一种可调叶片攻角式垂直轴风力机制造技术

本发明专利技术涉及一种可调叶片攻角式垂直轴风力机，包括输出轴、与输出轴固定连接带动输出轴转动的支撑架、通过转轴转动安装在支撑架上并推动支撑架带动输出轴转动的叶片、调整叶片攻角的调攻角装置、以及带动调攻角装置转动对风的对风装置；调攻角装置包括安装在对风装置上的扁圆形调攻角凹槽、以及调攻角曲柄；调攻角曲柄的一端与叶片的转轴连接，另一端滑动设置在调攻角凹槽内；调攻角曲柄的一端在调攻角凹槽内滑动时，另一端带动转轴转动调整叶片的攻角。通过调攻角凹槽的导向，使得调攻角曲柄带动叶片转动，从而实现适时调整叶片攻角，使得叶片的前缘在运转中一直保持在上风位置，有效提高风能的利用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种可调叶片攻角式垂直轴风力机
本专利技术涉及垂直轴风力机，更具体地说，涉及一种可调叶片攻角式垂直轴风力机，可适用于风力发电及其他动力需求。
技术介绍
当前广泛使用的风力发电机等风能机械绝大多数为水平轴式结构，具有技术成熟、结构简单和效率较高等优点，成为现阶段商业运行的主要机型。但水平轴风能机械存在叶尖速高、噪音较大的缺点，不宜安装在人口较多区域；发电机和塔架处在叶片扫描区域中，造成截风面损失；叶片运动方向与风向垂直，叶片转一周只能一次性截留风能等不足。而垂直轴的风能机械从理论上虽然可以克服以上不足，但却存在风能利用率不高、结构较复杂和技术不成熟等问题。从结构上分析，大部分属于阻力型叶片结构，尖速比小于1，故效率较低；虽然之后出现了一些升力型的垂直轴风力机械，但与阻力型风机一样，它们的叶片都是固定安装在支撑架上。运转中叶片与风的攻角不断变化，在一个运转圆周内仅有约1/3圆周产生驱动力矩，另有约1/3圆周产生阻力力矩，还有约1/3圆周是过度阶段，不产生任何力矩。以上这些不足是影响垂直轴风力机械效率的重要因素。于是，出现了较多在运转中可以改变叶片攻角的垂直轴风力机的设计，但皆因攻角调整范围较小，不能任意角度转动叶片；有的还需配凸轮连杆、齿轮、电机等复杂调节机构，因生产困难、维护麻烦和运行成本高等因素未能投入使用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种可控制叶片迎风攻角的垂直轴风力机。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可调叶片攻角式垂直轴风力机，包括输出轴、与所述输出轴固定连接带动所述输出轴转动的支撑架、通过转轴转动安装在所述支撑架上并推动所述支撑架带动所述输出轴转动的叶片、调整所述叶片攻角的调攻角装置、以及带动所述调攻角装置转动对风的对风装置；所述调攻角装置包括安装在所述对风装置上的扁圆形调攻角凹槽、以及调攻角曲柄；所述调攻角曲柄的一端与所述叶片的转轴连接，另一端滑动设置在所述调攻角凹槽内；所述调攻角曲柄的一端在所述调攻角凹槽内滑动时，另一端带动所述转轴转动调整所述叶片的攻角。在本专利技术的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述对风装置包括可转动设置在所述输出轴外围的转盘、以及带动所述转盘转动的对风机构；所述调攻角凹槽安装在所述转盘上。在本专利技术的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述对风机构为对风尾舵；所述叶片为升力型叶片；所述叶片的圆头型的前缘在运转中保持在上风位置。在本专利技术的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述调攻角凹槽为可调扁圆度凹槽；所述调攻角装置还包括调整所述调攻角凹槽扁圆度的驱动调节机构。在本专利技术的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述调攻角凹槽包括围成扁圆的至少两端弧形凹槽；所述凹槽之间设有伸缩缝，并且至少其中一段所述弧形凹槽上设有所述驱动调节机构，所述驱动调节机构驱动所述弧形凹槽所述转盘上滑动来改变所述伸缩缝的大小。在本专利技术的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述驱动调节机构包括与调攻角凹槽固定连接的螺母、与所述螺母啮合的螺杆、以及带动所述螺杆转动的调节电机；或者，所述驱动调节机构包括分别设置在两段弧形凹槽上、并位于所述伸缩缝两侧的螺母挡板，与所述螺母挡板啮合传动的螺杆，以及驱动所述螺杆的调节电机；所述螺杆上设有两段螺旋方向相反的螺纹段，并且所述螺母挡板开设有与螺旋方向相反的螺纹孔。在本专利技术的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述调攻角凹槽为可在所述转盘上滑动的半刚性调攻角凹槽；所述驱动调节机构包括与调攻角凹槽固定连接的螺母、与所述螺母啮合的螺杆、以及带动所述螺杆转动的调节电机。在本专利技术的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述转盘为锥形转盘，所述调攻角凹槽设置在所述锥形转盘的侧面上；所述支撑架至少包括与所述锥形转盘的侧面平行的下支撑架；所述叶片的轴线与所述下支撑架相垂直设置；所述叶片的转轴下端还刚性连接有与所述叶片弦线平行的导角副柄；在所述转盘上、位于调攻角凹槽一侧设置与所述导角副柄滑动配合的导角滑块在本专利技术的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，支撑架还包括与所述下支撑架相对设置的上支撑架；所述叶片的上部可转动与所述上支撑架连接；或者，所述上支撑架的上部还设有辅助叶片，所述辅助叶片的上部通过环形支架连接；所述辅助叶片的下部与所述叶片的上部之间通过万向节连接。在本专利技术的可调叶片攻角式垂直轴风力机中，所述转盘为平面转盘，所述调攻角凹槽为平面装置，并可滑动安装在所述平面转盘上；所述支撑架至少包括与所述平面转盘的平行的下支撑架；其中，所述叶片的轴线与所述下支撑架相垂直设置；或者，所述叶片的轴线与所述下支撑架形成一定夹角，所述叶片呈“V”型布局，此时，所述调攻角曲柄的一端滑动设置在所述调攻角凹槽内，另一端通过销轴与所述叶片的转轴进行铰链连接。实施本专利技术具有以下有益效果：通过调攻角凹槽的导向，使得调攻角曲柄带动叶片转动，从而实现适时调整叶片攻角，使得叶片的前缘在运转中一直保持在上风位置，有效提高风能的利用效率，具有结构简单、制造容易、成本低，运行中控制简单、故障率低，保养维护费用较少等优点。另外，其叶片可以呈流线型（或其它具有一定翼型的直叶片）剖面，叶片圆头型的前缘在运转中一直保持在上风位置，并巧妙地使叶片在工作圆周的迎风前、后半周均能获得升力型力矩，叶片转动一周能两次截留风能。叶片可以呈“V”型布局设计，叶片上部分较大的开口可增强风能利用率；叶片的下部、靠近输出轴附近有利安装调攻角装置，可简化这些部件的设计制作及减少磨耗。由叶片中轴线延长刚性连接一调攻角曲柄，调攻角曲柄插入一个扁圆型的调攻角凹槽中滚动配合；调攻角凹槽可由电机带动适时改变形状，从而引导叶片曲柄的摆动，进而改变叶片的迎风攻角，使叶片在圆周的绝大多数位置都能产生驱动力矩，提高风能利用率。虽然是垂直轴风力机，但仍需对风偏航装置。因叶片呈V型布局设计，叶片调攻角曲柄、调攻角凹槽设置在与叶片轴线垂直的锥型转盘上；锥型转盘的外侧连接尾舵，起到对风偏航作用，引导调攻角系统和叶片随时选择最佳风向位置。本专利技术与目前类似调整叶片攻角的设计比较，由于采用叶片中轴直接连接曲柄在凹槽中滚动来转动叶片，使叶片转动自由度大（超过360°，满足任意角度的设定）且更精确；从结构上分析，无需更多运动副。故具有结构简单、制造容易、成本较低；运行中控制简单、故障率较低，保养维护费用较少等优点。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术的风力机结构示意图。图2是本专利技术的风力机工作原理示意图。图3是本专利技术的风力机对风偏航系统工作原理示意图。图4是本专利技术的风力机一种导向副柄结构及工作原理示意图。图5是本专利技术的风力机一种由销轴链接的活动导向曲柄结构示意图。图6是本专利技术的风力机一种半刚性调攻角凹槽和机翼型叶片结构及工作原理示意图。图7是本专利技术的风力机一种弧板型叶片的结构及工作原理示意图。图8是本专利技术的风力机H型叶片布局示意图。图9是本专利技术的风力机U型叶片布局示意图。图10是本专利技术的风力机结构直观图。图11是本专利技术的一种无上部输出轴和上支撑架结构的风力机。具体实施方式图1、图10给出了本专利技术的一个实施例的示意图，本实施例的可调叶片攻角式垂直轴风力机为三组叶片的风力机，图1a是俯视图、图1b是正视图；其中，叶片的数量可以根据需要进行任意设置。本实施例的风力机包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调叶片攻角式垂直轴风力机，其特征在于，包括输出轴、与所述输出轴固定连接带动所述输出轴转动的支撑架、通过转轴转动安装在所述支撑架上并推动所述支撑架带动所述输出轴转动的叶片、调整所述叶片攻角的调攻角装置、以及带动所述调攻角装置转动对风的对风装置；所述调攻角装置包括安装在所述对风装置上的扁圆形调攻角凹槽、以及调攻角曲柄；所述调攻角曲柄的一端与所述叶片的转轴连接，另一端滑动设置在所述调攻角凹槽内；所述调攻角曲柄的一端在所述调攻角凹槽内滑动时，另一端带动所述转轴转动调整所述叶片的攻角。

【技术特征摘要】
1.一种可调叶片攻角式垂直轴风力机，其特征在于，包括输出轴、与所述输出轴固定连接带动所述输出轴转动的支撑架、通过转轴转动安装在所述支撑架上并推动所述支撑架带动所述输出轴转动的叶片、调整所述叶片攻角的调攻角装置、以及带动所述调攻角装置转动对风的对风装置；所述调攻角装置包括安装在所述对风装置上的扁圆形调攻角凹槽、以及调攻角曲柄；所述调攻角曲柄的一端与所述叶片的转轴连接，另一端滑动设置在所述调攻角凹槽内；所述调攻角曲柄的一端在所述调攻角凹槽内滑动时，另一端带动所述转轴转动调整所述叶片的攻角；所述调攻角凹槽为可调扁圆度凹槽。2.根据权利要求1所述的可调叶片攻角式垂直轴风力机，其特征在于，所述对风装置包括可转动设置在所述输出轴外围的转盘、以及带动所述转盘转动的对风机构；所述调攻角凹槽安装在所述转盘上。3.根据权利要求2所述的可调叶片攻角式垂直轴风力机，其特征在于，所述对风机构为对风尾舵；所述叶片为升力型叶片；所述叶片的圆头型的前缘在运转中保持在上风位置。4.根据权利要求2所述的可调叶片攻角式垂直轴风力机，其特征在于，所述调攻角装置还包括调整所述调攻角凹槽扁圆度的驱动调节机构。5.根据权利要求4所述的可调叶片攻角式垂直轴风力机，其特征在于，所述调攻角凹槽包括围成扁圆的至少两段弧形凹槽；所述弧形凹槽之间设有伸缩缝，并且至少其中一段所述弧形凹槽上设有所述驱动调节机构，所述驱动调节机构驱动所述弧形凹槽所述转盘上滑动来改变所述伸缩缝的大小。6.根据权利要求5所述的可调叶片攻角式垂直轴风力机，其特征在于，所述驱动调节机构包括与调攻角凹槽固定连接的螺母、与所述螺母啮合的螺杆、以及带动所述螺杆转动的调节电机；或者，所述驱动调节机构包括分别设置在两段弧形凹槽上...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东林，
申请(专利权)人：李东林，
类型：发明
国别省市：