CN1046373A

CN1046373A - 活动叶片式低阻风力机

Info

Publication number: CN1046373A
Application number: CN 89102230
Authority: CN
Inventors: 龚式群
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-09
Filing date: 1989-04-09
Publication date: 1990-10-24

Abstract

一种新型高效立轴式风力机。当其叶片开始进入推力区时，叶片自动迅速转变到竖直迎风，工作面积为最大。当其叶片开始进入阻力区时，叶片平面自动迅速转变到平行于风向，阻风面积很小。风速大于风力机额定风速时，叶片的部分面积不参加工作，使风力机的输出功率保持基本不变。遇到大风，叶片的全部面积不参加工作，停机确保安全。由于风阻减小很多，风力机效率高，整机重量轻，造价低。叶片还可多层叠加以获大功率。

Description

本发明是一种新型高效立轴式风力机，属动力机械领域。

目前所有的风力机可以分成立轴式和水平轴式两大类。其中立轴式风力机机身主要由立轴和装在立轴上的叶片组成，当处在立轴一侧（推力区）的叶片被风推动带动立轴顺风转动时，处在立轴另一侧（阻力区）的叶片则逆风转动，产生很大的风阻力，阻碍立轴的转动，故风力机效率较低。水平轴式风力机具有立轴和由叶片组成的风轮，作用在风轮上的风力分成阻力和升力两部分，由于只有升力才能推动风轮转动，所以也存在效率低的问题。不仅如此，风力机还不得不提高强度来承受这些阻力，因此增加了风力机的重量和造价。多年来在减小风阻提高效率方面有许多设想，但未能取得明显效果。

本发明提出一种新型结构的立轴式风力机，它可以在处于推力区内叶片受风推力不变的情况下，明显减少处在阻力区内的叶片的风阻。

本发明的风力机的基本原理是：风力机叶片开始进入阻力区时，控制机构使叶片平面迅速转变到与风向平行的位置，阻风面积很小，风阻很小;叶片开始进入推力区时，控制机构又使叶片平面迅速竖直迎风，工作面积为最大。

实现本风力机的基本原理的方法有许多，例如：风力机叶片可做成绕叶片轴旋转，并且叶片轴可以是水平轴，叶片从迎风的铅垂位置旋转到平行于风向的水平位置;叶片轴亦可是铅垂轴，叶片从迎风的铅垂位置旋转到平行于风向的另一铅垂位置;叶片可以做成整张大叶片整体转动，亦可将整张大叶片分成数张小叶片，各小叶片分别绕各自的轴转动。

与以往的风力机相比，这种新型风力机具有如下优点：

由于本风力机可明显减小风阻，其效率高于现有风力机;

由于本风力机可明显减小风阻，故减少了整机受力，与现有风力机相比，重量减轻，造价降低。并可在风力机的顶部和中部向地面拉钢索，保证大风时的安全;

本风力机可以多层叠加，故可根据实际要求，制成中小型或大型风力机。

本风力机是实现上述基本原理的方法之一，其具体结构如下：

图1是本风力机整机图

图2和图3是控制机构

图1，本风力机包括机身和控制机构两部分。机身由立轴、横梁和大叶片等组成。控制机构由电磁铁、风标、风速板和行程开关等组成。

机身结构：见图一，横梁2固定在立轴1上，大叶片固定在横梁2上，与横梁一起带动立轴1转动。图中大叶片共两层（亦可多层），每层四张。大叶片由固结在在横梁上的竖钢管3、穿在竖钢管3上的叶片轴4和固结在叶片轴4上的小叶片5组成。叶片轴可带动小叶片5绕轴转动至垂直位置（关闭，迎风），或水平位置（打开，受风面积最小）。整个大叶片外形如同一扇百页窗。

控制机构：图2，叶片轴的转动是由固定在竖钢管上的电磁铁6和连杆机构控制的。电磁铁6由罩壳7、底壳8、铁芯9、弹簧10、活动衔铁11组成。罩壳7固定在竖钢管上，与底壳8以螺纹相连接，调节底壳在罩壳上的位置，可以调节衔铁11的行程大小。连杆12两端分别与活动衔铁和拉杆13用销连接，拉杆13通过弹簧14与固定在叶片轴上的弹性夹套15的一端连接，弹性夹套15的另一端开槽并装有调节螺钉16，可以调节和固定夹套在叶片轴上的位置。当叶片进入阻力区时，电磁铁失电，弹簧10压下衔铁，通过连杆、拉杆、弹簧14和弹性夹套，使叶片轴转动，直至叶片轴上的销17碰到竖钢管上的定位销18，此时叶片处于水平位置（如图2所示）;当叶片进入推力区，电磁铁得电，衔铁被吸起，拉动连杆、拉杆、夹套等使叶片转动至竖直位置，受风工作。弹簧14可使叶片减震。

每张大叶片共有六层小叶片，装有三只电磁铁分别控制一层、两层或三层小叶片的启、闭。处于同一铅垂平面的大叶片为一组，其上处于相同位置的电磁铁（如图1中的电磁铁6，6′）的一端接在同一个电刷上，这样共有三个电刷为一组，控制一组大叶片，全机共有四组电刷控制四组大叶片。

图3，电磁铁的通断电是由风标、风速板和行程开关等控制的。

风标19安装在叶片下方，与立轴间装有轴承20，故风标只随着风向的改变而转动，箭头始终指着风的来向。风标上固结着铜环21、风速板22及半铜环盘23。铜环21通过电刷24接通电源，始终带电。从铜环引出导线接到风速板22一侧的行程开关25上，行程开关25的另一端接到行程开关26、27、28上，行程开关26、27、28的另一端接往半铜环盘23。半铜环盘内装有互相绝缘的三条180°铜半园环29、30、31，铜半园环的起、终点与风标处在同一平面内。来自行程开关26、27、28的三个接头分别接在铜半园环29、30、31上。风速板上装有弹簧32，并可绕轴转动。风标箭头对准风向时，风便吹到风速板上，使风速板克服弹簧32的拉力绕轴转动某个角度。当风大于风力机的起动风速小于或等于额定风速时，风速板压下装在一侧的行程开关25，使所有的铜半园环均带电。风速超过额定风速一定值，风速板压下行程开关26，铜半园环29断电。风速继续增大，风速板压下行程开关27，铜半园环30断电。风速大于风力机的极限风速，所有行程开关均被压下，三个铜半园环均不带电。

半铜环盘的上方装有随立轴转动的电刷盘33，前述从电磁铁上引下的电刷装在电刷盘33上，每组一排，如34，每排相隔90°，共四排。每一排与其所控制的风叶组处于同一铅垂平面内，并用弹簧压紧在半铜环盘上。

如图3，设风从左边吹来，风标箭头指着风向。风速小于风力机的起动风速时，风速板处于图示位置，三个铜半园环均不带电。如前所述，当风速大于风力机起动风速小于等于额定风速时，三个铜半园环均带电。设大叶片与立轴顺时针转动（从上往下看），当一组大叶片转至立轴左边与风标箭头处于同一平面内时，开始进入推力区，此时由于控制该组大叶片的电刷组34也与风标处于同一平面内，故电刷组与三个铜半园环接触得电，小叶片竖直，受风工作;当大叶片组转过180°至立轴右边，开始进入阻力区，电刷组与铜半园环脱离失电，所有小叶片处于水平位置打开。当风速超过额定风速一定值，铜半园环29断电，部分小叶片不参加工作，保证风力机在风速增大的情况下，输出功率保持基本不变。如此类推，当风速大于风力机的极限风速时，所有小叶片均不工作，风力机停转，确保安全。

Claims

1、一种立轴式风力发动机，其特征是：风力机的叶片开始进入阻力区时，叶片一边与立轴一起转动一边迅速运动至叶片平面与风向平行的位置；风力机的叶片开始进入推力区时，其叶片一边与立轴一起转动一边迅速运动至叶片平面竖直迎风位置。

2、按权利要求1所述风力机，其叶片开始进入阻力区时，叶片一边与立轴一起转动一边迅速绕叶片轴转至叶片平面与风向平行的位置;其叶片开始进入推力区时，叶片一边与立轴一起转动一边迅速绕叶片轴转至叶片平面竖直迎风位置。其中叶片轴可以是水平的，亦可以是垂直的。

3、按权利要求2所述风力机，其叶片可多层叠加。

4、按权利要求2或权力要求3所述风力机，其叶片可做成整张的绕轴转动，亦可做成叶片框内有数片小叶片，每张小叶片绕各自的轴转动，叶片框本身不动。

5、按权利要求4所述风力机的控制机构，主要由电磁铁、风标、风速板和行程开关等组成。其特征是：由电磁铁控制小叶片的开启与关闭，风标控制叶片开启与关闭时所处的位置，风速板和行程开关控制参加工作的叶片面积大小。风标箭头始终对准风向;当风速大于风力机的起动风速小于额定风速时，风速板压下某个行程开关，风力机全部电磁铁参加工作，大叶片进入推力区时电磁铁使全部小叶片关闭，叶片工作面积为最大，进入阻力区时电磁铁使全部小叶片开启，小叶片平面平行于风向;风速大于额定风速时，随着风速的增加，风速板压下另外的一个或数个行程开关，部分电磁铁不参加工作，使部分小叶片始终处于开启状态，叶片工作面积减小;风速大于极限风速时，风速板再压下一个行程开关，全部电磁铁不参加工作，风力机停转。