CN205858565U - 一种高效的风轮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高效的风轮装置，属于风力发电技术领域，该风轮装置包括转轴及分布于转轴外圆周上的叶片组，转轴外部增设圆形支架，圆形支架包括中部的旋转套、外部的圆环及两者之间的连接杆，旋转套与转轴固定，叶片组包括位于圆形支架内部且以旋转套为中心呈环形阵列的一组叶片，叶片通过变桨装置进行迎角调节，叶片两端分别为与变桨装置连接的叶尖以及与旋转套连接的叶根，叶尖至叶根为借助变桨装置扭转0‑90度的螺旋形状，叶根与圆环所处平面相垂直，风能够吹过叶根间隙，随着风力的逐渐增大，变桨装置逐渐将叶尖变为顺桨，该叶片对风的捕捉效果较好，同时可以将圆形支架设置为同心圆的多层结构，增加叶片的数量，电能的转化率显著提高。

Description

一种高效的风轮装置

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，具体涉及一种高效的风轮装置。

背景技术

风力发电作为可再生能源的一种形式而存在，主要通过风轮转动带动风力发电机，最终将风能转化为电能。现有的风轮一般都是采用三叶片形式，三个叶片均匀地分布在圆周上，当风吹过叶片时，对三个叶片产生扭力从而使风轮转动，然而，由于叶片占整个风轮圆周的面积较小，大部分的风从叶片之间的空隙处吹走，不会对叶片产生推动力，大大降低了风能的利用率，因此，需要对现有的风轮进行改进。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的缺点，提供了一种高效的风轮装置，该风轮装置在同等风力的情况下，转速较高，扭矩力较大，能够将更多的风能转化为电能，对风能的利用率较高。

本实用新型的具体技术方案是：

一种高效的风轮装置，包括转轴及分布于转轴外圆周上的叶片组，关键点是，所述的转轴外部增设有圆形支架，圆形支架包括中部的旋转套、外部的圆环及两者之间的连接杆，旋转套与转轴套装固定，叶片组包括位于圆形支架内部且以旋转套为中心呈环形阵列的一组叶片,叶片为厚度不大于3mm的碳纤维复合材料板，叶片外端设置有调节叶片迎角的变桨装置，变桨装置固定于圆环上，所述的叶片两端分别为与变桨装置连接的叶尖以及与旋转套连接的叶根，叶根与圆环所处平面相垂直，叶尖至叶根为借助变桨装置扭转0-90度的螺旋形状。

所述的叶片为1mm厚的碳纤维复合材料板。

所述的圆形支架中的圆环为平行设置的两个，两个圆环之间通过连接柱固定为一体的双轮缘，变桨装置固定于双轮缘上。

所述的变桨装置包括固定支架及伺服电机，固定支架固定在圆环上，伺服电机固定于固定支架内部，伺服电机动力输出端与叶尖外端固定连接，圆形支架上设置有控制器及两个空气压力感应器，两个空气压力感应器分别位于圆形支架两侧，空气压力感应器信号输出端与控制器的信号输入端相连，控制器的信号输出端与伺服电机相连。

所述的圆形支架为同心圆形状的多层结构，每一层中均设置有叶片组及相对应的变桨装置。

所述的圆形支架为同心圆形状的双层结构，每一层中均设置有叶片组及相对应的变桨装置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型设置环形阵列的一组叶片，较之现有的三叶桨，与风的接触面积增大，并且通过变桨装置将叶片形成扭转0-90度的螺旋形状，叶根为顺桨状态，叶尖根据风力由大变小逐渐由顺桨到逆桨状态之间变化，整个叶片形成凹陷形状，捕捉风的能力显著提高，叶根处能够进行通风和引风，叶尖处能够使风产生横向的作用力从而促使叶片横向受力，该叶片和变桨装置的设置能够根据风力的大小改变叶尖的逆桨角度，能够有效避免风力过大导致叶片折断的情况，而且能够形成引风的通道，叶尖能够通过变桨装置来调节迎角以适应不同强度的风力，使得风轮始终处于最佳的工作状态，该风轮对风能的利用率有明显提高，能够大大减少传统发电所产生的碳排放，有效减轻环境污染。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图。

图2是本实用新型中工作状态下叶片的结构示意图。

图3是本实用新型实施例1中圆环、固定支架及伺服电机的结构示意图。

图4是本实用新型实施例2的结构示意图。

附图中，1、转轴，2、旋转套，3、圆环，4、连接杆，501、叶尖，502、叶根，601、固定支架，701、控制器，602、伺服电机，702、空气压力感应器。

具体实施方式

本实用新型涉及一种高效的风轮装置，包括转轴1及分布于转轴1外圆周上的叶片组，所述的转轴1外部增设有圆形支架，圆形支架包括中部的旋转套2、外部的圆环3及两者之间的连接杆4，旋转套2与转轴1套装固定，叶片组包括位于圆形支架内部且以旋转套2为中心呈环形阵列的一组叶片5，叶片5为厚度不大于3mm的碳纤维复合材料板，叶片5外端还设置有调节叶片5迎角的变桨装置，变桨装置固定于圆环3上，所述的叶片5两端分别为与变桨装置连接的叶尖501以及与旋转套2连接的叶根502，叶根502与圆环3所处平面相垂直，叶尖501至叶根502为借助变桨装置扭转0-90度的螺旋形状。

实施例1，如图1至图3所示，所述的叶片5厚度为1mm，该厚度在保证叶片5能够被扭转的前提下，保障叶片5在使用时不易折断或损坏，又能够最大限度地减小风轮装置的整体重量，避免重量的过度增加导致的旋转摩擦力增加，变桨装置包括固定支架601及伺服电机602，固定支架601固定在圆环3上，伺服电机602固定于固定支架601内部，伺服电机602的动力输出端与叶尖502外端固定连接，圆形支架中的圆环3为平行设置的两个，两个圆环3之间通过连接柱固定为一体的双轮缘，变桨装置的固定支架601固定于双轮缘上，固定状态较为牢固，叶尖501与圆环3位于同一平面或平行，即为逆桨状态，叶根502与圆环3所处平面相垂直，即为顺桨状态，当风力逐渐增大时，风穿过叶根502之间的间隙，叶根502能够起到一定的通风和引风作用，同时，风力吹向叶尖501端面上，变桨装置中的伺服电机602根据空气压力感应器702采集到的风力大小对叶尖的旋转角度进行调节，当风力低于最小设定值时，控制器701根据风力信息向伺服电机602发送相关指令，伺服电机602将叶尖501旋转至逆桨状态，当风力超过最小设定值并逐渐变大时，伺服电机602驱动叶尖501转动并将其迎角逐渐减小，以避免风力过大造成的风轮装置的损坏，螺旋形状的叶片5形成一个便于捕捉风力的兜状，叶片5捕捉风的能力较现有的桨叶大大提高，整个风轮装置的转速也随之得到提高，同样风力的情况下，该风轮装置的风力发电转换率更高。

本实用新型中的变桨装置为智能的自动变桨装置，能够适应不同的风向，使得风轮装置在不同风向工作时的旋转方向相同，两个空气压力感应器702分别位于圆形支架两侧，空气压力感应器702信号输出端与控制器701的信号输入端相连，控制器701的信号输出端与伺服电机602相连，风轮装置在初始风向工作时，该风向对应一侧的空气压力感应器702采集风向信息，并向控制器701发送风向信息，控制器701向伺服电机602发送运行指令，伺服电机602启动，叶片5在风力作用下逐渐转动，叶尖501转动后逐渐形成迎风方向的兜状，捕捉风力并驱动风轮装置旋转，最终将风力牵引的机械能转换为电能；当风向变为相反方向时，相反一侧的空气压力感应器702采集风向信息发送至控制器701，控制器701向伺服电机602发送操作指令，伺服电机602反转并驱动叶尖501旋转180度，此时，叶片5的螺旋形状为相对应风向的兜状，捕捉风力进而驱动风轮装置旋转，风轮装置的转动方向不变，为后续的机械能转化为电能的转化过程提供了方便，相关的电能转换设备无需进行方向的转换，并且在不同风向下均能够进行电能转换工作。

实施例2，如图4所示，为了再次增加风轮装置的旋转速度，将圆形支架设置为同心圆形状的双层结构，每一层中均设置有叶片组，这样就可以增加叶片5的数量，增大叶片5捕捉风能的总量，风轮装置的旋转速度进一步提高，风能转化率大大提高，该风轮装置的发电效率随之提高。

本实用新型涉及到的风轮装置还连接有远程服务器，风轮装置的控制器701能够将其工作状态参数反馈至远程服务器，包括转向、转速、叶片5迎角等参数，操作人员可以通过远程服务器进行风轮装置的启停、每个叶片5的迎角和风轮转速的调节，在风轮装置发生故障或者操作人员不便进到现场维护状态下，可以很方便地进行每一个风轮装置的调节。

本实用新型将三桨叶式风轮改进为叶片式风轮，叶片5的数量和覆盖面积均比桨叶大，能够利用更多的风能从而增加风轮装置的扭矩力，叶根502的顺桨状态能够使风通过，使更多的风吹向风轮装置的通风面，叶片5的叶尖501至叶根502的扭转形状能够形成兜状，叶片5对风的捕捉量显著提高，风轮装置的旋转速度更快，风轮装置的风能利用率大大提高，叶片5中的叶尖501可以通过变桨装置中的伺服电机602结合风能并借助控制器701和空气压力感应器702的控制进行叶片5迎角的调节，风力的不同强度对应叶片5的不同迎角，在不同强度状态下实现风能的最大利用率，调节过程无需人工参与，自动化程度高。

现有的三叶桨仅仅能够利用所通过风能的十分之一左右，使用该风轮装置，增加了风力与风轮之间的接触面积，叶片的结构能够增大转速，增加扭矩力，在现有风力发电机的情况下，使用该风轮，更换大的增速器，在微风的情况下，就可以进行发电，在同样风速下，能够发出高于三叶桨5倍以上的电能，提高了风力发电的效率，提高了风能的利用率，减少了火力发电带来的碳排放，有助于空气质量的改善，增强环境保护的力度。

Claims (6)

1.一种高效的风轮装置，包括转轴(1)及分布于转轴(1)外圆周上的叶片组，其特征在于：所述的转轴(1)外部增设有圆形支架，圆形支架包括中部的旋转套(2)、外部的圆环(3)及两者之间的连接杆(4)，旋转套(2)与转轴(1)套装固定，叶片组包括位于圆形支架内部且以旋转套(2)为中心呈环形阵列的一组叶片(5),叶片(5)为厚度不大于3mm的碳纤维复合材料板，叶片(5)外端设置有调节叶片(5)迎角的变桨装置，变桨装置固定于圆环(3)上，所述的叶片(5)两端分别为与变桨装置连接的叶尖(501)以及与旋转套(2)连接的叶根(502)，叶根(502)与圆环(3)所处平面相垂直，叶尖(501)至叶根(502)为借助变桨装置扭转0-90度的螺旋形状。

2.根据权利要求1所述的一种高效的风轮装置，其特征在于：所述的叶片(5)为1mm厚的碳纤维复合材料板。

3.根据权利要求1所述的一种高效的风轮装置，其特征在于：所述的圆形支架中的圆环(3)为平行设置的两个，两个圆环(3)之间通过连接柱固定为一体结构的双轮缘，变桨装置固定于双轮缘上。

4.根据权利要求1所述的一种高效的风轮装置，其特征在于：所述的变桨装置包括固定支架(601)及伺服电机(602)，固定支架(601)固定在圆环(3)上，伺服电机固定于固定支架内部，伺服电机动力输出端与叶尖外端固定连接，圆形支架上设置有控制器(701)及两个空气压力感应器(702)，两个空气压力感应器(702)分别位于圆形支架两侧，空气压力感应器(702)信号输出端与控制器(701)的信号输入端相连，控制器(701)的信号输出端与伺服电机(602)相连。

5.根据权利要求1所述的一种高效的风轮装置，其特征在于：所述的圆形支架为同心圆形状的多层结构，每一层中均设置有叶片组及相对应的变桨装置。

6.根据权利要求5所述的一种高效的风轮装置，其特征在于：所述的圆形支架为同心圆形状的双层结构，每一层中均设置有叶片组及相对应的变桨装置。