CN1074978A - 活动凸轮式恒输出风力机 - Google Patents

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贡晓婷
龚式群
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贡晓婷
龚式群
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Abstract

一种活动凸轮式恒输出风力机,当风速低于等于 额定风速时,可绕轴转动的叶片在逆风区自动转至与 风向平行,在迎风区则自动转至与风向垂直;风速大 于额定风速时,叶片在迎风区时能自动改变叶片的倾 角使迎风面积自动无级减少,保持风力机的输出功率 和转速恒定。该机最大优点是输出波动小,结构简 单,效率高,且整机重量轻,造价低,起动风速低,可抗 风速高,大风时能自动停车,亦可随进手动停车。

Description

本发明是一种活动凸轮式恒输出风力机,属动力机械领域。
目前的风力机分为立轴式和水平轴式两大类。水平轴式风力机:其叶片结构复杂,风轮受风阻大且发电机置于立柱顶部,功率稍大须用塔架支持,故成本高。起动力矩小,起动困难,效率亦不高,一般仅0.3-0.35。立轴式风力机:目前已对萨布纽斯式风力机进行了改进,降低其叶片处于逆风区的风阻以提高效率,同时当风速大于额定风速时,使风力机自动减少其迎风面积以保持恒定的输出转速和功率,如活动叶片式低阻风力机[专利号:89204398.9]。但这种叶片面积的减少是“有级”的,故风力机的输出转速及功率波动较大,且风速愈高波动愈明显,限制了风力机的最高工作风速。
本发明旨在提供一种新型恒输出立轴式风力机,其特点是:该风力机的控制机构能控制叶片轴的转角大小,当风速小于等于风力机的额定风速时,其控制机构能使叶片迎风面积最大,阻风面积最小以获高风能利用率,当风速大于风力机的额定风速时,其叶片迎风面积随着风速的增加自动“无级”减少,故风力机的输出功率和转速波动小。其控制机构更为简单可靠,元件少,不耗电能,效率高,整机重量轻,造价低,起动风速低,可抗风速高,特大风时自动停车,亦可随时手动停车,故适应性广,使用维修均方便。
本发明的实施方案举例如下:图一为本风力机的整机结构。机身由立轴1、横梁2、大叶片3、小叶片4、舵5、控制机构等组成。横梁固定在立轴上,由竖钢管6固结而成的叶片框作为大叶片固定在横梁上。大叶片为上下两层,亦可多层,横梁位于同一铅垂平面内的大叶片为一组,共四组。小叶片的叶片轴穿于相邻两竖钢管之间。
图二为本风力机控制机构的实施方案之一。该控制机构由活动凸轮、凸轮方向控制装置、凸轮升降控制装置、小叶片轴传动装置组成。
图二中的凸轮控制装置由舵1、轴承套2、导向键3等组成。轴承套套在立轴上,舵固定在轴承套上,活动凸轮通过导向键与轴承套联结,故凸轮随舵转动而转动。
活动凸轮4为一可升降的空间凸轮。其结构沿轴向可分为上、中、下三部分。上部为一较大直径的园柱体,下部由一较小直径的半园柱体与一与上部等径的较大半园柱体拚合而成。中部为一组合曲面体,该曲面体与垂直于凸轮轴线的平面的交线由两条不等径的园弧和两条过渡曲线围成如图三。凸轮的下端面开有一T形槽。
图二中的凸轮升降控制装置由弹簧5、滚柱6、软绳7、滑轮架8、离心滑块9等组成。弹簧套于立轴上,一端支持于固定在立轴上的弹簧挡圈10上,另一端抵在凸轮的下端,凸轮下端的T形槽内放置两相隔180度的滚柱,软绳的一端系于滚柱上。滑轮架固定于立柱上,其上的滑轮支持软绳使其另一端垂直向下沿横梁上的缺口进入横梁内孔,又沿小导向滑轮11转成水平,系于置于横梁内孔端部的离心滑块上。
图二中小叶片轴转角传动装置由摆杆12、齿轮支架13、扇形齿轮14、小齿轮15、小叶片轴16等组成。齿轮支架固定于立轴上,其上有四根互隔90度的支杆,四根摆杆的下端分别固定四个扇形齿轮,再分别与于支杆的端部以销联结。扇形齿轮与小齿轮组成螺旋齿轮付,小齿轮固定于小叶片轴上。每组大叶片均有一套小叶片轴转角传动装置。
该风力机的工作原理如下:设风按图一箭头所示方向吹来,舵被吹至与风向平行位置,带动凸轮转至图示位置。当风速大于起动风速小于等于额定风速时,风力机转速较低,离心滑块的离心力较小,凸轮被弹簧推至最高位置,四个摆杆与凸轮下部侧表面接触。处于迎风区的叶片,其摆杆与凸轮下部的较小半园柱面接触,摆杆摆至最接近立轴位置,通过齿轮付使小叶片轴带动小叶片转至竖直迎风,处于逆风区的叶片,其摆杆与凸轮下部的较大半园柱面接触,摆杆摆至最远离立轴位置,通过上述机构使小叶片转至水平,风阻最小,风力机按图示园弧箭头方向转动。当风速大于额定风速时,风力机转速升高,离心滑块被甩向外,软绳拉动凸轮下降一段距离,摆杆与凸轮中部侧表面接触。处于迎风区的叶片,其摆杆与凸轮中部的曲面体部分接触,摆杆被推动至离立轴稍远的位置,使小叶片平面与铅垂面有一相应的夹角,减少了迎风面积,使风力机转速下降,从而保证了风力机的输出转速和功率的恒定。遇到特大风,离心滑块将凸轮拉至最低位置,摆杆与凸轮的上部侧表面接触,所有小叶片始终位于水平,风力机停转。如需维修,亦可手动拉下凸轮停机。
图四为风力机控制机构中凸轮升降装置的另一方案。卡圈1固定在立轴上,两根相隔180度的下斜杆2一端分别以销与卡圈联结,另一端各与上斜杆3以销联结。上斜杆一端固定一重锤,另一端与凸轮T形槽内的滚柱4上固定的短杆5以销联结。风力机转动时重锤张开,利用重锤的离心力控制凸轮的升降。
图五为风力机控制机构中小叶片转角传动装置的另一方案。曲柄1、连杆2、摇杆3组成空间连杆机构。连杆与曲柄、摇杆以球面付联结,摆杆与曲柄固定并以销与摆杆支架4联结。摇杆与小叶片轴固结。当立轴转动时,凸轮推动摆杆带动空间连杆机构控制小叶片的转角。

Claims (9)

1.本发明是一种活动凸轮式恒输出风力机,由立轴、横梁、及可绕叶片轴的轴线转动的叶片组成,其特征在于:其叶片装于固定在横梁上的叶片支持物上,且叶片绕叶片轴轴线转动的转角大小由装于风力机上的控制机构控制;
2.按权利要求1所述风力机,其特征在于:其叶片支持物是由固定于横梁上的竖钢管组成,其叶片轴穿于相邻两竖钢管上,叶片固定于叶片轴上;
3.按权利要求1所述风力机,其特征在于:其控制机构由活动凸轮、凸轮升降控制装置、凸轮方向控制装置、叶片转角传动装置组成;
4.按权利要求3所述风力机,其特征在于:其凸轮方向控制装置由舵、轴承套、导向键等组成:轴承套套于立轴上,舵和导向键固定于轴承套上,活动凸轮套在导向键上;
5.按权利要求3所述风力机,其特征在于:其凸轮升降控制装置由滚柱、软绳、滑轮架及滑轮、离心块、弹簧等组成:滚柱装于凸轮下部的T形槽内,软绳的一端系在滚柱上,滑轮架固定于立轴上,其上的滑轮支持软绳使其另一端垂直向下进入横梁内孔,系于离心滑块上;弹簧套在立轴上,其一端与凸轮端部接触,另一端与固定于立轴上的弹簧挡圈接触;
6.按权利要求3所述风力机,其特征在于:其凸轮升降控制装置由滚柱、短杆、上斜杆、下斜杆、重锤、卡圈等组成:滚柱装于凸轮下部的T形槽内,短杆一端套在滚柱上,另一端以转动付与连杆联接,上斜杆的另一端装重锤,下斜杆的一端与连杆以转动付联接,另一端与固定在立轴上的卡圈以转动付联接;
7.按权利要求3所述风力机,其特征在于:其叶片转角控制装置由摆杆、摆杆支架、扇形齿轮、小齿轮、套杆、拉杆等组成:摆杆由弹簧拉紧使其一端始终与活动凸轮的侧表面保持接触,另一端与扇形齿轮固结并与固定在立轴上的摆杆支架以销联接,扇形齿轮与固定于叶片轴上的小齿轮构成螺旋齿轮付,叶片轴上固定有套杆,套杆的一端通过弹簧与拉杆联接;
8.按权利要求3所述风力机,其特征在于:其叶片转角传动装置由摆杆、摆杆支架、曲柄、连杆、摇杆、套杆、拉杆等组成:摆杆由弹簧拉紧使其一端始终与活动凸轮的侧表面保持接触,另一端与曲柄固结并与固定在立轴上的摆杆支架以销联接,连杆与曲柄、摇杆以球面付联接,摇杆固定在叶片轴上,叶片轴上固定有套杆,套杆的一端通过弹簧与拉杆联接;
9.按权利要求3所述风力机,其特征在于:其活动凸轮的结构沿轴向分可分为上、中、下三部分:上部为一直径较大的园柱体,下部由一直径较小的半园柱体与一与上部等径的半园柱体拼合而成,中部为一组合曲面体,其与垂直于凸轮轴线的平面的交线由两条不等径的园弧及两条过渡曲线组成;凸轮下端面开有一T形槽。
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C01 Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993)