TW201732149A - 流力葉片設備 - Google Patents

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Abstract

一種流力葉片設備，包含一個轉動座，及一個葉片裝置。該葉片裝置包括一個轉軸，及數個分別連接於該轉軸兩側的葉片單元。該轉軸可轉動地樞接於該轉動座。每一個葉片單元具有數個連接該轉軸的葉片模組，每一個葉片模組具有數個分別以呈機翼狀的橫截面延伸的翼型柵桿，該等翼型柵桿可於流體通過時，產生使該轉軸朝相反於該流動方向偏轉的偏移力。透過該等翼型柵桿的形狀設計，能在流體通過時產生該偏移力，以驅使該葉片裝置轉動至正面受風，如此一來，就能縮小用來帶動該轉動座轉動的導流板的尺寸，以節省材料成本。

Description

流力葉片設備
本發明是有關於一種葉片設備，特別是指一種能受流體驅動轉動，可應用於流力發電設備的流力葉片設備。
參閱圖1，一種台灣證書號數第M485960號專利的風力葉片裝置，該風力葉片裝置主要包含：一支轉軸81，及數個連接該轉軸81且彼此角度間隔的葉片模組82。每一葉片模組82包括一連接該轉軸81的格柵821，以及數個可前後擺動地垂掛於該格柵821上的葉片822。
該風力葉片裝置在使用時，會安裝於一個可水平轉動的轉動座上，該轉動座上會安裝有一個導流板。當風沿一個流動方向吹來時，該導流板會受到風推動，而帶動該轉動座轉動，以驅使該葉片822裝置轉向使該等葉片模組82與該流動方向垂直的位置，讓該風力發電裝置能正面受風，但該風力發電裝置卻會因為風對該等葉片模組82所造成的作用力，而帶動該轉動座轉動，反而驅使該葉片822裝置轉向使該等葉片模組82與該流動方向彼此平行的位置。
由上述可知，該轉動座會受到該導流板與該等葉片模組82的相反作用力推動，因此該導流板的尺寸必須對應該等葉片模組82的尺寸來進行設計，以提供適當的偏轉力來迫使該風力葉片裝置維持在正面受風的位置，若使用者為了提高扭力而增加該等葉片模組82的尺寸，勢必也要加大該導流板的尺寸面積，而加大該導流板的尺寸，而增加該風力葉片裝置的材料成本，因此現有的風力葉片裝置仍有待改善。
因此，本發明之目的，即在提供一種可減少材料成本的流力葉片設備。
於是，本發明流力葉片設備，可受沿一個流動方向流動的流體驅動，並包含一個轉動座，及一個葉片裝置。該轉動座可繞一條垂直軸線轉動。該葉片裝置安裝於該轉動座且可帶動該轉動座轉動，並包括一個轉軸，及數個葉片單元。
該轉軸沿一條水平軸線延伸，並可沿該水平軸線轉動地樞接於該轉動座，該轉軸具有一個位於中間且樞接於該轉動座的支點部，及兩個沿該水平軸線位於該支點部之兩相反側的安裝部。該等葉片單元分別連接於該轉軸的該等安裝部，每一個葉片單元具有數個繞著該水平軸線且彼此角度間隔的葉片模組，每一個葉片模組具有一個連接該轉軸的格柵，及數個安裝於該格柵的葉片，該格柵具有至少一個沿該轉軸的一個軸向方向延伸的翼型柵桿，該翼型柵桿以一個呈機翼狀的橫截面延伸，並可於流體通過時，產生一個使各別之安裝部朝相反於該流動方向偏轉的偏移力。
該等葉片模組受流體驅動時，會帶動該轉軸朝一個運轉方向轉動，並產生該偏移力，來帶動該轉動座轉動至一個使該葉片裝置正面受風的受風位置。
本發明之功效在於：透過該等翼型柵桿的形狀設計，能在流體通過時，產生朝向於相反該流動方向的偏移力，以驅使該葉片裝置轉動至該受風位置，如此一來，就能縮小用來帶動該轉動座轉動的導流板的尺寸，以節省該組流力葉片設備的材料成本。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖2與圖3，本發明流力葉片設備之一個實施例，包含一個轉動座1、一個導流舵2，及一個葉片裝置3。
該轉動座1可藉由一個架設裝置9架高。該架設裝置9可固定於一地面。該轉動座1樞接於架設裝置9，並可相對於該架設裝置9繞著一條垂直該地面的垂直軸線V轉動。
該導流舵2包括一個由該轉動座1水平延伸的延伸臂21，及一個設置於該延伸臂21遠離該轉動座1之一端的導流板22，該導流板22會受到流體推動，而產生一個帶動該轉動座1繞該垂直軸線V水平轉動的偏轉力。
該葉片裝置3安裝於該轉動座1且可帶動該轉動座1轉動，並可受到流體驅動而朝一個運轉方向T轉動，該葉片裝置3包括一個沿一條水平軸線H延伸的轉軸31，及兩個連接於該轉軸31的葉片單元32。
該轉軸31可沿該水平軸線H轉動地樞接於該轉動座1。本實施例的轉軸31為一個橫向延伸的長形中空桿體，並具有一個位於中間且樞接於該轉動座1的支點部311，及兩個沿該水平軸線H位於該支點部311之兩相反側的安裝部312。該等安裝部312可相對該支點部311彈性彎撓。由於本實施例是應用於中、大型的流力發電設備，因此轉軸31的長度相當長，甚至可達數十至上百公尺，一般可利用金屬材質來製成該轉軸31，在一定長度下就能使該等安裝部312相對該支點部311彈性彎撓，但該轉軸31的材質不以金屬材質為限。
每一個葉片單元32連接於各別之安裝部312，並具有數個繞著該水平軸線H且彼此角度間隔的葉片模組33。每一個葉片模組33大致朝該轉軸31之一個徑向方向延伸，並具有一個連接該轉軸31的格柵34，及數個安裝於該格柵34的葉片35。本實施例的葉片模組33的數量為三個，該等葉片模組33的格柵34彼此間呈120度角度間隔，但實施上，該等葉片模組33的數量亦可為二、四或五以上。另外，該等葉片單元32的數量亦可為四或六以上的偶數數量，且彼此對稱地分別設置於該等安裝部312，不以本實施例為限。
每一個格柵34具有數個沿該轉軸31之一徑向方向間隔排列且皆沿該轉軸31之一軸向方向延伸的翼型柵桿36，及數個沿該軸向方向間隔排列且皆沿該徑向方向延伸的輔助柵桿37，該等翼型柵桿36與該等架桿相互交織而共同界定出數個矩陣排列的葉片空間38。
每一個翼型柵桿36以一個呈機翼狀的橫截面361延伸。該橫截面361包括沿該徑向方向間隔排列的一個內側端362與一個外側端363、一個由該內側端362直線延伸至該外側端363的平直側364，及一個由該內側端362平滑地彎弧延伸至該外側端363並朝該運轉方向T凸出的弧凸側365。該弧凸側365具有一個由該外側端363逐漸朝向該運轉方向T彎弧延伸至一個轉折點367的外弧段366，及一個由該轉折點367逐漸彎弧延伸至該內側端362的內弧段368。該轉折點367為該弧凸側365相對於該平直側364的最遠處。該內弧段368沿該徑向方向的延伸長度L1大於該外弧段366的延伸長度L2。
該等葉片35呈矩陣排列且分別對應該等葉片空間38，每一個葉片35具有一個遠離該轉軸31並連接該格柵34的連接端351，以及一個鄰近該轉軸31的擺動端352，每一葉片35可在一個覆蓋該葉片空間38並使該擺動端352貼靠該格柵34的關閉位置，以及一個使該擺動端352遠離該格柵34的開啟位置間移動。
參閱圖2、圖4與圖5，本發明流力葉片設備使用時，以通過該轉軸31之水平軸線H來作分界，該轉軸31下方的該兩個葉片模組33則位於背風面之逆向風壓側，在此同時，該轉軸31上方的該葉片模組33處於迎風面風壓之順向風壓側。上方的該葉片模組33受到沿一個流動方向F1的流體推動時，由於該葉片模組33的該等葉片35位於格柵34之迎風側，會被吹動而貼靠在該格柵34上，且位於該關閉位置並覆蓋葉片空間38，該等葉片35進而與該格柵34搭配，於該迎風側共同構成一完整的迎風表面，而位於下方的該兩個葉片模組33，則會被流體推離該格柵34，而位於該開啟位置，使流體可經由該等葉片空間38通過，透過該等葉片35的啟閉相配合，可產生較大之扭力旋轉，使本發明可受到風力推動而連同該轉軸31一起朝該運轉方向T轉動。
同時，每一個葉片單元32的該等翼型柵桿36，在特定位置受到流體流動通過時，會產生一個使各別之安裝部312朝相反於該流動方向F1偏轉的偏移力，如圖5所示，該翼型柵桿36位於左下方位置時，該葉片模組33的該等葉片35會移動至該開啟位置，透過該翼型柵桿36的形狀設計，會使流經該翼型柵桿36之弧凸側365的流體流速較快，流經該翼型柵桿36之平直側364的流體流速較慢，而根據白努利定律可知，流體流速越快壓力越小，因此該翼型柵桿36會產生一個朝左上方的升力，也就能形成朝向於相反該流動方向F1的偏移力P。
參閱圖5與圖6，當該等翼型柵桿36產生偏移力P時，會帶動轉軸31兩側的安裝部312相對於該支點部311朝向相反於該流動方向F1彎撓，使該轉軸31呈現彎弧狀，透過上述形狀，能使該葉片裝置3穩定地維持在該受風位置。
參閱圖5、圖6與圖7，當流體由該流動方向F1變換至流動方向F2時，該導流板22會受到流體推動，而產生一個帶動該轉動座1以驅使該葉片裝置3轉向該受風位置的偏轉力R，使該葉片裝置3從圖7的假想線位置沿箭頭A方向往圖7的實線位置轉向，隨著該葉片裝置3轉向，該等葉片模組33與流體的接觸面積會增加，而受到與該偏轉力R相反方向的抗力，接著，該翼型柵桿36也會因為與流體的接觸面積會增加，而產生朝向於相反該流動方向F2的偏移力P，而透過該偏移力P來輔助該導流板22的偏轉力R，能克服流體造成的抗力，來驅使該轉動座1轉動，使該葉片裝置3轉動至如圖7實線的受風位置，如此一來，透過該偏移力P的輔助，能輔助該葉片裝置3轉動至該受風位置。
補充說明的是，在本實施例中，每一個格柵34的翼型柵桿36的數量為三個，但實施上該等翼型柵桿36的數量亦可為二、四或五以上，且每一個格柵34亦可以僅具有一個翼型柵桿36，不以本實施例為限。
綜上所述，本發明流力葉片設備，透過該等翼型柵桿36的形狀設計，能在流體通過時，產生朝向於相反該流動方向F1的偏移力P，藉此，該導流板22所提供的偏轉力R就可減少，並透過該偏轉力R與該偏移力P的相配合，使該葉片裝置3轉動至該受風位置，如此一來，就能縮小該導流板22的尺寸，以節省該組流力葉片設備的材料成本。
此外，由於該翼型柵桿36原本就是該葉片模組33的格柵34，使得該等翼型柵桿36的尺寸長度會隨該葉片模組33的尺寸增加而增加，因此，當使用者為了提高扭力而增加該等葉片模組33的尺寸時，該等翼型柵桿36的尺寸長度也會增加，而能提供較大的偏移力，來輔助該導流板22的偏轉力，藉此能降低加大該導流板22所需的材料成本，確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧轉動座
2‧‧‧導流舵
21‧‧‧延伸臂
22‧‧‧導流板
3‧‧‧葉片裝置
31‧‧‧轉軸
311‧‧‧支點部
312‧‧‧安裝部
32‧‧‧葉片單元
33‧‧‧葉片模組
34‧‧‧格柵
35‧‧‧葉片
351‧‧‧連接端
352‧‧‧擺動端
36‧‧‧翼型柵桿
361‧‧‧橫截面
362‧‧‧內側端
363‧‧‧外側端
364‧‧‧平直側
365‧‧‧弧凸側
366‧‧‧外弧段
367‧‧‧轉折點
368‧‧‧內弧段
37‧‧‧輔助柵桿
38‧‧‧葉片空間
9‧‧‧架設裝置
V‧‧‧垂直軸線
H‧‧‧水平軸線
F1‧‧‧流動方向
F2‧‧‧流動方向
A‧‧‧箭頭
L1‧‧‧延伸長度
L2‧‧‧延伸長度
P‧‧‧偏移力
R‧‧‧偏轉力
T‧‧‧運轉方向
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一個立體圖，說明現有的風力葉片裝置； 圖2是一個立體圖，說明本發明流力葉片設備的一個實施例； 圖3是一個不完整的剖視側視圖，說明該實施例的其中一個葉片模組位於上方位置； 圖4是一個剖視側視示意圖，說明該實施例受到流體推動； 圖5是一個不完整的剖視側視圖，說明該實施例的其中一個葉片模組位於左下位置； 圖6是一個俯視示意圖，說明該實施例迎向一個流動方向；及 圖7是一個俯視示意圖，說明該實施例迎向另一個流動方向。
1‧‧‧轉動座
2‧‧‧導流舵
21‧‧‧延伸臂
22‧‧‧導流板
3‧‧‧葉片裝置
31‧‧‧轉軸
311‧‧‧支點部
312‧‧‧安裝部
34‧‧‧格柵
35‧‧‧葉片
36‧‧‧翼型柵桿
37‧‧‧輔助柵桿
38‧‧‧葉片空間
9‧‧‧架設裝置
V‧‧‧垂直軸線
H‧‧‧水平軸線
32‧‧‧葉片單元
33‧‧‧葉片模組
F1‧‧‧流動方向
T‧‧‧運轉方向

Claims (7)

  1. 一種流力葉片設備，可受沿一個流動方向流動的流體驅動，並包含： 一個轉動座，可繞一條垂直軸線轉動；及 一個葉片裝置，安裝於該轉動座且可帶動該轉動座轉動，並包括： 一個轉軸，沿一條水平軸線延伸，並可沿該水平軸線轉動地樞接於該轉動座，該轉軸具有一個位於中間且樞接於該轉動座的支點部，及兩個沿該水平軸線位於該支點部之兩相反側的安裝部，及 數個葉片單元，分別連接於該轉軸的該等安裝部，每一個葉片單元具有數個繞著該水平軸線且彼此角度間隔的葉片模組，每一個葉片模組具有一個連接該轉軸的格柵，及數個安裝於該格柵的葉片，該格柵具有至少一個沿該轉軸的一個軸向方向延伸的翼型柵桿，該翼型柵桿以一個呈機翼狀的橫截面延伸，並可於流體通過時，產生一個使各別之安裝部朝相反於該流動方向偏轉的偏移力， 該等葉片模組受流體驅動時，會帶動該轉軸朝一個運轉方向轉動，並產生該偏移力，來帶動該轉動座轉動至一個使該葉片裝置正面受風的受風位置。
  2. 如請求項1所述的流力葉片設備，其中，該等安裝部可相對於該支點部彈性彎撓，該翼型柵桿所產生的偏移力能帶動各別之安裝部相對於該支點部，朝相反於該流動方向彎撓。
  3. 如請求項2所述的流力葉片設備，其中，該翼型柵桿的橫截面具有沿該轉軸的一個徑向方向間隔排列的一個內側端與一個外側端、一個由該內側端直線延伸至該外側端的平直側，及一個由該內側端平滑地彎弧延伸至該外側端並朝該運轉方向凸出的弧凸側。
  4. 如請求項3所述的流力葉片設備，其中，該弧凸側具有一個由該外側端逐漸朝該運轉方向彎弧延伸至一個轉折點的外弧段，及一個由該轉折點逐漸彎弧延伸至該內側端的內弧段，該轉折點為該弧凸側相對於該平直側的最遠處，該內弧段沿該徑向方向的延伸長度大於該外弧段。
  5. 如請求項4所述的流力葉片設備，還包含一個固定於該轉動座的導流舵，該導流舵包括一個由該轉動座水平延伸的延伸臂，及一個設置於該延伸臂遠離該轉動座之一端的導流板，該導流板受到流體推動時，會產生一個帶動該轉動座轉動以驅使該葉片裝置轉向該受風位置的偏轉力。
  6. 如請求項1所述的流力葉片設備，其中，該格柵包括數個矩陣排列之葉片空間，該等葉片呈矩陣排列且分別對應該等葉片空間，每一個葉片具有一個遠離該轉軸並連接該格柵的連接端，以及一個鄰近該轉軸的擺動端，每一葉片可在一個覆蓋該葉片空間並使該擺動端貼靠該格柵的關閉位置，以及一個使該擺動端遠離該格柵的開啟位置間移動。
  7. 如請求項6所述的流力葉片設備，其中，每一葉片模組的格柵包括數個沿該徑向方向間隔排列的翼型柵桿，以及數個沿該軸向方向間隔排列且皆沿該徑向方向延伸的輔助柵桿，該等翼型柵桿與該等輔助柵桿共同界定該等葉片空間。
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