專利名稱：活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及到一種風(fēng)力發(fā)電機組，尤其是涉及到一種垂直軸風(fēng)力發(fā)電 機組。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電已有一百五十多年的歷史，科學(xué)家在分析了大氣環(huán)流模型之后發(fā) 現(xiàn)，大氣低層的對流氣團所包含的風(fēng)能是非常巨大的，是人類可利用的取之不 盡、用之不竭的再生能源之一，因此，在人類面臨的逐漸加劇的能源危機的情 況下，對于風(fēng)力發(fā)電的研究就越來越具有重大和深遠的現(xiàn)實意義了。在一些發(fā) 達的國家，如美國、荷蘭、丹麥、法國、德國、意大利，風(fēng)力發(fā)電在其國內(nèi)的 電力結(jié)構(gòu)中已起到舉足輕重的作用了。我國只有少數(shù)地區(qū)，如新疆達坂城、內(nèi) 蒙古、山東、廣東南澳島及汕尾紅海灣、福建漳州的東山島等地，主要靠進口設(shè)備，總裝機容量還不到250萬KW,在我國的電力結(jié)構(gòu)中所占的比率還不到1%。目前的風(fēng)電技術(shù)中，為了提高風(fēng)能利用率和降低成本，開始采用垂直軸風(fēng) 力發(fā)電機的技術(shù)，即風(fēng)葉驅(qū)動總成采用垂直結(jié)構(gòu)，風(fēng)輪的中心軸為垂直的立軸。 垂直軸技術(shù)通常以中小功率的風(fēng)力發(fā)電機為應(yīng)用目標(biāo)。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機常有 若干風(fēng)葉均勻設(shè)置在風(fēng)輪周圍，遇風(fēng)啟動工作的時候，風(fēng)葉圍繞垂直軸運動。 現(xiàn)有技術(shù)中，風(fēng)葉的大小和形狀通常是固定不變的，風(fēng)葉在順風(fēng)和逆風(fēng)狀態(tài)下的受力面積基本相同。因此逆風(fēng)時風(fēng)葉受到的阻力就比較大，風(fēng)葉轉(zhuǎn)速受到影 響，降低了對風(fēng)能的利用率。實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足之處，本實用新型提供了一種帶有活動葉 片的減阻型變帆式微風(fēng)發(fā)電機，活動葉片旋轉(zhuǎn)到逆風(fēng)狀態(tài)時能自動旋轉(zhuǎn)以減小 受風(fēng)面積，從而減小阻力，提高了風(fēng)能利用率。本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。 一種活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組，包括機搶和設(shè)于所述機搶上部的風(fēng)葉驅(qū)動 總成，其中所述機艙內(nèi)部設(shè)有發(fā)電機和控制裝置，所述風(fēng)葉驅(qū)動總成由風(fēng)輪和 垂直立軸的傳動裝置組成，所述風(fēng)輪上設(shè)置有若干個風(fēng)葉，所述風(fēng)葉包括風(fēng)葉 主體和與所述風(fēng)葉主體相連的風(fēng)葉柄。所述風(fēng)葉主體為變帆式結(jié)構(gòu)，所述風(fēng)葉主體包括邊槽主架和位于所述邊槽主架內(nèi)部的活動葉片，所述活動葉片與所述邊槽主架以水平4交接的方式相連接，所述邊槽主架上設(shè)有限位塊。所述邊槽主架內(nèi)的上端和下端各設(shè)置有一個限位塊，所述限位塊分別與推力狀態(tài)或者無風(fēng)狀態(tài)下垂直下落的所述活動葉片的側(cè)面上端部和下端部相接觸，且所述限位塊分別位于所述活動葉片的不同側(cè)面。所述活動葉片與所述邊槽主架之間形成鉸接處，所述鉸接處上半部分葉片面積與所述4交^接處下半部分葉片面積不相等。所述風(fēng)葉包括一個或者若干個所述活動葉片。所述若干個活動葉片按垂直方向依次4非列。所述若干個風(fēng)葉個數(shù)可以是3個、4個或者5個。所述風(fēng)葉主體的形狀為長方形、矩形、圓形、橢圓形、菱形或者三角形中的任意一種。所述風(fēng)葉柄和所述風(fēng)輪以鉸接方式相連，所述風(fēng)葉柄和所述風(fēng)輪的鉸接處設(shè)置有上下限位作用的限位機構(gòu)。所述風(fēng)葉與水平線之間存在0°-30°的下偏活動 角，其中最佳下偏活動角為5°-15°。本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組工作過程中，由于所述活動葉片的鉸接 處上半部分面積和4交^接處下半部分面積不相等，所以受到風(fēng)力推動的時候，所 述活動葉片的鉸接處上半部分和鉸接處下半部分受到的推力不相等。當(dāng)所述風(fēng) 葉處于推力狀態(tài)時，所述活動葉片在所述邊槽主架的限位作用下處于垂直位置， 所述風(fēng)葉沿風(fēng)力的方向做旋轉(zhuǎn)運動。當(dāng)旋轉(zhuǎn)到一定位置時，風(fēng)力推力消退，而 所述風(fēng)葉繼續(xù)旋轉(zhuǎn)且遇到相對氣流，該相對氣流的推力把所述活動葉片打開一 定角度， 一部分相對氣流從中間空隙中穿過，活動葉片的所受阻力減小。所述 風(fēng)葉在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的過程中，所述活動葉片還受到逐漸增強的反向吹來氣流產(chǎn)生 的逆推阻力，所述活動葉片被推開至最大角度，即與風(fēng)向平行。此時對所述活 動葉片產(chǎn)生阻力的氣流都從間隙中通過，所述活動葉片的受風(fēng)面積達到最小， 所受到的阻力也相應(yīng)減到最小。因此，本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組具有以下顯著優(yōu)點1. 有效減小風(fēng)葉工作過程中所受到的阻力，提高風(fēng)葉驅(qū)動總成的風(fēng)能效率。2. 風(fēng)輪啟動風(fēng)力小，推動力矩大。3. 適合于做中小型和微型風(fēng)力發(fā)電機組。4. 抗強能力好，無噪音，結(jié)構(gòu)簡單，工藝制造方便，安裝方便，制造成本低。下面通過附圖和實施例，對本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電^L組作進一步地詳細闡述。

圖1為本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組的簡要結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型減阻型變帆式微風(fēng)發(fā)電機組第一實施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖圖3為本實用新型減阻型變帆式微風(fēng)發(fā)電機組第二實施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組第一實施例沿風(fēng)輪中心線的局 部剖一見圖。圖5為本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組第二實施例沿風(fēng)輪中心線的局 部剖#見圖。圖6為本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)輪工作原理圖。圖7為受風(fēng)力推動時風(fēng)葉不同位置狀態(tài)的俯視圖。圖8為圖7所示的風(fēng)葉F方向視圖。圖9為圖7所示的風(fēng)葉主體E-E方向剖視圖。圖IO為圖7所示的風(fēng)葉主體G-G方向剖視圖。圖ll為圖7所示的風(fēng)葉主體H-H方向剖^L圖。圖12為圖7所示的風(fēng)葉主體I-1方向剖視圖。
具體實施方式
圖1為本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)簡要示意圖。本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組包括風(fēng)葉驅(qū)動總成1、發(fā)電機3、連接在風(fēng)葉驅(qū)動總成 1和發(fā)電機3之間的增速裝置2以及連接在發(fā)電機上3的控制裝置。圖2和圖3 為本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組不同實施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，增速裝 置2、發(fā)電機3和控制裝置設(shè)置在機搶4內(nèi)部。其中在第一實施例和第二實施例 中，增速裝置2、發(fā)電機3、控制裝置和機搶4的連接方式有所不同。由于在本 實用新型中，增速裝置2、發(fā)電機3、控制裝置與機艙4之間連接關(guān)系和功能均 為現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機組的公知技術(shù)，在此不再詳細敘述。如圖4、圖5所示，風(fēng)葉驅(qū)動總成1位于機艙4的上部，風(fēng)葉驅(qū)動總成1由 風(fēng)輪和帶有垂直立軸9的傳動裝置組成，其中該風(fēng)輪上設(shè)置有多個風(fēng)葉。圖7至圖12為本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)葉的結(jié)構(gòu)示意圖。 風(fēng)葉包括風(fēng)葉主體5和風(fēng)葉柄6。其中風(fēng)葉主體5包括邊槽主架10和設(shè)置于邊 槽主架IO里面的第一活動葉片7以及第二活動葉片8，第一活動葉片7和第二 活動葉片8按垂直方向依次排列，第一活動葉片7和第二活動葉片8之間有中 間軸ll。風(fēng)葉主體5的側(cè)面如同帆船的帆板形狀。第一活動葉片7和第二活動 葉片8分別與邊槽主架10 4交接，鉸接處分別位于第一活動葉片7和第二活動葉 片8的上半部分，所以第一活動葉片7的4交^接處上半邊葉片71的面積小于4交才妄 處下半邊葉片72的面積，第二活動葉片8的4交*接處上半邊葉片81的面積小于 4交^l妻處下半邊葉片82的面積。在不受力狀態(tài)時，第一活動葉片7、第二活動葉 片8在自身重量的作用下，落在垂直位置上與風(fēng)葉主體5形成受風(fēng)槽。中間軸 11上設(shè)置有第一限位塊721和第二限位塊811，邊槽主架10的底部設(shè)有限位塊 821。第一限位塊721與第一活動葉片7的下端部的側(cè)面相接觸。第二限位塊811 與第二活動葉片8的上端部的側(cè)面相接觸，第三限位塊821與第二活動葉片8的下端部側(cè)面相接觸，且第二限位塊811和第三限位塊821分別位于活動葉片8 的不同側(cè)面。圖6為本發(fā)明的風(fēng)輪的工作原理圖，此處，假定一個水平的風(fēng)力吹向風(fēng)輪 風(fēng)葉時，風(fēng)輪所受推動力可按1/4圓分為A、 B、 C、 D四個不同受力區(qū)，其中(1) A區(qū)為直接推動的風(fēng)力區(qū) 風(fēng)葉受到風(fēng)力氣流為推動力的作用時，第一活動葉片7的4交接處上半邊葉片71所受到的推力小于鉸接處下半邊葉片72所受到的推力，第二活動葉片8 的4交接處上半邊葉片81所受到的推力小于4交接處下半邊葉片82所受到的推力。 在第一限位塊721、第二限位塊811和第三限位塊821的限位作用下，第一活動 葉片7和第二活動葉片8始終處于垂直狀態(tài)，在形成的受風(fēng)槽里，風(fēng)葉接受風(fēng) 力氣流的推動帶動風(fēng)輪作順時針方向旋轉(zhuǎn)。(2) B區(qū)為氣流弱推動與相對阻力減阻區(qū)。如圖6所示，當(dāng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)至B區(qū)時，由于各風(fēng)葉之間的間隔，有一股比A區(qū) 較弱的風(fēng)力繼續(xù)推動風(fēng)葉，風(fēng)力推力逐漸減弱直到推力消失，〗旦風(fēng)葉繼續(xù)旋轉(zhuǎn) 時迎面就出現(xiàn)一種相對阻力，也就是相對氣流。此時第一限位塊721、第二限位 塊811和第三限位塊821無法起到限位作用，因此如圖10所示，該相對氣流的 推力把第一活動葉片7和第二活動葉片8打開一定角度，使得第一活動葉片7 和第二活動葉片8之間形成一定的中間空隙。該相對氣流從第一活動葉片7和 第二活動葉片8的中間空隙穿過，此時第一活動葉片7和第二活動葉片8的受 風(fēng)面積減小，受到的阻力相對減小。(3) 雙重阻力區(qū)當(dāng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)至如圖6所示C區(qū)時，不^f旦有上述相對阻力，還有反向吹過來的風(fēng)力氣流產(chǎn)生的逆推阻力，該逆推阻力由B區(qū)到C區(qū)是由弱到強.直至C位置時， 此時逆推阻力最大。如圖11所示，此時風(fēng)葉受到上述相對阻力和逆推阻力的雙 重作用，也相當(dāng)于給了第一活動葉片7和第二活動葉片8推力，把第一活動葉 片7的4交接處下半邊葉片72和第二活動葉片8的4交接處下半邊葉片82再往上 托，直到第一活動葉片7和第二活動葉片8被推開至最大角度，即與風(fēng)向平行， 氣流從第一活動葉片7和第二活動葉片8的中間空隙中穿過。此時，第一活動葉 片7和第二活動葉片8的受風(fēng)面積達到最小，所受到的阻力也減到最小，起到 最大的減阻作用. (4) D區(qū)為迎風(fēng)減阻區(qū)當(dāng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)至D區(qū)，風(fēng)葉為逆向風(fēng)力氣流，此時第一活動葉片7和第二活動 葉片8幾乎擺到水平位置上，如圖ll所示，風(fēng)力氣流從第一活動葉片7和第二 活動葉片8中間空隙穿過，阻力減到最小狀態(tài)。隨著旋轉(zhuǎn)角度增大，上述逆推 阻力逐漸減弱直至消失，風(fēng)葉在只存在相對阻力下的情況下旋轉(zhuǎn)，此時第一活動 葉片7和第二活動葉片8起到減小相對阻力的作用.當(dāng)風(fēng)葉接近A區(qū)時，第一活 動葉片7和第二活動葉片8在自重作用下，慢慢下降到正常狀態(tài)，接觸到各個 限位塊。為使采用上述結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機組具有很好的抗強風(fēng)性能，如圖4和圖5 所示，風(fēng)葉柄6以鉸接的形式安裝在風(fēng)輪上，風(fēng)葉柄和風(fēng)輪的鉸接處設(shè)置具有 上下限位作用的限位機構(gòu)。風(fēng)葉柄6與水平線之間存在一個0° -30。的活動角， 其中最佳下偏活動角為5°-15°。當(dāng)風(fēng)葉受到上升氣流產(chǎn)生沖擊時，該風(fēng)葉可以自由向上擺動，從而減少風(fēng) 葉對風(fēng)輪主軸9產(chǎn)生的直接沖擊，另一方面，當(dāng)風(fēng)葉受到強氣流的推動時，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)得很快，此時，風(fēng)葉受離心力的作用向上擺動，擺至接近水平面時， 此時，風(fēng)葉的同心度為零，也是最好的抗強狀態(tài)。在本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組的其他實施例中，每個風(fēng)葉所包括的活動葉片個數(shù)可以按實際需要設(shè)置，可以為單個或若干個。當(dāng)每個風(fēng)葉只有 一個活動葉片時，邊槽主架內(nèi)的上端和下端各設(shè)置有一個限位塊，限位塊分別 與推力狀態(tài)或者無風(fēng)狀態(tài)下垂直下落的活動葉片的側(cè)面上端部和下端部相接觸，而且限位塊分別位于所述活動葉片的不同側(cè)面。其中風(fēng)葉個數(shù)為3、 4或者 5時，所達到的效果較佳。風(fēng)葉的形狀可以加工成長方形、矩形、圓形、橢圓形、菱形或者三角形等 形狀中的任意 一種。風(fēng)葉柄和風(fēng)輪之間的連接可以釆用鉸接以外的其他連接方 式。本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組可以滿足風(fēng)力發(fā)電機組運行外界條件 的國際標(biāo)準(zhǔn)1. 最高風(fēng)速V為35m/s，高寒地區(qū)為40m/s;2. 機組正常運行的溫度范圍為-20。C w+50。C。高寒地區(qū)為-25。C w+45。C;3. 機組運行的最高海拔為4000m;4. 相對濕度為95%;5. 相對于未受化學(xué)污染的大氣，北方地區(qū)應(yīng)考慮大氣中的沙塵條件。由此，可以看出，本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組具有以下顯著優(yōu)點；1.能有效地提高風(fēng)葉驅(qū)動總成的風(fēng)能效率，由于本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)葉驅(qū)動總成的結(jié)構(gòu)特點是采用垂直軸活葉減阻變帆式風(fēng)輪， 一方面風(fēng)輪能獲得巨大推動力矩。而所受阻力減小到最小，另一方面，使得任何一個方吹來的風(fēng)對風(fēng)輪都能產(chǎn)生同樣效果的推動力，因此該結(jié)構(gòu)風(fēng)輪的風(fēng)能效率比其它風(fēng)葉結(jié)構(gòu)風(fēng)輪的風(fēng)能效率高50°/ 以上；2. 本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)輪結(jié)構(gòu)特點，還帶來啟動風(fēng)力小， 推動力矩巨大，風(fēng)輪在風(fēng)力2m/sw40m/s狀態(tài)下都可以發(fā)電；3. 本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組最適合于做中小型和微型的風(fēng)力發(fā)電機 組；4. 本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組既可以離網(wǎng)發(fā)電，也可以并網(wǎng)發(fā)電；5. 本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)輪結(jié)構(gòu)特點，抗強能力好，無噪音；6. 本實用新型活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、工藝制作方便、安 裝方便、成本低。以上所揭露的僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本 實用新型之權(quán)利范圍，因此依本實用新型申請專利范圍所作的等同變化，仍屬 本實用新型所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求1.一種活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組，包括機艙和設(shè)于所述機艙上部的風(fēng)葉驅(qū)動總成，其中所述機艙內(nèi)部設(shè)有發(fā)電機和控制裝置，所述風(fēng)葉驅(qū)動總成由風(fēng)輪和垂直立軸的傳動裝置組成，所述風(fēng)輪上設(shè)置有若干個風(fēng)葉，所述風(fēng)葉包括風(fēng)葉主體和與所述風(fēng)葉主體相連的風(fēng)葉柄，其特征在于，所述風(fēng)葉主體為變帆式結(jié)構(gòu)，所述風(fēng)葉主體包括邊槽主架和位于所述邊槽主架內(nèi)部的活動葉片，所述活動葉片與所述邊槽主架以水平鉸接的方式相連接，所述邊槽主架上設(shè)有限位塊。
2. 如權(quán)利要求1所述的活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于，所述邊槽主架內(nèi)的上端和下端各設(shè)置有一個限位塊，所述限位塊分別與推力狀態(tài)或者無風(fēng)狀 態(tài)下垂直下落的所述活動葉片的側(cè)面上端部和下端部相接觸，且所述限位塊分 別位于所述活動葉片的不同側(cè)面。
3. 如權(quán)利要求1所迷的活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于，所述活動葉片 與所述邊槽主架之間形成鉸接處，所述鉸接處上半部分葉片面積與所述鉸接處 下半部分葉片面積不相等。
4. 如權(quán)利要求1所述的活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于，所述風(fēng)葉包括 一個或者若干個所述活動葉片。
5. 如權(quán)利要求4所述的活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于，所述若干個活 動葉片按垂直方向依次排列。
6. 如權(quán)利要求1所述的活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于，所述若干個風(fēng)葉的個數(shù)是3個、4個或者5個。
7. 如權(quán)利要求1所述的活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于，所述風(fēng)葉主體 的形狀為長方形、矩形、圓形、橢圓形、菱形或者三角形中的任意一種。
8. 如權(quán)利要求1所述的活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于，所述風(fēng)葉柄和 所述風(fēng)輪以鉸接方式相連，所述風(fēng)葉柄和所述風(fēng)輪的鉸接處設(shè)置有上下限位作 用的限位機構(gòu)。
9. 如權(quán)利要求1所述的活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于，所述風(fēng)葉與水 平線之間存在0°-30°的下偏活動角。
10. 如權(quán)利要求9所述的活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組，其特征在于，所述風(fēng)葉與 水平線之間的最佳下偏活動角為5°-15°。
專利摘要本實用新型涉及到一種活葉減阻型風(fēng)力發(fā)電機組，包括內(nèi)設(shè)有發(fā)電機和控制裝置的機艙以及位于機艙上部的風(fēng)葉驅(qū)動總成，風(fēng)葉驅(qū)動總成由風(fēng)輪和垂直立軸的傳動裝置組成。風(fēng)輪上設(shè)有若干個風(fēng)葉，風(fēng)葉包括風(fēng)葉主體和用于連接風(fēng)葉和風(fēng)輪的風(fēng)葉柄。風(fēng)葉主體包括邊槽主架和位于所述邊槽主架內(nèi)部的活動葉片?；顒尤~片旋轉(zhuǎn)到逆風(fēng)狀態(tài)時能自動減小受風(fēng)面積，起到減小阻力的作用。本實用新型能有效提高風(fēng)葉驅(qū)動總成的風(fēng)能效率，適合做中小型和微型風(fēng)力發(fā)電機組，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，抗強能力好，無噪音，安裝方便，制造成本低。
文檔編號F03D7/06GK201121560SQ20072006040
公開日2008年9月24日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者劉少忠 申請人:劉少忠