CN201461231U - 抗风灾的伞式风帆叶片及其风力机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抗风灾的伞式风帆叶片，这种伞式风帆叶片与专利ZL200820090746.6中所述的伞式风帆叶片的区别是：整流罩的外包络面是“铁饼状”的流线体，设计时尽量增大整流罩“外包络椭圆”的长轴与短轴的比值，尽量减小整流罩外包络面的有效迎风面积，使处于逆风位转动的整流罩的外包络面对从其流过的相对风速矢量来说是流线状或接近流线状，减小风力机逆风位若干个伞式风帆叶片所产生阻力的代数和，既减小了力图使风力机塔架倾倒的弯矩，又增大了风能利用效率；整流罩外包络面中有缘面，伞面由刚性面(缘面)和柔性纤维伞面两部分构成，在缘面上加装若干个单向阀门，防止瞬时狂风引起输出传动部件的变形损害；使伞式风帆叶片及其风力机具有抗风灾的保护功能。

Description

抗风灾的伞式风帆叶片及其风力机

技术领域

本实用新型涉及抗风灾的伞式风帆叶片及其风力机，用于风力发电或提供机械动力。

背景技术

我国两大风带地处三北地区和东南沿海，不同地区具有不同的气候特点，一些地区有时会发生短时狂风，沿海有台风灾害，因此有必要对专利200810090746、6涉及的伞式风帆叶片及其风力机增设保护。由专利200820090746.6说明书可知：单元动力伞式风帆叶片具有重量轻的特点，旋转式伞式风帆叶片风力机宜设计成低转速、高增速传动比，所以对于伞式风帆叶片及其风力机来说，离心力不是主要负载；由于每台风力机的中心静轴上，安装两组转向相反、转矩大小相等、共轴线的旋转套轴若干个，因此扭矩不平衡对中心静轴、塔架、基座的影响极小，加上伞式风帆叶片纤维伞面是柔性的，伞式风帆叶片可根据离旋转轴线的距离来决定设计尺寸的大小，距离越远，尺寸越大，使离旋转轴线距离不等的单元动力伞固有振动频率不相同，摇晃振动效应引起共振导致大事故的可能性极小。故抗风灾主要防范：1、力图使风力机塔架倾倒的阻力；2、当瞬时风速超过一定值，风力机输出的功率超过设计的最大值，造成输出传动部件的变形损害。

本实用新型的目的是：改进有系绳的伞式风帆叶片，使伞式风帆叶片及其风力机具有抗风灾的功能。

发明内容

减小风力机阻力的原理：因为力图使风力机塔架倾倒的阻力是塔架、旋臂、支臂、伞式风帆叶片产生的，其中伞式风帆叶片所产生的阻力是主要的，风力机的伞式风帆叶片所产生的总阻力是运行于逆风位的若干个单元动力伞所产生阻力代数和的两倍，所以减小阻力应从减小伞式风帆叶片逆风位的风阻入手，因为伞式风帆叶片处于顺风位做正功时，柔性纤维伞面是张开的，呈减速伞状，伞式风帆叶片处于逆风位做负功时，柔性纤维伞面的凹面贴在流线体整流罩的外包络面上，所以应尽量减小整流罩外包络面的有效迎风面积，还要尽量使处于逆风位转动的整流罩的外包络面对从其流过的相对风速矢量来说是流线状或接近流线状，为此，整流罩外包络面是近似“铁饼状”(一般是约半个或大半个铁饼状，以下称“铁饼状”)的流线体.减小风力机阻力的技术方案：有系绳的单元动力伞式风帆叶片由伞骨若干根、连杆(三根)、整流罩、伞面、系绳组成，若干根伞骨的一端与中间连杆的一端连在一起，两边连杆的一端和中间连杆在与旋臂或支臂相交的部位与旋臂或支臂连接固定，三根连杆的另一端指向旋转套轴旋转运动的向，三根连杆平行且与其连接的旋臂或支臂垂直，每根伞骨的另一端通过系绳与纤维伞面上对应的纬带相连，每根伞骨与中间连杆的夹角呈相等的锐角，整流罩通过其内框架与三根连杆连接固定.整流罩呈笼形、非实心，外包络面是“铁饼状”流线体，过整流罩内中间连杆上的任一点作与连杆轴线垂直的平面与整流罩外包络面相交的曲线呈椭圆形，称外包络椭圆，设计时应尽量增大外包络椭园长轴与短轴的比值，上述椭圆长轴端点集合而成的曲线称缘线；上述椭圆长轴集合而成的面与旋转套轴轴线、连杆的轴线重合；上述椭圆长轴端点两边弯曲度较大的一定长度的曲线段集合而成的曲面称缘面，外包络面中除缘面外的其它部位是笼网状面，因此整流罩的外包络面由缘面和笼网状面两部分构成，伞面由刚性面和可变形的柔性纤维伞面构成，刚性面是整流罩外包络面中的缘面，柔性纤维伞面由对称两部分组成，与整流罩外包络面中对称的两笼网状面相对应，伞面中柔性面与刚性面的连接通过胶垫、压条、螺钉固定.由于伞式风帆叶片风力机的阻力矩是若干个单元动力伞、旋臂、支臂、塔架的迎风阻力共同作用的结果，所以在设计制造时还要尽量采用强度高、抗弯曲的材料，尽量减小旋臂、支臂、塔架的有效迎风面积；还要精心设计伞式风帆叶片在空间的布局，同旋转套轴的伞式风帆叶片呈S型、达里厄型或其它合理形式的布局，起到减小阻力、提高风能利用率的效果；对于竖直轴风力机宜设计成“树”状结构.防止风力机的输出功率超过最大允许值的原理：因为风力机输出功率的大小与风速、伞面在顺风位与逆风位的形状、伞面在顺风位与逆风位的有效迎风面积差有关，所以，当风速超过一定值时，若自动减小单元动力伞式风帆叶片在顺风位时的有效迎风面积，就能使风力机的输出功率不超过最大允许值.防止风力机的输出功率超过最大允许值的技术方案：在单元动力伞缘面上安装若干个单向阀门，当单向阀门关闭时，阀门外表面与缘面圆滑的外表面平齐，当风速超过一定值，作用在伞凹面与凸面上的压力差超过一定值，单向阀门打开，处于顺风位运行的伞面有效迎风面积减小，使风力机输出功率不超过最大允许值.防止输出传动部件的变形损害的另一个措施是：在风力机输出传动机构中增设磨擦离合器.

本实用新型有如下积极效果：伞式风帆叶片风力机是一种阻力差值很大的风力机，形成风力机塔架弯矩因素之一的风力机伞式风帆叶片所产生的总阻力是处于逆风位若干个单元动力伞所产生阻力代数和的2倍，改进后的伞式风帆叶片，整流罩的外包络面是“铁饼状”的流线体，尽量使处于逆风位转动的整流罩的外包络面对从其流过的相对风速矢量来说是流线状或接近流线状，设计时尽量增大“外包络椭园”长轴与短轴的比值，尽量减小单元动力伞在逆风位运行区间垂直于风向的有效面积，所以处于逆风位的若干个伞式风帆叶片所产生阻力的代数和小，伞式风帆叶片所产生的阻力对中心静轴、塔架、基座的弯矩作用力小，从而避免风灾引起风力机塔架倾倒的事故。处于顺风位的若干个单元动力伞与处于逆风位的若干个单元动力伞所产生的阻力差而形成的力矩是风力机的输出力矩，伞式风帆叶片在逆风位产生的阻力越小，在顺风位产生的阻力(与风对伞的作用力大小相等、方向相反)越大，单元动力伞运转一周，作负功的累积值就越小，作正功的累积值就越大，风能的利用效率就越高，所以减小伞式风帆叶片在逆风位的阻力，既能减小风力机的弯矩，又能增大风能利用效率，一举两得。在单元动力伞的缘面上安装若干个单向阀门，当风速不超过最大允许值，对风力机的风能利用效率没有影响。当风速超过最大允许值，处于顺风位运行的单元动力伞的单向阀门打开，顺风位与逆风位的阻力差值减小，风力机的输出力矩减小，有效地避免输出传动部件的变形损害；在风力机输出传动机构中增设磨擦离合器，对输出传动部件起双重保护的作用。

附图说明

下面结合附图进一步描述本实用新型的实施方式：

图1本实用新型有系绳的单元动力伞式风帆叶片的示意图

图2本实用新型同一旋转轴上径向对称两单元动力伞式风帆叶片受力分析的示意图

具体实施方式

有系绳的单元动力伞式风帆叶片由伞骨1(若干根)、连杆2(三根)、整流罩3、伞面4、系绳5组成，若干根伞骨1的一端与中间连杆2的一端连在一起，两边连杆2的一端和中间连杆2在与旋臂6或支臂相交的部位与旋臂6或支臂连接固定，三根连杆2的另一端指向旋转套轴7旋转运动的方向，三根连杆2平行且与其连接的旋臂6或支臂垂直，每根伞骨1的另一端通过系绳5与伞面4上对应的纬带相连，每根伞骨1与中间连杆2的夹角呈相等的锐角，整流罩3通过其内框架与三根连杆2连接固定。整流罩3呈笼形、非实心，外包络面是“铁饼状”的流线体，过整流罩3内中间连杆2上的一点作与连杆2轴线垂直的平面与外包络面相交的曲线呈椭圆形，称外包络椭圆，设计时尽量增大外包络椭园长轴与短轴的比值，上述椭圆长轴端点集合而成的曲线称缘线8；上述椭圆长轴集合而成的面与旋转套轴轴线、连杆2的轴线重合；上述椭圆长轴端点两边弯曲度较大的一定长度的曲线段集合而成的曲面称缘面9，外包络面中除缘面9外的其它部位是笼网状面，因此整流罩的外包络面由缘面9和笼网状面两部分构成，伞面4由刚性面和可变形的柔性纤维伞面构成，刚性面是整流罩3外包络面中的缘面9，柔性纤维伞面由对称两部分组成，与整流罩3外包络面中对称的两笼网状面相对应，伞面4中柔性面与刚性面的连接通过胶垫、压条、螺钉固定。在单元动力伞缘面9上安装若干个单向阀门10，当风速超过一定值，作用在伞凹面与凸面上的压力差超过一定值，单向阀门10打开，处于顺风位运行的伞面4有效迎风面积减小，使风力机输出功率不超过最大允许值。防止输出传动部件的变形损害的另一个措施是：在风力机输出传动机构中增设磨擦离合器。如图2所示：图2是图1中两伞式风帆叶片俯视图的示意图，右侧甲叶片位于顺风位最大迎风面位置，柔性纤维伞面张开，凹面兜风，伞面4有效迎风面积大，设此位置风对伞的作用力为f1，左侧乙叶片位于逆风位与右侧甲叶片对称的位置，柔性纤维伞面贴在流线型整流罩3的笼网状外包络面上，凸面迎风，有效迎风面积小，风对伞的作用力为f2，同一时刻，右侧甲叶片有效迎风面积是左侧乙叶片的有效迎风面积的数倍，且左侧乙叶片呈流线状，由流体力学知识可知，f1是f2的十几倍甚至更多。

Claims (1)

1.有系绳的伞式风帆叶片由伞骨若干根、连杆、整流罩、纤维伞面、系绳组成，若干根伞骨的一端与中间连杆的一端连在一起，两边连杆的一端和中间连杆在与旋臂或支臂相交的部位与旋臂或支臂连接固定，三根连杆的另一端指向旋转套轴旋转运动的方向，三根连杆平行且与其连接的旋臂或支臂垂直，每根伞骨的另一端通过系绳与纤维伞面上对应的纬带相连，每根伞骨与中间连杆的夹角呈相等的锐角，整流罩通过其内框架与三根连杆连接固定；整流罩呈笼形、非实心，外包络面是“铁饼状”的流线体，过整流罩内中间连杆上的一点作与连杆轴线垂直的平面与外包络面相交的曲线呈椭圆形，称外包络椭圆，外包络椭圆长轴端点集合而成的曲线称缘线，外包络椭圆长轴集合而成的面与旋转套轴轴线、连杆的轴线重合；外包络椭圆长轴端点两边弯曲度较大的一定长度的曲线段集合而成的曲面称缘面，整流罩的外包络面由缘面和笼网状面两部分构成，外包络面中除缘面外的其它部位是笼网状面，伞面由刚性面和可变形的柔性纤维面构成，刚性面是整流罩外包络面中的缘面，柔性纤维伞面由对称两部分组成，与整流罩外包络面中对称的两笼网状面相对应，伞面中柔性面与刚性面的连接通过胶垫、压条、螺钉固定；在伞式风帆叶片缘面上安装若干个单向阀门，在风力机输出传动机构中增设磨擦离合器。

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