專利名稱：立軸c型葉片風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電裝置領(lǐng)域，尤其是一種立軸C型葉片風(fēng)力發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電屬綠色可再生能源，其大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用已成為21世紀(jì)世界各國(guó)新能源發(fā)展的重點(diǎn)?，F(xiàn)有型式的風(fēng)電裝置，由于總體機(jī)械結(jié)構(gòu)方面存在的不利因素，使單位容量造價(jià)的進(jìn)一步降低和單機(jī)容量的進(jìn)一步增大受到限制，為了促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有風(fēng)電裝置總體機(jī)械結(jié)構(gòu)的更新改造勢(shì)在必行?，F(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電裝置主要有以下兩種1、水平軸螺旋槳式風(fēng)力發(fā)電裝置由2～3片繞水平軸旋轉(zhuǎn)的螺旋槳葉片組成風(fēng)輪并由塔架升高和支撐。該種機(jī)型比較傳統(tǒng)，容易被認(rèn)識(shí)和接受，但隨著單機(jī)容量的增大，其存在的一些主要問(wèn)題也變得更加明顯，主要有1)葉片僅在單端與輪轂相連，在靠近連接部位易產(chǎn)生較集中的彎剪應(yīng)力，為了增強(qiáng)葉片的抗彎剪強(qiáng)度而增大了制造難度和成本，并在葉片長(zhǎng)度隨單機(jī)容量不斷增大而增長(zhǎng)時(shí)，在制造和運(yùn)輸方面均受到限制；2)風(fēng)輪僅能在與風(fēng)向基本垂直的方向運(yùn)轉(zhuǎn)才能有效產(chǎn)生功率，因而在大中型機(jī)組上設(shè)置了復(fù)雜的追風(fēng)擺動(dòng)機(jī)艙及轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)，并使成本增加；3)發(fā)電機(jī)和齒輪箱等重型部件均置于擺動(dòng)機(jī)艙內(nèi)而不易吊至地面檢修；4)葉片截面形狀變化復(fù)雜而使制造難度和費(fèi)用增大。
2、立軸Φ型風(fēng)輪風(fēng)力發(fā)電裝置由2～3片葉片搭接成近似圓形的葉輪繞中心立軸旋轉(zhuǎn)，在整體形狀上似希臘字母“Φ”而稱Φ型風(fēng)輪。該種機(jī)型進(jìn)入實(shí)用相對(duì)較晚，其主要優(yōu)點(diǎn)是1)葉片受兩點(diǎn)支撐且葉片在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)離心力作用下主要產(chǎn)生拉應(yīng)力而減少?gòu)澕魬?yīng)力；2)發(fā)電機(jī)組置于地面而便于安裝和檢修。但其總體結(jié)構(gòu)仍存在一些缺點(diǎn)阻礙了其應(yīng)用和發(fā)展，主要有1)由于風(fēng)輪置于離地面僅約2m高的機(jī)艙上而使其總體接受的平均風(fēng)能和發(fā)電量減少。實(shí)際情況已證明，風(fēng)輪高度每降低10m，發(fā)電量降低約10％；2)隨單機(jī)容量增大，數(shù)十米至近百米長(zhǎng)的立軸在制造和運(yùn)行穩(wěn)定性方面均帶來(lái)很大困難；3)葉片長(zhǎng)度較其他機(jī)型葉片更長(zhǎng)，單機(jī)容量較大時(shí)帶來(lái)制造和運(yùn)輸方面的較大困難；4)在同樣葉片長(zhǎng)度時(shí)，Φ型風(fēng)輪的掠風(fēng)面積較本說(shuō)明書所涉及的上述其他機(jī)型小得多，相應(yīng)的風(fēng)輪出力也小很多；5)距地面較近的風(fēng)輪下部、地面機(jī)艙和固定立軸的拉繩或支架，均需占用相對(duì)較多的地面面積而增大裝機(jī)總成本。
綜上所述，現(xiàn)有的兩種主要風(fēng)力發(fā)電裝置均存在一些技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的問(wèn)題和不足。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和不足，本發(fā)明提出一種立軸C型葉片風(fēng)力發(fā)電裝置，它實(shí)現(xiàn)了單位容量造價(jià)減少、單機(jī)容量易于增大，并且是一種制造、運(yùn)輸和運(yùn)行方便、可靠的新機(jī)型。
本發(fā)明提出的風(fēng)力發(fā)電裝置，包括由塔架支撐和升高的風(fēng)輪組件，風(fēng)輪組件包括固定于塔架上的軸承及由其支承的立式轉(zhuǎn)軸；轉(zhuǎn)軸上端連接輪轂，下端與發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的齒輪箱相連，其結(jié)構(gòu)特征是輪轂上連有輻條，輻條的端部連有C型葉片。
所述葉片沿長(zhǎng)度方向制成拋物線弧形，每個(gè)風(fēng)輪組件有葉片2～4片，分別安裝在沿輪轂圓周均等分布的輻條的端部，葉片可在弧長(zhǎng)中部與輻條相連，葉片可在此連接部位分段組裝為一體；對(duì)于較長(zhǎng)葉片，在輻條與葉片之間增設(shè)加強(qiáng)支臂。
所述葉片在弧長(zhǎng)的中部可設(shè)置阻流板，阻流板的控制設(shè)置成以風(fēng)輪組件旋轉(zhuǎn)離心力動(dòng)作式或以可控的機(jī)電動(dòng)作式；當(dāng)阻流板動(dòng)作而轉(zhuǎn)動(dòng)到與葉片橫截面弦長(zhǎng)線約成90°夾角時(shí)，對(duì)風(fēng)輪組件的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生阻力而使其減速。
本發(fā)明提出的立軸C型葉片風(fēng)力發(fā)電裝置與現(xiàn)有兩種典型的風(fēng)力發(fā)電裝置相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明以塔架升高風(fēng)輪組件，輻條端安裝拋物線形葉片，構(gòu)成立軸C型葉片風(fēng)力發(fā)電裝置。將對(duì)葉片材料受力有利的立軸Φ型風(fēng)輪風(fēng)電裝置的拋物線形葉片局部截留為經(jīng)濟(jì)的短葉片，以輻條在其中部支撐并以塔架升高風(fēng)輪組件運(yùn)轉(zhuǎn)，既可多獲得風(fēng)能而多發(fā)電，又可減少對(duì)土地面積的占用。
2、C型葉片在風(fēng)輪組件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)離心力作用下較直漿葉片少產(chǎn)生彎剪應(yīng)力，適應(yīng)葉片材料抗拉強(qiáng)度大于抗彎剪強(qiáng)度的特性，C型葉片橫截面形狀一致而較傳統(tǒng)螺旋漿葉片簡(jiǎn)單易制，可在多點(diǎn)支撐葉片而改善其受力特性并可降低葉片制造成本。由于葉片橫截面一致而大型葉片可方便地分段制造、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組裝，解決了大容量機(jī)組葉片制造和運(yùn)輸受限的問(wèn)題，使單機(jī)容量能夠進(jìn)一步增大。
3、對(duì)于小型機(jī)組，齒輪箱/發(fā)電機(jī)組可以置于地面，對(duì)于大中型機(jī)組則置于靠近輪轂之下的塔身內(nèi)并可方便地吊至地面檢修。
4、風(fēng)輪可接受水平任意方向的風(fēng)力而不需水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置的追風(fēng)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)機(jī)艙。
5、對(duì)于大中型機(jī)組，無(wú)需設(shè)置立軸Φ型風(fēng)輪所需的長(zhǎng)立軸而使制造工藝及裝備簡(jiǎn)易。
6、由于總體結(jié)構(gòu)的改善而使機(jī)組易于制造、結(jié)實(shí)可靠、成本降低，并能夠在現(xiàn)有葉片材料基礎(chǔ)上進(jìn)一步增大現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量極限范圍。本裝置實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)和適于大型化。
7、對(duì)大中型機(jī)組設(shè)置動(dòng)作可控的阻流板，使適于發(fā)電的高風(fēng)速段增大、使空氣阻力制動(dòng)的作用能更好地發(fā)揮。
8、葉片質(zhì)量集中在輻條端部而使風(fēng)輪獲得較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在同一風(fēng)輪掠風(fēng)面積時(shí)，適當(dāng)增長(zhǎng)單位質(zhì)量造價(jià)較低的輻條可使單位質(zhì)量造價(jià)較高的葉片減短而減少裝置總成本，并增大風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而提高轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定性，有利于減少現(xiàn)有機(jī)型較大的風(fēng)輪氣動(dòng)力矩波動(dòng)而減小對(duì)齒輪箱及電網(wǎng)產(chǎn)生的機(jī)械及電氣沖擊。


圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)主視圖。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施例結(jié)合圖1對(duì)裝置中的組合方式及功能說(shuō)明如下a、塔架組件I由塔架基礎(chǔ)1和塔身2組成?；A(chǔ)1用于固定塔身2，塔身2用于升高和支撐風(fēng)輪組件II。
b、風(fēng)輪組件II由立式轉(zhuǎn)軸3、軸承4、輪轂5、輻條6、加強(qiáng)支臂7、葉片8和阻流板9組成。風(fēng)輪工作原理為葉片受水平任意方向風(fēng)力作用產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩經(jīng)輻條和輪轂傳遞給轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)齒輪箱及發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。對(duì)于大型機(jī)組，輻條支撐在葉片8弧長(zhǎng)的中部并可根據(jù)需要設(shè)置加強(qiáng)支臂7，對(duì)葉片形成多支點(diǎn)而改善葉片的受力條件。葉片8沿長(zhǎng)度方向制成拋物線形狀，在風(fēng)輪組件旋轉(zhuǎn)離心力作用下主要產(chǎn)生拉應(yīng)力而減少?gòu)澕魬?yīng)力。葉片數(shù)量一般為2～4片，安裝于沿輪轂圓周均等分布的輻條的端部。葉片的橫截面形狀沿葉片全長(zhǎng)均相同，易于制造和在葉片較長(zhǎng)時(shí)在長(zhǎng)度方向中部或適當(dāng)部位分段制造、運(yùn)輸并在現(xiàn)場(chǎng)組裝為一體。
葉片弧長(zhǎng)的中部設(shè)置有阻流板9。阻流板動(dòng)作而轉(zhuǎn)到與葉片橫截面弦長(zhǎng)線約成90°夾角時(shí)，對(duì)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生阻力而使其減速?？梢曅枰谛⌒蜋C(jī)組上將阻流板設(shè)置為風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)離心力動(dòng)作式和在大中型機(jī)組上設(shè)置為可控的機(jī)電動(dòng)作式。
c、發(fā)電系統(tǒng)組件由發(fā)電機(jī)組、傳動(dòng)軸、增速齒輪箱等部件組成。對(duì)于大中型機(jī)組，傳動(dòng)軸不宜過(guò)長(zhǎng)，則齒輪箱和發(fā)電機(jī)安裝于靠近輪轂之下的塔身內(nèi)。對(duì)于小型機(jī)組，輪轂至地面距離相對(duì)較短，可將傳動(dòng)軸加長(zhǎng)，將齒輪箱及發(fā)電機(jī)安裝于地面與其連接。
權(quán)利要求
1.一種立軸C型葉片風(fēng)力發(fā)電裝置，包括由塔架(2)支撐和升高的風(fēng)輪組件II，風(fēng)輪組件II包括固定于塔架上的軸承(4)及由其支承的立式轉(zhuǎn)軸(3)；轉(zhuǎn)軸上端連接輪轂(5)，下端與發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的齒輪箱(10)相連，其特征在于輪轂上連有輻條(6)，輻條的端部連有C型葉片(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立軸C型葉片風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于葉片(8)沿長(zhǎng)度方向制成拋物線弧形，每個(gè)風(fēng)輪組件有葉片2～4片，分別安裝在沿輪轂圓周均等分布的輻條的端部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立軸C型葉片風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于葉片(8)在弧長(zhǎng)中部與輻條(6)相連，拋物線弧形葉片在此連接部位分段組裝為一體；對(duì)于較長(zhǎng)葉片，在輻條與葉片之間增設(shè)加強(qiáng)支臂(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立軸C型葉片風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于葉片弧長(zhǎng)的中部設(shè)置有阻流板(9)，阻流板的控制設(shè)置成以風(fēng)輪組件旋轉(zhuǎn)離心力動(dòng)作式或以可控的機(jī)電動(dòng)作式。
全文摘要
一種立軸C型葉片風(fēng)力發(fā)電裝置，它包括由塔架支撐和升高的風(fēng)輪組件，風(fēng)輪組件包括固定于塔架上的軸承及由其支承的立式轉(zhuǎn)軸；轉(zhuǎn)軸上端連接輪轂，下端與發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的齒輪箱相連，其結(jié)構(gòu)特征是輪轂上連有輻條，輻條的端部連有C型葉片；本發(fā)明以塔架升高立軸風(fēng)輪，輻條端安裝拋物線形葉片，可多獲取風(fēng)能而多發(fā)電量；C型葉片在風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)離心力作用下較直槳葉片少產(chǎn)生彎剪應(yīng)力，適應(yīng)葉片材料抗拉強(qiáng)度大于抗彎剪強(qiáng)度的特性，C型葉片橫截面形狀一致而較傳統(tǒng)螺旋槳葉片簡(jiǎn)單易制；葉片由輻條及加強(qiáng)支臂多點(diǎn)支撐而改善受力條件并易于分段制造和運(yùn)輸，加長(zhǎng)輻條可減短葉片長(zhǎng)度并穩(wěn)定風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)，本裝置實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)和適于大型化。
文檔編號(hào)F03D11/00GK1807877SQ200610010669
公開(kāi)日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2006年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月7日
發(fā)明者王昆生 申請(qǐng)人:王昆生