CN201096055Y - 一种组合式风动螺旋叶轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种组合式风动螺旋叶轮，该组合式风动螺旋叶轮特点是由若干叶轮单元沿叶轮转动轴线方向组装构成，叶轮单元至少有2个叶片，且各叶轮单元依次径向转动同样角度，形成螺旋叶轮。本实用新型叶轮单元可由一个转毂和若干叶片构成，叶片连接于转毂圆弧外侧，叶片相对转毂对称分布，转毂上表面设置有突起的定位销，转毂下表面设置有定位孔，转毂本身可再等分为形状相同的弧形构件。本实用新型叶轮单元的叶片形状可以是弧形，叶片一立侧面为外突弧形面，该叶片另一立侧面为内凹弧形曲面，本实用新型叶轮单元的叶片形状也可以是直线形，该叶片的两个立侧面均为螺旋曲面。本实用新型产品的特定结构适于螺旋叶轮的分部制造、安装、运输和维护，能满足大型、特大型风力发电机组对螺旋叶轮的要求。

Description

一种组合式风动螺旋叶轮

技术领域

本实用新型涉及一种风动螺旋叶轮，尤其是一种便于组装建造的特大型风动螺旋叶轮。

背景技术

风动螺旋叶轮是风力发电设备中用到的能量转换关键部件。而针对不同的使用场合，风动螺旋叶轮通常尺寸较大并有不断增大的趋势，风动螺旋叶轮螺距、螺旋面曲率等技术性能参数都会随风力发电设备安装实地情况做出相应的设计确定。对于这类风电螺旋叶轮，采用传统车削加工无法制造，若采用昂贵加工中心等设备加工，或采用铸造、模锻方式加工，工艺复杂，加工周期长，原材料浪费量大，而且需要设计专用的工装、模具、夹具，加工成本高。而对于特大型螺旋叶轮，使用上述加工方法几乎做不到，即使花费巨大代价制造出来，该螺旋叶轮的运输、安装、维护等也难上加难。

实用新型内容

本实用新型目的是力求降低风动叶轮的生产加工难度及加工成本，尽量避免特大型叶轮在制造、运输、安装、维护等过程中的局限，采用化整为零的思路，提供一种方便组装的风动螺旋叶轮。

为实现上述目的，本实用新型提供的组合式风动螺旋叶轮是由若干叶轮单元沿叶轮转动轴线方向组装构成，所述叶轮单元至少有2个叶片，且各叶轮单元依次径向转动同样角度，形成螺旋叶轮。换言之，本技术方案所述的叶轮单元是将一个整体螺旋叶轮沿转轴方向进行等份切割后中的一个。

在上述技术方案中，所述叶轮单元由一个转毂和若干叶片构成，叶片连接于转毂圆弧外侧，叶片相对转毂对称分布，转毂上表面设置有突起的定位销，转毂下表面设置有定位孔。所述转毂还可等分为形状相同的弧形构件，各弧形构件上表面设置有若干突起的定位销，各弧形构件下表面设置有若干定位孔。对于较大螺旋叶轮，单个部件尺寸直接影响到加工难度、加工成本以及运输、安装，所以宜将转毂和叶片分开制造，减小单个部件尺寸。对于特大型螺旋叶轮，如风力发电所要用到的特大型螺旋叶轮，有时要求叶轮单元的外径尺寸达到50米甚至更大，转毂直径可达到25米，对待如此庞然大物，转毂自身的等分制造拼装是必要的。转毂与叶片分别制造还便于对转毂直径和叶片长短尺寸做出调节，满足不同的设计要求。如附图13、14、15、16中给出了转毂直径较大的六叶片螺旋叶轮。转毂直径增大，可使风动力更多的作用于叶片外端部，以使螺旋叶轮获得较大的旋转力矩。

在上述技术方案中，所述叶片为弧形，该叶片一立侧面为外突弧形面，该叶片另一立侧面为内凹弧形曲面。采用此弧形叶片叶轮单元构成的叶轮，类似于传统S形叶轮固定下端，上端围绕叶轮转轴旋转所形成的S形螺旋叶轮。所形成的此S形螺旋叶轮是S形叶轮和螺旋叶轮各自特点的重合与叠加，即该S形螺旋叶轮旋转方向确定且能形成风道。所不同的是，本实用新型叶轮单元组合形成的S形螺旋叶轮的轴向长度可以根据需要组合，不受限制。

在上述技术方案中，所述叶片还可以为直形，该叶片的两个立侧面均为螺旋曲面。采用此直形叶片叶轮单元构成的叶轮，类似于一块长方体，固定一个端边，旋转该被固定端边的对边后所得到的螺旋形状。所不同的是，每个叶轮单元直形叶片立侧面为螺旋曲面，当若干个这样的叶轮单元组合起来，各叶片立侧面的螺旋曲面相互对接，形成一个连续的旋转螺旋面。螺旋叶轮上螺旋面个数取决于叶片个数，螺旋面光滑程度取决于各叶片立侧面曲面的曲率参数。每个叶片上的曲面相互对接，形成螺旋叶轮连续光滑螺旋面。螺旋叶轮的螺旋面是风动力作用的主要受力面，螺旋面受力推动螺旋叶轮旋转。例如，当自然风力被引导到该螺旋叶轮的左侧或右侧螺旋面上，该螺旋叶轮按固定方向旋转，即将自然风能转变为螺旋叶轮旋转输出的动能。

本实用新型的优点是：

1、大大降低了螺旋形状工件的加工难度。

2、对于超大型或特大型螺旋叶轮，除了在垂直方向上进行叶轮单元进行分解，还在水平方向上对单件叶轮单元再进行分解，使叶轮单元在水平方向上也能拼装组合。此“化整为零”，“盖房子”方式构建特大型螺旋叶轮的思路，使特大型螺旋叶轮的制造、运输、安装、维护方便、可行。

3、制造成本大幅降低，便于社会化协作生产。

附图说明

图1是单个双叶片叶轮单元的形状示意图(俯视)。

图2单个双叶片叶轮单元的形状示意图(仰视)。

图3是三个双叶片叶轮单元依次错位排布示意图。

图4是双叶片叶轮单元垂直装配成螺旋叶轮正面视图。

图5是双叶片叶轮单元垂直装配成螺旋叶轮直观效果图。

图6是单个四叶片叶轮单元的形状示意图(俯视)。

图7是三个四叶片叶轮单元依次错位排布示意图。

图8是四叶片叶轮单元垂直装配成螺旋叶轮正面视图。

图9是四叶片叶轮单元垂直装配成螺旋叶轮的直观效果图。

图10是单个大型六叶片叶轮单元转毂形状示意图。

图11单个大型六叶片叶轮单元转毂分解状态示意图(俯视)。

图12单个大型六叶片叶轮单元转毂分解状态示意图(仰视)。

图13是单个大型六叶片叶轮单元组装完成后示意图(俯视)。

图14是三个大型六叶片叶轮单元依次错位排布示意图。

图15是大型六叶片叶轮单元垂直装配成螺旋叶轮正面视图。

图16是大型六叶片叶轮单元垂直装配成螺旋叶轮直观效果图。

以上附图中，1是双叶片叶轮单元，1-1是叶片内凹立侧曲面，1-2是叶片上水平面，1-3是双叶片叶轮单元转毂，1-4是双叶片叶轮单元中心孔，1-5是叶片外突弧面，1-6是叶片下水平面，2是四叶片叶轮单元，2-1是叶片立侧曲面，2-2是叶片水平面，2-3是四叶片叶轮单元转毂，2-4是四叶片叶轮单元中心孔，3是六叶片叶轮单元转毂，3-1是转毂单一弧形构件，3-2是转毂定位销，3-3是转毂定位孔，4是六叶片叶轮单元，4-1是叶片立侧曲面，4-2是叶片水平面，4-3叶轮单元转毂，4-4是叶轮单元中心孔。

具体实施例

实施例一：

本实施例是双叶片S形螺旋叶轮。图1给出单个叶轮单元俯视图，此叶轮单元1有两个叶片，构成S形，叶片上表面为平面1-2，叶片侧立面1-1为内凹曲面，该内凹曲面能有效接收风能并转化为旋转力矩，双叶片与转毂1-3为一体，转毂中心有通孔1-4。图2给出单个叶轮单元仰视图，叶片下表面为平面1-6，叶片侧立面1-5为外突弧面，该外突弧面能将部分风能导向到叶片的内凹曲面上。图3给出三个双叶轮单元组装示意图。1P是最底层叶轮单元，2P是第二层叶轮单元，3P是第三层叶轮单元，各层叶轮单元之间的错位角度差均为θ。图4给出了双叶片螺旋叶轮组装完成后的正面视图，图5给出了双叶片螺旋叶轮组装完成后的立体效果图。

本实例给出的S型螺旋叶轮，汇集了S型叶轮定向旋转和螺旋叶轮形成风道的各自特点，提高了该叶轮采集风能的效果。此S型螺旋叶轮可以用于风电路灯。只需要将该螺旋叶轮的转轴与发电机转子连接即可。当风吹来，该螺旋叶轮转轴右半面由于是内凹螺旋曲面，所受到的风力会大于转轴左半面，这样，该螺旋叶轮只能朝一个固定方向旋转，从俯视角度看，该螺旋叶轮是逆时针方向旋转。

实施例二：

本实施例是四叶片螺旋叶轮。图6给出单个四叶片叶轮单元的俯视图，叶片形状为直形，此叶轮单元2有四个叶片，叶片侧立面2-1为曲面，叶片上表面为一平面2-2，四叶片与转毂2-3为一体，转毂中心有通孔2-4。图7给出三个双四叶片叶轮单元组装示意图。1P是最底层叶轮单元，2P是第二层叶轮单元，3P是第三层叶轮单元，最底层叶轮单元与第二层叶轮单元的错位角度差为θ，最底层与第二层叶轮单元的错位角度差为2θ，最底层叶轮与第三层叶轮的错位角度差为3θ。图8给出了四叶片螺旋叶轮组装完成后的正面视图，图9给出了四叶片螺旋叶轮组装完成后的立体效果图。

本实施例给出的四叶片螺旋叶轮适用于较大的风力发电设备。转毂和叶片分别制造，逐个叶轮单元拼装、逐层叶轮单元组装成整体螺旋叶轮。

本实例给出的螺旋叶轮由于叶片是直形的，为减少风阻，需要安装导风装置，该导风装置由尾翼、导风板和转动支架构成。导风板将吹向螺旋叶轮左半面的风力转向螺旋叶轮的右半面，使在同等风力条件下，螺旋叶轮能获得较大的旋转力矩。

如果本实例中的螺旋叶轮的叶片改为弯曲形(如实施例一)，也能较好的避免风阻，可以不需要导风装置。

实施例三：

本实施例给出的螺旋叶轮为六叶片螺旋叶轮。本实施例六叶片螺旋叶轮单元的转毂3由六个弧形构件构成，每个弧形构件3-1顶面等距离设置有若干突起定位销3-2，每个弧形构件底面等距离设置有若干定位孔3-3，定位销和定位孔上下在同一条轴线。将六个弧形构件组装拼接成圆形转毂3(参见图10)，六个叶片分别固定于六个弧形构件，这样就完成了最底层叶轮单元(1P层)的水平拼装(参见图13)，之后，按同样方法步骤，拼装上一层即2P层叶轮单元，拼装时，使1P层弧形构件上的定位销插入到2P层弧形构件下方定位孔内，且使2P层弧形构件相对于1P层弧形构件在径向有一个θ度转角，此转角度数正是各层叶轮单元之间的错位角θ(参见图14)。照此方式，逐层安装n个叶轮单元，形成六叶片螺旋叶轮(参见附图15、16)，最底层叶轮单元与最顶层叶轮单元之间的错位角度为nθ度。

本实例给出的螺旋叶轮可用于特大型风力发电装置中。如要求风电螺旋叶轮的外径W为50米，高度H为25米，中心圆柱外径D为25米，单个叶片长度L为12.5米，单个叶轮单元的高度h为0.625米，叶轮单元总个数n为40，叶轮单元之间的错位角θ为9度，拼装成型的六叶片螺旋叶轮具有一个完整的导程。

本实例给出的螺旋叶轮由于叶片是直形的，需要安装导风装置，该导风装置由尾翼、导风板和转动支架构成。导风板将吹向螺旋叶轮左半面的风力转向螺旋叶轮的右半面，使在同等风力条件下，螺旋叶轮能获得较大的旋转力矩。

如果本实例中的螺旋叶轮的叶片改为弯曲形(如实施例一)，就能比较好的避免风阻，同时也可以不需要导风装置，结构大为简化。

Claims (5)

1、一种组合式风动螺旋叶轮，其特征在于：该组合式风动螺旋叶轮是由若干叶轮单元沿叶轮转动轴线方向组装构成，所述叶轮单元至少有2个叶片，且各叶轮单元依次径向转动同样角度，形成螺旋叶轮。

2、根据权利要求1所述的组合式风动螺旋叶轮，其特征在于：所述叶轮单元由一个转毂和若干叶片构成，叶片连接于转毂圆弧外侧，叶片相对转毂对称分布，转毂上表面设置有突起的定位销，转毂下表面设置有定位孔。

3、根据权利要求2所述的组合式风动螺旋叶轮，其特征在于：所述转毂等分为形状相同的弧形构件，各弧形构件上表面设置有若干突起的定位销，各弧形构件下表面设置有若干定位孔。

4、根据权利要求2所述的组合式风动螺旋叶轮，其特征在于：所述叶片为弧形，该叶片一立侧面为外突弧形面，该叶片另一立侧面为内凹弧形曲面。

5、根据权利要求2的组合式风动螺旋叶轮，其特征在于：所述叶片为直形，该叶片的两个立侧面均为螺旋曲面。

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