片和连接在转轴上的发电机；还包括用于支撑转轴的可调支架和固定在可调支架下的转盘；所述的转盘上设有方向与风向一致风标，所述风标的方向与转轴的轴向有0°至90°的夹角；所述的双螺旋型叶片的扭转角度超过180°，也就是双螺旋型叶片的长度大于一个螺距。
其进一步是：当所述双螺旋型叶片的距径比是0.8时，所述转轴的轴向与风标方向的夹角是5°至25°。
可调支架包括一端铰接在转轴上、另一端铰接在转盘上的右支架和与水平面角度可调节的左支架；所述右支架上端呈向左弯曲状，右支架弯曲端的端部铰接在转轴一端。
所述的左支架上铰接有连杆，连杆另一端铰接有一个滑块；在所述转盘上固定有一个滑道，所述滑块安装在滑道上，滑块上设有一个用于固定滑块位置的紧固螺钉。
所述的左支架上铰接有连杆，连杆另一端铰接有一个螺母；在转盘上固定有一个丝杠，所述螺母安装在丝杠上。
所述的转盘包括底座、轴承、转轴和矩形旋转盘；所述的风标固定在旋转盘的一角或一端。
所述的风标包括固定在旋转盘一角的支杆；支杆上端安装有可沿支杆转动的箭头形薄板，薄板上设有用于固定薄板旋转角度的紧固螺钉。
当本装置用于雨水发电时，调节可调支架使转轴与雨水方向呈0°至90°夹角。
所述的转轴上一端安装或两端各安装一个发电机。
使用时，根据所选双螺旋型叶片的距径比（螺距与直径的比值）选择转轴与风向之间合适的夹角，具体是旋转风标上的薄板与转轴呈一定角度，然后通过紧固螺钉固定，此时风力推动风标带动转盘转动，使风标方向与风向一致，保证了双螺旋型叶片的的轴向与风向有一定的夹角，并且即使风向发生改变，风标也能自动调整转轴的方向，使之与风向保持一定夹角；本发明中双螺旋型叶片的扭转角度大于180°，通常情况下大于180°的叶片部分将会产生相反的作用，本发明通过用风标和转盘保证双螺旋型叶片轴向与风向有一定夹角来克服这个问题，通过增加双螺旋型叶片的长度来提高风力利用率，提高发电量。
当利用雨水发电时，调节可调支架使转轴在竖直平面转动，使转轴与雨水方向呈0°至90°夹角，如果雨天同时伴有风，通过调整转轴的角度，本装置将进一步提高这些自然资源的利用率。
本发明中双螺旋型叶片扭转角度不受限制，并且能够利用雨水的能量，可单一转换风能或雨水能，也可同时转换二者能量；具有垂直轴风力机启动力矩大、便于维护等特点；由于接收风雨的角度均可调，也可应用于风力发电实验室，演示这种新型的双螺旋多导程风力机以不同角度接受风雨的受力机理。
附图说明
图1是本发明主视图；
图2是本发明左视图；
图3是本发明俯视图；
图4是本发明不带转盘和风标的三维视图；
图5是双螺旋型叶片于流体呈90°角时的视图；
图6是双螺旋型叶片于流体呈75°角时的视图；
图7是双螺旋型叶片于流体呈60°角时的视图；
图8是双螺旋型叶片于流体呈45°角时的视图；
图9是双螺旋型叶片于流体呈30°角时的视图；
图10是双螺旋型叶片于流体呈15°角时的视图；
图11是双螺旋型叶片于流体呈0°角时的视图；
图12是一种双螺旋型叶片表面结构示意图；
图13是用于雨水发电时的结构主视图。
图中：1、转轴；2、双螺旋型叶片；3、发电机；4、可调支架；41、左支架；42、右支架；43、连杆；44、滑块；45、滑道；5、转盘；51、底座；52、旋转盘；6、风标；61、支杆；62、薄板。
具体实施方式
以下是本发明的一个具体实施例，现结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置，它的双螺旋型叶片2轴线与风向有一定夹角，在转轴1上饶有双螺旋型叶片2，转轴1两端各固定一个发电机3，转轴1转动时可带动发电机3发电；双螺旋型叶片2的扭转角度超过180°，也就是双螺旋型叶片2的长度大于一个螺距，双螺旋型叶片2轴线与风向的角度与双螺旋型叶片2的自身设计有关，经软件模拟计算与试验结果知，当双螺旋型叶片2的距径比是0.8时，转轴1的轴向与风向的夹角保持在5°至25°将能使风能利用率达到最大化；可调支架4用于支撑和调节转轴1的方向，也即是调节双螺旋型叶片2轴线的方向，可调支架4固定在转盘5上，转盘5上固定有随风向自动调整转盘5的风标6；可调支架4包括一端铰接在转轴1上，另一端铰接在转盘5上的右支架42和左支架41，右支架42上端呈向左弯曲状，右支架42弯曲端的端部铰接在转轴1一端，左支架41上铰接有连杆43，连杆43另一端铰接有一个滑块44，在转盘5上固定有一个滑道45，滑块44安装在滑道45上，滑块44上设有一个用于固定滑块44位置的紧固螺钉；转盘5包括底座51、轴承、转轴和旋转盘52，风标6的支杆61固定在旋转盘52的一角，支杆61上端安装有可沿支杆61转动的薄板62，薄板62上设有用于固定薄板62旋转角度的紧固螺钉；风标6根据风向调整转盘5，保证风标6与风向一致，风标6与转轴1之间在水平面内有0°至90°的夹角，这个夹角也是双螺旋型叶片2轴向与风向的夹角，如上所述，这个夹角与双螺旋叶片的距径比有关，是有一个最优值的。
如图5至图11所示，这是距径比为0.8的双螺旋型叶片于流体呈不同角度时，从流体方向看向双螺旋型叶片的视图，图中双螺旋型叶片与流体流动方向的夹角分别是90°、75°、60°、45°、30°、15°、0°。双螺旋型叶片在轴线两端产生投影面积的差值先增大后减小，在60°左右时，投影面积差值最大。以60°为例，右侧的流体大部分从双螺旋型叶片倾斜后所成的缝隙中穿过，左侧的流体大部分作用在双螺旋型叶片上，从而产生力矩，使叶片绕转轴1旋转。随后，投影面积差值虽然变小，但流体在螺旋叶片上的垂直分量增大，而且随着夹角的减小，每一微小体积的流体作用在螺旋面上的时间延长。双螺旋型转轴1向与流体的最佳角α还应该根据叶片的制造方法、横截面的具体参数、表面粗糙度而确定，必要时，须根据CFD(计算流体动力学)软件模拟或试验结果确定。
在利用雨水发电时，可通过调节可调支架4使转轴1与雨水方向呈0°至90°夹角，如图13所示，汇集在双螺旋型叶片表面上的雨水也不会马上流出双螺旋型叶片，而是被引导着流经部分双螺旋型叶片，产生对转轴1的力矩，从而利用了雨水的势能。雨水的动能和势能带动转轴1旋转，进而带动发电机。
本发明中双螺旋型叶片的表面呈光滑状或者呈依次反向折叠状，如图12所示，这种双螺旋型叶片制造简单，先将一段柔软、韧性的长方形叶片材料依此反向折叠，而后，将折叠后的叶片材料绕两条长边的转轴1扭转，然后根据转轴1的尺寸，沿螺旋面轴线打孔（孔径稍小于叶片轴径），将转轴1穿过依此穿过各个孔。用叶片固定板及螺钉将叶片撑紧并固定于转轴1上。

Claims (9)

1.一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置，包括水平的转轴（1）、绕在转轴（1）上的双螺旋型叶片（2）和连接在转轴（1）上的发电机（3）；其特征在于：还包括用于支撑转轴（1）的可调支架（4）和固定在可调支架（4）下的转盘（5）；所述的转盘（5）上设有方向与风向一致风标（6），所述风标（6）的方向与转轴（1）的轴向有0°至90°的夹角；所述的双螺旋型叶片（2）的扭转角度超过180°，也就是双螺旋型叶片（2）的长度大于一个螺距。
2.根据权利要求1所述的一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置，其特征在于：当所述双螺旋型叶片（2）的距径比是0.8时，所述转轴（1）的轴向与风标（6）方向的夹角是5°至25°。
3.根据权利要求1所述的一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置，其特征在于：可调支架（4）包括一端铰接在转轴（1）上，另一端铰接在转盘（5）上的右支架（42）和与水平面角度可调节的左支架（41）；所述右支架（42）上端呈向左弯曲状，右支架（42）弯曲端的端部铰接在转轴（1）一端。
4.根据权利要求3所述的一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置，其特征在于：所述的左支架（41）上铰接有连杆（43），连杆（43）另一端铰接有一个滑块（44）；在所述转盘（5）上固定有一个滑道（45），所述滑块（44）安装在滑道（45）上，滑块（44）上设有一个用于固定滑块（44）位置的紧固螺钉。
5.根据权利要求3所述的一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置，其特征在于：所述的左支架（41）上铰接有连杆（43），连杆（43）另一端铰接有一个螺母；在转盘上固定有一个丝杠，所述螺母安装在丝杠上。
6.根据权利要求1所述的一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置，其特征在于：所述的转盘（5）包括底座（51）、轴承、转轴和旋转盘（52）；所述的风标（6）固定在旋转盘（52）的一角或一端。
7.根据权利要求6所述的一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置，其特征在于：所述的风标（6）包括固定在旋转盘（51）一角的支杆（61）；支杆（61）上端安装有可沿支杆（61）转动的箭头形薄板（62），薄板（62）上设有用于固定薄板（62）旋转角度的紧固螺钉。
8.根据权利要求1所述的一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置，其特征在于：当本装置用于雨水发电时，调节可调支架（4）使转轴（1）与雨水方向呈0°至90°夹角。
9.根据权利要求1所述的一种倾斜轴双螺旋型风雨发电装置，其特征在于：所述的转轴（1）上一端安装或两端各安装一个发电机。
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