[发明专利]高效“T”形叶轮自适应变形叶片风车

说明书

技术领域

本发明涉及新的风能高效率转换的动力装置，特别涉及一种高效“T”形叶轮自适应变形叶片风车。

背景技术

在风力发电设备中，一种对叶轮及通常称为螺旋桨的制造和改进方法长期以来一直是人们关注的焦点，螺旋桨结构和设计性能的好坏直接影响到风能的转换效率和发电质量以及投资成本，关于风能资源它是一种自然现象，特别是风速的大小、风力的强弱，以及阵风、涡旋风和大幅度脉动状态风变化多端，令人难以掌控，传统的方法是采用多级齿轮增速、变档调速、强风偏航控制和对一个十分笨重的螺旋桨进行变浆距控制，实在是烦琐不堪，更为重要的是成本大量增加和长期运行中降低工作的可靠性，当前需要迫切解决风能转换装置，包括沿海强风地区应用，而更需要的是内地建筑物或地面上的中小风和微风风力发电或大型风动力装置。

发明内容

本发明的目的是：要从根本上彻底改变螺旋桨的结构，提供在强风状态下作为减速运行的园桶形叶轮，提供在微风或中等风速状态下作为常规运行的平面叶轮，特别是在平面叶轮中采用主要作用为增速和稳速目的的弹性叶片。

本发明采用了一种高效“T”形叶轮自适应变形叶片风车，其特征在于：有一种垂直的转轴和轴端轮盘，在轮盘的下方安装一个并与轴向延伸的小直径园桶形叶轮，同时在轮盘的上方安装一个并紧靠轮盘面延伸的大直径园平面叶轮，这两种叶轮的紧密结合实现高效利用风能，其中平面叶轮由固定在轮盘上的设计一对或多对长管空心叶片柄、在叶片柄的上方安装金属或非金属弹性叶片为主变形叶片；在叶片柄的下方安装受重力、离心力和风力交替作用的活动叶片为副变形叶片。

小直径园桶形叶轮由薄板金属材料制成，亦可采用纺织材料与粘合剂模压而成，将桶身切割成窗扇形叶片2到6只，桶口向下、桶底与轮盘采用螺栓固定，在园桶形叶轮的腰部设有1到6只不锈钢丝环圈，用以减少和限制叶片的离心力变形。平面叶轮的叶片柄由金属方管或扁管制成，在其每只叶片柄的上方固定安装剪刀形弹性金属叶片或由纺织材料与粘合剂制成的非金属叶片，事先在未受风力作用下将叶片平面与旋转面调整为0角度，以将自然空气阻力降到最小的限度，平面叶轮处于非螺旋状态下运行，使整个平面叶轮产生惯性飞轮作用，在叶片受到风力作用，其叶片产生变形角度，使平面叶轮处于螺旋状态下运行，由于叶片能随风力强度的变化自适应改变角度，其叶片角越小在同样风量经过叶轮时转速就越高，平面叶轮的弹性叶片可根据风力强度自适应改变角度，完整实现和提供风轮在运行过程中减轻空气阻力、稳定转速和降低气流噪声，由于这种叶轮的优良性能，其整个风车的转速可比传统的螺旋浆风车高出2.5到3.5倍；在其每只叶片柄的下方安装剪刀形活动变形叶片宽度尺寸小于弹性叶片，该叶片在风轮刚刚启动或弱风时叶片自然下垂，与弹性叶片夹角扩大，达到增大受风面积和增大旋转扭矩，在风轮转速较高或风力继续增强时，该活动叶片受离心力的控制，与弹性叶片夹角缩小，使受风面积进一步降低，完成风轮的二次稳速，本发明采用弹性叶片增加转速，同时采用了活动叶片提高扭矩，损掉了齿轮增速机构和变档的昂贵成本，而更显著的进步是大大提高了风力发电机运行的可靠性。

具体实施方式

在建筑屋顶上安装高效“T”形叶轮自适应变形叶片风车，选择在屋顶的墙角处采用混凝土预制四点式钢架连接座，制备一只低高度梯台形钢架，将钢架与钢架座采用四只膨胀螺栓固定，然后在钢架的顶部立式安装发电机，最后将高效“T”形叶轮自适应变形叶片风车与发电机轴采用定位销和螺母固定连接。值得注意的是，在风吹向房屋时即风流场受到房屋垂面阻挡障碍，风流场将以大于附近平均风速并由水平方向转为偏向垂直方向向上浮吹的“S”流向风，这种风流状况在4米以下的风速，可向上浮吹2米左右，因此变形叶片风车的安装高度应控制1.5米左右。

实施例：本发明所述的“T”形风车在大中型风力发电机中的应用，对于50到200千瓦的中型动力装置或风力发电机可采用低高度钢架立式安装方式，对于驱动大型空调或采暖装置，一律采用低高度塔架立式安装方式，对于0.5到2兆瓦的大型风力发电机，在发电机轴上单一安装平面叶轮，将叶片长度比传统风机叶片长度尺寸缩短20％，同时将塔架高度和塔架材料相应减少。

本发明所述的自适应变形叶片风车，从理论上讲在同等功率和同等风速条件下与传统风车相比，可将转速提升到10倍，其随着工作效率的提高，其输出动力相应增加，该技术可实用于微风和强风的发电、抽水、空调驱动、采暖和所需要的相关动力设备。