軌道控制式垂直軸輪的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種軌道控制式垂直軸輪機。包括動輪盤、傳動軸、垂直翼，垂直翼通過軸承安裝在動輪盤上，傳動軸與動輪盤通過傳動機構相連，還包括兩圈導軌且兩圈導軌之間存在兩個交叉點，垂直翼上相連叉形導引桿，所述叉形導引桿包括與垂直翼相連的翼型轉(zhuǎn)軸、連接于翼型轉(zhuǎn)軸上的平行導引桿和垂直導引桿，平行導引桿和垂直導引桿的端部嵌入導軌中能夠沿導軌平穩(wěn)滑動。本發(fā)明通過布置固定的導軌或者導軌輪盤，引導翼型的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)最優(yōu)化運動，可以提高推進器的推進效率，提高風機或者水輪機的能量采集效率。
【專利說明】軌道控制式垂直軸輪機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種垂直軸輪機葉片的控制結(jié)構。
【背景技術】
[0002]垂直軸輪機可根據(jù)應用需要設計為推進器、風力發(fā)電機與水輪機等換能機械裝置。垂直軸輪機的葉片的運動優(yōu)化是實現(xiàn)高能效的核心技術。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種高能效、受來流方向影響較小的軌道控制式垂直軸輪機。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0005]包括動輪盤、傳動軸、垂直翼,垂直翼通過軸承安裝在動輪盤上,傳動軸與動輪盤通過傳動機構相連，還包括兩圈導軌且兩圈導軌之間存在兩個交叉點，垂直翼上相連叉形導引桿，所述叉形導引桿包括與垂直翼相連的翼型轉(zhuǎn)軸、連接于翼型轉(zhuǎn)軸上的平行導引桿和垂直導引桿，平行導引桿和垂直導引桿的端部嵌入導軌中能夠沿導軌平穩(wěn)滑動。
[0006]本發(fā)明還可以包括:
[0007]1、平行導引桿和垂直導引桿的端部裝有軸承。
[0008]2、還包括導軌輪盤，兩圈導軌固定在導軌輪盤上。
[0009]3、所述傳動機構為兩個分別固定在傳動軸與動輪盤上的相互嚙合的錐齒輪。
[0010]4,3-5個垂直翼均勻分布于動輪盤的圓周上。
[0011]本發(fā)明為軌道控制式垂直軸輪機，通過引入一種經(jīng)過軌跡優(yōu)化的導軌輪盤或者單純的軌道結(jié)構，配合叉形連接結(jié)構引導垂直翼(葉片)的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)優(yōu)化的推進或發(fā)電的目的。
[0012]I)導軌結(jié)構固定在導軌輪盤上，用于引導垂直翼的轉(zhuǎn)動。垂直翼隨動輪盤旋轉(zhuǎn)(類比于公轉(zhuǎn))，由與其相連的叉形導引結(jié)構引導，順著導軌輪盤上的軌道運動，可控制垂直翼自身的轉(zhuǎn)動(類比于自轉(zhuǎn))。
[0013]2)叉形連接結(jié)構，可以是垂直兩叉結(jié)構，也可以三叉或四叉形結(jié)構。這里以垂直兩叉形結(jié)構為例說明。結(jié)合圖2a_圖2b，垂直叉形結(jié)構包括平行導引桿(與葉片弦長方向垂直)和垂直導引桿(垂直于弦長方向)。圖3給出了能量采集模式下垂直翼在垂直叉形結(jié)構(垂直/平行導引桿)引導下工作的示意圖，動輪盤為順時針旋轉(zhuǎn)。以圖3動輪盤中心處的坐標為參考，令垂直翼通過圖示左端位置時t=0,垂直翼與X軸正向的夾角為Θ (t),可以通過軌道對垂直翼的轉(zhuǎn)動運動進行控制。例如可采用正弦形式的轉(zhuǎn)動運動Θ (t)=9 Osinwt,Θ O為夾角幅值，ω為輪盤轉(zhuǎn)動角速度，t為時間。通過設置好的軌道分時段、分區(qū)間方法對垂直翼進行引導。如圖3所示，在ABXD段葉片的自轉(zhuǎn)由垂直軌道f主導，BC、DA段葉片的自轉(zhuǎn)由平行軌道g主導，僅僅在AB、BC、⑶、DA的順延交界區(qū)域采用雙軌道導引，控制來流與葉片的夾角。圖4b為圖4a給出了(雙軌)軌道輪盤的示意圖，實線部分為設置的軌道，虛線部分為未參與實際導引的導引桿軌跡。
[0014]此發(fā)明作為風力發(fā)電機時，一般采用葉片朝上的布置方案，需要將圖1倒置來看，葉片在上，輪盤在下。考慮結(jié)構物的大型化，可以用支架結(jié)構代替旋轉(zhuǎn)輪盤，軌道輪盤可簡化為軌道支架。此發(fā)明作為陸基風力發(fā)電風機，其裝置結(jié)構便于安裝與維護，便于發(fā)電機的總體布局，且當風向發(fā)生小范圍變化時，發(fā)電效率受影響較小。作為水電站的水輪機裝置，其可以很方便的安裝在水道的側(cè)壁上，方便安裝維護。作為推進器的設計方案時，如果將動輪盤結(jié)構設計為可轉(zhuǎn)動結(jié)構，可調(diào)節(jié)推進力的方向，可替代舵機的功能。
[0015]本發(fā)明通過布置固定的導軌或者導軌輪盤，引導翼型的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)最優(yōu)化運動，可以提高推進器的推進效率，提高風機或者水輪機的能量采集效率。
[0016]如果設計為推進器，通過導軌輪盤自身的旋轉(zhuǎn)可以起到調(diào)整推進力方向的作用，進而替代舵機，完成推進與操縱作業(yè)。在風能與潮流能開發(fā)利用方面，基于導軌控制的風機或者水輪機可是適應來流在一定范圍內(nèi)的變化，減小來流方向變化對能量采集效率的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為軌道控制式垂直軸輪機總體示意圖。
[0018]圖2a為叉形連接結(jié)構示意圖。
[0019]圖2b為圖2a的俯視圖。
[0020]圖3為能量采集運動模式及對應叉形連接構件位置示意圖。
[0021]圖4a為導軌輪盤軌道示意圖。
[0022]圖4b為圖4a的剖視圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細的描述:
[0024]如圖1所示，軌道(輪盤)控制式垂直軸輪機裝置包括垂直翼(葉片)1、導軌輪盤
2、動輪盤3、錐齒輪4、傳動軸5、導軌6、叉形導引桿(垂直/平行導引桿)7。
[0025]結(jié)合圖2a-圖2b，叉形導引桿包括與垂直翼相連的翼型轉(zhuǎn)軸10、連接于翼型轉(zhuǎn)軸上的平行導引桿8和垂直導引桿9。
[0026]傳動軸5通過錐齒輪4與動輪盤3連接。葉片I通過軸承固定在動輪盤3上，可繞自身轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。與葉片I相連的的垂直/平行叉形導引桿7嵌入導軌6內(nèi)，導引桿端部裝有軸承，能夠沿導軌6平穩(wěn)滑動。導軌6固定安裝在導軌輪盤2上。
[0027]輪機整體可根據(jù)需要安排3-5個葉片，實現(xiàn)輪機的平穩(wěn)運行。
[0028]當裝置作為發(fā)電裝置使用時，工作過程如下:
[0029]如圖1、3、4所示，葉片I的運行軌跡由導軌6所確定。當流體流動時，葉片I受到的水動力推動輪盤轉(zhuǎn)動，同時，葉片I上的垂直/平行叉形導引桿7沿軌道6(即圖3軌道f、軌道g)平穩(wěn)滑動，其中A、B、C、D為主控軌道交替區(qū)域，AB、⑶段由垂直軌道f主導，BC、DA段由平行軌道g主導。以此控制葉片與來流攻角Θ，使流體不斷推動裝置轉(zhuǎn)動。動輪盤3通過錐齒輪4將能量傳遞給傳動軸5，帶動發(fā)電機發(fā)電。
[0030]當裝置作為推進裝置使用時，工作過程如下:[0031]如圖1、3、4所示，發(fā)動機連接于傳動軸5，通過錐齒輪4帶動動輪盤3轉(zhuǎn)動，葉片I隨之繞動輪盤中心轉(zhuǎn)動，同時葉片I上的垂直和平行軌道導引桿7沿軌道[6]平穩(wěn)滑動，ABXD段由垂直軌道Gl主導，BC、DA段由平行軌道G2主導。葉片與水作用，不斷產(chǎn)生推力，達到推進目的。
【權利要求】
1.一種軌道控制式垂直軸輪機，包括動輪盤、傳動軸、垂直翼，垂直翼通過軸承安裝在動輪盤上，傳動軸與動輪盤通過傳動機構相連，其特征是:還包括兩圈導軌且兩圈導軌之間存在兩個交叉點，垂直翼上相連叉形導引桿，所述叉形導引桿包括與垂直翼相連的翼型轉(zhuǎn)軸、連接于翼型轉(zhuǎn)軸上的平行導引桿和垂直導引桿，平行導引桿和垂直導引桿的端部嵌入導軌中能夠沿導軌平穩(wěn)滑動。
2.根據(jù)權利要求1所述的軌道控制式垂直軸輪機，其特征是:平行導引桿和垂直導引桿的端部裝有軸承。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的軌道控制式垂直軸輪機，其特征是:還包括導軌輪盤，兩圈導軌固定在導軌輪盤上。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的軌道控制式垂直軸輪機，其特征是:所述傳動機構為兩個分別固定在傳動軸與動輪盤上的相互嚙合的錐齒輪。
5.根據(jù)權利要求3所述的軌道控制式垂直軸輪機，其特征是:所述傳動機構為兩個分別固定在傳動軸與動輪盤上的相互嚙合的錐齒輪。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的軌道控制式垂直軸輪機，其特征是:3-5個垂直翼均勻分布于動輪盤的圓周上。
7.根據(jù)權利要求3所述的軌道控制式垂直軸輪機，其特征是:3-5個垂直翼均勻分布于動輪盤的圓周上。
8.根據(jù)權利要求4所述的軌道控制式垂直軸輪機，其特征是:3-5個垂直翼均勻分布于動輪盤的圓周上。
9.根據(jù)權利要求5所述的 軌道控制式垂直軸輪機，其特征是:3-5個垂直翼均勻分布于動輪盤的圓周上。
【文檔編號】F03D7/06GK103899486SQ201410136099
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權日:2014年4月4日
【發(fā)明者】許國冬, 徐文華, 段文洋, 王超, 楊衡 申請人:哈爾濱工程大學