一種基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類社會發(fā)展進(jìn)步的動(dòng)力和保障。近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，煤炭，石油，天然氣等常規(guī)能源被快速，大量的消耗，這讓人類不僅面對資源日趨枯竭的壓力，同時(shí)受到了環(huán)境不斷惡化的威脅。能源和環(huán)保已成為當(dāng)今人類生存和發(fā)展急需解決的緊迫問題。風(fēng)電作為一種清潔環(huán)保的新能源，既不消耗有限的煤炭資源，也不會消耗寶貴的地下風(fēng)資源，更有利于國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，在全國各地區(qū)大力發(fā)展適合具體地區(qū)特點(diǎn)的高效可靠的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是大有前途的。要實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化、實(shí)用化，要求有高效能的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品，能夠最大限度的利用風(fēng)能，這就要求我們研宄風(fēng)力機(jī)的性能，提高風(fēng)機(jī)對風(fēng)能的最大捕獲，產(chǎn)生高效率能量轉(zhuǎn)化。
[0003]目前，風(fēng)力發(fā)電的主要形式是通過風(fēng)機(jī)裝置將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，因此設(shè)計(jì)一種高效、可靠的風(fēng)機(jī)是風(fēng)能利用的關(guān)鍵技術(shù)。風(fēng)機(jī)的造型既要考慮結(jié)構(gòu)也要考慮重量等其它因素。當(dāng)前風(fēng)機(jī)形式主要有風(fēng)平軸風(fēng)機(jī)和垂直軸風(fēng)機(jī)兩種，葉輪軸線與風(fēng)向的相對位置平行的為風(fēng)平軸式葉輪(HAWT)，葉輪軸線與風(fēng)向的相對位置垂直的為垂直軸式葉輪(VAWT)。
[0004]同水平軸風(fēng)電機(jī)組相比，垂直軸風(fēng)電機(jī)組具有以下優(yōu)勢:
[0005](I)垂直軸式葉輪軸線與來流方向垂直，可以捕獲任何方向的風(fēng)能，結(jié)構(gòu)簡單，很適合小型化獨(dú)立發(fā)電。
[0006](2)垂直軸風(fēng)機(jī)安裝和維護(hù)簡單，制造工藝簡單，造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。
[0007](3)垂直軸風(fēng)機(jī)對葉片結(jié)構(gòu)及其強(qiáng)度要求低。
[0008](4)垂直軸式葉輪能夠在復(fù)雜紊流下有效工作，因此更適合于應(yīng)用在復(fù)雜地形的小型風(fēng)力發(fā)電場所，如偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村。
[0009](5)垂直軸葉輪葉片的尖速比風(fēng)平軸葉輪的小，這樣低轉(zhuǎn)速下氣動(dòng)噪聲很小，甚至可以達(dá)到靜音的效果，有利于環(huán)保。
[0010]目前常見的垂直軸葉輪主要有升力型垂直軸葉輪和阻力型垂直軸葉輪。升力型的主要代表是Darrieus葉輪，阻力型的主要代表是Savonius葉輪。
[0011]在公開號為US1835018A的發(fā)明創(chuàng)造中，公開了一種Darrieus風(fēng)力葉輪。該葉輪結(jié)構(gòu)簡單、升力系數(shù)高，但啟動(dòng)性能較差，尤其在低風(fēng)速下很難啟動(dòng)。
[0012]在公開號為US1766765A的發(fā)明創(chuàng)造中，公開了一種Savonius風(fēng)力葉輪。該葉輪啟動(dòng)性能好，具有很大的風(fēng)速利用范圍，但隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)矩由高到低的變化幅度很大，甚至?xí)陆档浇咏愕某潭?，因此具有較低的總效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]要解決的技術(shù)問題
[0014]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中升力型垂直軸葉輪自啟動(dòng)難和阻力型垂直軸葉輪能量捕獲效率低的問題，為了進(jìn)一步提高能量捕獲效率，本發(fā)明提出一種基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪。
[0015]技術(shù)方案
[0016]一種基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪，其特征在于包括旋轉(zhuǎn)十字支架、四枚葉片、中心軸、底座、一級錐齒輪、四個(gè)二級錐齒輪、八個(gè)傳動(dòng)齒輪和四根傳動(dòng)軸；中心軸安裝在底座上，旋轉(zhuǎn)十字機(jī)架由上支架和下支架組成，上支架、下支架均呈十字形，分別通過各自中心的中心軸安裝孔套在中心軸的第一凸臺下、第二凸臺上，四枚葉片通過葉片安裝軸安裝在上支架、下支架的四個(gè)端部的葉片安裝孔中；上支架各臂的上表面上固定有兩個(gè)傳動(dòng)軸支撐架，傳動(dòng)軸支撐架上有一個(gè)定位孔，用于安裝傳動(dòng)軸；二級錐齒輪同軸固定安裝在各葉片安裝軸的上端，一級錐齒輪同軸固定安裝在中心軸的頂端面上，在各傳動(dòng)軸的兩端分別固定安裝有一個(gè)傳動(dòng)齒輪。
[0017]所述的葉片為矩形薄平板。
[0018]所述的主軸為圓柱狀。
[0019]同一支架臂上的兩個(gè)傳動(dòng)軸支撐架上的定位孔同軸。
[0020]所述的葉片安裝軸固定安裝在葉片的兩個(gè)長邊的對稱軸上，并與中心軸平行。
[0021]所述的一級錐齒輪與二級錐齒輪的齒數(shù)比為1:2。
[0022]有益效果
[0023]本發(fā)明提出的一種基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪，該葉輪葉片在繞軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，也可以有規(guī)律的自轉(zhuǎn)來改變?nèi)~片的位置，能使葉片在迎風(fēng)時(shí)，增大迎風(fēng)面積，提高所受轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，在逆風(fēng)時(shí)，減小迎風(fēng)面積，減少逆風(fēng)阻力，使得風(fēng)機(jī)葉輪具有較好的自啟動(dòng)性，同時(shí)還具有較高的發(fā)電效率。
[0024]葉片在順風(fēng)的半個(gè)周期在來流方向上有較大的投影面積，能夠獲得較高的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力矩；而在逆風(fēng)的半個(gè)周期里，葉片與來流方向夾角較小，阻力較小，這使得該裝置具有較高的工作效率。同時(shí)由于在任意時(shí)刻都有較大的迎風(fēng)面，使得該裝置具有良好的自啟動(dòng)性能。
【附圖說明】
[0025]圖1本發(fā)明的軸測圖
[0026]圖2本發(fā)明齒輪傳動(dòng)示意圖
[0027]圖3上支架俯視圖
[0028]圖4風(fēng)機(jī)葉輪工作原理簡圖
[0029]1-旋轉(zhuǎn)十字支架；2_中心軸；3-凸臺；4-底座；5-葉片；6_傳動(dòng)軸；7_傳動(dòng)軸支撐架；8_葉片安裝軸；9_ 一級錐齒輪；10-二級錐齒輪；11-傳動(dòng)齒輪；12-葉片安裝孔；13_中心軸安裝孔。
【具體實(shí)施方式】
[0030]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0031]一種基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪裝置，主要由旋轉(zhuǎn)十字支架1、四枚葉片5、中心軸2、底座4、一級錐齒輪9、四個(gè)二級錐齒輪10、八個(gè)傳動(dòng)齒輪11以及四根傳動(dòng)軸6組成。
[0032]中心軸2底部與底座4固定連接，在底座4上端面設(shè)有一個(gè)凸臺3，用于支撐十字支架I。中心軸2在凸臺3以上部分的長度略大于葉片5長度。
[0033]旋轉(zhuǎn)十字機(jī)架I由上支架和下支架組成。如圖3所示，下支架整體呈十字形，在其十字形的中央設(shè)有中心軸安裝孔13，該孔的孔徑介于中心軸直徑和凸臺3直徑之間，用于安裝中心軸2。在下支架十字形的四個(gè)端部各有一個(gè)葉片安裝孔12，用于安裝葉片安裝軸
8。上支架和下支架完全相同。
[0034]下支架安裝在中心軸2底部，通過中心軸安裝孔13與中心軸2同軸連接，由于中心軸安裝孔13的直徑小于凸臺3直徑，故下支架能夠放置在凸臺3上且能繞中心軸2自由旋轉(zhuǎn)。
[0035]上支架安裝在中心軸2頂部，通過中心軸安裝孔13與中心軸2同軸連接，上下支架對應(yīng)的各臂保持平行，便于安裝葉片安裝軸8。
[0036]葉片5為矩形薄平板，在其兩個(gè)長邊的對稱軸上固定安裝葉片安裝軸8。葉片安裝軸8的上、下端分別通過軸承安裝在上支架和下支架的葉片安裝孔12，并與中心軸2平行。
[0037]在上支架各臂的上表面，固定有兩個(gè)傳動(dòng)軸支撐架7，傳動(dòng)軸支撐架7上有一個(gè)定位孔，用于安裝傳動(dòng)軸6。各臂上的兩個(gè)傳動(dòng)軸支撐架7之間有一定間距，且其二者上的定位孔同軸。
[0038]傳動(dòng)軸6有完全相同的4根，為圓柱形，其直徑略小于傳動(dòng)軸6上的定位孔直徑。4根傳動(dòng)軸6分別安裝在上支架的各臂上，穿過傳動(dòng)軸支撐架7上的定位孔。
[0039]二級錐齒輪10同軸固定安裝在各葉片安裝軸8的上端，可隨葉片安裝軸8 一起旋轉(zhuǎn)。一級錐齒輪9同軸固定安裝在中心軸2的頂端面上。在各傳動(dòng)軸6的兩端分別固定安裝有一個(gè)傳動(dòng)齒輪11，傳動(dòng)軸6依靠這兩個(gè)傳動(dòng)齒輪11將一級錐齒輪9和二級錐齒輪10通過錐齒輪連接。一級錐齒輪9與二級錐齒輪10的齒數(shù)比為1:2。
[0040]如圖4所示，在風(fēng)力的作用下，葉片5驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)十字架I逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)四枚葉片5繞中心軸2公轉(zhuǎn)。一級錐齒輪9與中心軸2固定連接，在旋轉(zhuǎn)十字架I作用下，與一級錐齒輪9嚙合的傳動(dòng)齒輪11也逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，通過傳動(dòng)軸6將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)到二級錐齒輪10，并使得二級錐齒輪10繞葉片安裝軸8的軸線順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種運(yùn)動(dòng)方式下，葉片5可繞葉片安裝軸8的軸線自轉(zhuǎn)。由于一級錐齒輪9與二級錐齒輪10的齒數(shù)比為1:2，所以葉片5公轉(zhuǎn)角速度與自轉(zhuǎn)角速度比為2:1。當(dāng)葉片5繞旋轉(zhuǎn)十字架I逆時(shí)針公轉(zhuǎn)90°時(shí)，同時(shí)繞葉片安裝軸8的軸線順時(shí)針自轉(zhuǎn)45°。這種葉片運(yùn)動(dòng)方式的好處在于，在葉片公轉(zhuǎn)的一周里，在A點(diǎn)和C點(diǎn)附近區(qū)域受升力作用驅(qū)動(dòng)葉輪；在B點(diǎn)附近區(qū)域，葉片在來流方向的投影面積最大，受阻力作用驅(qū)動(dòng)葉輪；而在D點(diǎn)附近區(qū)域，葉片的迎風(fēng)面積最小，所受阻力也最小，這使得該裝置具有較高的工作效率。同時(shí)由于在任意時(shí)刻都有較大的迎風(fēng)面，使得該裝置具有良好的自啟動(dòng)性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪，其特征在于包括旋轉(zhuǎn)十字支架(1)、四枚葉片(5)、中心軸(2)、底座(4)、一級錐齒輪(9)、四個(gè)二級錐齒輪(10)、八個(gè)傳動(dòng)齒輪(11)和四根傳動(dòng)軸出)；中心軸(2)安裝在底座(4)上，旋轉(zhuǎn)十字機(jī)架(I)由上支架和下支架組成，上支架、下支架均呈十字形，分別通過各自中心的中心軸安裝孔(13)套在中心軸(2)的第一凸臺(15)下、第二凸臺(16)上，四枚葉片(5)通過葉片安裝軸(8)安裝在上支架、下支架的四個(gè)端部的葉片安裝孔(12)中；上支架各臂的上表面上固定有兩個(gè)傳動(dòng)軸支撐架(7)，傳動(dòng)軸支撐架(7)上有一個(gè)定位孔，用于安裝傳動(dòng)軸(6);二級錐齒輪(10)同軸固定安裝在各葉片安裝軸(8)的上端，一級錐齒輪(9)同軸固定安裝在中心軸(2)的頂端面上，在各傳動(dòng)軸(6)的兩端分別固定安裝有一個(gè)傳動(dòng)齒輪(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪，其特征在于所述的葉片(5)為矩形薄平板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪，其特征在于所述的主軸(8)為圓柱狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪，其特征在于同一支架臂上的兩個(gè)傳動(dòng)軸支撐架(7)上的定位孔同軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪，其特征在于所述的葉片安裝軸(8)固定安裝在葉片的兩個(gè)長邊的對稱軸上，并與中心軸(2)平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪，其特征在于所述的一級錐齒輪(9)與二級錐齒輪(10)的齒數(shù)比為1:2。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于齒輪機(jī)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)葉片葉輪，主要由旋轉(zhuǎn)十字支架、四枚葉片、中心軸、底座、一級錐齒輪、四個(gè)二級錐齒輪、八個(gè)傳動(dòng)齒輪以及四根傳動(dòng)軸組成。
【IPC分類】F03D3-06
【公開號】CN104533708
【申請?zhí)枴緾N201410673674
【發(fā)明人】宋保維, 施瑤, 毛昭勇, 丁文俊, 田文龍, 安新宇
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月21日