本发明迴翼式立轴风力机,可作为多种机械的动力源。属机械工程风力发动机类。 风力机种类很多按风力机迴转轴的方向来分、可分为水平轴风力机和立轴风力机二种,按风力机产生扭矩的形态来看则可以分为升力型和阻力型二大类。
目前广泛应用的风力机大都为水平轴升力型即螺旋浆式的,这是因为这种风力机的功率系数较高,其转速可以超过风速,比较适合发电的需要。但是这种风力机,由于浆翼和发电机一般都是同轴运行、重量集中在顶部,必须有塔架支撑,需要较多的钢材,浆翼制造和平衡也比较困难当风速达到停车风速时,必须有停车装置,一般采用俯仰方法或改变浆翼升角方法,结构比较复杂。
立轴型风力机升力型较成功的是达里厄式,它的形状象希腊字母“φ”这种风力机,虽然功率系数较高,可是其翼片制造难度大,还有不能起动的缺点。立轴风力机阻力型的主要缺点是功率系数较低,因此立轴风力机的使用较少。
本发明的目的是提供一种阻力型小型迴翼式立轴风力机,其主要特征就是能使风帆状的转翼在风向舵的控制下迎风的一面帆翼与风向垂直,而逆风的一侧则帆翼与风向平行,使逆向阻力降低到最小值,可提高功率系数,该风力机构造简单,制造方便、操作维护容易。
迴翼式立轴风力机是採取以下方案实现的:迴翼式立轴风力机主要由风机迴转部分、凸轮控制部分、停车装置、支撑传动部分构成。
迴转部分由装在风机顶部支架杆、拉杆、若干根迴转轴、帆翼等组成,呈伞形结构,比较牢固稳定。帆翼固定在迴转轴上,呈梯形,风机利用风力推动帆翼产生旋转运动。
凸轮控制部分:由风向舵、凸轮箱、迴转半轴、控制杠杆、控制滚轮等组成。凸轮箱内装有凸轮轴、凸轮轴上装有凸轮,凸轮由控制凸轮与复位凸轮两部分构成,控制凸轮在下部,复位凸轮在上部。风向舵由帆舵、舵杆构成。舵杆是装在凸轮轴上的,因此凸轮受风向舵控制,进而控制迴转半轴上的控制杠杆和控制滚轮,在迎风的半面,由于无凸轮,帆翼受自重和风力影响处于垂直状态(有限位装置)以便承受推力,在逆风的半侧,当控制滚轮碰到凸轮后,控制杠杆被抬起,迴转半轴及迴转轴均旋转90°,帆翼就处在水平状态,大大地减少了逆风阻力。
停车装置:有连接在迴转轴和迴转半轴上的连接套,连接套上装有停车滚轮,固定在凸轮箱上地停车杠杆,上部有弹簧拉紧,定位在弯板上,每组风帆迴转轴都装有一套停车装置,共六套。当风速不大于停车风速时,风帆上的推力所形成连接套和停车滚轮的扭矩小于弹簧压力时,停车杠杆成了风帆的限位器,风帆呈垂直状态,当风速所产生的推力形成的扭矩大于弹簧压力时,停车杠杆被推开,风帆向后抬起,使风力产生分力,减少了推力降低了风力机的转速,起了调速器的作用直到风力超过停车风速,帆翼被抬成水平状态风力机就会停车或低速转动。帆翼的复位由凸轮箱内的复位凸轮控制,以保证风力机的安全。
支撑传动部分:主要由立轴、拉绳、增速箱。增速箱装在地面上,增速箱内主要装有大、小一组伞形齿轮,以改变传动方向,立轴将迴转机构由风力推动旋转运动通过装在立轴底部的大伞形齿轮,传动小伞齿轮,以增加速度,伞齿轮输出端联接发电机或水泵等其它设备工作。拉绳有若干根固定在迴翼式立轴风力机上部以稳定立轴风力机不至于倾倒。
立轴风力机特别是小型机采用阻力型的有其有利的一面,即结构比较简单,扭矩系数较高,可作为多种机械的能源。为了开发阻力型立轴风力机的应用,经研究设计了这种小型的迴翼式立轴风力机,这种风力机是针对目前能见到象“萨布纽斯式”和“杯状环翼式”等立轴风力机的功率系数低而设计的。本发明迴翼式立轴风力机是阻力型小型风力机其主要特征是能使风帆状的转翼在风向舵的控制下,迎风的一面帆翼与风向垂直,而逆风的一侧帆翼则与风向平行,使逆向阻力降到最小值,可以提高功率系数。这种风力机构造特别简单,制造也十分方便,操作维护都比较容易,因此可以广泛使用在具有风力资源的地区。
迴翼式立轴风力机,可以形成系列产品,以展翼直径可以为2M,3M,4M,5M,6M等。
今以展翼6M为例,帆翼面积2M,在每秒9M的风速下(5级风)
按公式PE= 1/102 ·CP·π· 1/2 P· (π)/4 D2·V3计祘
Cp为功率系数确定为0.4,η为发电机组效率0.8,ρ为空气密度。
可发电3KW左右,风机重量约200Kg左右。
本发明的优点主要有:
1、逆向阻力很小,能提高功率系数。
2、扭矩也相应增大。
3、由于出力装置及发电机等在地面,故不需要塔架来支持。
4、能在较大幅度的风速范围内运转。
5、结构简单、价格较低。
6、停车机构简单可靠、能自动运行,风机使用较为安全。
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
图1是迴翼式立轴风力机示意图。
图2是迴翼式立轴风力机凸轮箱结构示意图。
图3是迴翼式立轴风力机凸轮展开图。
图4是迴翼式立轴风力机凸轮示意图。
图5是迴翼式立轴风力机停车装置示意图。
图中1、舵杆,2、帆舵,3、控制凸轮,4、轴承套,5、迴转半轴,6、连接套,7、控制杠杆,8、控制滚轮,9、凸轮箱体,10迴转轴,11、帆翼,12、支架杆,13、拉杆,14、停机滚轮,15、停车杠杆,16、弯板,17、立轴,18、增速箱,19、复位凸轮,20、拉绳,21、弹簧,22、凸轮轴,
参照附图迴翼式立轴风力机主要由风机迴转部分、凸轮控制部分、停车装置、支撑传动部分构成。迴转机构由装在风力机顶部支架杆(12)拉杆(13),若干根迴转轴(10)、帆翼(11)组成。帆翼装在迴转轴上,帆翼形状呈梯形,共有六张,利用风力推动帆翼产生旋转运动。控制部分主要由风向舵、凸轮箱、迴转半轴(5)、控制杠杆(7)、控制滚轮(8)凸轮箱由凸轮箱体(9)、凸轮轴(22)、控制凸轮(3)、复位凸轮(19)构成。风向舵由帆舵(2),舵杆(1)组成,舵杆装在凸轮轴(22)的端部,控制装在凸轮轴上的凸轮转向,进而通过控制装在迴转半轴(5)上的控制滚轮(8)和控制杠杆(7)带动与迴转半轴固定在一起的迴转轴旋转,使帆翼处在垂直状态或水平状态。停车装置有装在迴转轴(10)与迴转半轴(5)上的连接套(6)、停车滚轮(14)、固定在凸轮箱(9)上的停车杠杆(15)、停车杠杆上部装有弹簧(21)、固定在弯板(16)上,配合迴转轴每组上都装有一套停车装置。停车机构是通过停车滚轮(14)与停车杠杆(15)来实现的,在风力不超过6级时,停车滚轮被停车杠杆挡住,帆翼(11)呈垂直状,当风力超过6级时,帆翼推力加大,停车滚轮将停车杠杆推开帆翼向后上部翻起,此时帆翼形成一角度,使风力产生分力,推力减少,起到调速器作用,待风力达到停车风速时(8级以上)帆翼(11)推力超过弹簧(21)拉力、帆翼翻成水平状态,此时风力机处于停车或低速运转,以保证安全。支撑传动部分主要由立轴(17)、拉绳(20)、增速箱(18)构成。