一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机制造技术

本实用新型专利技术提供了一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机，包括叶片、框架，所述框架至少为2个，所述框架由旋转主轴、上横梁、下横梁、内侧立杆和外侧立杆组成，所述上横梁和下横梁固定在旋转主轴上，所述内侧立杆和外侧立杆固定在上横梁和下横梁之间，所述内侧立杆和外侧立杆之间对称设有弹性组件，所述弹性组件之间设有叶片，所述叶片摆动轴固定在上横梁和下横梁之间，所述叶片摆动轴设在叶片正投影面的纵向中心线与叶片头部之间。本实用新型专利技术的风力机充分利用风能自身的力量，及时自动的使每个叶片在不同的位置上，调整到最佳角度，并且是最高结构强度的外框架结构形式，解决了叶片在极短时间内调整攻角的实际难题，具有良好的实际使用效果。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及ー种垂直轴(又称立轴)式风カ机，是ー种以垂直轴和垂直形式的叶片进行水平回转运转方式将风能转化为机械能的机械装置。
技术介绍
垂直轴风カ机运转时因为有一半的叶片是逆风方向转动的，即存在“负升力“、“负推力”的问题，所以固定叶片形式的垂直轴风カ机效率很低。本世纪初德国人“A.贝茨”提出了系统的风能利用理论(包括推导数学公式)，指出水平轴螺旋桨式风力机的理论风能利用效率仅是风能中总能量的0. 593 (即风能利用效率系数)，再加上实际的机械能转化为电能中的各个环节的各种损耗，实际上只能达到70%的实际转化效果，所以实际上从风能中能够获得的能量效率系数仅为0. 415，这是水平轴风カ 机的理论效率，A.贝茨理论说明了风能利用的特点和效率，现代大規模已经推广的水平轴螺旋桨式的风カ机(风カ发电机组)就是建立在“A.贝茨理论”基础上的。而垂直轴风カ机尤其是“固定叶片方式”的垂直轴风カ机，在回转中有一半的迎风面积是负的(顶风的)，不仅不能产生有效的风能，还要消耗掉顺风产生的风能功率的至少一半的能量，參照“A.贝茨理论”，固定叶片式的垂直轴风カ机效率是极低的，理论上只有0. 2075 (即0. 415 + 2=0. 2075)，因此，固定叶片形式的垂直轴风カ机(垂直轴风カ发电机)没有得到大发展，就是因为效率太低所致。但是，垂直轴风カ机因为还利用了风能的阻力(推力)能量，这就是帆船的应用风能的方式，(但是至今也没用发现总结出升力和阻力垂直轴风カ的理论)，所以如果能够解决迎风面叶片的阻カ问题和回转中各个位置的升力及推力问题，就可以充分的利用风能的推力效应和升カ效应，大幅度的提高垂直轴风カ机从风中获得的能量，提高风能利用效率。因此，最关键的问题就是叶片在不同位置的与风向的夹角问题，能够调节好这个夹角，就可以大幅度的提高垂直轴风カ机的风能利用效率，有人提出比水平轴风カ机风能利用效率还高，因为没用理论计算支持，只能说是经验值了。尤其是垂直轴风カ机在运转中不需要对准风向，是“无风向型”风カ机，即便风向快速变化也能够持续的利用风能，这一点是优于传统的水平轴螺旋桨型风力机的，同时运行时转速较慢，特别“安静”没有大的噪声，一般又不需要安装的太高，因此受到人们的青睐，目前国内外都在大力的研究垂直轴风カ机(含风カ发电机)。为了解决迎风面的阻力问题和充分的利用叶片在不同位置的风カ能量，首先是采用了活动的，即可以转动的垂直式叶片，使叶片在回转圆周的不同位置都能够产生“正风力”(包括阻力推力和升力推力)，在“正迎风面”的位置时使阻力減少到最小，而且除正迎风面不产生推动カ外，其它位置的叶片都产生正推动力，这样就比固定叶片方式效率大为提高，不但利用了风能的升力效应，也利用了风能的阻力效应，使得总效率大大提高，所以，及时的调整叶片在不同的位置有不同的攻角是动叶片式垂直轴风カ技术研究的最主要方向。但是因为垂直轴一般形式是，在ー个主立轴的形式下，叶片推动横梁架围绕主立轴转动，呈圆周形转动，叶片在上风向和下风向是不同的攻角位置(叶片与风向的夹角叫攻角)，如在迎风面，叶片的头部向圆周形的外部，尾部向圆周形的内部并且在迎风面的半个圆周内，姆一度圆周角的叶片攻角位置都不相同，而在下风向时正好相反，是尾部向圆盘形的外部，头部向圆盘形的内部的状态，也就是每个圆周角都是不同的攻角位置。为此，很多人提出了多种人工干预调整叶片攻角的方法，提出并设计了诸如机械方式的、电动机调整方式的、电子测速计算控制方式的、计算机微机处理方式的、利用计算机处理并且使用磁力控制方式的，但是这些方式都有很多缺点，分析如下I、人工干预不能够及时的调整叶片攻角到最佳位置注名词解释人工干预(人工介入、人工调整，利用可控制的能量调整叶片的攻角)，…指利用多种动カ装置通过人工设定的多种方式，含各种机械方式、电动方式、电子探测微机运算后按照计算好的数据调节叶片的攻角方式，使之处于最理想的位置，都属于人エ干预范围。 垂直轴风カ机的转速较慢，每分钟一般是60转左右，按照60转/每分钟来分析，姆秒钟转ー圈，即ー个360°的圆周,在旋转ー圈时叶片在360°的圆周内姆一度圆周角的攻角都是不同的，都需要调整，因为一秒钟转动ー圈即360圆周角，应该在1/360秒的时间内就要调整好这个位置的叶片，也就是说在0. 0027秒内就要调整到当时的风速状态下的最佳位置(I秒+360=0. 0027秒)。而在不同的风速下每个叶片攻角的位置都是不同的，都需要重新计算參数并调整好，但是要在这么短的时间内将很多叶片(叶片的数量范围有2、3、4、5、6、8、12、16…N个叶片)调整到最佳状态，就需要根据叶片的数量设置多套调节执行机构，在极短的时间内将每个叶片都调节到最佳的理想位置，但这是十分困难的，就是因为时间太短，仅0. 0027秒，在这么短的时间里需要计算參数、得出执行数据并且通过执行机构对叶片进行调整，还要求调整到最正确的位置，这样的要求条件，以目前的技术水平是不可能达到，所以说在实际上是难以实施的。假如我们降低要求，在每10度圆周角内调整ー下(如图1)，即便是每10度圆周角度调整一次(精度下降10倍)也需要0. 027秒内完成，如果不能在这么短的时间内调整好，那么垂直轴风カ机的效率就不会高，从而使整个风カ机的效率大幅度的下降，调整的攻角位置与理想攻角位置的误差越大效率越低。要达到在这么短的时间内，随时的按照变化的风速、风向调整到理想位置，无论是机械式、电动式、计算机处理式等等都是很难办到的，即便是从理论上分析是正确的，但是因为实际上调整允许的时间太短，目前已知的技术达不到此种要求，所以此类方式是不实用的，在实际操作中是难以实施的。说明(图1)，这是ー个叶片在一秒钟转动一周(360° )时的理论位置图，也是公知的理论位置，如果能够按照这个标准及时准确的调整每个叶片的攻角，将会获得最高的风能利用效率。2、人工干预方式需要消耗大量的能源，尤其是风速较大时，叶片的风压也很大，转动叶片很困难，需要消耗大量的能源才能够调整并且保持好叶片的攻角，即便是在风速低时也需要连续不断的消耗能源，因为叶片在360度的圆周范围内都是要随时变换不同的攻角的，所以调整叶片攻角的功率消耗是一直存在并且不能中断的，除非是停风、停机时是不用能源的。这些能源一般都是利用电力，通过电动方式运行也有利用风カ机本身的机械能转换为机械カ来调整，使用机械能也是要消耗掉大量的风カ机产生的能量的，况且在风速低于一定的范围值时，产生的机械力量很小，无カ调整叶片的攻角。前后一算账还是总输出功率大幅度的下降，总输出功率减去调整叶片位置所消耗掉的功率，最終所得无几，是得不偿失的。所以人工干预方式消耗的能源太多，如果消耗掉的能量数量大到ー个极限范围的数值时，即超过了该风カ机所产生的总能量时，也就失去了建立这个风力机的意义了，因此人工干预方式并不是一种能够解决实际问题的方式。3、另外，人工干预方式结构复杂、调整机构关节点特别多(包括齿轮、齿条、导槽、滑块、限位机构等)，这些装置在严酷的大自然中受冷热寒暑、风沙雨雪、腐蚀磨损的环境影响下，也是不能够正常安全长期运行的，需要大量的维修工作支持，因为上述原因，所以成本不低、制造复杂、运行困难、管理不易、维修困难、很难本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机，包括叶片，其特征在于：还包括框架，所述框架至少为2个，所述框架由旋转主轴（2）、上横梁（3）、下横梁（4）、内侧立杆（5）和外侧立杆（6）组成，所述上横梁（3）和下横梁（4）固定在旋转主轴（2）上，所述内侧立杆（5）和外侧立杆（6）固定在上横梁（3）和下横梁（4）之间，所述内侧立杆（5）和外侧立杆（6）之间对称设有弹性组件（7），所述弹性组件（7）之间设有叶片（8），所述叶片摆动轴（9）固定在上横梁（3）和下横梁（4）之间，所述叶片摆动轴（9）设在叶片正投影面的纵向中心线与叶片头部之间。

【技术特征摘要】
1.一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机，包括叶片，其特征在于还包括框架，所述框架至少为2个，所述框架由旋转主轴(2)、上横梁(3)、下横梁(4)、内侧立杆(5 )和外侧立杆(6 )组成，所述上横梁(3 )和下横梁(4 )固定在旋转主轴(2 )上，所述内侧立杆(5 )和外侧立杆(6 )固定在上横梁(3 )和下横梁(4 )之间，所述内侧立杆(5 )和外侧立杆(6)之间对称设有弹性组件(7)，所述弹性组件(7)之间设有叶片(8)，所述叶片摆动轴(9)固定在上横梁(3)和下横梁(4)之间，所述叶片摆动轴(9)设在叶片正投影面的纵向中心线与叶片头部之间。2.如权利要求I所述的一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机，其特征在于所述叶片摆动轴(9)和叶片尾部的距离与叶片摆动轴(9)与叶片头部的距离之比...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑尔历，赵春华，
申请(专利权)人：郑尔历，赵春华，
类型：实用新型
国别省市：