專利名稱：水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)上用的葉片。
背景技術(shù)：
目前，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備主要分兩種一種是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是效率較高，造價(jià)低?，F(xiàn)在水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要采用的是整體以剛性為主的直的飛機(jī)螺旋槳式的葉片，特別是大型的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)都是采用這種葉片。當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，葉片的斜面會(huì)產(chǎn)生向前轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，這個(gè)力自轉(zhuǎn)軸至葉片尖端產(chǎn)生的力矩成線性增加，這也是這種葉片產(chǎn)生的唯一的動(dòng)力。葉片斜面與轉(zhuǎn)動(dòng)的平面成45度傾角時(shí)，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的轉(zhuǎn)化率最高接近50%，但是，傾角越大，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)阻力也越大，由公式G=1/2CS P GJ2R2看出G(阻力)與C(阻力系數(shù))、S (迎風(fēng)面積)成正比，與ω2 (轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的平方)成正比，與 R2(葉片的長度的平方)成正比，P是空氣密度，由此可見，傾斜角度越大阻力增加的速度是非常巨大的。因?yàn)椋珻(阻力系數(shù))和S (迎風(fēng)面積)隨著傾斜角的增加而增加，G(阻力)與ω2 (葉片轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的平方)與R2(葉片的長度的平方)也是成正比的關(guān)系，而與ω (轉(zhuǎn)動(dòng)角速度)、R(葉片的長度)的增加呈現(xiàn)的是平方關(guān)系，就是說葉片自根部至末端受到風(fēng)的阻力是加速變大的，因此，葉片斜面的傾角從根部到末端只能加速的變小，當(dāng)然動(dòng)力轉(zhuǎn)化率也越來越小，為了減少阻力，葉片從根部到末端只能做的越來越薄，越來越窄。根據(jù)力矩公式M=FR，M(葉片上某點(diǎn)風(fēng)能轉(zhuǎn)化的動(dòng)力力矩)與R(葉片上某點(diǎn)距轉(zhuǎn)軸的距離)成正比關(guān)系，人們非常希望從葉片的根部到末端葉片的寬度越來越大，產(chǎn)生的動(dòng)力力矩才會(huì)更大，但是，從上面的阻力公式看出，這樣阻力增加的速度會(huì)更大。所以葉片從根部到末端只能是越來越窄，因此現(xiàn)在普遍推廣運(yùn)用的直的螺旋槳式的葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能的效率很低。現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片還存在的一個(gè)致命缺點(diǎn)是，現(xiàn)在的葉片是空心的整體剛性構(gòu)造的，斷面又是異形復(fù)雜的(一般為魚的俯視圖形狀，這是由接風(fēng)效果好，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力小的要求決定的)，當(dāng)風(fēng)很小時(shí)，葉片不會(huì)扭動(dòng)，葉片的末端風(fēng)能轉(zhuǎn)化率很低，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩很小，葉片不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)大風(fēng)吹動(dòng)葉片時(shí)，葉片會(huì)受到很大的扭矩和彎矩，但是葉片是異形的，是剛性的，是不允許伸縮扭動(dòng)變形的，所以在葉片刀口最薄處最容易被疲勞撕裂，由于葉片是剛性整體結(jié)構(gòu)，葉片的厚度很厚，再加上支撐結(jié)構(gòu)，所以重量很大，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它巨大的向心力不會(huì)產(chǎn)生前進(jìn)動(dòng)力反而成了負(fù)擔(dān)。之所以得到廣泛的推廣，只因?yàn)樗G色環(huán)保，利用了取之不盡用之不竭的風(fēng)的能量。第二種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī),該種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片也是剛性的,其形式是多種多樣的，但萬變不離其宗，它轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電的原理，主要是通過葉片正反兩面對風(fēng)的阻力不同形成阻力差，兩個(gè)阻力的差就是轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)雖然簡單，制作難度低，但造價(jià)卻不低，而且效率低下，因此，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用率低，推廣差，發(fā)展?jié)摿π　?br> 此外，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片還存在其他的幾種，它們的變化主要表現(xiàn)在葉片的數(shù)量、葉片寬窄的變化、葉片斷面彎曲度的變化以及在葉片中間及末端增加支撐，為了葉片末端能寬大一些，有的在兩葉片之間外端，在支撐上又加了葉片，為了增加風(fēng)對葉片的壓力，有的在葉片的末端加了一個(gè)漏斗形的圓筒，等等?？v使千變?nèi)f化，但它獲得前進(jìn)動(dòng)力的原理是一樣的，都是因?yàn)轱L(fēng)吹到傾斜的葉片上產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，葉片上寬度的變化、增加的支撐、增加的圓筒、支撐上增加的葉片等等增加的動(dòng)力并不大，因?yàn)樗鼈兌际莿傂缘?，受力是死板的，它們同時(shí)增加了很大的阻力，很大的重量，結(jié)構(gòu)不合理，不安全，造價(jià)高，各種因素綜合起來分析，它們的發(fā)電效率還不如普通的螺旋槳式葉片的發(fā)電機(jī)高，所以，并不適合大范圍的推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種阻力小，轉(zhuǎn)動(dòng)速度快、效率高、風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率高、使用壽命長的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于包括主骨、分骨、細(xì)骨、皮膜和轉(zhuǎn)軸；在主骨外端部及一側(cè)設(shè)置多根分骨；細(xì)骨傾斜平行排列固定安裝在主骨和分骨上，兩細(xì)骨之間的縫隙上下有彈性的皮膜相連，形成多個(gè)向主骨和分骨一側(cè)傾斜的弧面，由主骨、分骨和細(xì)骨形成的弧面，就是翅面；在葉片根部有兩個(gè)弧形翅面相交形成的凸起，凸起處的細(xì)骨的長度和厚度最大，以凸起為起點(diǎn)，沿主骨向上下排列安裝的細(xì)骨的長度均呈遞減狀設(shè)置，形成弧面。該種葉片主要圍繞著《擺動(dòng)動(dòng)力理論》的“末端加速效應(yīng)”，“漏斗加速效應(yīng)”而設(shè)計(jì)創(chuàng)作的；《擺動(dòng)動(dòng)力理論》是根據(jù)多年對鳥的飛行，魚的游動(dòng)總結(jié)出來的。所述的主骨設(shè)置一根，為空心的圓柱形結(jié)構(gòu)，主骨內(nèi)端固定安裝在轉(zhuǎn)軸外圓周上，主骨正面自根部至葉片長度1/2處為直形，從1/2處至末端與分骨相連逐漸彎曲，且彎曲半徑逐漸變?。恢鞴莻?cè)面從根部至葉片末端為逐漸變彎的，主骨從根部至末端是逐漸變細(xì)的，壁厚逐漸變薄，當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，在細(xì)骨和分骨的帶動(dòng)下，主骨發(fā)生扭動(dòng)，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主骨在細(xì)骨和分骨的向心力的作用下向前彎動(dòng)，產(chǎn)生向心力矩，并將向心力矩傳至轉(zhuǎn)軸。主骨一般采用玻璃鋼和碳素纖維復(fù)合材料制成，主骨圓筒形的構(gòu)造形式?jīng)Q定了它具備良好的抗彎抗扭的能力，在反復(fù)的受彎受扭作用下也不容易損壞，從而提高了葉片的使用壽命。葉片根部的凸起是兩個(gè)弧形的翅面相交形成的，此處的細(xì)骨是所有細(xì)骨中最長最厚的，就像一道山梁將風(fēng)分成兩股，與葉片末端多個(gè)弧形翅面遙相呼應(yīng)產(chǎn)生“漏斗效應(yīng)”并將風(fēng)分別集中加速，從而增加了風(fēng)對葉片的壓力，增加葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。所述的分骨為空心圓柱形結(jié)構(gòu)，末端為實(shí)心針狀尖端，根部與主骨相連，分骨正面自根部至末端是逐漸變彎的，彎曲半徑逐漸變小，分骨空心圓柱形的直徑從根部到末端逐漸變細(xì)，壁厚逐漸變薄；分骨自主骨末端向一側(cè)設(shè)置多根，自主骨末端至一側(cè)設(shè)置的分骨間距逐漸變大，分骨直徑逐漸變粗，分骨長度逐漸變長；當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，分骨在細(xì)骨帶動(dòng)下發(fā)生扭動(dòng)，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，分骨與細(xì)骨形成的翅面在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上成流線型，分骨在細(xì)骨和自身向心力的作用下向前彎動(dòng)，形成向心力彎矩，并通過主骨將向心力矩傳至轉(zhuǎn)軸。分骨同樣采用玻璃鋼與碳素纖維的復(fù)合材料制成，分骨圓筒式的構(gòu)造形式?jīng)Q定了它具備良好的受彎受扭的能力，在反復(fù)的受彎受扭作用下也不容易損壞，從而提高了葉片的使用壽命。
所述的細(xì)骨為空心的楔形結(jié)構(gòu)，細(xì)骨傾斜平行固定安裝在主骨和分骨一側(cè)，同一列安裝的細(xì)骨的厚度隨主骨和分骨外徑的減小而減小，細(xì)骨寬度隨厚度的減少而減少；細(xì)骨從固定端至尖端厚度越來越小，末端形成實(shí)心刀狀尖端，細(xì)骨的壁厚自固定端至尖端也越來越薄，兩細(xì)骨之間有一道很窄的縫隙，縫隙的上下有一層彈性的皮膜相連，當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，兩細(xì)骨間的縫隙變大，葉片面積增加；當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，翅面會(huì)傾斜，形成可將風(fēng)集中加速的漏斗狀傾斜設(shè)置的弧形面。細(xì)骨的壁厚很薄，質(zhì)量很輕，細(xì)骨是該種葉片用的最多的材料，所以整個(gè)葉片的質(zhì)量就不大。當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，弧形傾斜的翅面將風(fēng)集中加速，就像流體通過漏斗被加速一樣，所以又叫“漏斗加速效應(yīng)”，增加了風(fēng)對葉片的壓力，從而提高了風(fēng)的利用率；當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片上每一片細(xì)骨，每一條分骨都會(huì)產(chǎn)生向心力，由于細(xì)骨分骨主骨特殊的連接方式，細(xì)骨會(huì)對固定它的主骨分骨產(chǎn)生向心力彎矩，并將該彎矩傳給固定它的主骨或分骨，同理，分骨又會(huì)把細(xì)骨傳給他的力矩和自己產(chǎn)生的力矩再傳給主骨，主骨再傳給轉(zhuǎn)軸；根據(jù)向心力公式，F(xiàn)=mco2R力矩公式M=mco2RLn看出從葉片的根部至末端細(xì)骨分骨產(chǎn)生的力矩是加速增加的，因?yàn)镽和Ln都在增加，這就是“末端加速效應(yīng)”，從兩公式還看出向心力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)角速度成平方關(guān)系，就是說葉片轉(zhuǎn)動(dòng)越快增加的向心力矩會(huì)成平方關(guān)系的增加。值得一提的是，現(xiàn)在的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片根本不存在以上兩種效應(yīng)，向心力只是負(fù)擔(dān)，不會(huì)做功。所述的兩細(xì)骨間的縫隙上下兩側(cè)表面貼覆一層皮膜，皮膜為高彈性的，隨著兩細(xì)骨間的縫隙變大而被拉伸，增大葉片接風(fēng)的面積；通過皮膜將平行排列的細(xì)骨聯(lián)接為一體，在每相鄰的兩細(xì)骨之間通過皮膜形成彈性聯(lián)接。皮膜是高彈性的，不會(huì)影響主骨分骨彎曲扭動(dòng)。在葉片根部的凸起由兩個(gè)傾斜弧形的翅面相交形成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是
1、充分利用仿生學(xué)《擺動(dòng)動(dòng)力理論》的“漏斗加速效應(yīng)”和“末端加速效應(yīng)”，設(shè)計(jì)出了一種由主骨、分骨和細(xì)骨特殊連接構(gòu)造形式組成的葉片。來增加風(fēng)對葉片的作用力，讓向心力做功。在主骨上設(shè)置的多根分骨與細(xì)骨形成的翅面，就像鳥的羽毛拼成的翅膀，阻力小，葉片末端接風(fēng)面積大，最大可能的增加轉(zhuǎn)動(dòng)力矩；因?yàn)榉止?、主骨圓筒式構(gòu)造，在扭動(dòng)彎動(dòng)時(shí)不會(huì)損壞，細(xì)骨之間彈性的皮膜連接，避免了剛性葉片刀口容易被撕裂的弊病，增加了葉片的使用壽命，還增加了葉片接風(fēng)的面積。當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，葉片主骨、分骨和細(xì)骨特殊的連接構(gòu)造形式，使葉片產(chǎn)生多個(gè)傾斜弧形的翅面，通過對風(fēng)三個(gè)方向的約束提高風(fēng)的速度，從而增加風(fēng)對葉片的壓力，增加風(fēng)的利用率；而其它剛性葉片只對風(fēng)產(chǎn)生一個(gè)方向的約束，對風(fēng)的加速效果太小。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片主骨、分骨和細(xì)骨本身特殊的形狀以及巧妙的連接方式，使細(xì)骨、分骨產(chǎn)生的向心力能夠做功，而且，從葉片根部至末端產(chǎn)生的力矩是加速變大的，這在其他剛性葉片來說是根本不可能的；
2、接觸面積大、延長使用壽命主骨和分骨都是剛?cè)峒骖櫾O(shè)計(jì)的，在極限風(fēng)速作用下，分骨尖端扭動(dòng)不會(huì)超過45度，因?yàn)榇藭r(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度會(huì)更快，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)造成的風(fēng)的阻力，會(huì)使葉片末端的弧面保持流線型，所以主骨和分骨不會(huì)被輕易扭壞；空心設(shè)置的主骨和分骨最大程度的減輕了葉片自身的重量，同時(shí)也能夠保證其剛度和柔度，當(dāng)受力扭動(dòng)或彎曲時(shí)能變化自如；細(xì)骨間縫隙變大，皮膜被拉伸，增大了葉片的受風(fēng)面積，各部件受力明確，沒有薄弱環(huán)節(jié)，不容易損壞，也不會(huì)發(fā)生斷裂，延長了葉片的使用壽命。


圖1是本發(fā)明葉片實(shí)施例的正立面圖。圖2是本發(fā)明葉片的側(cè)視圖。圖3是本發(fā)明圖1的A-A斷面圖。圖4是本發(fā)明圖1的B-B斷面圖。圖5是本發(fā)明圖1的C-C斷面圖。圖6是本發(fā)明圖1的D部分局部放大示意圖。圖7是本發(fā)明圖6的E-E斷面圖。其中1、主骨 2、細(xì)骨 3、皮膜 4、轉(zhuǎn)軸 5、翅面 6、分骨 7、凸起。
具體實(shí)施例方式圖f 7是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，下面結(jié)合附圖f 7對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。該水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，是運(yùn)用仿生學(xué)《擺動(dòng)動(dòng)力理論》，根據(jù)鳥的飛行、魚的游動(dòng)，通過多年、大量的實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來，并結(jié)合發(fā)電機(jī)葉片的工作原理創(chuàng)作出來的，該水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片不僅恰當(dāng)?shù)睦萌~片斜面將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，且整個(gè)都在圍繞著《擺動(dòng)動(dòng)力理論》的“末端加速效應(yīng)”以及“漏斗加速效應(yīng)”。參照附圖1和2 :兩圖描述的是葉片迎風(fēng)的正立面圖和側(cè)立面圖，兩圖主要表述葉片主要包括主骨1、分骨6、細(xì)骨2和皮膜3 ;在主骨I外端部及一側(cè)按規(guī)律設(shè)置多根分骨6 ;細(xì)骨2傾斜平行排列固定安裝在主骨I和分骨6上，由主骨1、分骨6和細(xì)骨2形成的弧面，就是翅面5 ;在葉片根部有兩個(gè)弧形翅面5相交形成的凸起7，凸起7處的細(xì)骨2的長度和厚度都為細(xì)骨2的最大值，以凸起7為起點(diǎn)，沿主骨I向上下排列安裝的細(xì)骨2的長度均呈遞減狀設(shè)置，形成弧面。主骨I只有一根，為空心的圓柱形結(jié)構(gòu)，主骨I根部直徑約為葉片總長的1/25，主骨I內(nèi)端固定安裝在轉(zhuǎn)軸4外圓周上，從葉片正立面圖看，主骨I自根部至葉片長度1/2處為直形，從1/2處至末端與分骨6相連是逐漸變彎的，而且，彎曲半徑逐漸變小，從葉片的側(cè)面圖看，主骨I從根部至葉片末端為逐漸變彎的(迎風(fēng)變彎)，主骨I的空心圓柱體從根部至末端是逐漸變細(xì)的，壁厚逐漸變薄，主骨I和分骨6均為玻璃鋼和碳素纖維的復(fù)合材料制作而成，圓筒式的構(gòu)造特點(diǎn)使它具備剛?cè)峒骖櫟奶攸c(diǎn)，當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，在細(xì)骨2和分骨6的帶動(dòng)下，主骨I會(huì)扭動(dòng)；當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主骨I在細(xì)骨2和分骨6的向心力的作用下會(huì)向前彎動(dòng)，產(chǎn)生向心力矩，并將向心力矩傳至轉(zhuǎn)軸4。兩圖所述的分骨6自主骨I末端至一側(cè)設(shè)置多根(圖中只畫出三根)，自主骨I末端至一側(cè)設(shè)置的分骨6間距逐漸變大，分骨6直徑逐漸變粗，分骨6長度逐漸變長；分骨6為空心圓柱形結(jié)構(gòu)，末端為實(shí)心針狀尖端，根部與主骨I相連，從兩圖看，分骨6自根部至末端是逐漸變彎的，彎曲半徑逐漸變小，分骨6空心圓柱形的直徑從根部到末端逐漸變細(xì)，壁厚逐漸變?。划?dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，分骨6與細(xì)骨2形成的翅面5在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上成流線型，翅面5多了，增加了葉片末端的接風(fēng)的面積，但在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上阻力卻很小；當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，分骨6在細(xì)骨2帶動(dòng)下會(huì)扭動(dòng)，分骨6和細(xì)骨2形成的翅面5會(huì)傾斜，形成傾斜的弧形翅面，根據(jù)“漏斗加速效應(yīng)”理論，傾斜弧形的翅面5對風(fēng)有集中加速的作用，從而加大了風(fēng)對葉片的壓力，提高了葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的力量。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，分骨6在細(xì)骨2和自身向心力的作用下會(huì)向前彎動(dòng)，形成向心力彎矩，并通過主骨I將向心力矩傳至轉(zhuǎn)軸4，大大的增加了葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的力量。從兩圖中看出，細(xì)骨2與主骨1、分骨6成某一傾角平行排列固定安裝在主骨I和分骨6上，細(xì)骨2與主骨I在主骨I根部傾角約為60度，細(xì)骨2的寬度隨主骨I和分骨6直徑的變小而變小。在葉片根部的凸起7是兩個(gè)弧形翅面5相交形成的，凸起7處的細(xì)骨2是葉片所有細(xì)骨2中最長、最厚的，從凸起7處開始沿著主骨I上下排列的細(xì)骨2弧形逐漸縮短；當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，凸起7就像一道山梁將風(fēng)分成兩股，將風(fēng)從凸起7上下兩個(gè)傾斜弧形的翅面5吹過，再一次利用“漏斗加速效應(yīng)”將風(fēng)集中加速，增加風(fēng)對葉片的壓力，提高葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的力量。參照附圖3飛附圖3、4和5是葉片不同位置的斷面圖，從以上三個(gè)圖看出，主骨 I和分骨6是圓筒形的，細(xì)骨2為空心的楔形結(jié)構(gòu)，斷面圖呈魚的俯視圖形，細(xì)骨2與主骨I和分骨6 —樣采用玻璃鋼碳素纖維的復(fù)合材料制成；幾個(gè)翅面5疊加就如同鳥兒排列的羽毛形成的翅膀，呈流線型組合，它們增加了葉片末端的接風(fēng)面積，卻幾乎不會(huì)增加前進(jìn)的阻力；同一列安裝的細(xì)骨2的厚度隨主骨I和分骨6外徑的減小而逐漸減小，且每根細(xì)骨2的厚度均是從與主骨I和分骨6固定處開始到細(xì)骨2端部逐漸減小，壁厚也逐漸變薄，最后為實(shí)心刀尖，每片細(xì)骨2的長度、體積、受力都不大(這是與其他整體剛性葉片相比)，所以，它的壁厚很薄，質(zhì)量很輕，因?yàn)榧?xì)骨2是該葉片用材料最多的部分，所以整個(gè)葉片的質(zhì)量較其他直的剛性的葉片輕很多，材料重量分布更合理。每片細(xì)骨2的寬度與其相應(yīng)安裝位置的主骨I和分骨6的外徑相同；細(xì)骨2斷面呈魚的俯視圖形，這是由接風(fēng)效果好、轉(zhuǎn)動(dòng)阻力小等因素決定的。參照附圖6和7 :附圖6是葉片局部的一個(gè)大樣圖，圖7是大樣圖中的一個(gè)斷面圖，從以上兩圖中可以更清楚的看出主骨I和細(xì)骨2的關(guān)系，細(xì)骨2之間有一道很細(xì)的縫隙，縫隙的上下有彈性的皮膜3相連，當(dāng)主骨I和分骨6扭動(dòng)彎動(dòng)時(shí)，縫隙會(huì)變寬，皮膜3被拉伸，葉片接風(fēng)的面積增大，這也增加了葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的力量；因?yàn)橹鞴荌和分骨6是最合理的圓筒結(jié)構(gòu)，所以在扭動(dòng)彎動(dòng)時(shí)不會(huì)被破壞，這樣從而延長了葉片的使用壽命；如圖6中所示，Q點(diǎn)是葉片中其中一塊細(xì)骨2的質(zhì)量重心點(diǎn)，F(xiàn)是當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)該細(xì)骨2產(chǎn)生的向心力，m是該細(xì)骨2的質(zhì)量，ω是轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，R是該細(xì)骨2重心點(diǎn)Q至轉(zhuǎn)軸4中心點(diǎn)K的距離，Ln是Q點(diǎn)至主骨I的距離，M是該葉片產(chǎn)生的力矩，由公式F=m GJ2R和M=Hico2RLn中推理得知，細(xì)骨2離K點(diǎn)轉(zhuǎn)軸4越遠(yuǎn)，R值越大，主骨I和分骨6的彎曲程度也越大，Ln越大，所以，在相同質(zhì)量m下，M=m Co2RLn會(huì)加速變大，細(xì)骨2產(chǎn)生的向心力彎矩傳給固定它的分骨6，分骨6會(huì)向前彎動(dòng)，同時(shí)分骨6又會(huì)將細(xì)骨2產(chǎn)生的力矩和自己產(chǎn)生的向心力矩再傳給主骨1，同時(shí)，主骨I在細(xì)骨2和分骨6傳來的向心力矩的作用下會(huì)向前彎動(dòng)，同時(shí)將所有的細(xì)骨2和分骨6傳給它的向心力矩再傳給轉(zhuǎn)軸4，把這種向心力矩傳遞的現(xiàn)象叫做“末端加速效應(yīng)”，這些向心力矩相加會(huì)大大增加葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的力量。工作過程如下本發(fā)明在工作時(shí)，由三個(gè)或多個(gè)葉片組成，葉片間的角度必須都是相等的，每個(gè)葉片都固定安裝在轉(zhuǎn)軸4的外周圈上，當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，葉片會(huì)扭動(dòng)，且自根部至外端扭動(dòng)的幅度逐漸變大，當(dāng)風(fēng)力逐漸增強(qiáng)達(dá)到一定級別時(shí)，葉片末端弧面的尖端扭轉(zhuǎn)的幅度較大，但是，由于葉片末端逐漸變尖，迎風(fēng)面積越來越小，分骨6彎度逐漸變大，所以，葉片末端弧形翅面5迎風(fēng)面為流線型，造成的空氣阻力很小，但是，大的扭轉(zhuǎn)角度使葉片末端風(fēng)能轉(zhuǎn)化率提高。同時(shí)，傾斜弧形的翅面5會(huì)將風(fēng)集中加速，增加風(fēng)對葉片的作用力，也就是說會(huì)產(chǎn)生“漏斗加速效應(yīng)”;轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片所有的細(xì)骨2和分骨6會(huì)產(chǎn)生向心力矩，這些向心力矩會(huì)隨葉片轉(zhuǎn)動(dòng)速度的增加而加速增加，而從葉片根部至末端細(xì)骨2和分骨6產(chǎn)生的向心力矩又是加速增加的，這時(shí)分骨6和主骨I會(huì)向前彎動(dòng)(主骨I和分骨6彎曲弧度變大)，主骨I同時(shí)將所有的向心彎矩傳至轉(zhuǎn)軸4，這就是仿生學(xué)《擺動(dòng)動(dòng)力理論》中的“末端加速效應(yīng)”;以上這兩種“效應(yīng)”大大增加了葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力；之所以能產(chǎn)生這兩種“效應(yīng)”，主要因?yàn)橹鞴荌和分骨6的形狀以及主骨1、分骨6和細(xì)骨2連接的方式?jīng)Q定的。當(dāng)主骨I和分骨6扭動(dòng)彎動(dòng)時(shí)，細(xì)骨2間的縫隙會(huì)變大，皮膜3被拉伸，葉片不會(huì)被撕裂，反而增加了風(fēng)的接觸面積，增加了風(fēng)的利用率。當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，凸起7就像一道山梁將風(fēng)分成兩股，風(fēng)在兩個(gè)傾斜弧形的翅面5上刮過，將風(fēng)集中加速，同樣會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)“加速效應(yīng)”，增加葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的力量。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于包括主骨(I)、分骨(6)、細(xì)骨(2)、皮膜(3)和轉(zhuǎn)軸(4);在主骨(I)外端部及一側(cè)設(shè)置多根分骨(6);細(xì)骨(2)傾斜平行排列固定安裝在主骨(I)和分骨(6)上，兩細(xì)骨(2)之間的縫隙上下有彈性的皮膜(3)相連，形成多個(gè)向主骨(I)和分骨(6) —側(cè)傾斜的弧面，由主骨(I)、分骨(6)和細(xì)骨(2)形成的弧面,就是翅面(5);在葉片根部有兩個(gè)弧形翅面(5)相交形成的凸起(7)，凸起(7)處的細(xì)骨(2)的長度和厚度最大，以凸起(7)為起點(diǎn)，沿主骨(I)向上下排列安裝的細(xì)骨(2)的長度均呈遞減狀設(shè)置，形成弧面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于所述的主骨(I)設(shè)置一根，為空心的圓柱形結(jié)構(gòu)，主骨(I)內(nèi)端固定安裝在轉(zhuǎn)軸(4)外圓周上，主骨(I)正面自根部至葉片長度1/2處為直形，從1/2處至末端與分骨(6)相連逐漸彎曲，且彎曲半徑逐漸變小；主骨(I)側(cè)面從根部至葉片末端為逐漸變彎的，主骨(I)從根部至末端是逐漸變細(xì)的，壁厚逐漸變薄，當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，在細(xì)骨(2)和分骨(6)的帶動(dòng)下，主骨(I)發(fā)生扭動(dòng)，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主骨(I)在細(xì)骨(2 )和分骨(6 )的向心力的作用下向前彎動(dòng)，產(chǎn)生向心力矩，并將向心力矩傳至轉(zhuǎn)軸(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于所述的分骨(6)為空心圓柱形結(jié)構(gòu)，末端為實(shí)心針狀尖端，根部與主骨(I)相連，分骨(6)正面自根部至末端是逐漸變彎的，彎曲半徑逐漸變小，分骨(6)空心圓柱形的直徑從根部到末端逐漸變細(xì)，壁厚逐漸變薄；分骨(6)自主骨(I)末端向一側(cè)設(shè)置多根，自主骨(I)末端至一側(cè)設(shè)置的分骨(6 )間距逐漸變大，分骨(6 )直徑逐漸變粗，分骨(6 )長度逐漸變長；當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，分骨(6 )在細(xì)骨(2)帶動(dòng)下發(fā)生扭動(dòng)，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，分骨(6)與細(xì)骨(2)形成的翅面(5)在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上成流線型，分骨(6)在細(xì)骨(2)和自身向心力的作用下向前彎動(dòng)，形成向心力彎矩，并通過主骨(I)將向心力矩傳至轉(zhuǎn)軸(4 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于所述的細(xì)骨(2)為空心的楔形結(jié)構(gòu)，細(xì)骨(2)傾斜平行固定安裝在主骨(I)和分骨(6)—側(cè)，同一列安裝的細(xì)骨(2)的厚度隨主骨(I)和分骨(6)外徑的減小而減小,細(xì)骨(2)寬度隨厚度的減少而減少；細(xì)骨(2)從固定端至尖端厚度越來越小，末端形成實(shí)心刀狀尖端，細(xì)骨(2)的壁厚自固定端至尖端也越來越薄，兩細(xì)骨(2)之間有一道很窄的縫隙，縫隙的上下有一層彈性的皮膜(3)相連，當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，兩細(xì)骨(2)間的縫隙變大，葉片面積增加；當(dāng)風(fēng)吹葉片時(shí)，翅面(5)會(huì)傾斜，形成可將風(fēng)集中加速的漏斗狀傾斜設(shè)置的弧形面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于所述的兩細(xì)骨(2)間的縫隙上下兩側(cè)表面貼覆一層皮膜(3)，皮膜(3)為高彈性的，隨著兩細(xì)骨(2)間的縫隙變大而被拉伸，增大葉片接風(fēng)的面積；通過皮膜(3)將平行排列的細(xì)骨(2)聯(lián)接為一體，在每相鄰的兩細(xì)骨(2)之間通過皮膜(3)形成彈性聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于在葉片根部的凸起(7)由兩個(gè)傾斜弧形的翅面相交形成。
全文摘要
水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)上用的葉片。包括主骨(1)、分骨(6)、細(xì)骨(2)、皮膜(3)和轉(zhuǎn)軸(4)；在主骨(1)外端部及一側(cè)設(shè)置多根分骨(6)；細(xì)骨(2)傾斜平行排列固定安裝在主骨(1)和分骨(6)上，兩細(xì)骨(2)之間的縫隙上下有彈性的皮膜(3)相連，形成多個(gè)向主骨(1)和分骨(6)一側(cè)傾斜的弧面，由主骨(1)、分骨(6)和細(xì)骨(2)形成的弧面，就是翅面(5)；在葉片根部有兩個(gè)弧形翅面相交形成的凸起(7)，以凸起(7)為起點(diǎn)，沿主骨(1)向上下排列安裝的細(xì)骨(2)的長度均呈遞減狀設(shè)置。本發(fā)明具有轉(zhuǎn)動(dòng)效率高、風(fēng)阻小、傳力效果好、不易損壞、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號F03D1/06GK103016262SQ20131000462
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者李志海 申請人:李志海