專利名稱：一種組合式風動渦旋葉輪及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電設備所用的風動葉輪，尤其是一種可組 合拼裝的風動渦旋葉輪。
背景技術：
當今世界，環(huán)境保護和綠色能源愈來愈成為世人關注的重大問 題。風力發(fā)電作為一種經(jīng)濟、環(huán)保的能源已引起世人的高度關注《風 力資源普遍存在于地球各個角落，如何有效、經(jīng)濟地利用她是各國正 加緊研究和積極實施的重要工程。
風電葉輪是風力發(fā)電設備中關鍵的換能部件，減小葉輪風阻，降 低葉輪低起動風速，抗強風災害等都成為設計制造風動葉輪需要重點 考慮的因素。同時，風電葉輪的大型化趨勢也為葉輪的制造、運輸、 安裝、維護等提出了許多嶄新的課題。由于受到當前各種條件限制， 目前常用的風電葉輪難以不斷地擴大尺度，探索"化整為零"，"部件 標準化生產(chǎn)"等途徑不失為一種明智選擇。
發(fā)明內(nèi)容
3本發(fā)明的目的是提供一種組合式風動渦旋葉輪，利用葉輪內(nèi)部空 氣流的渦旋作用，使葉輪獲得較大的轉(zhuǎn)動力矩輸出。
本發(fā)明的另一個目的是給出一種組合式風動渦旋葉輪制造方法， 通過組合式結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一規(guī)格定制，現(xiàn)場拼裝組合等，以解決大尺度葉 輪的制造、運輸、安裝、維護等問題。
為實現(xiàn)上述第一個目的，本發(fā)明的技術方案是，該組合式風動渦 旋葉輪的構(gòu)成包括有轉(zhuǎn)軸、若干輪轂和若干葉片，若干輪轂等間隔固 定于同一轉(zhuǎn)軸，若千葉片的兩端固定于相鄰兩輪轂，且葉片長軸方向
與轉(zhuǎn)軸之間夾角為0度至60度，各葉片依次錯位圍繞輪轂周邊疊加 設置，相鄰葉片之間存在張角。
在上述技術方案中，所述葉片為長條形狀，葉片兩端各有折皺， 折皺的兩道折痕線之間形成一個夾角，該夾角度數(shù)為5度至25度， 各葉片上下兩端固定于相鄰輪轂。葉片上下端的折皺使葉片的一側(cè)邊 外張，即葉片平面與輪轂切線方向之間形成約5度至25度張角。正 是由于相鄰兩個葉片存在這個張角，使吹入此張角的風在葉輪中部很 快聚集，形成渦旋，進而帶動葉輪沿一個固定方向旋轉(zhuǎn)，從轉(zhuǎn)軸輸出 力矩。
在上述技術方案中，當葉片長軸方向與轉(zhuǎn)軸之間夾角為0度時， 葉片是豎直設置。(參見附圖1)當葉片長軸與轉(zhuǎn)軸之間夾角不為G 度時，葉片是斜向設置。(參見附圖6)葉片與轉(zhuǎn)軸之間夾角大小是 渦旋葉輪整體設計參數(shù)之一。
為實現(xiàn)上述第二個目的，本發(fā)明給出以下組合式風動渦旋葉輪制造方法，該制造方法包括以下步驟
(1) 計算確定葉輪尺寸參數(shù)根據(jù)實地風力資源及葉輪輸出力 矩要求，確定渦旋葉輪整體幾何尺寸，即確定高度H、寬度(葉輪外 徑)W、各葉片與轉(zhuǎn)軸之間的傾斜角、各葉片之間張角；
(2) 生產(chǎn)制作葉輪單體將兩層輪轂與其間布置并固定葉片作 為一個渦旋葉輪單體；
(3) 現(xiàn)場拼裝組裝逐個將各葉輪單體沿轉(zhuǎn)軸軸向重疊拼裝成 渦旋葉輪整體。
本發(fā)明的優(yōu)點是，1、充分利用氣流的渦旋作用，提高了葉輪將 風能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸力矩的效能。2、葉輪的單體式結(jié)構(gòu)特點，使體量龐 大的葉輪運輸方便、拼裝快捷。3、葉片傾斜角度可調(diào)整結(jié)構(gòu)，使葉 輪總體效能尺寸參數(shù)設計更具靈活性。4、整體葉輪可以由為數(shù)不多
的幾個規(guī)格統(tǒng)一零部件拼裝而成，使得大型葉輪的制造工藝簡單，成 本降低。
圖1是實施例一渦旋葉輪結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是實施例一渦旋葉輪俯視圖。
圖3是實施例一渦旋葉輪的葉片配置示意圖(俯視圖)。
圖4是實施例一渦旋葉輪單片葉片形狀示意圖。
圖5是實施例一渦旋葉輪單片葉片折皺鋪平展開后形狀示意圖。
圖6是實施例二渦旋葉輪結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是實施例二渦旋葉輪單體的葉片與輪轂裝配示意圖。
圖8是實施例二渦旋葉輪的葉片配置示意圖。
圖9是實施例二渦旋葉輪的單片葉片形狀示意圖。
圖i0是實施例二渦旋葉輪的單片葉片折皺鋪平展開后形狀示意圖。
以上附圖中，l是輪轂，2是葉片，3是轉(zhuǎn)軸，4是支架，5是葉 片，6是葉片端部折皺形成的夾角面，7是葉片，8是葉片翻邊，9是 葉片折痕線一，IO是葉片折痕線二， ll是葉片長邊，12是輪轂，13 是葉片，14是轉(zhuǎn)軸，15是輪轂支架，16是葉片，17是葉片折痕線一， 18是葉片折痕線二， 19是葉片長側(cè)邊。
具體實施例
實施例一-
本實例中，給出了由三個葉輪單體組合而成的渦旋葉輪(參見圖 i)。 '
首先，根據(jù)實地風力資源及葉輪輸出力矩要求，確定渦旋葉輪整
體高度H、寬度W、各葉片與轉(zhuǎn)軸之間的夾角及各葉片之間張角；
然后，拼裝葉輪單體，輪轂l中心軸套經(jīng)三角支架4與處邊緣連 接，所有葉片2均是平行于轉(zhuǎn)軸分布的即葉片與轉(zhuǎn)軸3之間的夾角為 0度。當葉片上下兩端通過鉚接方式固定于輪轂，每個葉片上、下端 部折皺使葉片的一個長側(cè)邊向外形成一個張角，此張角的大小與葉片 折皺的折痕線一 9和折痕線二 10之間形成的夾角0相關。調(diào)整此p角即能調(diào)整各葉片之間的張角。
將三個葉輪單體豎直安裝，各單體對接時，相鄰輪轂相嵌定位， 形成三個葉輪單體拼裝的渦旋葉輪。也可以將相鄰上下兩層葉片的端 部固定在同一個輪轂上以形成葉輪整體。
由于各葉片均存在著約13度的迎風張角3 ，使得來風能顯利地 從張角方向進入到葉輪中部空間，即來風通過葉輪轉(zhuǎn)軸以右的半側(cè)面 進入到葉輪中部空間，而葉片張角背向風向的部分，即轉(zhuǎn)軸以左半側(cè) 面所受到的風力小于轉(zhuǎn)軸以右半側(cè)(參見圖3)，這樣，連續(xù)不斷地 經(jīng)轉(zhuǎn)軸右半側(cè)面進入到葉輪中部空間氣流不斷聚集，很快地就使it輪 從靜止狀態(tài)進入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，葉輪中部空間形成的渦旋進一步帶動葉輪 整體旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸輸出力矩，使發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動發(fā)電。
實施例二
本實例給出了由三個葉輪單體組合成的渦旋葉輪(參見圖6)。 本實例中，所有葉片13長軸方向與轉(zhuǎn)軸線呈43度角S 。葉片上 下兩端以鉚釘或焊接方式固定于相鄰輪轂上，各葉片依次均勻地排布 于輪轂周邊。這樣形成一個單體構(gòu)件。
單個葉片(參見圖9、 10)的上部和下部均有折皺，折皺的第一 道折痕線17與折皺的第二道折痕18之間存在14.4度的夾角9 。正 是因為葉片上部和下部均存在兩道折皺痕，使得葉片的一個長側(cè)邊 19外張，形成一個約14.4度的迎風張角，此張角也正是形成葉輪中 部渦旋氣流的迎風張角。在實際制造過程中，此帶折鈹葉片可以用沖 壓工藝一次性成型。本實例可以用于風電路燈。在本實例給出組合式渦旋葉輪下方設 置發(fā)電機，葉輪轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接。無論風力來自何方，以葉輪 轉(zhuǎn)軸為分界線，葉片有張角的一側(cè)肯定能接受更多的風力，空氣不斷 地從張角進入到葉輪中部空間里，形成渦旋氣流，進而帶動葉輪做定
向旋轉(zhuǎn)，同時，由于葉片存在43度的傾斜角，葉片接受風能除產(chǎn)生
旋轉(zhuǎn)力矩外，還會產(chǎn)生一個向上托起葉輪的分力，此分力可使葉輪運 轉(zhuǎn)起來更加靈活。葉輪所獲得力矩經(jīng)轉(zhuǎn)軸直接連接到發(fā)電機轉(zhuǎn)子，使 發(fā)電機產(chǎn)生電能。
權利要求
1、一種組合式風動渦旋葉輪，其特征在于該組合式風動渦旋葉輪的構(gòu)成包括有轉(zhuǎn)軸、若干輪轂和若干葉片，若干輪轂等間隔固定于同一轉(zhuǎn)軸，若干葉片的兩端固定于相鄰兩輪轂，且葉片長軸方向與轉(zhuǎn)軸之間夾角為0度至60度，各葉片依次錯位圍繞輪轂周邊疊加設置，相鄰葉片之間存在張角。
2、 根據(jù)權利要求1所述的組合式風動渦旋葉輪，其特征在于 所述葉片為長條形狀，葉片兩端各有折皺，折皺的兩道折痕線之間形成一個夾角，該夾角度數(shù)為5度至25度，各葉片上下兩端固定于相鄰輪轂。
3、 根據(jù)權利要求2所述的組合式風動渦旋葉輪，其特征在于所述葉片側(cè)邊有翻邊。
4、 一種組合式風動渦旋葉輪制造方法，其特征在于該制造方法包括以下步驟及條件，(1) 計算確定葉輪尺寸參數(shù)根據(jù)實地風力資源及葉輪輸出力矩要求，確定渦旋葉輪整體幾何尺寸，即確定高度H、寬度(葉輪外徑)W、各葉片與轉(zhuǎn)軸之間的傾斜角、各葉片之間張角；(2) 生產(chǎn)制作葉輪單體將兩層輪轂與其間布置并固定葉片作 為一個渦旋葉輪單體；(3) 現(xiàn)場拼裝組裝逐個將各葉輪單體沿轉(zhuǎn)軸軸向重疊拼裝成 渦旋葉輪整體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種組合式風動渦旋葉輪及其制造方法，該組合式風動渦旋葉輪的構(gòu)成中包括有轉(zhuǎn)軸、輪轂和葉片，輪轂等間隔固定于同一轉(zhuǎn)軸，葉片兩端固定于相鄰兩輪轂，且葉片長軸方向與轉(zhuǎn)軸之間夾角為0度至60度，各葉片依次錯位圍繞輪轂周邊疊加設置，相鄰葉片之間存在張角。葉片為長條形狀，葉片兩端各有折皺，折皺的兩道折痕線夾角為5度至25度。制造本發(fā)明葉輪(1)確定葉輪尺寸參數(shù)；(2)制作葉輪單體；(3)現(xiàn)場拼裝葉輪單體。本發(fā)明葉輪利用氣流渦旋作用，提高了葉輪將風能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸力矩的效能；葉輪的單體式結(jié)構(gòu)特點，使體量龐大的葉輪運輸方便、拼裝快捷；葉片傾斜角度可調(diào)整結(jié)構(gòu)，使葉輪總體效能尺寸參數(shù)設計更具靈活性；整體葉輪可以由為數(shù)不多的幾個規(guī)格統(tǒng)一零部件拼裝而成，使得大型葉輪的制造工藝簡單，成本降低。
文檔編號F03D3/06GK101429925SQ200710134650
公開日2009年5月13日 申請日期2007年11月5日 優(yōu)先權日2007年11月5日
發(fā)明者胡國祥 申請人:南京宇能儀表有限公司