CN2703890Y - 一种竖轴风力发动机风叶结构及稳速装置 - Google Patents

一种竖轴风力发动机风叶结构及稳速装置 Download PDF

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Abstract

一种竖轴风力发动机风叶结构及稳速装置，特殊之处在于：风叶由大叶框、小叶框构成，大叶框呈框架状，多个小叶框装在大叶框上，通过活动轴与大叶框连接，稳速装置装在每一小叶框与大叶框之间；小叶框包括框架、活动叶片，在框架上远离竖轴的一侧竖框的外侧的上下，各设有小风叶框轴与大叶框相接，活动叶片通过第二小轴装在小叶框上，第二小轴设于所述竖框内侧的上下；稳速装置由稳速器基座、稳速器压杆、稳速器弹性件和稳速器压点组成，稳速器基座分别安装在小风叶框正向受风立面的外侧上和下的大风叶框上，稳速器压点压在小风叶框的上下横框上；故它具有稳速和抗狂风时风叶自动复位的保护功能，是实现此类风力机大型化的多层风叶结构。

Description

一种竖轴风力发动机风叶结构及稳速装置
技术领域
本实用新型属于一种竖轴活动风叶风力发动机上具有风叶自动保护功能的新型风叶结构及稳速装置。
背景技术
目前世界上用于风力发电或作机械动力的风力发动机主要有两大类型：一类是升力型，水平轴结构，采用螺旋桨式叶片；另一类是阻力型，竖轴结构，采用风帆式叶片。这两类风力机相比较，升力型(水平轴)技术比较成熟，被广泛使用，但是存在成本高，桨叶容易疲劳损坏，发电设备安装和维修不方便。必须设置迎风装置等问题；而阻力型(竖轴)风力机具有转动力矩大，设备安装维修方便、不需要迎风装置等优点，但是由于一般性竖轴风力机反向回程区风叶阻力也较大，存在效率不高的问题，据了解，目前世界上尚无理想的竖轴风力机产品。本发明人原有专利“高效风力机”(专利号：ZL98212887.8)采用了活动可变式风叶，能在风力机工作过程中自动改变风叶的受风面积，使正向推力面积增加，而反向回程阻力面积减到最小，解决了以往竖轴风力机效率低的问题，大大提高了风能利用效率。不失为一种高效利用风能的新型竖轴风力机，但是尚存在风叶结构不合理，不能稳速及大型风力机转速太低不利于与发电机匹配等不足之处。
实用新型内容
本实用新型的目的，是提供一种应用于竖轴活动风叶风力机上的新型风叶结构和稳速装置，它具有稳速和抗狂风时风叶自动复位的保护功能及为实现此类风力机大型化的多层风叶结构，以解决此类风力机存在的不足。
本实用新型包括风叶、竖轴、稳速机构，其特征在于风叶由大叶框、小叶框构成，大叶框呈框架状，多个小叶框装在大叶框上，通过活动轴与大叶框连接，稳速机构装在每一小叶框与大叶框之间，用于启动小叶框相对大叶框的绕轴转动。
更具体地，本实用新型包括：
a、大风叶框中设有若干个带有托网的小风叶框。在小风叶框远离风力机主轴一侧竖框的上、下各以小轴与大风叶框相连，小风叶框可绕小轴向大风叶框正向受风工作面的顺风方向转动；
b、活动小叶片，采用低噪音、轻质材料制成，由支撑架和轴架组成，依轴架上的上下小轴与小风叶框轴侧竖边相连并可绕活动小叶片轴朝反向回程区的顺风方向转动，即构成风叶的随风关闭和打开功能；
c、稳速装置由稳速器基座、稳速器弹性件、稳速器压杆、稳速器压点组成。其基座固定在正向受风工作区顺风方向的大风叶框上、下，稳速器弹性件的张力通过稳速器压杆上的压点迫使小风叶框在风速小于或等于额定工作风速情况下工作时紧靠大风叶框，此时小风叶框不能离开大风叶框而绕小轴转动，使大风叶框与小风叶框保持关闭的正常工作状态。
本实用新型是通过活动小叶片在工作风速范围内的随风自由活动实现风叶的自动开关作用而改变风叶受风面积的。当大风叶框处于正向受风工作区时活动小叶片已绕小轴转运至紧贴小风叶框上的托网而关闭风叶，使风叶正向受风面积增大。推力也增大；而当大风叶框处于逆风回程区时，活动小叶片，转动离开小风叶框上的托网，使风叶打开呈反向透风状态，减少了反向阻力、提高了风力机风能利用效率。以上工作过程在风速小于或等于额定工作风速情况下会自动进行，本实用新型的稳速功能是这样实现的：在风力机转动过程中，当风速超过额定工作风速或设计的稳速风速时，活动小叶片依靠托网连同小风叶框在狂风推力下克服了稳速器弹性件的张力而转动离开大风叶框，使风叶过位而正向透风，多余的狂风就顺风路掉，从而达到减速、稳速的作用。在此情况下，当大风叶框转至逆风回程区时，稳速器弹性件受到的正向狂风推力消失，又迫使小风叶框重新紧靠大风叶框，使风叶自动恢复原位而达到狂风时风叶保护作用。因此，本实用新型是竖轴活动风叶风力机非常重要的装置。
有一种情况需要说明：在风能资源丰富，但是常年该地区风速都不超过风力机额定工作风速的特定地区使用本专利产品，为了节省制造成本，可以省略稳速装置和小风叶框，只在大风叶框中直接设置托网和活动小叶片即可使用。
本实用新型使风能利用效率有很大的提高，但要实现产品大型化，存在着由于风轮直径和周长的加大而转速太低的问题，不利于与发电设备匹配。为了解决这一不足，本实用新型采取在以上风叶结构和稳速装置基础上采用二层以上的多层风轮结构，使其各层风叶主轴联通共同带动发电设备，提高了风力机转速和风动效率、使此类风力机大型化成为现实。
附图说明
附图1为本实用新型用于竖轴活动风叶风力机整机立体结构示意图；
附图2为本实用新型的稳速装置结构示意图；
附图3为本实用新型在风力机转动过程中风叶处于不同位置时的工作关系图；
附图4-1为本实用新型在正常工作风速下工作和在狂风时稳速状态下工作示意图；
附图4-2为本实用新型在正常工作风速下工作和在狂风时稳速状态下工作示意图；
附图4-3为本实用新型在正常工作风速下工作和在狂风时稳速状态下工作示意图；
附图5为本实用新型用于此类风力机大型化的多层风叶结构示意图。
图例说明：1大风叶框、2小风叶框、3活动小叶片、4托网、5小风叶框轴、6稳速器基座、7稳速器压杆、7’稳速器弹性件、8稳速器压点、9风力机主轴、10维修架、11发电机室、12风力机主架。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型是专为竖轴活动风叶风力机设计的风叶结构及稳速装置。每个大风叶框1中装有若干个小风叶框2，在小风叶框2远离风力机主轴9的外侧一竖框的上、下以小风叶框轴5与大风叶框1相连；小风叶框2正向受风立面的内侧设有活动小叶片3并在所述竖框内侧的上、下方以第二小轴与小风叶框2相连，活动小叶片3可绕第二小轴向小风叶框2正向受风立面的内侧转动，形成风叶的打开和关闭状态，在小风叶框2上设有托网4用以承托活动小叶片3的推力而使其不致于变形透风和过位。
如图2所示，本实用新型的稳速装置由稳速器基座6、稳速器压杆7、稳速器弹性件7’和稳速器压点8组成。稳速器基座6分别安装在小风叶框2正向受风立面的外侧上和下的大风叶框1上，稳速器压点8压在小风叶框2的上下横框上，稳速器弹性件7’的张力通过稳速器压杆7上的稳速器压点8迫使小风叶框2靠紧大风叶框1而限位，保证风叶正常工作的必要条件。
如图3所示，每个风力机风轮部分由若干个大风叶框1组成，每个大风叶框1及若干个小风叶框2、活动小叶片3、托网4、稳速器基座6、稳速器压杆7、稳速器弹性件7’和稳速器压点8共同组成一个大风叶。如图3A所示，当大风叶框1转至此位置时，属于正向迎风方向，在风力作用下，所有这一大风叶中的活动小叶片3开始顺风转至靠近小风叶框2上的托网4，风叶开始关闭；当大风叶框1转至图3B的位置时，大风叶处于与风向垂直的正向受风工作区，此时这一大风叶框1中的所有活动小叶片3都紧靠在小风叶框2中的托网4上，此大风叶呈全部关闭状态，此时的受风面积最大，推力也大；当大风叶框1转至图3C的位置时，属于顺风回程区，这一大风叶框1转至图3D的位置时，属于反向回程区，此时这一大风叶框1中的所有活动小叶片3都顺风向打开，使大风叶呈完全打开透风、大大减少了大风叶的反向回程阻力，因此也就提高了正向风动效率，如此循环转动的风叶实现了增大正向推力面积减少反向阻力面积的目的。
如图4所示，是本实用新型的风叶结构和稳速装置在大风叶框1处于风力机转动过程中至不同工作区位置时的正常工作和稳速过程。其中图(4-1)所示为大风叶框1处于附图3D的位置时(属于反向回程区)的风叶工作状态，此时稳速器弹性件7’的张力通过稳速器压杆7上的压点8迫使小风叶框2靠紧大风叶框1而限位，此风叶上的活动小叶片3全部离开托网4而打开，整个大风叶呈反向透风状态，大大地减少了反向阻力；如图(4-2)所示为大风叶框，处于附图3B的位置(属于正向受风工作区)时风力机在风速小于或等于额定工作风速情况下的工作状态，此时的小风叶框2依然靠紧大风叶框1，而此风叶中的所有活动小叶片3都转至靠近小风叶框2中托网4并贴紧，使大风叶完全处于关闭状态，此时的风叶受风面积最大，推力也最大；如图(4-3)所示为大风叶框1同样处在图3B的位置(属于正向受风工作区)时，此时的风叶是在图(4-2)的工作状态基础上，当风力机遇到风速超过额定风速或设计的稳速风速情况下，由于狂风作用在活动小叶片3上的推力大于稳速器弹性件7’上的张力而使其被压缩导致活动小叶片3和托网4连同小风叶框2转至超过大风叶框1而正向过位，导致此风叶正向透风使多余的狂风顺风跑掉，风速越快透风量就越大，因此就减少了风叶正向推力，达到减速和稳速的作用。当大风叶框1再次转至图3D的位置(属于反向回程区)时，风叶及稳速装置又恢复至图(4-1)的状态；当风速减小到额定风速或以下风速时，大风叶又恢复到图(4-2)的正常工作状态，起到风叶自动恢复原位的保护风叶不被损坏的作用。
如图5所示，为本实用新型用于竖轴活动风叶风力机大型化的多层大叶框串连结构。本实用新型的风力机扭动力矩很大，但是由于制成大型机组风轮直径和周长的加大导致转速较低，不利于同发电设备匹配，本实用新型在此风叶结构和稳速装置的基础上，采用至少二层以上的大叶框1串联结构，将各层大叶框的主轴9相连接后再共同驱动发电设备发电或作大型机械的动力，这样就达到了既加大了整机的风动推力，又提高了风机的转速，解决了设备匹配难题，使本实用新型的风力机组大型化成为现实。

Claims (4)

1、一种竖轴风力发动机风叶结构及稳速装置，特征在于：风叶由大叶框、小叶框构成，大叶框呈框架状，多个小叶框装在大叶框上，通过活动轴与大叶框连接，稳速装置装在每一小叶框与大叶框之间；小叶框包括框架、活动叶片，在框架上远离竖轴的一侧竖框的外侧的上下，各设有小风叶框轴与大叶框相接，活动叶片通过第二小轴装在小叶框上，第二小轴设于所述竖框内侧的上下。
2、根据权利要求1所述的一种竖轴风力发动机风叶结构及稳速装置，其特征在于：在小风叶框上设有托网，用以承托活动小叶片的推力而使其不致于变形透风和过位。
3、根据权利要求1或2所述的一种竖轴风力发动机风叶结构及稳速装置，其特征在于：所述稳速装置由稳速器基座、稳速器压杆、稳速器弹性件和稳速器压点组成，稳速器基座分别安装在小风叶框正向受风立面的外侧上和下的大风叶框上，稳速器压点压在小风叶框的上下横框上。
4、根据权利要求3所述的一种竖轴风力发动机风叶结构及稳速装置，其特征在于：采用至少二层以上的多个大叶框串联结构，将各层大叶框的主轴相连接后再与发动机轴连接。
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CN100343506C (zh) * 2003-10-08 2007-10-17 刘天才 一种竖轴风力发动机风叶结构及稳速装置
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