CN105804933B - 一种双转叶立轴风力机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双转叶立轴风力机，包括传动机构、两个转叶机构和动力输出机构，两个所述转叶机构分别置于所述传动机构顶部的两端，所述动力输出机构与所述传动机构的下端连接，两个所述转叶机构带动所述传动机构进行自转，所述传动机构转动带动所述动力输出机构输出动力。相对现有技术，本发明具有风能利用率高、结构小巧、成本低、维护简单。

Description

一种双转叶立轴风力机
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种双转叶立轴风力机。
背景技术
风能作为一种清洁、可再生能源越来越受到重视。我国风力资源丰富，且随着风力发电技术的提高，风能利用效率也显著提高，使风力发电日益成为新能源领域中除核能外，技术最成熟和最有发展前景的发电方式。
目前，风能的利用集中在风力发电领域，且主要利用一些沿海大风场的风力资源，对小风场(如城市高层建筑之间、公交站台两侧等)的风能利用较少；此外，风能的利用途径单一，主要利用风力机带动发电机发电。有文献指出，压缩空气动力汽车的研发已经取得重大进展，目前，阻碍压缩空气动力车实际推广使用的最大问题是气源问题。传统方式生产压缩空气是利用电能，但是电能生产压缩空气成本高，且无法做到零污染。如果能够利用城市里的小风场带动风力机生产压缩空气，就可以解决压缩空气动力车气源不足的问题，而且没有任何污染产生，符合绿色发展的要求。
目前，风力发电机技术已经十分成熟。但是，用于发电的风力机多为水平轴风力机，其结构大，运行噪音大，在人流密集的城市小风场内无法使用。公知的垂直轴竖翼多叶片风力机通过控制竖翼的气流通断来吸收任何方向的风力，虽然降低了启动风速，但是结构较大、效率有待改善，且控制气流通断会产生较大的工作噪音；在城市空间日益缩小的今天，要想推广使用，仍面临诸多难题。所以有必要对这些问题进行解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有风能利用率高、结构小巧、成本低、维护简单的双转叶立轴风力机。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种双转叶立轴风力机，包括传动机构、两个转叶机构和动力输出机构，两个所述转叶机构分别置于所述传动机构顶部的两端，所述动力输出机构与所述传动机构的下端连接，所述两个转叶机构带动所述传动机构进行自转，所述传动机构转动带动所述动力输出机构输出动力。
本发明的有益效果是：通过两个转叶机构能带动传动机构进行自转，使得传动机构在转叶机构的顺风侧和逆风侧都可以高效工作，提升风能利用效率；且本装置体积小，可以灵活安装在城市各种小风场中，利用小风场的风能生产压缩空气，为压缩空气动力车提供能源；再者转叶结构简单，制造成本低，承载能力大；风力机结构紧凑，维护简单且使用寿命长。
进一步，所述传动机构包括转臂、动轮组件和轴套，所述转臂水平布置，两个所述动轮组件可转动的置于所述转臂的两端，所述轴套置于所述转臂的中部且与转臂垂直固定连接，所述轴套内设置有转臂轴且与其转动连接，所述转臂轴向上延伸出所述轴套且穿过所述转臂，所述转臂轴的上部固定套装有定轮；两个所述动轮组件通过同步带环绕所述定轮同步转动连接，两个所述动轮组件带动所述转臂转动，所述转臂带动所述轴套绕所述转臂轴转动，所述动力输出机构与所述轴套固定连接。
进一步方案的有益效果：传动机构通过动轮组件和同步带联动，实现转臂绕转臂轴进行转动，实现传动机构的自转，能有效提升转动效率，减小本装置的体积，增大适用范围。
进一步，所述动轮组件包括动轮轴套、动轮和动轮轴，所述动轮轴套固定置于所述转臂上，所述动轮轴可转动的置于所述动轮轴套内，所述动轮轴向上延伸出动轮轴套，所述动轮固定套装在动轮轴的上部，所述动轮通过同步带环绕所述定轮同步转动连接。
进一步方案的有益效果：通过动轮轴套、动轮和动轮轴协调运作，能有效提升动轮组件的传动效率，提升转臂的转动效率。
进一步，所述动轮的上端设置有密封盖，所述密封盖密封环绕所述动轮轴。
进一步方案的有益效果：密封盖能对动轮组件的顶部进行密封，保证动轮组件传动效率，适用各种环境，延长使用寿命。
进一步，所述定轮的两侧均设置有张紧轮，两个所述张紧轮压紧所述同步带，两个所述张紧轮的下端与所述转臂固定连接。
进一步方案的有益效果：张紧轮能对同步带进行压紧，提升传动传动效率。
进一步，所述轴套与所述转臂轴之间设置有多个轴承，且多个所述轴承均套装在所述转臂轴上，每两个所述轴承之间均设置有套筒套装在所述转臂轴上。
进一步方案的有益效果：多个轴承能有效降低轴套绕转臂轴转动的摩擦，提升转动效率。
进一步，所述转叶机构包括转叶轴、转叶罩体和尾舵，所述转叶轴与所述动轮组件的上端固定连接，所述转叶轴环绕其圆周面上固定设置有多个转叶；所述转叶罩体可转动的包裹所述转叶轴和多个转叶的组合体，且所述转叶罩体与转叶轴间隙配合，所述尾舵与所述转叶罩体固定连接。
进一步方案的有益效果：通过转叶罩体和尾舵，实现对风功能，省去了复杂的对风装置，有效减小了风力机的体积，更适合使用在城市的小风场内。
进一步，所述转叶设置有六个，六个所述转叶等间距的与所述转叶轴固定连接，相邻两个所述转叶之间的夹角均为60度。
进一步方案的有益效果：转叶机构有六个转叶，两个转叶机构对称安装在转臂两端，在一定的风速与载荷下，风力机具有转动的自稳定特性，可以有效地改善风力机的运转稳定性。
进一步，所述转叶罩体上设置有开口，所述转叶罩体的开口方向与所述尾舵的法线方向一致。
进一步方案的有益效果：实现对风功能，省去了复杂的对风装置，减小体积。
进一步，所述动力输出机构包括底座和动力输出轴，所述动力输出轴可转动的置于所述底座内，所述动力输出轴的上端与所述轴套连接。
进一步方案的有益效果：提升动力输出效率。
附图说明
图1为本发明一种双转叶立轴风力机的结构示意图；
图2为传动机构和动力输出机构的结构示意图；
图3为转叶机构的结构示意图；
图4为转叶轴和叶片的结构示意图；
图5为转叶罩体的主视图；
图6为图5的侧视图；
图7为图5的俯视图；
图8为转臂、定轮、同步带、动轮和张紧轮的结构示意图；
图9为轴套的俯视图；
图10为图9的BB剖视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、传动机构，2、转叶机构，3、动力输出机构，4、转臂，5、动轮组件，6、轴套，7、转臂轴，8、定轮，9、同步带，10、动轮轴套，11、动轮，12、动轮轴，13、密封盖，14、张紧轮，15、轴承，16、转叶轴，17、转叶罩体，18、尾舵，19、转叶，20、开口，21、底座，22、动力输出轴，23、套筒。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种双转叶立轴风力机，包括传动机构1、两个转叶机构2和动力输出机构3，两个所述转叶机构2分别置于所述传动机构1顶部的两端，所述动力输出机构3与所述传动机构1的下端连接，所述两个转叶机构2带动所述传动机构1进行自转，所述传动机构1转动带动所述动力输出机构3输出动力。
优选的，如图2、图9和图10所示，所述传动机构1包括转臂4、动轮组件5和轴套6，所述转臂4水平布置，两个所述动轮组件5可转动的置于所述转臂4的两端，所述轴套6置于所述转臂4的中部且与转臂4垂直固定连接，所述轴套6内设置有转臂轴7且与其转动连接，所述转臂轴7向上延伸出所述轴套6且穿过所述转臂4，所述转臂轴7的上部固定套装有定轮8；两个所述动轮组件5通过同步带9环绕所述定轮8同步转动连接，两个所述动轮组件5带动所述转臂4转动，所述转臂4带动所述轴套6绕所述转臂轴7转动，所述动力输出机构3与所述轴套6固定连接。
优选的，如图2所示，所述动轮组件5包括动轮轴套10、动轮11和动轮轴12，所述动轮轴套10固定置于所述转臂4上，所述动轮轴12可转动的置于所述动轮轴套10内，所述动轮轴12向上延伸出动轮轴套10，所述动轮11固定套装在动轮轴12的上部，所述动轮11通过同步带9环绕所述定轮8同步转动连接。
优选的，如图2所示，所述动轮11的上端设置有密封盖13，所述密封盖13密封环绕所述动轮轴12。
优选的，如图8所示，所述定轮8的两侧均设置有张紧轮14，两个所述张紧轮14压紧所述同步带9，两个所述张紧轮14的下端与所述转臂4固定连接；两个所述动轮组件5通过同步带9环绕所述定轮8同步转动，传动比为2。
优选的，所述轴套6与所述转臂轴7之间设置有多个轴承15，且多个所述轴承15均套装在所述转臂轴7上，每两个所述轴承15之间均设置有套筒23套装在所述转臂轴7上。
优选的，如图3所示，所述转叶机构2包括转叶轴16、转叶罩体17和尾舵18，所述转叶轴16与所述动轮组件5的上端固定连接，所述转叶轴16环绕其圆周面上固定设置有多个转叶19；所述转叶罩体17可转动的包裹所述转叶轴16和多个转叶19的组合体，且所述转叶罩体17与转叶轴16间隙配合，所述尾舵18与所述转叶罩体17固定连接。
优选的，如图4所示，所述转叶19设置有六个，六个所述转叶19等间距的与所述转叶轴16固定连接，相邻两个所述转叶19之间的夹角均为60度；六个矩形转叶19，六个转叶19在转叶轴16的整个圆周方向上均匀分布，相邻两转叶19之间夹角均为60度，转叶19与转叶轴16为一体式结构；转叶轴16为中空的圆柱结构，转叶轴16中心孔与动轮轴12之间为过盈连接以保证两者之间不会发生相对运动，动轮轴12顶端为阶梯轴结构，方便安装转叶罩体17，并在距动轮轴12顶端两厘米位置开钻径向定位销孔防止转叶罩体17脱落；转叶罩体17上表面设置尾舵18以实现风力机的对风功能。
转叶罩体17为一中空的薄壁圆柱体结构，且在圆柱体的半周开口，转叶19从开口处安装入转叶罩体17内部，动轮轴12的轴心线与转叶罩体17的孔中心线共线以便于安装。
尾舵18为一薄壁成型件，尾舵与18转叶罩体17为一体式结构并且其材质为轻质塑料以减小风力机启动力矩，保证对风效果；尾舵的法线方向与转叶罩体17的开口方向一致。
尾舵18的下表面长度为转叶罩体上表面的半径尺寸，尾舵18上表面为弧形结构。
优选的，如图5至图7所示，所述转叶罩体17上设置有开口20，所述转叶罩体17的开口20方向与所述尾舵18的法线方向一致。
优选的，如图2所示，所述动力输出机构3包括底座21和动力输出轴22，所述动力输出轴22可转动的置于所述底座21内，所述动力输出轴22的上端与所述轴套6连接。
实施本装置，转叶19与动轮轴12过盈连接，动轮轴12与动轮11固定连接，转叶罩体17可以绕转叶19自由转动；两个动轮11与一个定轮8通过同步带9传动；为保证同步带9传动效率，在同步带9外侧设置张紧轮14，定轮8与转臂轴7之间使用螺杆固定连接，转臂4与轴套6使用螺杆固定连接，当风带动转叶19转动时，转叶19带动动轮11转动，由于定轮8与转臂轴7固定连接，两者之间不会发生相对转动，动轮11带动转臂4绕转臂轴7转动，转臂4带动轴套6转动，轴套6与动力输出机构3通过螺杆连接，转臂4的转动能够传送到动力输出机构3带动空气压缩机工作。
动轮11与定轮8之间使用同步带9传动，动轮11的角速度为ω1、半径处的线速度为V1，定轮8的角速度为ω2、半径处的线速度为V2，动轮11半径为2R，定轮8半径为R；传动过程中，同步带9上各点的线速度是一样的，即：
V1＝V2 (1)
又：V1＝ω1.2R (2)
V2＝ω2.R (3)
由式(1)、(2)、(3)知，ω1:ω2＝1:2，动轮11的角速度只有定轮8角速度的一半，构成转叶19的不对称转动。
转臂4和安装在转臂上的动轮11与定轮8构成半转机构，转臂4设计为长条形状且转臂4须有一定的厚度保证转臂4的强度；转臂4上动轮孔与定轮孔之间距离要尽可能小以减小风力机体积，但必须保证两个转叶机构2转动时不会发生干涉。
如图3至图7所示，转叶机构2包括转叶19、转叶轴16、转叶罩体17和尾舵；尾舵18与转叶罩体17为一体式结构，尾舵18的法线方向与转叶罩体17的开口方向一致；转叶罩体17上下表面各有一个通孔以便于装配，距动轮轴12顶端2厘米处开钻径向定位销孔以避免转叶罩体17飞出；正常工作时，如果风向与尾舵18法线方向不垂直时，尾舵18将会受到风给它的一个转动力矩，尾舵18会带动转叶罩体17转动，直到风向与尾舵18法线方向垂直；当风向与尾舵18法线方向垂直时，转叶19只有半侧受到风力作用，而另外半侧由于转叶罩体17的遮挡不会受到风力作用，这样转叶19会因为左右两侧压力差的存在而转动起来；不管风向如何，尾舵18都能够调节自身方向而实现对风功能。
图8是转臂4、定轮8、同步带9、动轮12和张紧轮14的结构示意图，在转臂4上开槽，通过紧固螺钉来调节张紧轮14的位置以保证同步带9传动效率，转臂4的转动是本装置的动力来源。
图9、10为轴套6的结构示意图，轴套6为一中空的圆柱结构，轴套6与转臂4通过螺杆固定连接，转臂4带动轴套6转动，轴套6将其转动继续传给动力输出机构3，动力输出机构3带动空气压缩机生产压缩空气。
风吹向两个转叶机构2，如果风向与尾舵18法线方向不垂直时，尾舵18将会受到风给它的一个转动力矩，尾舵18会带动转叶罩体17转动，直到风向与尾舵18法线方向垂直，转叶罩体17的开口20方向与风向一致，风吹动两个转叶机构2的转叶19转动，两个转叶机构2的转叶19分别通过转叶轴16带动两个动轮11转动，两个动轮11通过同步带9绕定轮8传动，同时两个动轮11带动转臂4绕转臂轴7转动，转臂4带动轴套6绕转臂轴7转动，轴套6与动力输出机构3通过螺杆连接，轴套6的转动能够传送到动力输出机构3带动空气压缩机工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双转叶立轴风力机，其特征在于：包括传动机构(1)、两个转叶机构(2)和动力输出机构(3)，两个所述转叶机构(2)分别置于所述传动机构(1)顶部的两端，所述动力输出机构(3)与所述传动机构(1)的下端连接，所述两个转叶机构(2)带动所述传动机构(1)进行自转，所述传动机构(1)转动带动所述动力输出机构(3)输出动力；
所述传动机构(1)包括转臂(4)、动轮组件(5)和轴套(6)，所述转臂(4)水平布置，两个所述动轮组件(5)可转动的置于所述转臂(4)的两端，所述轴套(6)置于所述转臂(4)的中部且与转臂(4)垂直固定连接，所述轴套(6)内设置有转臂轴(7)且与其转动连接，所述转臂轴(7)向上延伸出所述轴套(6)且穿过所述转臂(4)，所述转臂轴(7)的上部固定套装有定轮(8)；两个所述动轮组件(5)通过同步带(9)环绕所述定轮(8)同步转动连接，两个所述动轮组件(5)带动所述转臂(4)转动，所述转臂(4)带动所述轴套(6)绕所述转臂轴(7)转动，所述动力输出机构(3)与所述轴套(6)固定连接。
2.根据权利要求1所述一种双转叶立轴风力机，其特征在于：所述动轮组件(5)包括动轮轴套(10)、动轮(11)和动轮轴(12)，所述动轮轴套(10)固定置于所述转臂(4)上，所述动轮轴(12)可转动的置于所述动轮轴套(10)内，所述动轮轴(12)向上延伸出动轮轴套(10)，所述动轮(11)固定套装在动轮轴(12)的上部，所述动轮(11)通过同步带(9)环绕所述定轮(8)同步转动连接。
3.根据权利要求2所述一种双转叶立轴风力机，其特征在于：所述动轮(11)的上端设置有密封盖(13)，所述密封盖(13)密封环绕所述动轮轴(12)。
4.根据权利要求1所述一种双转叶立轴风力机，其特征在于：所述定轮(8)的两侧均设置有张紧轮(14)，两个所述张紧轮(14)压紧所述同步带(9)，两个所述张紧轮(14)的下端与所述转臂(4)固定连接。
5.根据权利要求1所述一种双转叶立轴风力机，其特征在于：所述轴套(6)与所述转臂轴(7)之间设置有多个轴承(15)，且多个所述轴承(15)均套装在所述转臂轴(7)上，每两个所述轴承(15)之间均设置有套筒(23)套装在所述转臂轴(7)上。
6.根据权利要求1所述一种双转叶立轴风力机，其特征在于：所述转叶机构(2)包括转叶轴(16)、转叶罩体(17)和尾舵(18)，所述转叶轴(16)与所述动轮组件(5)的上端固定连接，所述转叶轴(16)环绕其圆周面上固定设置有多个转叶(19)；所述转叶罩体(17)可转动的包裹所述转叶轴(16)和多个转叶(19)的组合体，且所述转叶罩体(17)与转叶轴(16)间隙配合，所述尾舵(18)与所述转叶罩体(17)固定连接。
7.根据权利要求6所述一种双转叶立轴风力机，其特征在于：所述转叶(19)设置有六个，六个所述转叶(19)等间距的与所述转叶轴(16)固定连接，相邻两个所述转叶(19)之间的夹角均为60度。
8.根据权利要求6所述一种双转叶立轴风力机，其特征在于：所述转叶罩体(17)上设置有开口(20)，所述转叶罩体(17)的开口(20)方向与所述尾舵(18)的法线方向一致。
9.根据权利要求1至8任一项所述一种双转叶立轴风力机，其特征在于：所述动力输出机构(3)包括底座(21)和动力输出轴(22)，所述动力输出轴(22)可转动的置于所述底座(21)内，所述动力输出轴(22)的上端与所述轴套(6)连接。
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