CN105298742A - 一种风力机叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种风力机叶轮，用于解决风力机叶轮掠风能力低，动力不足等问题。所述叶轮包括主轴、n组叶轮架、n组叶片和轴承座，其中，n为不小于1的正整数；所述每组叶轮架包括第一叶轮架和第二叶轮架；所述第一叶轮架和第二叶轮架以主轴1为对称轴，并且镜像对称固定安装在主轴上；所述叶片包括第一叶片和第二叶片；所述第一叶片活动安装于第一叶轮架上，第二叶片活动安装于第二叶轮架上；所述第一叶片和第二叶片之间通过连接部件相连为一体，同步移动；所述主轴1垂直安装在轴承座上。本发明具有掠风能力增强、结构简单、发电功率范围较大和应用范围广等特点。

Description

一种风力机叶轮
技术领域
本发明涉及一种风力机叶轮，属于风能发电技术领域。
背景技术
近些年来，随着人们生活水平的不断提高，对能源的消耗也随之增大，能源短缺问题也逐渐引起人们的重视。为了实现能源的有效利用，发展可再生洁净能源的使用，绿色能源已经成为世界普遍关注的焦点。风能作为取之不尽用之不竭的可再生能源，已经逐渐引起世界能源利用的关注。现阶段世界各国对风能资源有了更加深入的认知和更加全面的利用，在风能发电技术领域有了长足的进步。
叶轮是风力发电机主要构成部件，是风力发电机不可或缺的一部分，其风能利用率直接影响着发电质量。现阶段对叶轮的研究成果也比较多，但是，当前风机叶轮力矩不可变化，叶轮掠风能力有限，风能的利用率比较低，导致风力机动力不足，不能完成大功率发电等问题一直存在。
发明内容
为解决现有技术中风力机叶轮掠风能力差，风能利用率低，动力不足等问题，本发明提出了一种风力机叶轮，所采取的技术方案如下：所述叶轮包括主轴1、n组叶轮架2、n组叶片3和轴承座4，其中，n为不小于1的正整数；所述每组叶轮架2包括第一叶轮架21和第二叶轮架22；所述第一叶轮架21和第二叶轮架22以主轴1为对称轴，并且镜像对称固定安装在主轴1上；所述叶片3包括第一叶片31和第二叶片32；所述第一叶片31活动安装于第一叶轮架21上，第二叶片32活动安装于第二叶轮架22上。
优选地，所述第一叶片31和第二叶片32之间通过连接部件35相连为一体，同步移动。
优选地，所述连接部件35为钢丝绳、链条或板状材料，均以可拆卸方式与第一叶片31和第二叶片32进行连接。
优选地，所述第一叶轮架21与第二叶轮架22均以螺栓可拆卸方式与主轴1进行连接。
优选地，所述叶片3为弧形板片，其内部设有m个掠风部件34，其中，m为正整数。
优选地，所述掠风部件34为凹形掠风槽或凸形掠风突起，固定焊接安装在叶片3弧形内壁上。
优选地，所述叶片3长度为500mm-20m，中空结构，材质为PVC或聚氨酯发泡材料，其表面为石墨，石墨烯或碳纤维。
优选地，所述叶轮架2为矩形金属支架，叶轮架2中垂直于主轴1的两条长边上均设有滑道23。
优选地，所述叶片3的四个顶点均设有滑轮33，滑轮33均嵌入所述滑道23内沿滑道23滑动。
优选地，所述叶轮包括主轴1、n组叶轮架2、n组叶片3和轴承座4，其中，n为不小于1的正整数；所述每组叶轮架2包括第一叶轮架21和第二叶轮架22；所述第一叶轮架21和第二叶轮架22以主轴1为对称轴，并且镜像对称固定安装在主轴1上；所述叶片3包括第一叶片31和第二叶片32；所述第一叶片31活动安装于第一叶轮架21上，第二叶片32活动安装于第二叶轮架22上。所述第一叶片31和第二叶片32之间通过连接部件35相连为一体，同步移动。所述连接部件35为钢丝绳、链条或板状材料，均以可拆卸方式与第一叶片31和第二叶片32进行连接。所述第一叶轮架21与第二叶轮架22均以螺栓可拆卸方式与主轴1进行连接。所述叶片3为弧形板片，其内部设有m个掠风部件34，其中，m为正整数。所述掠风部件34为凹形掠风槽或凸形掠风突起，固定焊接安装在叶片3弧形内壁上。所述叶片3长度为500mm-20m，中空结构，材质为PVC或聚氨酯发泡材料，其表面为石墨，石墨烯或碳纤维。所述叶轮架2为矩形金属支架，叶轮架2中垂直于主轴1的两条长边上均设有滑道23。所述叶片3的四个顶点均设有滑轮33，滑轮33均嵌入所述滑道23内沿滑道23滑动。
本发明有益效果：
(1)掠风能力增强：风机叶轮可全风向自由伸缩，力矩可变，增大了叶轮的掠风能力以及风能利用率，提高了叶轮动力；
(2)结构简单：传统风力机叶轮方向需根据风向进行调整，装置结构复杂，本发明中无论风向如何变化，风机叶轮始终按同一方向转动，简化了传统风力机结构；
(3)发电功率范围较大：可满足几十瓦到几百千瓦功率范围内的发电需求；
(4)应用范围广：本发明风机叶轮适用于垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机中；同时根据需求，可自由改变叶轮架和叶片长度，并根据发电需求进行单组叶轮使用和多组叶轮组合适用，组合形式可有多重变化。
附图说明
图1为本发明所述伸缩式风力机叶轮俯视结构示意图；
(1，主轴；2，叶轮架；21，第一叶轮架；22，第二叶轮架；3，叶轮；31，叶轮；32，第二叶轮；33，滑轮；34，掠风部件)
图2为本发明所述伸缩式风力机叶轮转动时俯视结构示意图；
(1，主轴；2，叶轮架；21，第一叶轮架；22，第二叶轮架；3，叶轮；31，叶轮；32，第二叶轮；33，滑轮；34，掠风部件)
图3为本发明所述伸缩式风力机叶轮主视结构示意图；
(1，主轴；21，第一叶轮架；22，第二叶轮架；23，滑道；31，叶轮；32，第二叶轮；33，滑轮；35，连接部件)
图4为本发明所述伸缩式风力机叶轮单层应用主视结构示意图；
(1，主轴；21，第一叶轮架；22，第二叶轮架；23，滑道；31，叶轮；32，第二叶轮；33，滑轮；35，连接部件；4，轴承座)
图5为本发明所述伸缩式风力机叶轮纵向四层组合应用主视结构示意图；
(1，主轴；21，第一叶轮架；22，第二叶轮架；23，滑道；31，叶轮；32，第二叶轮；33，滑轮；35，连接部件；4，轴承座；A，第四层叶轮；B，第三层叶轮；C，第二层叶轮；D，第一层叶轮)
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3对本实施方式进行详细说明，本实施方式所述一种伸缩式风力机叶轮，所述叶轮包括主轴1、n组叶轮架2、n组叶片3和轴承座4，其中，n为不小于1的正整数；所述每组叶轮架2包括第一叶轮架21和第二叶轮架22；所述第一叶轮架21和第二叶轮架22以主轴1为对称轴，并且镜像对称固定安装在主轴1上；所述叶片3包括第一叶片31和第二叶片32；所述第一叶片31活动安装于第一叶轮架21上，第二叶片32活动安装于第二叶轮架22上。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同之处在于，所述第一叶片31和第二叶片32之间通过连接部件35相连为一体，同步移动。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同之处在于，所述连接部件35为钢丝绳、链条或板状材料，均以可拆卸方式与第一叶片31和第二叶片32进行连接。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二不同之处在于，所述第一叶轮架21与第二叶轮架22均以螺栓可拆卸方式与主轴1进行连接。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二不同之处在于，所述叶片3为弧形板片，其内部设有m个掠风部件34，其中，m为正整数。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同之处在于，所述所述掠风部件34为凹形掠风槽或凸形掠风突起，固定焊接安装在叶片3弧形内壁上。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二不同之处在于，所述叶片3长度为500mm-20m，中空结构，材质为PVC或聚氨酯发泡材料，其表面为石墨，石墨烯或碳纤维。同时，叶片3还可根据其实际应用环境，进行制作材料的相应变换。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二不同之处在于，所述叶轮架2为矩形金属支架，叶轮架2中垂直于主轴1的两条长边上均设有滑道23。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七和具体实施方式八不同之处在于，所述叶片3的四个顶点均设有滑轮33，滑轮33均嵌入所述滑道23内沿滑道23滑动。其它组成和连接方式与具体实施方式七和具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同之处在于，所述叶轮包括主轴1、n组叶轮架2、n组叶片3和轴承座4，其中，n为不小于1的正整数；所述每组叶轮架2包括第一叶轮架21和第二叶轮架22；所述第一叶轮架21和第二叶轮架22以主轴1为对称轴，并且镜像对称固定安装在主轴1上；所述叶片3包括第一叶片31和第二叶片32；所述第一叶片31活动安装于第一叶轮架21上，第二叶片32活动安装于第二叶轮架22上。所述第一叶片31和第二叶片32之间通过连接部件35相连为一体，同步移动。所述连接部件35为钢丝绳、链条或板状材料，均以可拆卸方式与第一叶片31和第二叶片32进行连接。所述第一叶轮架21与第二叶轮架22均以螺栓可拆卸方式与主轴1进行连接。所述叶片3为弧形板片，其内部设有m个弧形曲片34，其中，m为正整数。所述所述掠风部件34为凹形掠风槽或凸形掠风突起，固定焊接安装在叶片3弧形内壁上。所述叶片3长度为500mm-20m，中空结构，材质为PVC或聚氨酯发泡材料，其表面为石墨，石墨烯或碳纤维。所述叶轮架2为矩形金属支架，叶轮架2中垂直于主轴1的两条长边上均设有滑道23。所述叶片3的四个顶点均设有滑轮33，滑轮33均嵌入所述滑道23内沿滑道23滑动。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
叶轮3工作时，迎风面的第一叶轮31在风力的推动下借助滑轮33沿着滑道23滑向第一叶轮架21的外侧端，同时，由于第一叶片31和第二叶片23通过连接部件35相连为一体，因此第一叶片31带动第二叶片32向第二叶轮架22内侧端滑行，循环往复，使叶片3的力矩根据风力和风向不断改变。通过这一动作，增强了迎风面叶轮的机械力，减小了背风面叶轮的阻力，以此达到增加风力机动力(机械力)的目的。同时，由于叶片3内壁上设有多个掠风部件34，增加了捕风能力，进一步提高了风力机叶轮的风能利用率。其中，所述所述掠风部件34为凹形掠风槽或凸形掠风突起，固定焊接安装在叶片3弧形内壁上；所述凹形掠风槽可以设计为半弧形凹槽，所述凸形掠风突起可以设计为半弧形曲片突起，所述半弧形凹槽和半弧形曲片突起的半径均小于叶片3半径。此外，叶片3材质为PVC或聚氨酯发泡材料，其表面为石墨，石墨烯或碳纤维，减小叶片3的质量，有利于风力的利用。根据叶片3材质选取的不同，可择优选取掠风部件34的类型进行搭配，经过工程实践可择优确定为：PVC材质叶片主要搭配凹形掠风槽式掠风部件；聚氨酯发泡材料主要搭配凸形掠风突起式掠风部件34。此外，根据叶轮实际应用环境的不同，可对叶片3的材料进行择优替换，以选取适合实际应用环境的制作材料，以此提高风机叶轮在不同环境中的耐用性。
相对于现有技术中普遍风机叶轮的风能转换率最高为17％，本发明设计的风力机叶轮，其风能利用率为60％以上。同时，本发明所述伸缩式风力机叶轮可应用于立式和卧式两种工作形式，并且可根据需求改变叶片和叶轮架的大小，以及对叶轮进行横向和纵向多组组合应用。下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。
以下实施方式中所用材料、仪器和方法，未经特殊说明，均为本领域常规材料、仪器和方法，均可通过商业渠道获得。
实施例1：
结合图4对本实施例进行说明，图4所示为单组伸缩式叶轮应用于立式风力机中的结构示意图，包括主轴1、2组叶轮架2、2组叶片3和轴承座4；所述每组叶轮架2包括第一叶轮架21和第二叶轮架22；所述第一叶轮架21和第二叶轮架22以主轴1为对称轴，并且镜像对称固定安装在主轴1上；所述叶片3包括第一叶片31和第二叶片32；所述第一叶片31活动安装于第一叶轮架21上，第二叶片32活动安装于第二叶轮架22上；所述第一叶片31和第二叶片32之间通过两条连接链35相连为一体，同步移动。所述主轴1垂直安装在轴承座4上。
所述叶片3为弧形板片，其内部设有m个掠风部件34，其中，m为正整数；根据图4所示，所述掠风部件34设计为凸形掠风突起，固定安装在叶片3弧形内壁上；所述凸形掠风突起为半弧曲片，曲片以弧口处为连接点固定安装在叶片3弧形内壁上，其半径小于叶片3半径。所述叶轮架2为矩形，叶轮架2中垂直于主轴1的两条长边上均设有滑道23，所述滑道23长度与叶轮架2两条长边长度相同。所述叶片3的四个顶点均设有滑轮33，当叶片3安装于叶轮架2中时，叶片3通过滑轮33活动连接于叶轮架2上，滑轮33均嵌入滑道23内，并且可借助风力沿滑道23自由滑动，即叶片3通过滑轮33的轮动，延滑道23自由滑动。所述滑道23长度与叶轮架2两条长边长度相同。此外，叶片3长度可根据需要在500mm——20m范围内自由变换。同时，所述叶片3为中控结构，在这里选用聚氨酯发泡材料进行制作。
叶轮3工作时，迎风面的第一叶轮31在风力的推动下借助滑轮33沿着滑道23滑向第一叶轮架21的外侧端，同时，由于第一叶片31和第二叶片23通过连接链相连为一体，因此第一叶片31带动第二叶片32向第二叶轮架22内侧端滑行，循环往复，使叶片3的力矩根据风力和风向不断改变。通过这一动作，增强了迎风面叶轮的机械力，减小了背风面叶轮的阻力，以此达到增加风力机动力(机械力)的目的。
实施例2
结合图5对本实施例进行详细说明，图5为伸缩式风力机叶轮四层纵向组合应用于垂直轴风力机时的结构示意图，叶轮组合包括纵向A、B、C、D四层叶轮、主轴1和轴承座4。其中，所述每层叶轮包括2组叶轮机2和2组叶片3；所述每组叶轮架2包括第一叶轮架21和第二叶轮架22；所述第一叶轮架21和第二叶轮架22以主轴1为对称轴，并且镜像对称固定安装在主轴1上；所述叶片3包括第一叶片31和第二叶片32；所述第一叶片31活动安装于第一叶轮架21上，第二叶片32活动安装于第二叶轮架22上；所述第一叶片31和第二叶片32之间通过两条连接链35相连为一体，同步动作；所述主轴1垂直安装在轴承座4上。
所述叶片3为弧形板片，其内部设有m个掠风部件34，其中，m为正整数；根据图4所示，所述掠风部件34设计为凸形掠风突起，固定安装在叶片3弧形内壁上；所述凸形掠风突起为半弧曲片，曲片以弧口处为连接点固定安装在叶片3弧形内壁上，其半径小于叶片3半径。所述叶轮架2为矩形，叶轮架2中垂直于主轴1的两条长边上均设有滑道23，所述滑道23长度与叶轮架2两条长边长度相同。所述叶片3的四个顶点均设有滑轮33，当叶片3安装于叶轮架2中时，叶片3通过滑轮33活动连接于叶轮架2上，滑轮33均嵌入滑道23内，并且可借助风力沿滑道23自由滑动，即叶片3通过滑轮33的轮动，延滑道23自由滑动。所述滑道23长度与叶轮架2两条长边长度相同。此外，叶片3长度可根据需要在500mm——20m范围内自由变换。同时，所述叶片3为中控结构，在这里选用聚氨酯发泡材料进行制作。
A、B、C、D四层叶轮中，叶轮3工作时，迎风面的第一叶轮31在风力的推动下借助滑轮33沿着滑道23滑向第一叶轮架21的外侧端，同时，由于第一叶片31和第二叶片23通过连接链相连为一体，因此第一叶片31带动第二叶片32向第二叶轮架22内侧端滑行，循环往复，使叶片3的力矩根据风力和风向不断改变。通过这一动作，增强了迎风面叶轮的机械力，减小了背风面叶轮的阻力，以此达到增加风力机动力(机械力)的目的。A、B、C、D四层叶轮根据风力各自运行，互不干扰。通过将每层叶轮获得的动力叠加，使风力机获得更多机械力，从而解决风力机难以实现大功率发电的问题题。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种风力机叶轮，其特征在于，所述叶轮包括主轴(1)、n组叶轮架(2)、n组叶片(3)和轴承座(4)，其中，n为不小于1的正整数；所述每组叶轮架(2)包括第一叶轮架(21)和第二叶轮架(22)；所述第一叶轮架(21)和第二叶轮架(22)以主轴(1)为对称轴，并且镜像对称固定安装在主轴(1)上；所述叶片(3)包括第一叶片(31)和第二叶片(32)；所述第一叶片(31)活动安装于第一叶轮架(21)上，第二叶片(32)活动安装于第二叶轮架(22)上。
2.根据权利要求1所述风力机叶轮，其特征在于，所述第一叶片(31)和第二叶片(32)之间通过连接部件(35)相连为一体，同步移动。
3.根据权利要求2所述风力机叶轮，其特征在于，所述连接部件(35)为钢丝绳、链条或板状材料，均以可拆卸方式与第一叶片(31)和第二叶片(32)进行连接。
4.根据权利要求2所述风力机叶轮，其特征在于，所述第一叶轮架(21)与第二叶轮架(22)均以螺栓可拆卸方式与主轴(1)进行连接。
5.根据权利要求2所述风力机叶轮，其特征在于，所述叶片(3)为弧形板片，其内部设有m个掠风部件(34)，其中，m为正整数。
6.根据权利要求5所述风力机叶轮，其特征在于，所述掠风部件(34)为凹形掠风槽或凸形掠风突起，固定焊接安装在叶片(3)弧形内壁上。
7.根据权利要求2所述风力机叶轮，其特征在于，所述叶片(3)长度为500mm-20m，中空结构，材质为PVC或聚氨酯发泡材料，其表面为石墨，石墨烯或碳纤维。
8.根据权利要求2所述风力机叶轮，其特征在于，所述叶轮架(2)为矩形金属支架，叶轮架(2)中垂直于主轴(1)的两条长边上均设有滑道(23)。
9.根据权利要求7或8所述风力机叶轮，其特征在于，所述叶片(3)的四个顶点均设有滑轮(33)，滑轮(33)均嵌入所述滑道(23)内沿滑道(23)滑动。
10.根据权利要求1所述风力机叶轮，其特征在于，所述叶轮包括主轴(1)、n组叶轮架(2)、n组叶片(3)和轴承座(4)，其中，n为不小于1的正整数；所述每组叶轮架(2)包括第一叶轮架(21)和第二叶轮架(22)；所述第一叶轮架(21)和第二叶轮架(22)以主轴(1)为对称轴，并且镜像对称固定安装在主轴(1)上；所述叶片(3)包括第一叶片(31)和第二叶片(32)；所述第一叶片(31)活动安装于第一叶轮架(21)上，第二叶片(32)活动安装于第二叶轮架(22)上；所述第一叶片(31)和第二叶片(32)之间通过连接部件(35)相连为一体，同步移动；所述连接部件(35)为钢丝绳、链条或板状材料，均以可拆卸方式与第一叶片(31)和第二叶片(32)进行连接；所述第一叶轮架(21)与第二叶轮架(22)均以螺栓可拆卸方式与主轴(1)进行连接；所述叶片(3)为弧形板片，其内部设有m个掠风部件(34)，其中，m为正整数。所述掠风部件(34)为凹形掠风槽或凸形掠风突起，固定焊接安装在叶片(3)弧形内壁上；所述叶片(3)长度为500mm-20m，中空结构，材质为PVC或聚氨酯发泡材料，其表面为石墨，石墨烯或碳纤维；所述叶轮架(2)为矩形金属支架，叶轮架(2)中垂直于主轴(1)的两条长边上均设有滑道(23)；所述叶片(3)的四个顶点均设有滑轮(33)，滑轮(33)均嵌入所述滑道(23)内沿滑道(23)滑动。
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