CN104481801A - 一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮 - Google Patents

一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮 Download PDF

Info

Publication number
CN104481801A
CN104481801A CN201410681477.0A CN201410681477A CN104481801A CN 104481801 A CN104481801 A CN 104481801A CN 201410681477 A CN201410681477 A CN 201410681477A CN 104481801 A CN104481801 A CN 104481801A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade
impeller
belt
group
vane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410681477.0A
Other languages
English (en)
Inventor
田文龙
毛昭勇
宋保维
何衍儒
丁文俊
程博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201410681477.0A priority Critical patent/CN104481801A/zh
Publication of CN104481801A publication Critical patent/CN104481801A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/06—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮，包括轴承座、主轴、上叶片支架、下叶片支架、四组齿轮组、四组挡杆、四个外叶片、四个内叶片和两个皮带传动组。叶轮叶片在绕轴旋转的同时，也能够有规律的自转，以改变叶片的位置，使叶片在迎风时展开为平板，增大迎风面积，提高所受转动力矩；在逆风时叶片能折叠，减少逆风阻力，使得风机叶轮具有较好的自启动性，同时还具有较高的发电效率。

Description

一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮。
背景技术
能源是人类社会发展进步的动力和保障。近年来，随着全球经济的高速发展，煤炭，石油，天然气等常规能源被快速，大量的消耗，这让人类不仅面对资源日趋枯竭的压力，同时受到了环境不断恶化的威胁。能源和环保已成为当今人类生存和发展急需解决的紧迫问题。风电作为一种清洁环保的新能源，既不消耗有限的煤炭资源，也不会消耗宝贵的地下风资源，更有利于国民经济的可持续发展，在全国各地区大力发展适合具体地区特点的高效可靠的风力发电设备是大有前途的。要实现风力发电的产业化、实用化，要求有高效能的风机产品，能够最大限度的利用风能，这就要求我们研究风力机的性能，提高风机对风能的最大捕获，产生高效率能量转化。
目前，风力发电的主要形式是通过风机装置将风能转化为电能，因此设计一种高效、可靠的风机是风能利用的关键技术。风机的造型既要考虑结构也要考虑重量等其它因素。当前风机形式主要有水平轴风机和垂直轴风机两种，叶轮轴线与风向的相对位置平行的为水平轴式叶轮(HAWT)，叶轮轴线与风向的相对位置垂直的为垂直轴式叶轮(VAWT)。
同水平轴风电机组相比，垂直轴风电机组具有以下优势：
(1)垂直轴式叶轮轴线与来流方向垂直，可以捕获任何方向的风能，结构简单，很适合小型化独立发电。
(2)垂直轴风机安装和维护简单，制造工艺简单，造价低，经济性强。
(3)垂直轴风机对叶片结构及其强度要求低。
(4)垂直轴式叶轮能够在复杂紊流下有效工作，因此更适合于应用在复杂地形的小型风力发电场所，如偏远地区的农村。
(5)垂直轴叶轮叶片的尖速比水平轴叶轮的小，这样低转速下气动噪声很小，甚至可以达到静音的效果，有利于环保。
目前常见的垂直轴叶轮主要有升力型垂直轴叶轮和阻力型垂直轴叶轮。升力型的主要代表是Darrieus叶轮，阻力型的主要代表是Savonius叶轮。
在公开号为US1835018 A的发明创造中，公开了一种Darrieus风力叶轮。该叶轮结构简单、升力系数高，但启动性能较差，尤其在低风速下很难启动。
在公开号为US1766765 A的发明创造中，公开了一种Savonius风力叶轮。该叶轮启动性能好，具有很大的风速利用范围，但随着转子的旋转，其转矩由高到低的变化幅度很大，甚至会下降到接近零的程度，因此具有较低的总效率。
同时，田文龙在《机械工程学报》2013年18期的《一种新型垂直轴式风机叶轮的数值仿真》的一文中公开了一种活动叶片型垂直轴风机叶轮，叶轮上安装多个直板型活动叶片,叶片在绕安装轴公转的同时绕自身安装轴自转，但该叶轮的总效率还是较低。
发明内容
要解决的技术问题
为了克服现有技术中升力型垂直轴叶轮自启动难和阻力型垂直轴叶轮能量捕获效率低的问题，本发明提出了一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮。
技术方案
一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮，其特征在于包括轴承座、主轴、上叶片支架、下叶片支架、四组齿轮组、四组挡杆、四个外叶片、四个内叶片和两个皮带传动组；主轴安装在轴承座上，上叶片支架和下叶片支架由四根杆成十字交汇组成，分别固定安装在主轴的上端和下端；四个挡杆的上端分别安装在上叶片支架的四个杆上，四个挡杆的下端分别安装在下叶片支架的四个杆上；四个叶片组分别位于所述上叶片支架和下叶片支架之间，并通过轴孔间隙配合的方式安装在上、下叶片支架各个杆的顶端；所述的齿轮组由安装在各叶片叶根的上表面的齿轮轴上的齿轮组成，并且位于同一叶片组中的两个齿轮啮合；所述的皮带传动组中包括两个带轮和一根皮带，两个带轮分别安装在一对相对称的叶片组上，并使一个带轮安装在一组叶片中的内叶片转轴上，另一个带轮安装在另一组叶片中的外叶片转轴上，将皮带的两端分别套装在两个带轮上。
所述的外叶片、内叶片均为矩形板状。
所述的主轴为圆柱状。
有益效果
本发明提出的一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮，叶轮叶片在绕轴旋转的同时，也能够有规律的自转，以改变叶片的位置，使叶片在迎风时展开为平板，增大迎风面积，提高所受转动力矩；在逆风时叶片能折叠，减少逆风阻力，使得风机叶轮具有较好的自启动性，同时还具有较高的发电效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明的结构示意剖面图
图3是本发明的局部放大图
图中：1-轴承座，2-主轴，3-下叶片支架，4-齿轮组，5-皮带，6-带轮，7-外叶片，8-内叶片，9-挡杆，10-上叶片支架：A.阻力区，B.升力区。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本实施例是一种基于皮带传动的折叠叶片型垂直轴叶轮，包括轴承座1、主轴2、两个叶片支架、四组齿轮组4、两个皮带传动组、四个叶片组和四个挡杆9。其中：主轴2通过轴承安装在轴承座1上。叶片支架分别固定安装在主轴2上端和下端，形成了上叶片支架10和下叶片支架3；四个挡杆的上端分别固连在上叶片支架10的各个杆上，四个挡杆的下端分别固连在下叶片支架3的各个杆上。四个叶片组分别位于上叶片支架10和下叶片支架3之间，并通过轴孔间隙配合安装在叶片支架10和下叶片支架3各个杆的顶端。在各叶片的转轴上分别安装有齿轮，并使位于同一叶片组中的两个齿轮啮合。两个皮带传动组中分别包括两个带轮6和一根皮带5。两个皮带传动组中的各带轮分别安装在对称于主轴的两对叶片组的叶片转轴上，安装时：第一皮带传动组中的两个带轮分别安装在一对相对称的叶片组上，并使一个带轮安装在一组叶片中的内叶片转轴上，另一个带轮安装在另一组叶片中的外叶片转轴上。将皮带5的两端分别套装在两个带轮上，从而将两组对称的叶片相连；第二个皮带传动组中的两个带轮分别安装在另一对相对称的叶片组上，并使一个带轮安装在一组叶片中的外叶片转轴上，另一个带轮安装在另一组叶片中的内叶片转轴上，将皮带5的两端分别套装在两个带轮上，从而将两组对称的叶片相连。通过上述连接，使对称的两组叶片同步旋转，并且当一组叶片逐渐闭合时，另一组叶片逐渐张开。
每个叶片组均包括外叶片7和内叶片8。内叶片为靠近主轴的叶片，外叶片为远离主轴的叶片。外叶片7和内叶片8均为矩形板状，两个表面均为平面。在外叶片叶根处和内叶片叶根处的上表面分别加工有安装面，用于安装齿轮轴。
安装时，每对相对称的叶片组中，一个叶片组中的两个叶片的初始位置为闭合状态，另一个叶片组中的两个叶片的初始位置为打开状态。
上叶片支架10和下叶片支架3分别由四根杆成十字交汇组成，并且在四根杆交汇处有与主轴配合的通孔过盈配合。
工作时：由于叶片在叶轮装置中的迎流方向不同，叶轮装置可根据來流方向分为阻力区和升力区。在阻力区中，叶片组的外叶片7与内叶片8张开至180度，叶片组受到来流的阻力，带动主轴2顺时针旋转；在升力区中，叶片组的外叶片7与内叶片8处于闭合状态，在来流的作用下产生升力，带动主轴2顺时针旋转。
当阻力区的一组叶片旋转进入升力区时，由于迎流方向的改变，原来张开的叶片逐渐闭合，同时，与该组叶片轴对称的叶片组进入阻力区，由于迎流方向的改变，原来闭合的叶片逐渐张开至180度，内叶片8与挡杆9接触，叶片保持张开状态。这两组叶片在皮带的作用下同步旋转。
叶轮装置按照上述原理运动，使叶轮持续旋转，从而达到发电目的。
本发明中，四组叶片安装在两个支架的四端，每组叶片由内叶片和外叶片组成，内叶片为靠近主轴的叶片，外叶片为远离主轴的叶片。当内叶片和外叶片闭合时，内叶片和外叶片组成升力叶片；当内叶片和外叶片张开时，内叶片和外叶片组成阻力叶片。通过安装在每组内叶片和外叶片的转轴上的齿轮组，实现内叶片和外叶片的同时转动，并通过两组皮带传动组使两组叶片始终保持一组叶片张开时，另一组叶片闭合。
为了进一步提高能量捕获效率，本发明中的叶轮叶片在绕轴旋转的同时，也能够有规律的自转，以改变叶片的位置，使叶片在迎风时展开为平板，增大迎风面积，提高所受转动力矩；在逆风时叶片能折叠，减少逆风阻力，使得风机叶轮具有较好的自启动性，同时还具有较高的发电效率。
本发明随着来流的冲击，远离来流端的叶片逐渐闭合，连接远来流端和近来流端的皮带组带动靠近来流端的叶片逐渐打开，另外两组叶片相对形状保持不变，四对叶片周而复始。这样在顺流方向叶片受力面积达到最大，在逆流方向叶片闭合，利用升力提供转矩，从而产生相对于中心轴的力矩，再通过转换装置，带动主轴转动，从而将动量转化为电能。装置结合了Darrieus叶轮和Savonius叶轮的优点，既易于启动，又有效提高了能量捕获效率。

Claims (3)

1.一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮，其特征在于包括轴承座(1)、主轴(2)、上叶片支架(10)、下叶片支架(3)、四组齿轮组(4)、四组挡杆(9)、四个外叶片(7)、四个内叶片(8)和两个皮带传动组；主轴(2)安装在轴承座(1)上，上叶片支架(10)和下叶片支架(3)由四根杆成十字交汇组成，分别固定安装在主轴(2)的上端和下端；四个挡杆(5)的上端分别安装在上叶片支架(10)的四个杆上，四个挡杆(9)的下端分别安装在下叶片支架(3)的四个杆上；四个叶片组分别位于所述上叶片支架(10)和下叶片支架(3)之间，并通过轴孔间隙配合的方式安装在上、下叶片支架各个杆的顶端；所述的齿轮组(4)由安装在各叶片叶根的上表面的齿轮轴上的齿轮组成，并且位于同一叶片组中的两个齿轮啮合；所述的皮带传动组中包括两个带轮(6)和一根皮带(5)，两个带轮(6)分别安装在一对相对称的叶片组上，并使一个带轮安装在一组叶片中的内叶片转轴上，另一个带轮安装在另一组叶片中的外叶片转轴上，将皮带(5)的两端分别套装在两个带轮上。
2.根据权利要求1所述的基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮，其特征在于所述的外叶片(7)、内叶片(8)均为矩形板状。
3.根据权利要求1所述的基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮，其特征在于所述的主轴(2)为圆柱状。
CN201410681477.0A 2014-11-21 2014-11-21 一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮 Pending CN104481801A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410681477.0A CN104481801A (zh) 2014-11-21 2014-11-21 一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410681477.0A CN104481801A (zh) 2014-11-21 2014-11-21 一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104481801A true CN104481801A (zh) 2015-04-01

Family

ID=52756385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410681477.0A Pending CN104481801A (zh) 2014-11-21 2014-11-21 一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104481801A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106089570A (zh) * 2016-08-10 2016-11-09 西安交通大学 一种尾部结构可调的风电叶片
CN108374754A (zh) * 2018-05-09 2018-08-07 杭州辚萧科技有限公司 一种垂直轴风能发电机可变翼系统
CN112012889A (zh) * 2020-08-26 2020-12-01 杭州钱航船舶修造有限公司 一种船用风力发电系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2100645C1 (ru) * 1995-11-10 1997-12-27 Константин Николаевич Балякин Ветроколесо вк-2
JP4232110B2 (ja) * 2005-06-13 2009-03-04 哲也 名城 シートブレード折りたたみ形伸縮式垂直軸風車
CN101598107A (zh) * 2009-06-25 2009-12-09 高振辉 一种垂直轴风机的风力驱动系统
CN202628390U (zh) * 2012-05-25 2012-12-26 李可 风力发电装置
CN103097723A (zh) * 2010-07-16 2013-05-08 多比格尔有限责任公司 竖轴风轮机
CN203189199U (zh) * 2013-02-06 2013-09-11 高宏铭 风力发电机的叶片结构
CN103603766A (zh) * 2013-11-30 2014-02-26 米建军 一种叶片和攻角可变风轮
CN203796490U (zh) * 2014-04-29 2014-08-27 华北电力大学 一种基于传动装置的活页竖直轴风力发电机

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2100645C1 (ru) * 1995-11-10 1997-12-27 Константин Николаевич Балякин Ветроколесо вк-2
JP4232110B2 (ja) * 2005-06-13 2009-03-04 哲也 名城 シートブレード折りたたみ形伸縮式垂直軸風車
CN101598107A (zh) * 2009-06-25 2009-12-09 高振辉 一种垂直轴风机的风力驱动系统
CN103097723A (zh) * 2010-07-16 2013-05-08 多比格尔有限责任公司 竖轴风轮机
CN202628390U (zh) * 2012-05-25 2012-12-26 李可 风力发电装置
CN203189199U (zh) * 2013-02-06 2013-09-11 高宏铭 风力发电机的叶片结构
CN103603766A (zh) * 2013-11-30 2014-02-26 米建军 一种叶片和攻角可变风轮
CN203796490U (zh) * 2014-04-29 2014-08-27 华北电力大学 一种基于传动装置的活页竖直轴风力发电机

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106089570A (zh) * 2016-08-10 2016-11-09 西安交通大学 一种尾部结构可调的风电叶片
CN108374754A (zh) * 2018-05-09 2018-08-07 杭州辚萧科技有限公司 一种垂直轴风能发电机可变翼系统
CN112012889A (zh) * 2020-08-26 2020-12-01 杭州钱航船舶修造有限公司 一种船用风力发电系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101915218B (zh) 一种垂直轴风力发电装置
CN104329218A (zh) 一种连杆传动的折叠叶片垂直轴叶轮
CN202209251U (zh) 新型垂直轴叶轮
CN201925096U (zh) 叶片转角可变垂直轴风力发电机
CN201794718U (zh) 一种垂直轴风力发电装置
CN104533706A (zh) 一种皮带传动的折叠叶片型垂直轴风机叶轮
CN104481801A (zh) 一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮
Khammas et al. Overview of vertical axis wind turbine (VAWT) is one of the wind energy application
CN102400854A (zh) 垂直轴风力发电机
CN204755182U (zh) 垂直轴摆叶式风力发电机
CN104500329A (zh) 一种基于卡块机构的可折叠叶片垂直轴叶轮
CN104329219A (zh) 一种Sistan风机叶轮
CN104533708A (zh) 一种基于齿轮机构的自旋转叶片叶轮
CN201196131Y (zh) 一种立式风轮
CN104595104B (zh) 一种具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮
Shahrukh Adnan et al. Comprehensive review on the wind energy technology
CN104454339A (zh) 一种基于锥齿轮传动的垂直轴风机叶轮
CN104454340A (zh) 一种基于连杆传动的可折叠叶片垂直轴叶轮
CN102094750A (zh) 一种磁悬浮萨伏纽斯转子风力发电机叶片溢流孔
CN202181985U (zh) 一种叶轮龙骨结构及由其构成的垂直轴风力发电系统
CN104806446A (zh) 垂直轴摆叶式风力发电机及其发电方法
CN104481799A (zh) 一种基于带轮传动的垂直轴风机叶轮
US9217421B1 (en) Modified drag based wind turbine design with sails
PH12017000305A1 (en) An improved vertical-axis wind turbine (vawt)
CN104595105A (zh) 一种具有活动弧形叶片的垂直轴风机叶轮

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150401

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication