CN1699744A - 自控风帆式摆翼立轴风力机 - Google Patents

自控风帆式摆翼立轴风力机 Download PDF

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Abstract

一种涉及自控风帆式摆翼立轴风力机包括翼片(1)、横杠(3)、翼柄(2)、传动立轴(7)、塔架(6)、发电机(8)、超越离合器(9)、离心离合器(10)、增速齿轮(11)。其特点是翼片(1)由翼尖(14)、翼段(17)、翼节(16)、翼根(18)组成。在翼节内装有顺桨机构，在翼根内装有顺桨机构和偏摆机构；翼柄内装有调控装置和超速顺桨传感器。顺桨机构能保证各翼片同时顺桨和卸荷，遇转速过高或遇台风时，能安全渡过，偏摆机构能保证低速起动和自动稳速，提高了速比，提高了效率，效率可达到30％以上。本发明还采用斜拉钢丝(5)拉住翼片(1)和横杠(3)，采用斜拉钢丝(12)与(13)将各横杠拉住，并用钢缆(4)将塔架(6)拉住于地面，使得整机结构更轻而牢固可靠，制造成本大幅度降低。

Description

自控风帆式摆翼立轴风力机
技术领域
本发明所涉及的是一种自控风帆式摆翼立轴风力机。
背景技术
发明人的专利号为<98111548.9>的专利已能保证风力机的自动启动，达到额定风速后保持额定转速；遇台风时翼片自动顺桨，风力机卸荷，保证安全度过台风；立轴，无迎风机构，增速齿轮和发电机在地面，维修方便，所以结构简单，重量轻，制造成本很低，但其效率低，速比也低，又其翼片和横杠都是悬臂梁结构，根部弯距很大，需要笨重构体，而顺桨机构不能保证各翼片同步顺桨，可能使尚末顺奖的翼片在特大风中先折断，又没有超速保护。
发明内容
本发明的目的在于针对专利号<98111548.9>所存在的缺点和不足，提供一种比现有专利技术效率高，更安全可靠的，且能保证更好地启动，稳速的自控风帆式摆翼立轴风力机。
本发明的自控风帆式摆翼立轴风力机，包括一个以上翼片竖立安装在与横杠外端相连的翼柄末端，横杠装在传动立轴的顶端，传动立轴下端与增速齿轮相连，传动立轴上端通过衍架结构塔架支撑于地面，发电机通过超越离合器和离心离合器与传动齿轮相连，传动齿轮与增速齿轮啮合。其特点如下：
(1)翼片由两端翼尖和2∽8个翼段组成，翼尖与翼段之间以及翼段与翼段之间均装有翼节，翼片中间上下两半的翼段之间装有与翼柄末端相连的翼根，通过穿过翼节和翼根的芯轴，将中间上下两个翼片连接成整体结构，每个翼节内均装有顺桨机构，并且每个翼节均连接有与横杠内端相连的斜拉钢丝，翼根内装有顺桨机构和偏摆机构；
(2)横杠的截面呈流线型，由横杠内端根部插入中央的横杠座，并通过横杠座安装在传动立轴的顶端，横杠座顶部装有小塔架，横杠座两侧还装有水平支撑，斜拉钢丝连于水平支撑与横杠末端或互相连于每个横杠末端；
(3)翼柄尾端有两个对称的圆弧型开口，翼根内的偏摆机构的档杆，通过此开口接受翼柄内的调控装置的控制，改变翼片的偏摆角，翼柄内还装有超速顺桨传感器。
(4)传动立轴由联轴节分为上下两段，上段的上下两端分别装有万向节，传动立轴上端由装于塔架上的轴承支撑，而下端由装于塔架基座上的轴承支撑。
由于具有以上主要技术特征，所以本发明与<98111548.9>的专利技术相比，最明显的优点就是效率高，速比大于4，效率大于30％，更安全可靠，成本低。
附图说明
附图1是自控风帆式摆翼立轴风力机总体结构示意图。
附图2是翼片组成示意图。
附图3是翼段，翼尖结构示意图。
附图4是翼节示意图。其中上图为主视剖视图，下图为俯视图。
附图5是翼柄示意图。
附图6是偏摆机构示意图。
附图7是翼根示意图。
附图8是调控装置示意图。
附图9是顺桨系统示意图。其中右图为翼节内的顺桨机构及电路连接，左图是在风力机内的电路连接和地面的开关和电源。
附图10是超速顺桨传感器示意图。
附图11是横杠结构示意图。
附图12是翼片斜拉钢丝示意图。其中左图是总体布局，其右上角是A的放大图，右图是翼节部分放大图。
附图13是立轴和塔架示意图。
附图14是塔架倾倒图。
附图1-附图14的标号名称，列表如下：
  标号   名称   标号   名称   标号   名称   标号   名称
  1   翼片   29   翼段外壳   58   翼根后缘   83   固定触点
  2   翼柄   59   翼根外壳   92   叉扣
  3   横杠   33   销钉   60   翼根型芯   93   销钉
  4   钢缆   34   翼节外壳   61   支架   94   螺栓
  5   斜拉钢丝   35   翼节型芯   63   盖板   95   伸缩元件
  6   塔架   36   斜拉钢丝轴承座   65   滑环   98   万向节
  7   传动立轴   37   翼节轴承   66   根节   99   立轴轴承
  8   发电机   38   衬套   67   调控弹簧组   100   联轴节
  9   超越离合器   39   顺桨插销   68   固定杆   101   地椿
  10   离心离合器   40   电机齿轮   69   滑车   102   插销
  11   增速齿轮   41   斜槽   70   缺口   103   铰链
  12   斜拉钢丝   42   直流电机   71   翼节内的导线   104   塔架基座
  13   斜拉钢丝   43   销钉   72   翼段内的导线   105   放开的钢缆
  14   翼尖   44   斜拉钢丝轴承   73   翼柄塔架内导线
  15   翼节芯轴   45   顺桨扣芯   74   电源
  16   翼节   46   翼根芯轴   75   控制开关
  17   翼段   49   偏摆轴承   76   弹簧
  18   翼根   50   偏摆轴芯管   77   弹簧触点
  19   翼片横截面   51   焊接点   78   滑块
  25   芯轴座   53   圆弧形开口   79   水平支撑
  26   芯轴衬管   54   档杆   80   小塔架
  27   方管翼梁   55   上偏摆衬板   81   横杠座
  28   翼段型芯   56   下偏摆衬板   82   传动立轴顶部
具体实施方式
附图1示本发明的总体结构。由一到十个翼片1竖立在横杠3外端的翼柄2末端。横杠3装在传动立轴7的顶端。传动立轴7可以绕风力机垂直轴ao旋转，下端接增速齿轮11，其输出轴接离心离合器10再接超越离合器9，超越离合器9连接地面的发电机8，传动立轴7用衍架结构塔架6支撑。塔架6植入地面，其顶端用三或四根钢缆4从地面拉住。横杠3有斜拉钢丝12拉住，详见附图11。翼片1有斜拉钢丝5拉住，详见附图2。
附图2示翼片总体结构。每个翼片由两端翼尖14多个翼段17和翼根]8组成，它们都分别用翼节芯轴15和翼根芯轴46连接成整体，不能相对活动。翼尖14和翼段17之间以及翼段和翼段之间各有翼节16隔开：上下两半翼片间有翼根18隔开。上述各芯轴都各自穿过翼根或翼节。翼节有斜拉钢丝5拉住，翼根18接翼柄2。所以翼根和翼节都只能左右绕a1轴偏摆一个小角度。而翼尖14，翼根18和各翼段17被芯轴连接成整体，却能作为整体绕a1轴作360度旋转，以保证翼片能随风向顺桨，消除风压。在正常工作时，翼根芯轴46和翼节芯轴15在翼根18和翼节16内被销住，详见图4。这时整个翼片都只能绕a1轴左右偏摆一个小角度。整个翼片的剖面是对称型的飞机翼剖面，如19所示。
附图3示翼段17的结构示意图。主要由玻璃钢的方管翼梁27和由泡沫塑料或蜂窝结构或支架结构制成的翼段型芯28并用玻璃钢外壳29包裹构成飞机翼片剖面外形。方管翼梁27两端各装有芯轴座25，其内有芯轴衬管26，用以牢牢连接两端的芯轴15。
附图4示翼节示意图。其中上图为主视剖视图，下图是俯视图，翼节16是安排在翼段17之间和斜拉钢丝5连接的组件，此外，它还包容有一组顺桨机构39，40，41，42，详见附图9。连接上下翼段的芯轴15穿过由翼节外壳34及填充成型的泡沫塑料或蜂窝结构或支架制成的翼节型芯35构成的翼节壳体16，使上下翼段连接成整体。翼节16用上下两个翼节轴承37套在芯轴15上，上翼节轴承37通过衬套38压在斜拉钢丝轴承44上，后者又压在顺桨扣芯45上。顺桨扣芯45用销钉43和芯轴15装牢。顺桨扣45上装有斜拉钢丝轴承44，用装于斜拉钢丝轴承44上的轴承座36和斜拉钢丝拉紧，详见图11。顺桨扣芯45和由插销39，电机齿轮40，斜槽41和直流电机42组成顺桨机构，详见图9。正常工作时，翼节和翼片用顺桨销39扣住，连成整体，只能一起偏摆。顺桨时，则脱开。翼节不能顺桨，但整个翼片的翼段能作为一个整体360度旋转，随风顺桨。
附图5示翼柄结构。翼柄2是连接横杠3和翼根18的组件。翼柄2有两个圆弧形开口53，偏摆机构的挡杆穿过圆弧形开口53，详见图6。翼柄2外端和翼根18内的偏摆轴芯管50通过焊接51焊接牢固。偏摆轴芯管50的上下两段都有偏摆轴承49。连接翼段的翼根芯轴46由偏摆轴承49支撑。
附图6偏摆机构示意图。偏摆机构由挡杆54和上下两块偏摆衬板55，56构成，档杆54穿过翼柄2的圆弧形开口53，上下两端分别固定在两块偏摆衬板55，56上。偏摆衬板55，56分别固定在翼根18的根节66的内侧。详见图7。
附图7翼根机构示意图。翼根是由上下两个根节66中间再包容一个偏摆机构构成前缘和由玻璃钢外壳59和泡沫塑料或蜂窝结构或支架制成的翼根型芯60构成后缘所组成。偏摆机构的上偏摆衬板55固定在上根节底部，而下偏摆衬板56固定在下根节顶部。连接上下翼段的翼根芯轴46穿过翼根和上下翼段连接，并且由偏摆芯管50两端的偏摆轴承49支撑。上下根节66内有支架61，盖板63和顺桨机构。支架61置于偏摆衬板55，56和盖板63之间，偏摆衬板55，56通过轴承37安装在翼根芯轴46上，与翼节中的顺桨机构的组成一样，有顺桨扣芯45，顺桨插销39，斜槽41，直流电机42及电机齿轮40等组成的顺桨机构置于盖板63和支架61之内，顺桨扣芯45通过销钉43固定在翼根芯轴46上。在顺桨时，顺桨插销39拉开，翼片可360度顺桨，正常工作时，插销插入，翼片只能偏摆，不能顺桨。翼根后缘部分58由玻璃钢外壳59和泡沫塑料或蜂窝结构或支架制成的翼根型芯60构成。
附图8示翼柄内的调控装置。该装置由滑车69，调控弹簧组67和挡杆54组成。滑车69外端有精确计算的缺口70，另一端和调控弹簧组67相连。挡杆54穿过翼柄2的圆弧形开口53，装在上下偏摆板55，56上，夹在滑车69的缺口70中。滑车受调控弹簧组67控制。在离心力作用下向外滑出，被弹簧拉力拉住，停在一定位置上，这时的缺口70的宽度决定挡杆左右偏摆的角度。从而决定翼片左右偏摆的角度。调控弹簧组67另一端固定在翼柄2内的固定杆68上。
附图9是顺桨系统示意图。系统由翼节16和根节66内的顺桨机构和风力机内的连接电路和地面的电源和控制开关组成。图中右图示翼节16内的顺桨机构及其电路连接。左图示风力机内的电路连接和地面的电源和开关。见右图。同翼节图4，顺桨机构由顺桨芯45.斜槽41.插销39，直流电机42，齿轮40一一组成。其电路连接如图中71所示。电路通过翼段和翼节16时有滑环65和电刷77。见左图，电源74和控制开关75装在地面，电线73穿过风力机塔架6，横杠2接通各翼节的电路71，塔架6和横杠2间也有滑环65和电刷77。电源74和控制开关75在地面，控制开关75可以手控或自控，控制开关为双刀双掷，中立时电路断开。向右掷接通电路，向左掷则反向接通电路。见左图。当电路向右接通时，所有顺桨装置的直流电机42都同一方向转动，通过齿轮42，40将顺桨插销39拉出斜槽41，使连接翼段的芯轴15，46可以自由旋转，从而使其连接的各翼段和翼尖可以随风顺桨，卸除风压。当电路向左接通时，电流反向，于是所有直流电机42都反转将顺桨插销39插入斜槽41，于是翼节16与翼段又互相锁住，翼片不能顺桨，只能偏摆一个小角度，重新恢复正常工作。由于所有翼节和翼根内的顺桨装置都并联接在同一电路上，所以顺桨时能保证各翼片同时进入顺桨，避免在特大风中，个别翼片尚未进入顺桨状态而被大风吹折。
附图10示超速顺桨传感器。它由翼柄2内的滑块78，弹簧76，弹簧触点77和固定触点83组成。滑块78可以在翼柄2内滑动，并由弹簧76控制。正常工作时，滑块78的离心力小，不足以滑到弹簧触点77和固定触点83闭合的位置。当风力机转速过高，滑块就被离心力拉出。弹簧触点77和固定触点83闭合。于是顺奖机构操作，使顺桨插销39退出，翼片顺桨，风力机停车。所以风力机不会因超速而破坏。
附图11示横杠布局。图示是二翼风力机的横杠组成。三叶，四叶的雷同，横杠3由中空玻璃钢管构成，截面呈流线形，以减少风阻。中央横杠座81装在风力机的传动立轴7顶部82。横杠3内端根部植入横杠座81。横杠座81顶部装有小塔架80，斜拉钢丝12连接小塔架80和横杠3末端，用以拉住横杠3的外端，消除横杠的水平弯矩。横杠外端接翼柄2。三翼，四翼风力机可不用水平支撑79，改由横杠末端互相用斜拉钢丝13直接拉住。
附图12示翼片的斜拉钢丝系统。其中左图示翼片斜拉钢丝的总体布局。其左上角为A的放大图。右图是翼节的放大部，示翼节与斜拉钢丝的连接。每个翼片上下都有斜拉钢丝5从翼节16拉到横杠座81的水平支撑79未端，用螺栓94栓紧。这样大大减少了翼根的离心力和气动力弯矩，使翼片能做得很轻。见左上角A，每组斜拉钢丝5都由二根水平面内前后并列的具有流线形截面的钢丝90、91组成，它用导流片89隔开并保持流线型截面的水平方向。导流片89有水平尾翼88用以保证导流片保持水平方向。斜拉钢丝5上端有叉扣92扣住斜拉钢丝轴承44的轴承座二侧的销钉93。斜拉钢丝轴承44通过衬套38压住顺桨扣芯45，顺桨扣芯45用销钉43销在翼节芯轴15上，从而保证斜拉钢丝5上端的定位。每套斜拉钢丝5在翼柄座81端都有一个伸缩元件95，用以分别调整斜拉钢丝2的长度。
附图]3示风力机的立轴和塔架。横杠座81装在传动立轴7的顶端，立轴用联轴节100分为上下两段，上段上下各有一个万向节98，用以清除立轴的弯矩。立轴7上段有塔架6顶上的立轴轴承99支撑，下段有塔架基座104的立轴轴承99支撑。下段接输出传动装置增速齿轮11。塔架6装在其基架104上，一边有二个铰链103，另一边有二个插销102。塔架6可以倾倒。详见图14。
附图14示塔架6倾倒在地面时的情况。塔架基座104植入地面不动。几根钢缆4的地椿101分布在基座104的四角。塔架6的插销102已拆开。立轴的联轴节100也拆开，见图12。于是塔架6和传动立轴可依靠铰链103向一侧倾倒。这时只有一个钢缆105脱开，其他三个钢缆4仍和地椿101栓住。这样能保证倾倒时不向侧向倒下。待横杠和翼片等安装完毕。即可将塔架竖起，一方面用钢缆105帮助拉起塔架。因有两侧钢缆拉住，可保证塔架不向侧向倾倒。竖起后，插好插销102并栓住钢缆105。调整好几个钢缆的张力。风力机又恢复正常。

Claims (9)

1.一种自控风帆式摆翼立轴风力机包括由一到十个翼片(1)竖立安装在与横杠(3)外端相连的翼柄(2)木端，横杠(3)装在传动立轴(7)的顶端，传动立轴(7)下端与增速齿轮(11)相连，传动立轴(7)上端通过桁架结构塔架(6)支撑于地面，发电机(8)通过超越离合器(9)和离心离合器(10)与传动立轴(7)下端的增速齿轮(11)相连，其特征在于，所述翼片(1)由两端翼尖(14)和2～8个翼段(17)组成，翼尖(14)与翼段(17)之间，翼段与翼段之间均有翼节(16)隔开，并通过穿过翼节(16)的翼节芯轴(15)联接成整体，翼片中间上、下两个翼段之间夹装有与翼柄(2)末端相连的翼根(18)，并通过穿过翼根(18)的翼根芯轴(46)将中间上、下两半翼片联接成上、下对称的整体翼片结构，每个翼节(16)内均装有顺桨机构，并且每个翼节(16)均连接有和传动立轴(7)顶端的横杠座(81)相连的斜拉钢丝(5)，翼根内同时装有顺桨机构和偏摆机构；所述横杠(3)的截面呈流线型，由横杠内端根部插入中央的横杠座(81)内，并通过横杠座(81)安装在传动立轴(7)的顶端，横杠末端用斜拉钢丝(12)和(13)分别连接横杠座(81)上的小塔架(80)，和水平支撑(79)，横杠(3)外端的翼柄(2)内有调控装置和超速顺桨装置；所述翼柄(2)尾端焊接有偏摆轴芯管(50)，偏摆轴芯管(50)靠上、下各一偏摆轴承(49)支承翼根芯轴(46)，翼根芯轴(46)二端又有根节轴承(32)支撑翼根(18)，翼根(18)内有挡杆(54)受翼柄(2)内的调控装置控制：翼节(16)内和翼根(18)的根节(66)内各装有顺桨装置，所述传动立轴(7)由联轴节(100)分为上、下两段，上段的上、下两端分别有个万向节(98)，传动立轴(7)上端由装于塔架(6)上的轴承(99)支撑，而下端通过装于塔架基座(104)上的轴承(99)支撑。
2.根据权利要求1所述自控风帆式摆翼立轴风力机，其特征在于，翼片(1)由两个翼尖(14)，2-8个翼段(17)和一个翼根(18)所组成，用翼节芯轴(15)和翼根芯轴(46)联结为一整体，翼片采用对称型飞机翼型剖面，联成整体的翼片能依靠由斜拉钢丝轴承(44)支撑的翼节芯轴(15)和翼根的偏摆轴承(49)支撑的翼根芯轴(46)作360度旋转。
3.根据权利要求1或2所述自控风帆式摆翼立轴风力机，其特征在于，翼片(1)的翼尖(14)和翼段(17)都是有型芯(15)，(46)支撑的玻璃钢结构，内部还包有方管翼梁(27)所组成：方管翼梁(27)两端各有翼梁端(25)和衬管(26)与翼节芯轴(15)或翼根芯轴(46)牢固联接。
4.根据权利要求1或2所述自控风帆式摆翼立轴风力机，其特征在于，翼片(1)的翼尖(14)和翼段(17)之间以及翼段(17)和翼段(17)之间需要连接斜拉钢丝(5)的位置都装有翼节(16)：翼节(16)是有型芯(15)支撑的玻璃钢结构；翼节外壳中间穿过翼节芯轴(15)，由翼节轴承(37)支承，翼节芯轴(15)上还有销钉(43)销住顺桨芯扣(45)，斜拉钢丝(5)拉住压在顺桨扣芯(45)上的斜拉钢丝轴承座(36)，分前后两路拉住横杠座(83)的水平支撑(79)的末端的螺栓(94)。翼节壳体前缘内装有由顺桨插销(39)组成的顺桨结构。
5.权利要求1或2所述的自控风帆式摆翼立轴风力机，其特征在于，翼根(18)是由有型芯(60)的玻璃钢结构构成翼根后缘(58)加上上、下二个根节(66)构成翼根前缘所组成；翼根(18)内有偏摆机构，偏摆机构由固定在根节(66)内侧的偏摆板(55)，(56)和固定在偏摆板(55)，(56)上的挡杆(54)所组成，挡杆(54)穿过翼柄(2)的圆弧形开口(53)，夹在调控装置的滑车(69)的缺口(70)中，受调控装置控制翼片的偏摆角；翼根(18)的根节(66)内还有顺桨机构，所述根节(66)由盖板(63)，置于盖板(63)内固定于翼根芯轴(46)上的根节轴承(32)，与盖板相连的支架(61)及置于盖板(63)与支架(61)之内固定于根节内支架(61)上的顺桨机构所组成。
6.根据权利要求1或2所述的自控风帆式摆翼立轴风力机，其特征在于，其翼片(1)的顺桨系统，它由固定在翼节和翼根(66)内的电动顺桨装置和装在地面上的电源(74)和操作开关(75)和连接导线(71)，(72)，(73)和滑环(65)，电刷(77)所组成，所述电动顺桨装置是由固定在翼节芯轴(15)和翼根芯轴(46)上的顺桨扣芯(45)，和电动插销装置所组成，电动插销装置可以多样化，一种方案是由缺口(41)，插销(39)，齿轮组(40)和直流电机(42)构成。
7.根据权利要求1所述的自控风帆式摆翼立轴风力机，其特征在于，翼柄(2)内的调控装置，由开有缺口(70)的滑车(69)，调控弹簧组(67)及与偏摆机构相连的挡杆(54)所组成，而调控弹簧组(67)的一端连于固定于翼柄(2)上的固定杆(68)上，另一端连于滑车(69)，滑车的另一端有缺口(70)容纳穿过翼柄(2)上的圆弧形开口(53)的偏摆机构的档杆(54)。
8.根据权利要求1所述的自控风帆式摆翼立轴风力机，其特征在于，翼柄(2)内的超速顺桨传感器，它由可在翼柄(2)内滑动的滑块(78)，和装在翼柄内的弹簧触点(77)以及装在翼柄内的固定触点(83)所组成。
9.根据权利要求1所述的自控风帆式摆翼立轴风力机，其特征在于，其塔架(6)内有铰链(103)和插销(102)，传动立轴(7)有连轴器(103)，塔架(6)和传动立轴(7)可以倾倒，可以在地面安装横杆(3)和翼片(1)。
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