一種可調(diào)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種可調(diào)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)。包括主軸和葉片，還包括剪叉式機(jī)構(gòu)、滑軌、繩輪、伺服收放電機(jī)和繩索，伺服收放電機(jī)同軸安裝在主軸頂部，剪叉式機(jī)構(gòu)安裝在主軸上，繩輪與伺服收放電機(jī)的輸出軸固連，兩根繩索的一端分別固定在繩輪上，兩根繩索的繞線方向相同，繩索的另一端與葉片轉(zhuǎn)軸固連，葉片一端或中部與剪叉式機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心固結(jié)，葉片另一端與滑軌配合，葉片可以沿滑軌移動(dòng)但是不可以繞自身轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明采用葉片定槳距安裝，根據(jù)風(fēng)速大小控制風(fēng)輪半徑大小，從而實(shí)現(xiàn)垂直軸風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速下的氣動(dòng)性能提高。同時(shí)改善了垂直軸風(fēng)力機(jī)在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下的力學(xué)特性，甚至可以避免剎車和停車狀態(tài)，大大提高了風(fēng)力機(jī)的工作范圍。
【專利說明】一種可調(diào)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種垂直軸風(fēng)力機(jī)，特別是一種可以根據(jù)風(fēng)速大小自動(dòng)調(diào)節(jié)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油等化石燃料的日益匱乏以及環(huán)境污染的嚴(yán)重，開發(fā)清潔可再生的能源成為各國(guó)學(xué)者研究的重點(diǎn)，而垂直軸風(fēng)力發(fā)電已成為備受關(guān)注的熱門技術(shù)。啟動(dòng)能力、工作范圍以及風(fēng)能利用率通常作為考察垂直軸風(fēng)力機(jī)性能的關(guān)鍵。目前組合風(fēng)輪技術(shù)是一種改善風(fēng)力機(jī)整體性能的常見方法之一。組合風(fēng)輪同時(shí)采用阻力型和升力型葉片，整合阻力型葉片低風(fēng)起動(dòng)性能好以及升力型葉片工作范圍大的優(yōu)勢(shì)來改善垂直軸風(fēng)力機(jī)的整體性能。但是阻力型葉片在高尖速比時(shí)的氣動(dòng)特性差的問題極大的影響了升力型葉片的氣動(dòng)性能。另外一種方法就是采用變槳距控制技術(shù)提高風(fēng)力機(jī)的性能，通過主動(dòng)或者被動(dòng)控制葉片的攻角以改善風(fēng)力機(jī)的整體性能，但是該技術(shù)無論采用機(jī)械變槳距還是伺服變槳距控制，都會(huì)極大地增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，而且由于垂直軸風(fēng)力機(jī)流場(chǎng)的復(fù)雜性，目前還沒有普遍應(yīng)用的變槳距控制規(guī)律。所以通過其他手段改善風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能有著重要的意義。
[0003]大量研究表明:大實(shí)度垂直軸風(fēng)力機(jī)適宜低尖速比工作環(huán)境，主要用于提水、灌溉等；而小實(shí)度垂直軸風(fēng)力機(jī)更適宜工作高尖速比范圍，多用來風(fēng)力發(fā)電。可見改變實(shí)度參數(shù)對(duì)于提高垂直軸風(fēng)力機(jī)的整體性能起著關(guān)鍵作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高垂直軸風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速下的氣動(dòng)性能，改善垂直軸風(fēng)力機(jī)在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下的力學(xué)特性，提高風(fēng)力機(jī)的工作范圍的可調(diào)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]包括主軸和葉片，還包括剪叉式機(jī)構(gòu)、滑軌、繩輪、伺服收放電機(jī)和繩索，伺服收放電機(jī)同軸安裝在主軸頂部，剪叉式機(jī)構(gòu)安裝在主軸上，繩輪與伺服收放電機(jī)的輸出軸固連，兩根繩索的一端分別固定在繩輪上，兩根繩索的繞線方向相同，繩索的另一端與葉片轉(zhuǎn)軸固連，葉片一端或中部與剪叉式機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心固結(jié)，葉片另一端與滑軌配合，葉片可以沿滑軌移動(dòng)但是不可以繞自身轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007]本發(fā)明還可以包括這樣一些特征:
[0008]1、所述滑軌為伸縮式滑軌。
[0009]2、在剪叉式機(jī)構(gòu)增設(shè)有構(gòu)成多組四邊形機(jī)構(gòu)的桿件。
[0010]3、每個(gè)剪叉式機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心安裝兩個(gè)軸承，所述軸承的外圈分別與構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩個(gè)桿配合，軸承的內(nèi)圈與葉片軸配合。
[0011]本發(fā)明的可調(diào)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)、塔架組成風(fēng)力發(fā)電裝置。發(fā)電機(jī)安裝在塔架頂部，主軸與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子固結(jié)，并可以繞塔架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，剪叉式機(jī)構(gòu)安裝在主軸頂部，并可以繞主軸旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012]其工作原理如下:當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)，伺服收放電機(jī)收緊繩索，在繩索的拉動(dòng)下，葉片沿滑軌向風(fēng)輪內(nèi)部移動(dòng)，風(fēng)輪半徑變小，從而實(shí)度參數(shù)變大，風(fēng)力機(jī)可以工作在較為合適的尖速比。隨著風(fēng)速的增大，在離心力的作用下，伺服收放電機(jī)開始釋放繩索，風(fēng)輪半徑逐漸變大，對(duì)應(yīng)于某一風(fēng)速，風(fēng)力機(jī)有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的風(fēng)輪半徑。在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下，伺服收放電機(jī)開始收縮繩索，迎風(fēng)面積減小，避免了剎車、停車等狀態(tài)。
[0013]本發(fā)明提出的可調(diào)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)，采用葉片定槳距安裝，根據(jù)風(fēng)速大小控制風(fēng)輪半徑大小(迎風(fēng)面積)，從而實(shí)現(xiàn)垂直軸風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速下的氣動(dòng)性能提高。同時(shí)改善了垂直軸風(fēng)力機(jī)在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下的力學(xué)特性，甚至可以避免剎車和停車狀態(tài)，大大提高了風(fēng)力機(jī)的工作范圍。
[0014]針對(duì)已有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種通過改變風(fēng)輪半徑的方式以改變迎風(fēng)面積(風(fēng)輪實(shí)度)，采用剪叉式機(jī)構(gòu)和一臺(tái)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪半徑大小的智能控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速的匹配(達(dá)到最大發(fā)電效率)，從而改善垂直軸風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)性能和擴(kuò)展工作區(qū)間。此外，垂直軸風(fēng)力機(jī)在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下無需限速剎車，只要改變迎風(fēng)面積即可。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的可調(diào)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)三維效果圖。
[0016]圖2是伺服收放電機(jī)以及收放系統(tǒng)安裝示意圖。
[0017]圖3是剪叉式機(jī)構(gòu)俯視圖。
[0018]圖4是剪叉式機(jī)構(gòu)的變型。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0020]結(jié)合圖1和圖2，發(fā)電機(jī)9通過螺栓固結(jié)在塔架10的頂部，主軸I與發(fā)電機(jī)9的轉(zhuǎn)子固結(jié)；主桿件6-1和主桿件6-2關(guān)于主軸I中心構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副,主桿件6-1和主桿件6-2分別與軸承11和軸承12的外圈配合，軸承11和軸承12的內(nèi)圈都與主軸I配合；軸承11和軸承12之間安裝套筒18，軸承12的外圈通過電機(jī)罩16定位，電機(jī)罩16與主軸I通過螺紋連接。伺服收放電機(jī)13通過法蘭安裝在主軸I頂部，繩輪14與伺服收放電機(jī)13的輸出軸固結(jié)；繩索15和繩索17的一端分別固結(jié)于繩輪上，而且繩索15和繩索17按照相同方向纏繞。
[0021]結(jié)合圖3和圖4，滑軌2和滑軌3配合，滑軌3可以沿滑軌2移動(dòng)；內(nèi)層葉片19的一端安裝在桿件5-1和5-2構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副上，內(nèi)層葉片19的下端與滑軌2配合，內(nèi)層葉片19可以沿滑軌2移動(dòng)，但是不可以繞自身葉片軸轉(zhuǎn)動(dòng)；外層葉片20的一端固結(jié)在桿件4-1和4-2構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副上，外層葉片20的下端與滑軌3配合，外層葉片20可以沿滑軌3移動(dòng)，但是不可以繞自身葉片軸轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)層葉片19和外層葉片20的弦線分別與滑軌移動(dòng)方向垂直。主桿件6-1、主桿件6-2、桿件5-1、桿件5-2等組成的剪叉式機(jī)構(gòu)中可以增加桿件構(gòu)成多組四邊形機(jī)構(gòu)，在連桿構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副21、22、23、24等處都可以安裝葉片，從而實(shí)現(xiàn)多層風(fēng)輪機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步改變風(fēng)輪的實(shí)度。
[0022]本實(shí)施方式中:與葉片一端配合的滑軌分段安裝，做成伸縮式滑軌。剪叉式機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心安裝葉片，同時(shí)在剪叉式機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上添加四邊形機(jī)構(gòu)(如圖4)，可以增加葉片數(shù)量，進(jìn)一步改變風(fēng)力機(jī)的實(shí)度。每個(gè)剪叉式機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心安裝兩個(gè)軸承，外圈分別與構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩個(gè)桿配合，內(nèi)圈與葉片軸配合，可以降低機(jī)械摩擦損耗。
【權(quán)利要求】
1.一種可調(diào)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)，包括主軸和葉片，其特征是:還包括剪叉式機(jī)構(gòu)、滑軌、繩輪、伺服收放電機(jī)和繩索，伺服收放電機(jī)同軸安裝在主軸頂部，剪叉式機(jī)構(gòu)安裝在主軸上，繩輪與伺服收放電機(jī)的輸出軸固連，兩根繩索的一端分別固定在繩輪上，兩根繩索的繞線方向相同，繩索的另一端與葉片轉(zhuǎn)軸固連，葉片一端或中部與剪叉式機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心固結(jié)，葉片另一端與滑軌配合，葉片可以沿滑軌移動(dòng)但是不可以繞自身轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征是:所述滑軌為伸縮式滑軌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征是:在剪叉式機(jī)構(gòu)增設(shè)有構(gòu)成多組四邊形機(jī)構(gòu)的桿件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征是:每個(gè)剪叉式機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心安裝兩個(gè)軸承，所述軸承的外圈分別與構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩個(gè)桿配合，軸承的內(nèi)圈與葉片軸配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可調(diào)迎風(fēng)面積的垂直軸風(fēng)力機(jī)，其特征是:每個(gè)剪叉式機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心安裝兩個(gè)軸承，所述軸承的外圈分別與構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩個(gè)桿配合，軸承的內(nèi)圈與葉片軸配合。
【文檔編號(hào)】F03D11/00GK103790774SQ201410055338
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】張立勛, 梁迎彬, 夏慧, 薛睿, 劉賽, 焦啟飛 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)