CN105180417A - 内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，其包括双S型垂直轴风力机、φ型垂直轴风力机、非接触型超越离合器、搅拌阻尼型致热器和大底座。双S型垂直轴风力机通过非接触型超越离合器与所述的φ型垂直轴风力机和所述的搅拌阻尼型致热器的中心轴相联接，且所述的双S型垂直轴风力机布置在所述的φ型垂直轴风力机和所述的搅拌阻尼致热装置的上方；所述的φ型垂直轴风力机通过非接触型超越离合器和环形导轨滑块机构与所述的搅拌阻尼型致热器相联接；所述的搅拌阻尼型致热器内套在φ型垂直轴风力机中间和固定在大底座上。本发明的效果：利用两种类型风力机的优势捕捉风能，风能利用范围广，提高风能利用率。

Description

内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置

技术领域

本发明属于风能利用领域，具体是一种内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置。

背景技术

我国风能资源非常丰富。2006年国家气候中心研究结果表明，我国陆地10米高度层可开发和利用的风能储量除青藏高原外总量约为25亿kW，海上可开发和利用的风能储量约为7.5亿kW，共计约32.5亿kW。风能的利用形式多种多样，可转化成机械能、电能、热能等。在所有风能转化利用中，风能直接转化成热能的效率最高。目前国内外的研究主要集中在风力发电上，其次是风力提水，风力致热的研究不多，国外有关风能直接转化成热能的较详细原理及技术报道也较少，而且研究垂直轴风力机的也不是很多，特别是组合式垂直轴风力机。风能直接转化成热能的能量利用率高，对风质要求低，风况变化的适应性强，装置结构简单，蓄热问题也便于解决。因此开发风力致热技术用于生活供暖、工农业生产等，对缓解我国能源压力，减轻环境污染具有重要的意义。

目前风力致热的主要方法有液体搅拌致热、液压阻尼致热、压缩空气致热、固体摩擦致热和涡电流致热等基本风力致热方法。本发明充分利用搅拌和阻尼两种致热方式的优点，提高致热效率。

垂直轴风力机按风轮叶片工作原理和结构可分为阻力型，升力型，升力-阻力组合型。本发明采用升力-阻力组合型垂直轴风力机，且两者是通过非接触型超越离合器联接，实现φ型垂直轴风力机自启动，并解决φ型垂直轴风力机启动后双S型垂直轴风力机对φ型垂直轴风力机的阻碍影响，使组合型风力机的性能最优。

现有的风力致热装置稳定性普遍差，在速度等级较大区域，不能正常安全使用，所以风力致热装置的性能有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，该装置的启动风速低，无死点，转动平稳，将φ型垂直轴风力机和双S型垂直轴风力机结合在一起，利用两种风力机的优点捕捉风能，还将搅拌和阻尼两种致热方式结合在一起，能有效利用两种方法的优点，提高风能利用率和致热效率，结构简单，材料强度要求低，生产成本低，力学性能较好，根据需要既可小型化使用又可大型化使用，具有持久的经济效应，装置中运动件相对较少，安装方便，维护简单，运行稳定，可以涂上美观的颜色，使其与周围环境融为一体，将成为一道靓丽的风景。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，包括双S型垂直轴风力机、φ型垂直轴风力机、搅拌阻尼型致热器和大底座，所述的双S型垂直轴风力机通过非接触型超越离合器与φ型垂直轴风力机和搅拌阻尼型致热器中心轴联接；所述φ型垂直轴风力机通过非接触型超越离合器与搅拌阻尼型致热器中心轴联接，通过环形导轨滑块机构与搅拌阻尼型致热器联接；所述搅拌阻尼型致热器固定在大底座上。

所述双S型垂直轴风力机的风叶轮由上下两组萨沃纽斯型风叶轮组成，两组萨沃纽斯型风轮的相位差为90°，双S型垂直轴风力机中心轴贯穿风力机中心线与风力机固定联接，并且重叠区域的空隙距离与风力机直径的比值为0.17。

所述的非接触型超越离合器的内环安装在所述的双S型垂直轴风力机的中心轴上和搅拌阻尼型致热器的中心轴上，外环靠装在所述的内环的两个轴承拖驰着，与φ型垂直轴风力机联接在一起。

所述搅拌阻尼型致热器包括阻尼桶、阻尼隔板、搅拌单元、致热器中心轴、保温材料和致热桶。

所述环形导轨滑块机构包括三组滑块和一条环形导轨，三组滑块均匀分布在环形导轨上。

所述φ型垂直轴风力机为三叶片形式的φ形风力机叶片，均匀分布在四周，中间有三个固定横架固定φ形垂直轴风力机叶轮，固定横架一端与φ型垂直轴风力机叶轮联接，一端与致热器中心轴联接。

所述致热桶呈圆形，其内壁与外壁填充有保温材料。

所述阻尼桶四周开有阻尼槽，上下底板开有阻尼孔。

所述搅拌单元由三-六个动叶片组成，在圆周方向上均匀排列。

所述阻尼隔板上开有阻尼孔，穿过阻尼桶固定在致热桶内壁上。

所述的搅拌单元与阻尼隔板上下相间均匀排列。

所述一组滑块包括一个球形滑块和方形滑块，球形滑块嵌在导轨内，方形滑块固定在环形支架上与φ型垂直轴风力机焊接在一起且成120°均匀分布。

本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热是指搅拌阻尼型致热器内套在φ型垂直轴风力机内部外加启动和加速的双S型垂直轴风力机风能致热。

本发明的突出优点在于：

1、由于采用非接触型超越离合器联接两种类型的风力机，充分利用了两种风力机的优势捕捉风能，风能利用范围广，不但解决φ型风力机启动困难和φ型风力机启动后双S型垂直轴风力机对φ型垂直轴风力机的阻碍影响，提高风能利用率和加快致热速率；

2、由于将搅拌和阻尼两种致热方式结合在一起，能有效利用两种致热方法的优点，装置致热效率高；

3、由于将搅拌阻尼致热装器内套在φ型垂直轴风力机内部，可以极大的改善结构的受力情况，使得承力结构设计更加合理，结构紧凑结实，部件少，并且搅拌阻尼型致热器的直径与φ型垂直轴风力机直径的比值是小于或等于0.25，这样更加符合空气动力学设计原则，使得φ型垂直轴风力机更好地捕捉风能，从而风力致热装置的稳定性得到加强，既可以在强风中使用，又可以在微风中使用，而且提高了风能利用率；

4、本发明不仅可以小型化使用，而且还可以大型化使用，可以在不同风能等级地区使用，特别是在风能资源丰富地区，冬天可以用来产生热水洗浴或供暖；

5、所述的φ型垂直轴风力机与搅拌阻尼型致热器的联接处采用了环形导轨滑块机构，可以减小φ型垂直轴风力机在旋转过程中与搅拌阻尼型致热器之间的摩擦力；

6、涂上美观的颜色，可以使其与周围环境融为一体，将成为一道靓丽的风景，符合美学设计原则。

附图说明

图1是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置结构示意图；

图2是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的致热器的搅拌单元结构示意图，其中动叶片的个数为三；

图3是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的致热器的搅拌单元结构示意图，其中动叶片的个数为四；

图4是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的致热器的搅拌单元结构示意图，其中动叶片的个数为五；

图5是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的致热器的搅拌单元结构示意图，其中动叶片的个数为六；

图6是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的致热器的阻尼隔板结构示意图；

图7是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的致热器的阻尼桶剖面图；

图8是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的环形导轨滑块机构结构示意图；

图9是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的环形导轨滑块结构示意图；

图10是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的固定横架结构示意图；

图11是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的非接触型楔块超越离合器主视图；

图12是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的非接触型楔块超越离合器结合状态示意图；

图13是本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的非接触型楔块超越离合器超越状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下通过附图和实施案例对本发明的技术方案作进一步描述。

如图1、图10所示，内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置由双S型垂直轴风力机1、φ型垂直轴风力机6、非接触型超越离合器2、环形导轨滑块机构11、致热器10、以及大底座13装配而成。致热器10包括致热桶15、保温材料5、动叶片单元7、阻尼隔板8、阻尼桶9、进水管道14、出水管道12、以及致热桶中心轴3。所述的双S型垂直轴风力机1通过非接触型超越离合器2与搅拌阻尼型致热器10的致热桶15中心轴3和φ型垂直轴风力机6相联接，所述的φ型垂直轴风力机6通过环形导轨滑块机构11与搅拌阻尼型致热器10相联接，且所述的φ型垂直轴风力机6中间有三个固定横架4固定φ型垂直轴风力机叶轮，固定横架一端与φ型垂直轴风力机6叶轮联接，一端与搅拌阻尼型中心轴3联接，所述的搅拌阻尼型致热器10固定在大底座13上。

如图2所示，本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的搅拌单元7由三个动叶片组成，在圆周方向上均匀排列。

如图3-图5所示，本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的搅拌单元7分别四-六个动叶片组成，在圆周方向上均匀排列。

如图6所示，本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的阻尼隔板8其上分布着多个阻尼孔15。

如图7所示，本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的阻尼桶9剖面图，阻尼桶9上下底板上分布有阻尼孔19，四周开有阻尼槽18。

如图8-图9所示，本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的环形导轨机构11包括三组滑块20和一条环形导轨23，三组滑块20均匀分布在环形导轨23上，每一组滑块20包括一个球形滑块22和方形滑块21，球形滑块22嵌在导轨23内，方形滑块21固定在环形支架23上与φ型垂直轴风力机6焊接在一起且成120°均匀分布。

如图11-图13所示，本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的非接触型超越离合器2包括外环201、内环202、楔块装置、固定挡环204、挡环205、端盖206、轴承207、挡圈208和扭簧2010，所属内环202工作面与所述外环201之间的滚道装有若干楔块203、挡销209组成的楔块装置；所述的扭簧2010分别设在楔块203两端圆柱上，扭簧2010的一端插入楔块203断面的小口中，另一端靠在挡销209上，所述的固定挡环204将内环202和所述的楔块装置连在一起，所述的外环201通过螺钉与法兰连接，所述的外环201套装在内环202的两个轴承上，与φ型垂直轴风力机6联接，并由螺钉与两个所述的端盖206紧固在一起。在低风速下，双S型垂直轴风力机1旋转，非接触型楔块超越离合器2的楔块203在扭簧2010作用下与内环202保持接触，使双S型垂直轴风力机1带动φ型垂直轴风力机6旋转。当转速达到超越速度时，即φ型垂直轴风力机6转速大于双S型垂直轴风力机1转速时，偏心楔块203的离心力矩增大，以致克服扭簧2010和其他阻力矩，使楔块203径向与内环202工作面脱开，因为是非接触的，所以形成一个微小间隙，从而避免了摩擦与磨损，离合器2实现非接触工作，这样双S型垂直轴风力机1与φ型垂直轴风力机6断开，虽然双S型垂直轴风力机1还在旋转，但是对φ型垂直轴风力机6的阻碍作用消失。这样的组合实现了自启动，而且在风力机正常工作时，双S型垂直轴风力机1对φ型垂直轴风力机6影响最小。

本发明所述的内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置的工作原理及过程是：

在风力的作用下，双S型垂直轴风力机1带动非接触型超越离合器2转动，非接触型超越离合器2带动φ型垂直轴风力机6启动，φ型垂直轴风力机6如果在风速比较大的情况下也会自动启动，但φ型垂直轴风力机6的转动不会受到双S型垂直轴风力机1的影响。将冷水（也可用油作介质）通过进水口14注入致热桶内，通过φ型垂直轴风力机6的转动后带动致热桶中心轴3转动，致热桶中心轴3带动搅拌单元7旋转，将致热桶内的水进行搅拌产生热量，同时也使水具有一定的速度。具有一定速度的水沿着阻尼桶9的内壁运动时，便会从阻尼桶9的阻尼槽18内高速喷出，高速喷出的水与附近低速液体之间发生冲突、摩擦、碰撞，从而产生热量，从阻尼槽18出来的水也会经过阻尼桶9上下底板的阻尼孔17或者阻尼隔板8的阻尼孔15的阻尼作用，产生热量，这样经过多次阻尼搅拌作用，具有较高温度的水从出水口12排出，以供生活之用或者其他需要热量的地方。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (11)

1.一种内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，包括双S型垂直轴风力机（1）、φ型垂直轴风力机（6）、搅拌阻尼型致热器（10）和大底座（13），其特征在于，所述搅拌阻尼型致热器（10）内套在φ型垂直轴风力机（6）内部；所述双S型垂直轴风力机（1）通过非接触型超越离合器（2）与所述φ型垂直轴风力机（6）联接，且所述双S型垂直轴风力机（1）布置在所述φ型垂直轴风力机（6）上方；所述φ型垂直轴风力机（6）通过非接触型超越离合器（2）与搅拌阻尼型致热器（10）的致热桶（15）中心轴（3）联接，通过环形导轨滑块机构(11)与搅拌阻尼型致热器（10）连接；所述搅拌阻尼型致热器（10）包括一致热桶（15）、一根进水管道（14）、一根出水管道（12）、一根致热桶中心轴（3）、一个阻尼桶（9）、多个阻尼隔板（8）、多个搅拌单元（7）、以及保温材料（5），所述致热桶（15）为圆柱形，其内壁与外壁填充有保温材料（5），并设置在所述搅拌阻尼型致热器（10）内部，所述致热桶（15）中心轴（3）贯穿所述致热桶（15）中心，所述致热桶（15）上下均匀设置多个阻尼隔板（8），所述阻尼隔板上开设有阻尼孔（17），两两上下阻尼隔板（8）之间设置一个搅拌单元（7），所述阻尼桶（9）四周开有阻尼槽（18），所述阻尼隔板（8）穿过阻尼桶（9）固定在致热桶（15）内壁上；所述搅拌阻尼型致热器（10）固定在大底座（13）上。

2.根据权利要求1所述内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，其特征在于，所述搅拌单元（7）由三-六个动叶片（16）组成，在圆周方向上均匀排列。

3.根据权利要求1或2所述内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，其特征在于，所述环形导轨滑块机构（11）包括三组滑块（20）和一条环形导轨（23），三组滑块（20）均匀分布在环形导轨（23）上。

4.根据权利要求3所述内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，其特征在于，所述的一组滑块（20）包括一个球形滑块（22）和方形滑块（21），球形滑块（22）嵌在导轨（23）内，方形滑块（21）固定在环形支架（24）上与φ型垂直轴风力机（6）焊接在一起且成120°均匀分布。

5.根据权利要求1所述内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，其特征在于，所述φ型垂直轴风力机（6）为三叶片形式的φ型垂直轴风力机，均匀分布在四周，中间有三个固定横架（4）固定φ形垂直轴风力机叶轮，固定横架（4）一端与φ型垂直轴风力机叶轮联接，一端与致热桶中心轴（3）连接。

6.根据权利要求1所述内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，其特征在于，所述双S型垂直轴风力机（1）的风叶轮由上下两组萨沃纽斯型风叶轮组成，两组萨沃纽斯型风轮的相位差为90°，双S型垂直轴风力机中心轴贯穿风力机中心线与风力机固定连接，并且重叠区域的空隙距离与风力机直径的比值为0.17。

7.根据权利要求1所述内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，其特征在于，所述保温材料是聚氨酯材料。

8.根据权利要求1所述内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，其特征在于，所述致热桶（15）材料是不锈钢材料。

9.根据权利要求1所述内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，其特征在于，所述φ型垂直轴风力机（6）是由铝合金材料制成。

10.根据权利要求1所述内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，其特征在于，所述非接触型超越离合器（2）包括外环（201）、内环（202）、楔块装置、固定挡环（204）、挡环（205）、端盖（206）、轴承（207）、挡圈（208）和扭簧（2010），所属内环（202）工作面与所述外环（201）之间的滚道装有若干楔块（203）、挡销（209）组成的楔块装置；所述的扭簧（2010）分别设在楔块（203）两端圆柱上，扭簧（2010）的一端插入楔块（203断面）的小口中，另一端靠在挡销（209）上，所述的固定挡环（204）将内环（202）和所述的楔块装置连在一起，所述的外环（201）套装在内环（202）的两个轴承上，与φ型垂直轴风力机（6）联接，并由螺钉与两个所述的端盖（206）紧固在一起。

11.根据权利要求1所述内外套接式搅拌阻尼型风力致热装置，其特征在于，所述的的搅拌单元（7）与阻尼隔板（8）上下相间均匀排列。