一种新型帆式风力的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及动力装置的【技术领域】，更具体地，涉及一种新型帆式风力机。一种新型帆式风力机，其中，包括机座、设于机座上的机架、设于机架上的发电机，发电机上设有电机轴，电机轴连接转轴，所述的转轴上设有连接盘，还包括桥臂，桥臂一端连接连接盘，另一端连接至少一块叶片，桥臂与转轴垂直。本实用新型巧妙地将风帆（翼型）链接在一根立轴上，用机械构件自动地代替运动员的操控，使风机在风力作用下快速旋转，而且比人工操控更加灵活完善。它汇聚了如今各种垂直轴风力机和飞机翼的优点。本帆式风力机设计是低空制作（与同等功率比较它只是水平机的1/4-1/5高度），发电机设置在底层。
【专利说明】一种新型帆式风力机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及动力装置的【技术领域】，更具体地，涉及一种新型帆式风力机。
【背景技术】
[0002]目前，在风能转化技术方面，水平轴螺旋桨型装置技术较成熟，应用也是最广泛、最有效的机种，其他各类装置都不是主力。然而，国内外出现的各类垂直轴风力发电机的风力机，都存在诸多的缺点与不足，如对风能的利用效力低、调速难控、防台风性能差，造价又高等等，难以推广应用。
【发明内容】
[0003]本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种新型帆式风力机，其具有自动调速、自动防台风装置；利用这项技术不但能制造出各种中小型功率(几百W到几百KW)的风力机，而且能制造出超大型功率(突破一万KW以上)的风力发电机。本新型帆式风力机设计是低空运作，(与同等功率的风机比较它只是水平机的1/4-1/5高度)，它的结构简单，合理、安装维护方便、更安全可靠，材料易得、用料少、造价低廉，便于推广应用。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种新型帆式风力机，其中，包括机座、设于机座上的机架、设于机架上的发电机，发电机上设有电机轴，电机轴连接转轴，所述的转轴上设有连接盘，还包括桥臂，桥臂一端连接连接盘，另一端连接至少一块叶片，桥臂与转轴垂直。
[0005]本方案中，叶片由于受到风力的作用绕转轴转动，发电机上的电机轴受到转轴的驱动作用而转动，从而发电机将风能转化为电能。桥臂具有至少一条，其把各块叶片连接到连接盘，连接盘再连接到转轴，是叶片的平衡和扭矩承载装置。连接盘上至少连接一条桥臂，是叶片和转轴的纽带，是叶片重力的承载装置。
[0006]进一步的，所述的叶片为曲面结构，是产生动力的主要装置，对风作用力时能同时产生很强的阻力和升力，大大提高风能的效率。所述的叶片的压力中心线与其几何中心线不在同一直线上，这样有助于最大程度的吸收风能。
[0007]进一步的，所述的叶片上设有至少一条用于固定叶片曲面的骨架叶筋。骨架叶筋可加强叶片强度，以及防飓风作用。
[0008]进一步的，所述的发电机的电机轴上连接有联轴器，联轴器连接转轴。联轴器具有把叶片的动力传递给发电机的作用力，把发电机的电机轴连结到风力机的转轴和连接盘。
[0009]进一步的，所述的桥臂上设有防飓风机构，防飓风机构与叶片连接。防飓风机构具有至少一个连结到每片叶片，当大风速超过每秒20米时，它的机构会自动脱钩，使叶片自动变形。
[0010]进一步的，所述的转轴上设有弹簧，弹簧与防飓风机构连接。至少一个防飓风机构与弹簧相连接，风速达到一定值时它开始拉动减速，当大风速超过每秒20米时，防飓风机构在弹簧拉力作用下联动脱钩使叶片自动变形，防止了叶片受到大风袭击破坏。
[0011]进一步的，所述的桥臂与叶片之间还设有调速角度控制机构。调速角度控制机构把叶片活动旋转固定控制在一定的范围内。新型帆式风力机还包括调速角度拉簧，调速角度拉簧一端连接转轴，另一端连接调速角度控制机构。至少一个调速角度拉簧，当风速在每秒I米时，风机就能启动运转，保证风机在低风速下启动运行。叶片上连接有叶弦。
[0012]与现有技术相比，有益效果是:本实用新型巧妙地将风帆(翼型)链接在一根立轴上，用机械构件自动地代替运动员的操控，使风机在风力作用下快速旋转，而且比人工操控更加灵活完善。它汇聚了如今各种垂直轴风力机和飞机翼的优点。本帆式风力机设计是低空制作(与同等功率比较它只是水平机的1/4-1/5高度)，发电机设置在底层。它的结构简单，合理、效率高(比水平机和其它类型垂直机高15%以上)，安装维护方便、更安全可靠。材料易得、用料甚少、造价低廉，便于应用推广。
[0013]利用本实用新型不但能制造出各种中小型功率的风力机，而且能制造出各种大型的风力发电机。可说它是目前世界上仅能制造出超大功率(可达万KW以上)风力发电机唯一的一种机型。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的整体结构示意图。
[0015]图2是本实用新型的叶片结构侧视示意图。
[0016]图3是本实用新型的叶片结构俯视第一示意图。
[0017]图4是本实用新型的叶片结构俯视第二示意图。
[0018]图5是本实用新型的叶片制作结构第一示意图。
[0019]图6是本实用新型的叶片制作结构第二示意图。
[0020]图7是本实用新型的叶片向外向内示意图。
[0021]图8是本实用新型的局部结构示意图。
[0022]图9是本实用新型的旋转示意图。
[0023]图10是本实用新型的2叶片效率示意图。
[0024]图11是本实用新型的3叶片效率示意图。
[0025]图12是本实用新型的4叶片效率示意图。
[0026]图13是本实用新型的推力系数曲线示意图。
【具体实施方式】
[0027]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0028]如图1所示，一种新型帆式风力机，其中，包括机座1、设于机座I上的机架2、设于机架2上的发电机3，发电机3上设有电机轴，电机轴连接转轴15，转轴15上设有连接盘5，还包括桥臂6,桥臂6 —端连接连接盘5,另一端连接至少一块叶片10,桥臂6与转轴15垂直。
[0029]本实施例中，叶片10由于受到风力的作用绕转轴15转动，发电机3上的电机轴受到转轴15的驱动作用而转动，从而发电机3将风能转化为电能。桥臂6具有至少一条，其把各块叶片10连接到连接盘5，连接盘5再连接到转轴15，是叶片10的平衡和扭矩承载装置。连接盘5上至少连接一条桥臂6，是叶片10和转轴15的纽带，是叶片10重力的承载装置。
[0030]如图2 — 6中，叶片10为曲面结构，是产生动力的主要装置，对风作用力时能同时产生很强的阻力和升力，大大提高风能的效率。所述的叶片的压力中心线17与其几何中心线不在同一直线上，这样有助于最大程度的吸收风能。图2、3、4中，中心点16为叶片10的压力中心，如果叶片是不规则的叶片形状，压力中心线是一根曲线，不好掌握，本实施例中，叶片10为长方形对称结构，压力中心线17是一根直线，容易定位。
[0031]图5、6中，叶片10的结构与制作材料有关，可用玻璃钢埋铁，同时需计算其重量分布，制作完成后可加配重，重量的垂直分布是上半部大于下半部，目的是安装防飓风机构。
[0032]图1、8中，叶片10上设有至少一条用于固定叶片曲面的骨架叶筋14。骨架叶筋14可加强叶片强度，以及防飓风作用。发电机3的电机轴上连接有联轴器4，联轴器4连接转轴15。联轴器4具有把叶片10的动力传递给发电机3的作用力，把发电机3的电机轴连结到风力机的转轴15和连接盘5。桥臂6上设有防飓风机构7，防飓风机构7与叶片10连接。防飓风机构7具有至少一个连结到每片叶片10，当大风速超过每秒20米时，它的机构会自动脱钩，使叶片自动变形。转轴15上设有弹簧11，弹簧11与防飓风机构7连接。至少一个防飓风机构7与弹簧11相连接，风速达到一定值时它开始拉动减速，当大风速超过每秒20米时，防飓风机构7在弹簧11拉力作用下联动脱钩使叶片自动变形，防止了叶片10受到大风袭击破坏。
[0033]图8中，两叶片风力机可采用一个弹簧双叶片联动的方式。
[0034]如图7中，叶片10向外和向内用两个弹簧，向外的弹簧弹力应大于向内的弹簧弹力。
[0035]图1中，桥臂6与叶片10之间还设有调速角度控制机构12。调速角度控制机构12把叶片10活动旋转固定控制在一定的范围内。新型帆式风力机还包括调速角度拉簧13，调速角度拉簧13—端连接转轴15，另一端连接调速角度控制机构12。至少一个调速角度拉簧13，当风速在每秒I米时，风机就能启动运转，保证风机在低风速下启动运行。叶片10上连接有叶弦9。
[0036]本实用新型中，应用流体力学原理，根据风帆(弧形弯板翼型叶片)的气动特性，巧妙地将风帆(翼型)链接在一根立轴上，让风帆围绕立轴行驶(旋转)。就是用简单的机械构件，来代替运动员的操控，而且要求比人工操控的更加灵活完善。从原理上说，这是我国古老立轴大风车的质的飞跃，它汇聚了如今各种垂直轴风力机的优点而制作。
[0037]如图9中，叶片围绕垂直轴(Z)旋转，图10 — 12中，螺旋桨型水平轴风力机的理论效率是59.3%，实际效率一般在30%左右。参照螺旋桨型装置的计算方法，本实用新型的这个装置，它的实际效率同翼弦在其旋转直径上的投影有关。经风洞测试，三叶片装置的实际效率可以达到30%以上，四叶片装置已经达到40%以上，同如今先进的螺旋桨型水平轴风力机不差上下。
[0038]以利用升力为主要动力来源的翼型理论，是现代风帆的理论基础，也是研究的这种风帆式风能装置的理论基础。螺旋桨型水平轴风力机和现有的其它垂直轴风力机，是以其“作用圆盘”和圆柱体的“压缩平面”为过流面积，来计算其风能转换效率的。对于研究的这种风帆式装置，应该用风帆的面积来计算其效率。因为该装置中(抓住风帆)的“臂膀”是比较容易加长的。即用普通材料(钢材、人造纤维、木材等)抓住风帆，就可以在较大空间吸取风能。下面是图13—个帆型叶片(圆弧形弯板翼型)在较大的旋转直径上，围绕中心轴公转一周时(360 °)，所受最大推力系数曲线。这就說明，风帆式垂直轴风力机，即使是一个叶片，也能有效地利用风能。
[0039]该装置的结构形式，构成了一种新的螺旋。因为该螺旋在流体里的表现，能够为大力开发可再生能源提供技术装备，研究人给这种新的螺旋形式，起了一个时尚的名字一螺旋桨II。螺旋桨II的意义如下:
[0040]一、用作垂直轴风力机时，装置能自动迎向，自我启动，自动调节叶片角度，并自动回避强风；在设计范围内，还能自动调速，自动适应负载。同现有的各类垂直轴风力机相比较，其优点是启动风速低，无最大停机风速，可用风速宽，效率和自动化程度高，安全可靠。最近十几年来，我国大型风电技术都是从国外引进的，成本较高，而且产能过剩。我们能够打造出世界级物美价廉的风力发电机，创造出我们自己最好的民族品牌，造福人类社会。
[0041]二、可以用来制作明流、潜入式、垂直轴水轮机(已经通过试验)。安装这种水轮机，不用筑坝，也不用搞厂房、过船、过鱼、防沙等水工建筑物；不受水深和流速的限制，也不影响生态，有流动的水就可以发电；单机功率可以从几百瓦到数千瓦乃至数百千瓦，它的效率远高于传统明流水轮机；结构简单，且无飞逸转速之虞；工程的重点是设备制造，因而建造周期短、成本低、见效快。这对于开发我国丰富的低水头水能、特别是开发我国18000公里海岸线上的潮汐能、海流能，将具有重要意义。在同时有水能又有风能的地方，应该首先开发水能，因为水的比重是空气的800多倍。
[0042]三、螺旋桨II的结构方式和制造工艺比较简单，取材也相对容易些。这就为低成本、大面积地开发风能和水能创造了条件。在一切有风能和水能的地方，都可以建充电站、并网机群，或提水站、农副广品加工站、分解水制氧站、压缩空气站、海水淡化站等等。一旦推广，普及起来会比较快一些，也符合我国的国情。
[0043]四、我国有辽阔的沙漠面积，用常规能源去大面积改造沙漠几乎是不可能的。而有了结构简单、成本低廉的风能装置，利用风能去大面积改造沙漠将成为可能。
[0044]五、中国大风车已经消失半个多世纪了。随着我们对风帆技术(圆弧形簿板翼型)的深入研究，在建立起一个新螺旋的理论体系的同时，新技术将能够让中国大风车以新的面貌在中国大地上重新旋转起来。
[0045]相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0046]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，对实用新型的技术方案可以做若干适合实际情况的改进。因此，本实用新型的保护范围不限于此，本领域中的技术人员任何基于本实用新型技术方案上非实质性变更均包括在本实用新型保护范围之内。
【权利要求】
1.一种新型帆式风力机，其特征在于，包括机座(1)、设于机座(1)上的机架(2)、设于机架(2 )上的发电机(3 )，发电机(3 )上设有电机轴，电机轴连接转轴(15)，所述的转轴(15 )上设有连接盘(5)，还包括桥臂(6)，桥臂(6) —端连接连接盘(5)，另一端连接至少一块叶片(10)，桥臂(6)与转轴(15)垂直； 所述的桥臂(6)与叶片(10)之间还设有调速角度控制机构(12)。
2.根据权利要求1所述的一种新型帆式风力机，其特征在于:所述的叶片(10)为曲面结构。
3.根据权利要求2所述的一种新型帆式风力机，其特征在于:所述的叶片(10)的压力中心线与其几何中心线不在同一直线上。
4.根据权利要求3所述的一种新型帆式风力机，其特征在于:所述的叶片(10)上设有至少一条用于固定叶片曲面的骨架叶筋(14)。
5.根据权利要求4所述的一种新型帆式风力机，其特征在于:所述的发电机(3)的电机轴上连接有联轴器(4)，联轴器(4)连接转轴(15)。
6.根据权利要求5所述的一种新型帆式风力机，其特征在于:新型帆式风力机还包括调速角度拉簧(13)，调速角度拉簧(13) 一端连接转轴(15)，另一端连接调速角度控制机构(12)。
7.根据权利要求1至6任一所述的一种新型帆式风力机，其特征在于:所述的桥臂(6)至少为一条，叶片(10)上连接有叶弦(9)。
【文档编号】F03D7/06GK204041346SQ201420171949
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】李敏新, 余东成, 余江海 申请人:余江海