TWM492952U - 開閤型渦輪葉片結構 - Google Patents

Description

開閤型渦輪葉片結構

本創作係關於一種渦輪葉片的結構設計，特別是一種開閤型渦輪葉片結構，可用於風力發電機。

風力發電機通常由渦輪主體、渦輪葉片(葉輪)、發電機、塔架以及控制裝置组成，其中渦輪葉片可把流動空氣具有的動能轉變為渦輪葉片旋轉的機械能。故葉輪對風力發電機的發電效率有重要影響。

垂直軸風力發電機為阻力型葉輪(風輪轉動是由阻力推動)，水平軸風力發電機一般為升力型風輪(風輪轉動是由升力推動)。

風力發電機的風能利用率(CP值)越大，表示渦輪葉片能够從自然界獲取的能量百分比越大，風力發電機效率越高，風力發電機對風能利用率越高。

參閱圖1所示，其顯示習知風力發電機渦輪葉片裝置的示意圖。在習知的渦輪葉片裝置中主要包括一渦輪主體1，該渦輪主體1經由一中心軸11可結合一發電機(未示)。渦輪主體1的外環面以一固定角度環列結合有複數片葉片2A、2B、2C、2D、2E。各個葉片2A、2B、2C、2D、2E係以一預設的固定角度彼此間隔地環列定位在該渦輪主體1的外環面。

渦輪主體1的週邊定義有至少一推力區及至少一阻力區。例如當風力A由左往右吹時，以渦輪主體1的中心軸11對應於風力A的X軸線下方區域係定義為推力區F1、F2，而在X軸線上 方區域則定義為阻力區F3、F4。當葉片位在推力區F1、F2時，該葉片可有效推動渦輪主體1轉動，而當葉片位在阻力區F3、F4時，因為葉片反向作功而抵銷了位在推力區F1、F2的葉片的動能，降低了風力發電機的風能利用率。

渦輪葉片結合於圓形的渦輪主體上形成渦輪形狀時，不論葉片固定的開閤角度是多少，葉片仍然是以渦輪主體的中心軸作為圓心旋轉呈不同角度。

渦輪葉片翼型與氣流方向成一角度作用於渦輪葉片的力可分解為氣流方向的阻力和垂直於氣流方向的升力。一般使用於風力發電的渦輪葉片，不論是何種材質，其葉片的設計角度或是葉片數量都受限於受風面的阻力區。

為提高阻力型風力發電機的風能利用率，目前市場可用的方式為在風力發電機外環加裝整流罩，將氣流有效引導至渦輪葉片，但缺點是整流罩為固定的阻力葉片構成，強風狀況下極易將單薄的塔架給摧毀。

緣此，本創作目的在於設計出一具有高風能利用率的渦輪葉片結構，可有效降低阻力區的風力對於葉片所產生的反向作功，以提高在推力區的葉片有效作功，進而提高渦輪葉片對風力的使用率。

本創作為解決習知技術之問題所採用之技術手段係在渦輪主體結合有複數個葉片，各個葉片彼此間隔地環列定位在渦輪主體的外環面。每一個葉片各別包括一對翼架以及複數個樞軸件，其中該各個樞軸件係彼此間隔地沿著該翼架的弧形延伸方向配置在該翼架。複數個子葉片分別藉由該樞軸件可轉動地樞連於該對翼架。該各個子葉片構成該葉片的活門裝置。當渦輪葉片裝置受一風力吹動時，位於推力區的各個葉片的活門裝置閉合而在該翼架形成一封閉面，以 對該風力產生阻力，使該渦輪主體以一中心軸為旋轉中心轉動。同時，位於阻力區的各個葉片的活門裝置開啟形成至少一鏤空區域，使風力通過該鏤空區域。

其中，該各個葉片中的該各個子葉片的長度長於相鄰的兩個該樞軸件間的距離。

在效果方面，由於本創作渦輪葉片裝置中的渦輪葉片位在渦輪的推力區時，葉片對風力的阻力全部轉換為對渦輪葉片裝置的推力，而當渦輪葉片位在渦輪的阻力區時，葉片中的活門裝置則開啟，而使葉片受風力掃過面積小，風力得以在阻力區以最小阻力通過葉片，故提升了風力發電機的整體風能利用率，進而提高風力發電機的發電效能。

本創作所採用的具體技術，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。

100‧‧‧渦輪葉片裝置

200‧‧‧活門裝置

1‧‧‧渦輪主體

11‧‧‧中心軸

2A‧‧‧葉片

2B‧‧‧葉片

2C‧‧‧葉片

2D‧‧‧葉片

2E‧‧‧葉片

21‧‧‧翼架

211‧‧‧固定端

212‧‧‧自由端

22‧‧‧樞軸件

3‧‧‧子葉片

31‧‧‧樞連端

32‧‧‧尾端

A‧‧‧風力

B‧‧‧鏤空區域

M1‧‧‧弧形延伸方向

F1、F2‧‧‧推力區

F3、F4‧‧‧阻力區

X‧‧‧軸向

圖1係顯示習知風力發電機渦輪葉片裝置的示意圖。

圖2顯示本創作開閤型渦輪葉片結構的示意圖。

圖3顯示圖2中的其中一葉片的擴大立體圖。

圖4顯示本創作渦輪葉片裝置受一風力由左向右吹動時的動作示意圖。

圖5A~5I顯示本創作的葉片位在不同角度位置時子葉片的動作示意圖。

請參閱圖2所示，其顯示本創作開閤型渦輪葉片結構的示意圖。本創作的渦輪葉片裝置100包括一渦輪主體1，該渦輪主體1經由一中心軸11可結合一發電機(未示)。

渦輪主體1的外環面以一固定角度環列結合有複數 片葉片2A、2B、2C、2D、2E。圖式中係以五片固定角度葉片渦輪作為實施例說明，但本創作並不限於此實施例。

同時參閱圖3所示，其顯示圖2中的其中一葉片2A的擴大立體圖。葉片2A的結構包括以弧形延伸方向M1延伸的一對翼架21。

各個葉片2A、2B、2C、2D、2E的翼架21各別具有一固定端211及一自由端212。各個葉片2A、2B、2C、2D、2E係彼此間隔地以固定端211環列定位在該渦輪主體1的外環面，而使自由端212凸伸出該渦輪主體1的外環面。

本創作係在各個葉片2A、2B、2C、2D、2E中分別結合有一活門裝置200，可在受到風力的吹動下擺動至對應至該風力的氣流方向的同向角度。

本創作實施例中的活門裝置200係在翼架21沿著弧形延伸方向M1設置有彼此間隔的複數個樞軸件22。活門裝置200另包括有複數個子葉片3，該各個子葉片3分別具有一樞連端31及一尾端32，該各個子葉片3的該樞連端31分別藉由對應的該樞軸件22可轉動地樞連於該對翼架21。各個子葉片3的長度稍長於相鄰樞軸件22間的距離。

各個子葉片3係可在受風力推動時各別以該樞軸件22作為旋轉中心而擺動開啟或閉合，構成一活門裝置的功能。故當該葉片2A位於該推力區時，各個子葉片3受風力的推動會使部份長度相互疊層時，而在該翼架21形成一封閉面。反之，當該各個葉片3位於阻力區時，該各個子葉片3受風力的推動而在該各個子葉片3之間分別形成一鏤空區域B。

如圖4所示，其顯示本發渦輪葉片裝置受一風力由左向右吹動時的動作示意圖。當該渦輪葉片裝置100受一風力A由左向右吹動時，位於推力區F1、F2的各個葉片2B、2C、2D的活門裝置 200中的各個子葉片3閉合而在該翼架21形成一封閉面，以對該風力A產生阻力，使該渦輪主體1以中心軸11為旋轉中心逆時鐘轉動，同時位於該阻力區F3、F4的該各個葉片2A、2E的活門裝置200中的各個子葉片3開啟形成複數個鏤空區域B，故風力A直接穿透各個子葉片3之間所形成的鏤空區域B，降低了阻力，進而提升了風力發電機的整體風能利用率，提高風力發電機的發電效能。

參閱圖5A~5I所示，其顯示本創作的葉片位在不同角度位置時子葉片的動作示意圖。以圖4中的其中一葉片2A為例，當該葉片2A的角度位置與氣流A呈同一方向的軸向X成90°角時(如圖5A所示)，各個子葉片3因受風力A吹動而呈水平狀態，而在各個子葉片3之間分別形成一鏤空區域B。故風力A直接穿透各個子葉片3之間所形成的鏤空區域B。此時，各個子葉片3受風力A掃過面積小，風力A得以在阻力區F4以最小阻力通過葉片2A，葉片2A所產生的反向推力也小。

如圖5B所示，當葉片2A的角度位置是與軸向X成135°角時，各個子葉片3因受風力A吹動亦呈水平狀態，而在各個子葉片3之間分別形成一鏤空區域B。故風力A直接穿透各個子葉片3之間所形成的鏤空區域B。此時，各個子葉片3受風力A掃過面積小，風力A得以在阻力區F4以最小阻力通過葉片2A，葉片2A所產生的反向推力也小。

如圖5C所示，當葉片2A的角度位置是與軸向X成155°角時，上半部各個子葉片3因受風力A吹動亦呈水平狀態，而在各個子葉片3之間分別形成一鏤空區域B。故風力A直接穿透上半部各個子葉片3之間所形成的鏤空區域B。但此時下半部各個子葉片3的尾端32則因轉動範圍受到限制而相互形成層疊，風力A以小角度的阻力通過葉片2A外緣，此時葉片2A下半部的部份子葉片3所處位置已進入渦輪葉片裝置100的推力區F1，葉片2A對風力A的阻力已 開始轉換為對渦輪葉片裝置100的推力。

如圖5D所示，當葉片2A的角度位置是與軸向X成180°角時，上半部的少數子葉片3因受風力A吹動呈水平狀態，風力A仍能以最小阻力通過上半部子葉片3。但此時下半部各個子葉片3的尾端32則因轉動範圍受到限制而相互形成層疊，即可對氣流產生阻力。此時葉片2A所處位置已進入渦輪的推力區F1，葉片2A對風力A的阻力已開始轉換為對渦輪葉片裝置100的推力。

如圖5E所示，當葉片2A的角度位置是與軸向X成225°角時，子葉片3的尾端32因轉動範圍受到限制而相互形成層疊，此時子葉片3受風力影響形成活門關閉狀態，對氣流A產生阻力，此時葉片2A所處位置已進入渦輪的推力區F1，葉片2A對風力A的阻力全部轉換為對渦輪葉片裝置100的推力。

如圖5F所示，當葉片2A的角度位置是與軸向X成270°角時，子葉片3的尾端32因轉動範圍受到限制而相互形成層疊，此時子葉片3受風力影響形成活門關閉狀態，對氣流A產生阻力，此時葉片2A所處位置已進入渦輪的推力區F1、F2之間，葉片2A對風力A的阻力全部轉換為對渦輪葉片裝置100的推力。

如圖5G所示，當葉片2A的角度位置是與軸向X成315°角時，子葉片3的尾端32因轉動範圍受到限制而相互形成層疊，此時子葉片3受風力影響形成活門關閉狀態，對氣流A產生阻力，此時葉片2A所處位置已進入渦輪的推力區F2，葉片2A對風力A的阻力全部轉換為對渦輪葉片裝置100的推力。

如圖5H所示，當葉片2A的角度位置是與軸向X成0°角時，此時葉片2A所處位置已進入渦輪的阻力區F3後端，此時風力A沿葉片2A的外緣將前半部的子葉片3推開，部分風力A穿透而過，後半部的子葉片3仍受風力A影響形成活門關閉狀態，對氣流A產生的阻力仍然具有轉換為對渦輪葉片裝置100的推力。

參閱圖5I所示，當該葉片2A的角度位置是與軸向X成45°角時，此時葉片2A所處位置已進入渦輪的阻力區F3。各個子葉片3因受風力A吹動而呈水平狀態，而在各個子葉片3之間分別形成一鏤空區域B。故風力A直接穿透各個子葉片3之間所形成的鏤空區域B。此時，各個子葉片3受風力A掃過面積小，風力A得以在阻力區F4以最小阻力通過葉片2A，葉片2A所產生的反向推力也小。

以上所舉實施例僅係用以說明本創作，並非用以限制本創作之範圍，凡其他未脫離本創作所揭示之精神下而完成的等效修飾或置換，均應包含於後述申請專利範圍內。

200‧‧‧活門裝置

2A‧‧‧葉片

21‧‧‧翼架

211‧‧‧固定端

212‧‧‧自由端

22‧‧‧樞軸件

3‧‧‧子葉片

31‧‧‧樞連端

32‧‧‧尾端

B‧‧‧鏤空區域

M1‧‧‧弧形延伸方向

Claims (2)

1. 一種開閤型渦輪葉片結構，包括：一渦輪主體，具有一中心軸；複數個葉片，每一個葉片各別包括有一固定端及由該固定端延伸出的一自由端，該複數個葉片係彼此間隔地以該固定端環列定位在該渦輪主體的外環面；其特徵在於該每一個葉片包括：一對翼架；複數個樞軸件，彼此間隔地沿著該翼架的該弧形延伸方向配置在該翼架；複數個子葉片，該各個子葉片分別具有一樞連端及一尾端，該各個子葉片的該樞連端分別藉由對應的該樞軸件可轉動地樞連於該對翼架。
2. 如申請專利範圍第1項所述之開閤型渦輪葉片結構，其中該各個葉片中的該各個子葉片的長度長於相鄰的兩個該樞軸件間的距離。