螺旋渦風(fēng)葉及螺旋渦風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，特別是一種發(fā)電效率高的螺旋渦風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及該螺旋渦風(fēng)力發(fā)電機(jī)的螺旋渦風(fēng)葉。
【背景技術(shù)】
[0002]預(yù)計(jì)到2020年，世界風(fēng)力發(fā)電能力占總電力將可能達(dá)到12%。我國(guó)有較長(zhǎng)的海岸線與廣袤的沿海地區(qū)、風(fēng)力資源豐富地區(qū)，得天獨(dú)厚的地域風(fēng)能資源優(yōu)勢(shì)，我國(guó)風(fēng)能資源豐富，儲(chǔ)量為32億千瓦，可開(kāi)發(fā)的裝機(jī)容量為2.5億千瓦，居世界首位，但目前我國(guó)風(fēng)電所占比例遠(yuǎn)低于歐洲，風(fēng)力發(fā)電潛力巨大。
[0003]傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)是采用旋翼式風(fēng)葉，風(fēng)葉實(shí)度低于8%，適用于貝茲理論推導(dǎo)，貝茲理論是研究風(fēng)力發(fā)電學(xué)科中相關(guān)風(fēng)能利用效率最基本的理論，該理論是德國(guó)的物理學(xué)家Albert Betz于1926年提出的，該理論公開(kāi)了平面升阻旋翼式風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能理想利用系數(shù)極值為16/27(約為0.593)，因此，傳統(tǒng)的風(fēng)力機(jī)永遠(yuǎn)難以突破極限風(fēng)能利用系數(shù)0.593。在實(shí)踐中，用于風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)葉裝置的風(fēng)能利用效率Cp值均低于0.5，專利號(hào)為201120294088.4的水平軸漸開(kāi)線螺旋面葉片公開(kāi)的葉片，風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率Cp值為0.46?
0.48，該葉片用于風(fēng)力機(jī)后，風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率仍然比較低。因此，只有對(duì)貝茲理論進(jìn)行突破，另辟蹊徑，改變風(fēng)葉結(jié)構(gòu)，才能使風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率大幅度提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的第一個(gè)發(fā)明目的在于針對(duì)【背景技術(shù)】中所述的現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題，提供一種能夠解決前述問(wèn)題的螺旋渦風(fēng)葉。
[0005]具體方案如下:
[0006]—種螺旋渦風(fēng)葉，其包括若干片葉片，各個(gè)葉片的葉面均為自內(nèi)部向外部錐度逐漸增大的錐面，各個(gè)葉片的正視圖曲線均為螺旋漩渦狀，葉片為金屬、塑料或纖維復(fù)合材料制成的葉片，葉片呈圓周式陣列分布，葉片以其中心部與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸固定連接。
[0007]上述方案中，為了提高風(fēng)能利用率，增強(qiáng)抗風(fēng)強(qiáng)度，所述的葉片的邊沿設(shè)有導(dǎo)風(fēng)邊緣。
[0008]為了進(jìn)一步增強(qiáng)抗風(fēng)強(qiáng)度，所述的葉片的內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。
[0009]上述方案中，所述的葉片側(cè)視圖輪廓為棱形、三角形、圓錐狀、圓形、橢圓、或多邊形。風(fēng)葉的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方向與風(fēng)葉漩渦線的展式向外的延伸方向相反。側(cè)視圖輪廓為近似輪廓，葉片的輪廓形狀對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率具有直接影響，因此，為了進(jìn)一步提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率，可以通過(guò)改變?nèi)~片的側(cè)視輪廓形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0010]上述方案中，所述的風(fēng)葉包括1片葉片、兩片葉片、三片葉片或多片葉片。
[0011]本發(fā)明的第二個(gè)發(fā)明目的在于針對(duì)【背景技術(shù)】中所述的現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題，提供一種能夠解決前述問(wèn)題的螺旋渦風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
[0012]具體方案如下:
[0013]—種螺旋渦風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其包括風(fēng)葉、發(fā)電機(jī)艙、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸、調(diào)向舵板和固定件，風(fēng)葉包括若干片葉片，各個(gè)葉片的葉面均為自內(nèi)部向外部錐度逐漸增大的錐面，各個(gè)葉片的正視圖曲線均為螺旋漩渦狀，葉片為金屬、塑料或纖維復(fù)合材料制成的葉片，葉片呈圓周式陣列分布，葉片以其中心部與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸固定連接，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī)艙一側(cè)的動(dòng)力輸入端連接，所述的調(diào)向舵板固定在發(fā)電機(jī)艙上，調(diào)向舵板的板面沿著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的反方向設(shè)置，固定件與發(fā)電機(jī)艙連接。
[0014]上述方案中，所述的發(fā)電機(jī)艙是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能輸出的裝置，發(fā)電機(jī)艙為外轉(zhuǎn)子式或內(nèi)轉(zhuǎn)子式的發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)艙可直接或間接與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸相連。
[0015]上述方案中，所述的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞至發(fā)電機(jī)艙的轉(zhuǎn)子。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸可通過(guò)法蘭直連、齒輪傳遞、帶傳遞等機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)艙的轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，所述的發(fā)電機(jī)艙可以安裝在風(fēng)葉的前方、后方、上方、下方等各處。
[0016]上述方案中，所述的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸為直線度精度較高、圓跳動(dòng)小的棒材或管材，其材質(zhì)為金屬或復(fù)合材料。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸須具有足夠的剛度與疲勞強(qiáng)度，根據(jù)需要，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸也可是其它截面形狀的型材。
[0017]上述方案中，為了達(dá)到阻風(fēng)小，質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)向好，平衡性好，抗風(fēng)強(qiáng)的目的，所述的固定件為金屬材料或纖維復(fù)合材料制成的，固定件上設(shè)有風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸支架，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸支架的上端部設(shè)有連接帽，連接帽沿著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸向設(shè)置，連接帽套在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的端部并與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)配合。固定件以單點(diǎn)、兩點(diǎn)或多點(diǎn)固定風(fēng)葉，實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的可靠性，增加抗風(fēng)能力。通過(guò)設(shè)置風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸支架能夠在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的前端部對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸提供支撐，增強(qiáng)抗風(fēng)能力。
[0018]本發(fā)明的螺旋渦風(fēng)葉與傳統(tǒng)的旋翼式風(fēng)葉相比，改變了風(fēng)葉的形狀，本發(fā)明的螺旋渦風(fēng)葉是將阿基米德螺旋線經(jīng)三維變形成螺旋渦狀線，再將螺旋渦狀線與其中心軸線通過(guò)三維造型軟件掃描變成一實(shí)體曲面，便完成一個(gè)葉片的造型，同軸陣列分布若干個(gè)個(gè)實(shí)體曲面即可形成完整的風(fēng)葉，風(fēng)葉可以不斷地將風(fēng)螺旋卷入風(fēng)葉內(nèi)并壓縮推到風(fēng)葉的底部再釋放。風(fēng)葉不是旋翼式葉形，不適用于貝茲理論的推導(dǎo)，本發(fā)明的螺旋渦式風(fēng)葉可以將風(fēng)壓縮推進(jìn)卷入風(fēng)葉使風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出。本發(fā)明的風(fēng)葉實(shí)度為75%左右，風(fēng)葉重疊率高，風(fēng)葉內(nèi)部空間大，風(fēng)葉的軸向長(zhǎng)度尺寸大于風(fēng)葉的旋轉(zhuǎn)直徑，而且風(fēng)葉的螺旋渦風(fēng)葉對(duì)來(lái)流風(fēng)進(jìn)行壓縮推進(jìn)，以不影響后面的來(lái)流風(fēng)做功，從而獲得很高的風(fēng)能利用系數(shù)。在同樣的掃風(fēng)面積下可獲得更多的風(fēng)能，通過(guò)風(fēng)洞測(cè)試，風(fēng)葉的風(fēng)能利用效率Cp值可高達(dá)0.7以上，而且還具有進(jìn)一步提高的空間，風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率大幅度提升。本發(fā)明的螺旋渦風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種低轉(zhuǎn)速，低噪音，高效率的新型螺旋渦式風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，尤其適合民用發(fā)電儲(chǔ)能，真正為人們的生活帶來(lái)實(shí)惠。此發(fā)明產(chǎn)品以更小的體積，獲取更多的風(fēng)電輸出，推廣應(yīng)用于路燈、高層建筑、船舶、海島、山區(qū)、景區(qū)等民用領(lǐng)域，定會(huì)以高的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率推動(dòng)中小型風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生極高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的螺旋渦風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為的圖1中X向視圖；
[0021]圖3為圖2中A-A向剖視圖；
[0022]圖4為三角形輪廓的風(fēng)葉的示意圖；
[0023]圖5為橢圓形的風(fēng)葉的示意圖；
[0024]圖6為為具有風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸支架的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖中，〗為葉片，2為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸，3為發(fā)電機(jī)艙，4為調(diào)向舵板，5為固定件，6為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸支架，7為連接帽。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1至圖3所示的一種螺旋渦風(fēng)葉，其包括若干片葉片1，各個(gè)葉片1的葉面均為自內(nèi)部向外部錐度逐漸增大的錐面，各個(gè)葉片1的正視圖曲線均為螺旋漩渦狀，葉片1為金屬、塑料或纖維復(fù)合材料制成的葉片1，葉片1呈圓周式陣列分布，葉片1以其中心部與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸2固定連接。本發(fā)明的螺旋渦風(fēng)葉是將阿基米德螺旋線經(jīng)三維變形成螺旋渦狀線，再將螺旋渦狀線與其中心軸線通過(guò)三維造型軟件掃描變成一實(shí)體曲面，便完成一個(gè)葉片1的造型。葉片1是通過(guò)折彎成型或模具成型的有一定厚度的螺旋式殼體，也可是用板材直接彎曲支撐安裝成型的螺旋渦式殼體產(chǎn)品。風(fēng)葉采用高強(qiáng)度復(fù)合材料如高性能碳纖維、玄武巖纖維、無(wú)堿玻璃纖維復(fù)合材料等拉伸強(qiáng)度高的材料層壓而成，柔韌性好，抵抗大風(fēng)時(shí)能起到緩沖的作用，同時(shí)，風(fēng)葉的變形會(huì)增加風(fēng)葉的掃風(fēng)面積，捕捉到更多的風(fēng)能，提升輸出功率。
[0027]上述方案中，為了提高風(fēng)能利用率，增強(qiáng)抗風(fēng)強(qiáng)度，所述的葉片1的邊沿設(shè)有導(dǎo)風(fēng)邊緣。
[0028]為了進(jìn)一步增強(qiáng)抗風(fēng)強(qiáng)度，所