专利名称：鳞次组合叶片的制作方法
鳞次组合叶片技术领域鳞次组合叶片是风能开发领域中有效开发风能的风机叶片，主要用在 水平轴风车的叶片更新上。
背景技术：
鳞次组合叶片是为更新取代现有的水平轴独立单叶片而发明设计的 高效率组合叶片，相对于原有的单叶片是一种复合型叶片。在风能开发的技术领域中，从 传统到当今行业流行的水平轴一轴单级单叶片风车，所采收的风能都是其所占据的空间中 一维界面的风能，而丢失了所占空间中大量的风能没有采收，这种水平轴一轴单级单叶片 风车的采风方式是原始低端的采风方式，即“界面”采风方式。王文清改进发明的专利号为 ZL2008201110102的水平轴一轴多级风车，改变了传统的“界面”采风的技术局限，开拓了 轴向“空间采风”的技术结构。虽然水平轴一轴多级风车，从多级结构上解决了“空间采风” 的基本技术问题，但是没有从叶片的技术结构上解决“空间采风”的技术问题，“空间_界 面”采风的理论和技术仍然没有在风车整体技术结构上完全体现，还需要改进采风的叶片， 把“界面”采风的单叶片改进为“空间_界面”采风的鳞次组合叶片。鳞次组合叶片就是为 解决这些技术问题而发明设计的，它既可用在水平轴一轴单级风车上，更能用在水平轴一 轴多级风车上，安装在水平轴一轴多级风车上，能形成优美的螺旋状“空间_界面”的采风 技术结构。发明内容在风能开发的领域里，从传统以来到现在，在理论和技术上始终 局限在“界面”采风的理论概念和技术的层面上。在理论上，风能利用效率公式P = 1/2P* π *r2*v3，只是解释了一个迎风界面的风能转化和利用效率，不能说明某一特定相对 空间可提供和利用的风能。在技术上，以水平轴风车来说，传统的和现有的风车技术都是一 轴单级风车，叶片都是单独的单叶片平面安装，所采收的风能都是一维迎风界面的风能，缺 乏轴向伸展的空间采风技术。很显然，这样的采风理论和技术是有很大局限和缺失的，缺失 了空间采风的理论概念和技术措施。任何形式的能量都是存在和运动于一定的空间内。运 动是能量的一种属性，没有空间就不存在运动，也不存在能量。风能当然也是存在并运动于 一定的空间内，开发风能就是开发一定空间内的风能。要高效开发一定空间内的风能，必须 满足两个条件一是设定一定的风能开发空间，二是在所设定的空间内设置采收风能的界 面装置，如叶片、迎风板之类，就是说要满足“空间·界面”两个条件，这就是“空间·界面” 采风。本发明所提供的鳞次组合叶片，就是在“空间 界面”采风的理论指导下设计而成的。 在风能开发技术的历史上，仍以水平轴风车来说，一轴单级风车单叶片安装技术，是原始基 本的界面采风技术；一轴多级风车的出现，突破了界面采风的技术局限，开拓了 “空间·界 面”采风的新技术；鳞次组合叶片的技术创新，把单叶片的单纯界面采风提高到“空间·界 面”采风的技术成面上。鳞次组合叶片，如果安装在现有的一轴单级风车上，可以弥补单级 风车缺乏空间采风的不足，如果安装在一轴多级风车上，可使水平轴一轴多级风车的“空 间·界面”采风技术更加完善。鳞次组合叶片的技术方案是这样的鳞次组合叶片的一组叶片组合至少要2个以 上的单叶片组合安装而成。在一组组合叶片里，根据单叶片长度和宽度的大小，把2个以上 的单叶片按具体设计所需要的间距离垂直排列固定在底板(1)上。叶片组合中各个单叶片的排列方式是按鳞次状从前面第一单叶片(3· 1)开始，依次向后第2单叶片(3· 2)、第3 单叶片(3 ·3)等的次序排列下去，直到把需要组合的单叶片数量排完。在一组叶片组合里， 每两个单叶片底边在底板(1)上所构成的四边形的四个角，都是大于或小于90°的角，不 能等于90°。如果等于90°，就不能形成菱形鳞次状，会降低空间采风效率。组合叶片的 上边用上盖板(2)将多个组合的叶片加固连接起来。在有些情况下，例如进行大功率风能 开发，装配大功率机型，单叶片必须设计很长，组合叶片必然很高，为了坚固的目的，可在组 合叶片之间的中部和下部增设不影响采风效率的平板加固称子。鳞次组合叶片的底板(1) 下面是叶柄(4)，叶柄(4)用与轮毂相配套的连接方式与风机的轮毂相连接。叶柄(4)可设 在组合叶片底板(1)的中间，用现有的变桨矩角技术对组合叶片的采风角度进行调控。也 可把叶柄(4)设在组合叶片底板(1)靠前的位置，安装较为简易实用的机械装置实现对鳞 次组合叶片采风角度的自动调控。另外，为了减小鳞次组合叶片在运转中的阻力，底板(1) 和上盖板(2)可制成圆弧形，并且圆弧形要同底板(1)和上盖板(2)各自的圆周运转所划 过的圆周弧形相一致。鳞次组合叶片的基本技术结构已如上所述。基本构件主要有底板、上盖板、单叶 片、叶柄组成，必要的时候再增设加固称子。组合叶片可采用的单叶片类型共有三种弧形 叶片、平板叶片和机翼型叶片。本说明书附图中所用的是弧形叶片，弧形叶片在安装和推动 风机转动上有明显的方向性，并且具有良好的采风性能。按照鳞次组合叶片中单叶片不同 的排列方式来分，有正鳞次排列，即风轮运转时，前面第一单叶片(3 · 1)在前，其余单叶片 依次在后，；又有倒鳞次排列，即风轮运转时，最后一个单叶片在前，前面第一单叶片(3 · 1) 反而在后。按照组合叶片中单叶片安装角位不同，可使风轮产生两种不同的旋转方向，即顺 时针旋转和反时针旋转。鳞次组合叶片同现有的风机单叶片相比，具有很多方面的优势。现在行业中所应 用的风机单叶片，其技术本质就是一个原始基本的采收风能的界面，没有创造性的添加更 高层面的技术成分。单叶片这种原始低端的技术特征，是由单叶片本身决定的。采收风能 首先的和必须的是从采风界面上实现的，单叶片就是一个原始基本的采风界面。因此，仅 用单叶片的技术不能有效实现“空间·界面”采风的效果。仅以单叶片的宽度来说，对一 个很宽的单叶片，如果把桨叶采风角放小了，叶片的采风界面就大，但轴向前后的采风空间 缩短了 ；如果把桨叶采风角放大了，轴向前后的采风空间虽然伸长，但迎风的界面变小了， 并且叶片运转的阻力也大了。这些矛盾，单叶片本身是不能克服的，单叶片是不能实现“空 间·界面”采风的技术要求的。解决这些问题，必须用鳞次组合叶片的技术方案。单叶片和鳞次组合叶片相比，技术特征和实用效果主要不同的是原有单叶片一1是由于技术应用上单叶片不能设计很宽，提高功率只能靠加长 叶片。长叶片生产制造和运输安装都很困难，还要增加塔架高度，投资成本增大，产生的效 益不大。2是单叶片独立安装，不能相互连接依靠，叶片又长，使叶片机械强度变差，容易被 风折断。3是由于单叶片独立安装，各叶片不能互相连接，提高叶片抗风的机械强度，只能 从叶片根部加固，结果导致技术矛盾，使叶片根部的采风性能变差。4是单叶片只能从横向 上加长叶片，扩大采风面积，不能从纵向上扩展采风空间，因此，在单叶片的技术基础上，实 现真正意义上的单机大功率开发是很困难的，甚至是不可能的。5是单叶片不能实现“空 间·界面”采风的理论和技术标准，是他在生产应用上的本质技术缺陷。
鳞次组合叶片——1是鳞次组合叶片从多个单叶片组合上解决了现有单叶片在技 术应用上叶片宽度受限制的问题，从而在不增大单叶片长度和宽度的条件下，从水平轴的 前后方向上扩大了组合叶片的采风空间。2是鳞次组合叶片突破了原有的单叶片宽度受限 制的技术问题，解决了轴向空间的扩展问题，可以从加长叶片即增加组合叶片高度和增加 组合叶片的单叶片数量两个方面扩大风机采风的空间和面积，也就是可以从纵向和横向两 个方面实现扩大风机采风的空间和界面，为真正意义上的单机大功率开发提供了理论和技 术支撑。3是组合叶片可实行多叶片相互连接，为叶片加固提供了方便，可采用简单易行的 加固方案，既可有效防止叶片被风折断，又可节约制造成本。4是在同样叶片长度、同样空间 面积、同样塔架高度的条件下，鳞次组合叶片可以比现有的单叶片产生多倍的风能开发功 率；反过来，在获得相同采风功率的条件下，鳞次组合叶片可以减小叶片长度，节约空间面 积，降低塔架高度，提高塔架的坚固安全效果，节约投资成本。5是鳞次组合叶片突破了原 有单叶片平面安装的单纯界面采风的技术局限，开拓了沿水平轴纵向安装的先例，为在“空 间 界面”采风理论概念上灵活多样地创新设计新的风能采收装置开辟了新的技术空间，从 而有效推动风能开发技术的创新进步。6是鳞次组合叶片和专利技术ZL200820111010. 2的 水平轴一轴多级风车都是“空间·界面”采风的技术产物，是相互配套的风能开发技术，把 这两项技术结合起来，能以明显的技术优势取代现有的水平轴一轴单级单叶片风车，为满 足人类社会对绿色、环保、低碳能源的需求，产生重大的社会价值和经济价值。
图1是一个倒鳞次、反时针运转、3个单叶片组合的鳞次组合叶片立体 图。图中标注1—底板，2——上盖板，3·1——第1单叶片，3·2——第2单叶片，3 ·3—— 第3单叶片，4——叶柄。图2是一个正鳞次、反时针运转、4个单叶片组合的鳞次组合叶片机械制图。图中 标注3 · 1——第1单叶片，3 · 2——第2单叶片，3 · 3——第3单叶片，3 · 4——第4单叶 片，4——叶柄。图3是图2的剖视图。图中标注3·1——第1单叶片，3 · 2——第2单叶片， 3 · 3——第3单叶片，3 · 4——第4单叶片，1——底板。图4是一个倒鳞次、反时针运转、4个单叶片组合的鳞次组合叶片机械制图。图中 标注3 · 1——第1单叶片，3 · 2——第2单叶片，3 · 3——第3单叶片，3 · 4——第4单叶 片，4——叶柄。图5是图4的剖视图。图中标注3·1——第1单叶片，3 · 2——第2单叶片， 3 · 3——第3单叶片，3 · 4——第4单叶片，1——底板。
具体实施方式
按照不同的风机所对应的技术要求，设计制作好相应的鳞次组合 叶片，然后将鳞次组合叶片安装在水平轴一轴多级风车或一轴单级风车的轮毂上。这样，水 平轴一轴单级单叶片风车就成了一轴单级组合叶片风车；水平轴一轴多级单叶片风车就成 了一轴多级组合叶片风车。在该发明技术和原有技术的对接上，没有重大技术难度，技术对 接处就是鳞次组合叶片的叶柄和水平轴风车的轮毂连接处，只要按照现有的技术方案处理 即可实现完好连接，并投入运行。如果原有的水平轴单级风车是上风向结构的，把叶片安装 在上风向改为安装在下风向，以利更好发挥鳞次组合叶片的优势。如果是同水平轴一轴多 级风车配套使用，则要连同水平轴一轴多级风车的主轴、轮毂等统一设计研制，以求研制出 能在生产中运行良好的风机机型。
权利要求
一种鳞次组合叶片，其技术特征是，设计一组鳞次组合叶片，需要根据单叶片长度和宽度的大小，把2个以上的单叶片按设计所规定的间距离，从第一单叶片(3·1)开始，把需要排列安装的单叶片如(3·2)、(3·3)等，按照鳞次状并且叶片底边呈菱形结构的形式垂直排列固定在同一个底板(1)上，然后在组合叶片的上端安装上盖板(2)，在底板(1)的下面设置叶柄(4)。
2.根据权利要求1所述的技术特征，鳞次组合叶片的排列次序，可以是正鳞次排列，即 第一单叶片排在朝向运转方向的前面，其余单叶片依次排在后面，也可以是倒鳞次排列，即 最后一个单叶片排在朝向运转方向的前面，第一单叶片排在朝向运转方向的最后面。
3.根据权利要求1或2所述的技术特征，对于任何一组鳞次组合叶片，都要根据设计规 定的运转方向，确定该组合单叶片统一安装的角度，由于组合单叶片安装角度的不同，鳞次 组合叶片可以是顺时针运转的，也可以是反时针运转的。
全文摘要
鳞次组合叶片，在风能开发的技术领域中，人们对风能开发的理论认识和技术应用，一直局限在“界面”采风的层面上。水平轴一轴单级单叶片风车，就是“界面”采风的理论和技术应用的产物。水平轴单级单叶片风车，叶片的排列方式是在横向的上下、左右的一个平面上，只在横截面上提供了采收风能的界面装置，缺失空间采风的技术成分。本发明鳞次组合叶片，把水平轴一轴单级单叶片的叶片排列方式，由上下、左右的平面排列改进为鳞次菱形排列，既保留了横向上平面排列形式，保障界面采风条件，又从纵向上拓展了采风空间，满足了“空间·界面”采风的全部技术要求。因此，单叶片和鳞次组合叶片的本质区别就是，单叶片是界面采风技术，鳞次组合叶片是“空间·界面”采风技术。
文档编号F03D1/06GK101975139SQ20101054324
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者王文清 申请人:王文清