专利名称：具有可变增流外壳的水平轴风力机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于风力机技术领域。
目前，中国普遍应用的是无增流外壳风力机，据报导，约在1984年，美国太阳能研究所受能源部委托对17种新设计的风力机进行鉴定，评出了五种有实用价值的最佳设计的风力机。其中一种“喇叭”外壳风力机，其特点是在粗短漏斗状外壳的小口径端安装风动头，并使小口对着风向。这种装有“喇叭外壳”的风力机其输出功率比不加外壳时要大4倍，更大型的风力机甚至要大5.5倍。它存在的问题是固定式的“喇叭外壳”无论在微风还是暴风均有显著的增流作用，不能随风速的变化而自动调整其增流功率，高风速时风力机极易处于严重的超负荷运转状态。固定式“喇叭外壳”的迎风面积很大，外壳风阻随风速的增大而急剧上升，其工作条件恶化，为保证其此时仍能安全运行，必须加强整机的结构强度，故结构相对笨重，造价高。
本实用新型的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种具有可变增流外壳的水平轴风力发动机，其增流外壳的形状可随风速变化而自动改变，增流外壳可随机架作水平方向360°旋转，确保其迎风口随风向的变化而始终迎风。
本实用新型通过如下技术实现增流外壳为形状可在喇叭形与圆筒形之间变化的可变外壳，它是在一个环形框架上，装上若干个活动壳瓣，每二个相邻的活动壳瓣之间装有可伸缩的蒙皮。机架为架体可绕自身轴线回转的轴形机架，包括中心机座、上、下立柱、回转机构、回转底座，中心机座的上、下分别固定有上立柱和下立柱，其前后则分别固定风力机头和尾架，上立柱的顶部安装有回转机构，下立柱的底部安装在回转底座上，环形框架是以中心机座的中心点为其圆心而固定在上、下立柱上，轴形机架的架体(上、下立柱、中心机座、风动头、尾架)可随风向的改变而作水平方向360°旋转，从而保证增流外壳的迎风口始终迎风，尾架为一金属圆管，其上安装有外壳形状自动调整机构，该机构以其与活动壳瓣数量相等的拉杆和活动壳瓣活动连接。
下面以附图和实施例对技术方案作进一步说明。
图1是本风力机总体结构示意图(正视)。
图2是
图1的A向视图。
图3是外壳张开呈一定锥度时活动壳瓣结构示意图。
图4是外壳张开呈一定锥度时可变外壳的结构示意图(局部)。
图5是圆头角形杆的正视图及其B－B向、C－C向剖视图。
图6是瓣座正视图及其剖视图。
图7是角形杆正视图及其D－D向剖视图。
图8是外壳张开锥度为0度时的活动壳瓣结构示意图。
图9是图8的B向视图。
图10－a、
图10－b、
图10－c、
图10－d是图8的F－F向、G－G向、H－H向、I－I向的剖视图。
图11是外壳锥度为0时，外壳横截面的局部剖视图。
图12是可伸缩前蒙皮(11)、包括件11′、件11″结构示意图。
图13－a、
图13－b、
图13－c、
图13－d为
图12的J－J向、K－K向、L－L向、M－M向剖视图。
图14是可伸缩前蒙皮(11)的另部件11″的形状示意图。
图15是可伸缩后蒙皮(12)的形状示意图。
图16是外壳形状自动调整机构结构示意图。
图17是
图16的N－N向剖视图。
图18是轴形机架的结构示意图。
图19是环形框架和支撑杆结构示意图。
图中(1)是环形框架，(2)是衬套，(3)是瓣座，(4)是瓣座盖，(5)是圆头角形杆，(6)是角形杆，(7)是壳瓣蒙皮，(8)是拉杆接头销钉，(9)是拉杆接头销套，(10)是拉杆接头螺母，(11)是可伸缩前蒙皮(包括件11′和11″)，(12)是可伸缩后蒙皮，(13)是伸缩套，(14)是中心机座，(15)是上立柱，(16)是下立柱，(17)是风动头，(18)是尾架，(19)是支撑杆，(20)是轴头，(21)是密封盖，(22)是大轴承，(23)是回转座，(24)是小轴承，(25)是固定螺母，(26)是顶盖，(27)是筋板，(28)是缆风绳，(29)是球形轴头，(30)是底座，(31)是球头压板(32)是滑套，(33)是压缩弹簧，(34)是弹簧座，(35)是调整螺母，(36)是锁紧螺母，(37)是拉杆，(38)是球形拉杆接头，(39)球形拉杆接头锁紧螺母，(40)是拉杆接头。
实施例是一种输出功率为1～30瓩左右的风力机。
环形框架(1)由空心金属圆管弯制成二个半圆形件组装而成，用以支撑外壳并决定外壳横截面的形状和大小，在该环形框架上按一定间距固定一个衬套，每个衬套上装有一个活动壳瓣。衬套(2)用钢材或其它耐磨材料制成，它可承受来自活动壳瓣座孔径向和轴向的负荷。活动壳瓣是一组合件，主要包括瓣座(3)、瓣座盖(4)、圆头角形杆(5)，角形杆(6)，壳瓣蒙皮(7)，拉杆接头销子包括销钉(8)，销套(9)，螺母(10)组成，二个圆头角形杆和二个角形杆分别用螺栓或其它方法固定于瓣座的前后两端，活动壳瓣的外表和迎风曲面上覆盖有壳瓣蒙皮(7)，它可用铝板、金属板、玻璃钢板、塑料板或其它合适的材料制成，活动壳瓣通过瓣座和瓣座盖用螺栓连接安装在衬套上，活动壳瓣可在衬套上灵活转动。活动壳瓣迎风端设计成半圆形曲面可进一步减小风阻，并改善进风口的流道。拉杆接头销由销钉(8)、销套(9)、螺母(10)构成，销钉装于圆头角形杆(5)的孔内，销钉上套有销套，用螺母固定，销套(9)与
图16中所示的拉杆接头(40)连接它们可以相对灵活的回转。
每二个相邻的活动壳瓣之间装有可伸缩蒙皮，它由前蒙皮(11)和后蒙皮(12)组成。壳瓣蒙皮(7)的前部分，可伸缩前蒙皮(11)和圆头角形杆(5)三者之间及壳瓣蒙皮(7)的后部分，可伸缩后蒙皮(12)和角形杆(6)三者之间可用螺栓连接，见
图10－a，10－b，10－c，10－d。前蒙皮(11)的结构类似手风琴风箱，可用橡胶、塑料制成整体件，也可用皮革、织物分别缝制而成。若缝制，则可设计成件11′和件11″，先将材料裁成如
图13－a所示的圆头部分形状，数片叠在一起后，分别将相邻两片的中部和边缘缝合，见
图13－b所示，即可制成手风琴风箱式结构的件11′，件11″的设计裁剪图形见
图14，它与件11′的缝合关系见
图13－c，它紧贴在件11′箱式折皱的下表面缝合，从而构成了可伸缩前蒙皮(11)。可伸缩后蒙皮(12)可用强度高，重量轻，耐日晒雨淋的柔性织物，皮革、橡胶膜、塑料膜等合适的材料制成，如涂过保护物的帆布、上过胶的雨布等，其形状如
图15所示。在风力机工作过程中只有当外壳锥度最大时，可伸缩蒙皮(12)才处于绷紧状态，见
图1、图2，其它情况下，它均处于不同程度的松弛状态(见图8、
图10－d的I－I位置剖视图)。
中心机座(14)可用金属铸件整体制成，也可组焊而成。其前后两侧各有一法兰盘，分别安装风动头(17)和尾架(18)，其上下有安装孔可分别安装上立柱(15)和下立柱(16)，也可用焊接固定，上、下立柱为管形金属件，风动头(17)可采用一般型的水平轴螺旋桨式风动头或其它形式适于安装的风动头。在中心机座(14)的经向和环形框架(1)之间焊有呈辐射状安置的支撑杆(19)。
回转机构见
图18、
图19。由轴头(20)、密封盖(21)、大轴承(22)、回转座(23)、小轴承(24)、固定螺母(25)顶盖(26)组成，轴头(20)直接焊在上立柱(15)顶端，装上密封盖(21)，再装大轴承(22)、套上回转座(23)、装上小轴承(24)、拧紧固定螺母(25)、再用螺丝固定顶盖(26)、回转座(23)的外部沿经向分布有数个筋板(27)，其上有孔、可穿缆风绳(28)。
回转底座由球形轴头(29)、底座(30)、球头压板(31)组成，金属制成的球形轴头(29)焊在下立柱(16)下端，底座(30)用以承受机体重量，球头压板(31)将球形轴头(29)固定在底座(30)的球形凹面上，并留有一定的间隙，可保证其灵活转动。
尾架上的外壳形状自动调整机构见
图16。由滑套(32)、压缩弹簧(33)、弹簧座(34)、调整螺母(35)、锁紧螺母(36)拉杆(37)、球形拉杆接头(38)、球形拉杆接头锁紧螺母(39)拉杆接头(40)组成。滑套(32)上车有一圆环形的半圆凹槽，槽上均匀钻有与活动壳瓣数相等的锥形孔，球形拉杆接头(38)安置于其中，它可在一定的角度范围内自由摆动，以便适应外壳动作时拉杆(37)角度的变化。拉杆(37)的两头分别连接球形拉杆接头(38)和拉杆接头(40)，两接头内螺丝互为相反，转动拉杆或分别转动接头可在一定范围内调整拉杆的长度，长度调整好后用拉杆锁紧螺母(39)锁紧，以防其在使用中变化。每根拉杆由拉杆接头(40)与活动壳瓣上的拉杆接头销连接。滑套(32)、压缩弹簧(33)、调整螺母(35)分别装于尾架(18)上，滑套可在尾架上滑动，转动调整螺母(35)可以调整压缩弹簧(33)的预紧程度，从而调整确定外壳动作的启动风速，锁紧螺母(36)可以锁紧调整螺母在尾架上的位置。
本风力机可按要求达到的输出功率而设计成各种规格，小型的更适宜于农村、渔区、牧区的个体、家庭使用，与相应的发电机组匹配，可带动各种机械作业，可作为海水淡化的能源或用于取暖灶具烤箱等电器。本风力机的优点是1、增流外壳可随机架作水平方向360°转动，外壳的进风口端永远迎风，可充分利用风能。
2、增流外壳形状随风力变化而自动变化。其所需的启动风速要比无外壳的风力机小得多，在低风速到设计风速范围内，其工况与有固定式喇叭外壳的风力机基本相同，但随着风速的增加，外壳的锥度相应变小，外壳所起的增流作用可逐渐减弱，当风速大到使外壳锥度接近0而成圆筒形时，外壳的迎风面积减到最小，风阻大大降低，提高了整机的抗风能力，其工况又接近于无外壳风力机，超负荷运转的状态得到很大的改善。
3、由于本机在高风速时风阻大大减小，又采用轴形机架贯穿外壳的方案，整机结构紧凑，造价大为降低。
权利要求1.具有可变增流外壳的水平轴风力机，有增流外壳，机架，风动头，尾架，缆风绳，其特征是a、增流外壳为形状可在喇叭形与圆筒形之间变化的可变外壳，它是在一个环形框架上，装有活动壳瓣，活动壳瓣之间装有可伸缩蒙皮；b、机器为架体可绕自身轴线回转的轴形机器，包括中心机座、上、下立柱、回转机构、回转底座，中心机座的上、下分别固定有上立柱和下立柱，其前、后则分别安装有风动头和尾架，上立柱的顶部安装有回转机构，下立柱的底部安装在回转底座上，环形框架以中心机座的中心点为圆心固定在上、下立柱上；c、尾架上安装有外壳形状自动调整机构。
2.根据权利要求1所述的风力机，其特征是中心机座和环形框架之间固定有呈辐射状安置的支撑杆。
3.根据权利要求1或2所述的风力机，其特征是活动壳瓣由瓣座、瓣座盖、二个圆头角形杆，二个角形杆，壳瓣蒙皮，拉杆接头销子(包括销钉、销套、螺母)组成，二个圆头角形杆和二个角形杆分别固定于瓣座的前、后两端，活动壳瓣的外表和迎风曲面上覆盖有壳瓣蒙皮，二个圆头角形杆之间装有拉杆接头销子，上述构件套于安装在环形框架上的衬套上，瓣座与瓣座盖连接固定。
4.根据权利要求1或2所述的风力机，其特征是可伸缩前蒙皮为一种手风琴风箱式的结构，可为整体件或组合件，其组合件是由件11′和件11″组合而成，件11′是由圆头形蒙皮迭在一起后每相邻两片的中部和边缘经缝合制成，件11″为扇面形，它缝合在件11′风箱式折子一头的下表面，件11′二侧边缘分别固定在圆头角形杆的外侧。
5.根据权利要求1或2所述的风力机，其特征是可伸缩后蒙皮的形状为折扇扇面形。
6.根据权利要求1或2所述的风力机，其特征是上立柱和下立柱为一管形金属件。
7.根据权利要求1或2所述的风力机，其特征是回转机构由轴头、密封盖、大轴承、回转座、小轴承、固定螺母、顶盖组成，轴头固定在上立柱顶端，密封盖上装有大轴承，并套有回转座，再装上小轴承，经固定螺母紧固后固定有顶盖，回转座的外部沿经向分布有筋板，其上有供穿缆风绳用的孔。
8.根据权利要求1或2所述的风力机，其特征是回转底座主要包括固定在下立柱下端的球形轴头，承受机体重量的底座和球头压板。底座上开有与球形轴头相应的球形凹面，球头压板覆盖在底座上并与之固定。
9.根据权利要求1或2所述的风力机，其特征是外壳形状自动调整机构由滑套、压缩弹簧、弹簧座、调整螺母、锁紧螺母、拉杆、球形拉杆接头球形拉杆接头锁紧螺母、拉杆接头组成，滑套上开有圆环形半圆凹槽，槽上均匀钻有与活动瓣壳数量相等的锥形孔，球形拉杆接头置于孔中，连接拉杆的球形拉杆接头和拉杆接头内螺纹互为相反，该调整机构由拉杆与活动壳瓣活动连接。
10.根据权利要求1或2所述的风力机，其特征是可变外壳的外壳面和上、下立柱的衔接部位装有伸缩套。
专利摘要具有可变增流外壳的水平轴风力机。固定式“喇叭外壳”风力机，其增流作用不能自动调整，高风速时外壳风阻大、处于超负荷运转状态，结构笨重，造价高。本机的增流外壳形状可在喇叭形与圆筒形之间变化，机架可绕自身轴回转，尾架上装有外壳形状自动调整机构。本机可变外壳的口端永远迎风，可充分利用风能，所需的启动风速小，增流大小可随风速的变化而自动调节，高风速时外壳风阻大为减少。
文档编号F03D1/04GK2034626SQ88211169
公开日1989年3月22日 申请日期1988年3月21日 优先权日1988年3月21日
发明者朱杰 申请人:朱杰