[其他]树叶型风车

说明书

树叶型风车是一种风能转换装置。

本发明属于垂直轴风力发动机的一种新形式。

已有的垂直轴风力机，所用的风轮有升力型和阻力型之分，叶片大都是固定的，这些风力机的缺点是结构比较复杂，用材料多，成本高，效率低。有的启动风速要求高且不能自我启动，也不能自动调节叶片角度，不能自动进行超速控制，使风力机的推广应用受到了一定的限制。

本发明的目的就是克服上述缺点，以便大面积开发风能资源。

图1    风轮结构示意图：1为园弧形叶片;2为叶柄;3为叶杆;4为立杆;5为发电机。

图2    叶片、叶柄、叶杆三者的安装图。

图3    叶片受力分析图。

图4    限位和超速控制装置;6为杠杆;7为离心重锤。

本发明的原理是：地球上的植物大都生长有接受光能的叶子，这些叶子在流动的大气里一般又都具有着运动的多自由度，以减轻气流的压力，将这类叶子的自由度适当地加以限制，把植物叶子的避风机能和风轮叶片的受风要求巧妙地结合在一个机械装置之中，便构成了这种新型的垂直轴风力机。参见图1所示的该种风力机示意图。它包括园弧形叶片1、叶柄2、叶杆3、立杆4、发电机5、叶片、叶柄、叶杆构成了风轮。叶片为园弧形，园弧半径与它围绕立杆轴旋转半径相同;叶柄是叶片弦长的1/2到1/4之间，它被固定的安装在叶片的一端，且垂直于固定点处园弧的切线;叶柄同叶杆之间为铰链活动（参见图2）连结，其叶柄的运动轴线同立杆平行。

园弧形叶片相对于叶杆在一定角度内自由活动，即自动调节角度。这样就使得叶片能够既接受升力又接受阻力，从而实现了风轮的自动迎风、自我启动。

这种风力机的受力分析如图3所示。

＝+

-相对速度

-风速

-叶片的线速度

-升力

-阻力

-合力

X＝CxAx (ρU²)/2

y＝CyAy (ρV²)/2

F = X2 + Y 2]]>

Cx-阻力系数

Cy-升力系数

Ax-叶片面积在X轴上的投影

Ay-叶片面积在Y轴上的投影

ρ-空气质量密度

加上适当长度的叶柄，园弧形叶片能够将升力和阻力汇为一体，产生推动风轮旋转的合力，有效的利用风能。

把叶片逐渐限制在它旋转的园柱面上，旋转力就逐渐减少，利用这一特点可以自动的进行超速控制，见图4。如果风速超过额定值，重锤便在离心力作用下外移，带动杠杆6转动，叶片活动角缩小，从而达到进行超速控制的目的。

发明人做了实施样机“树叶-100”，介绍如下：

一、设计风速和风轮半径。

额定功率是由设计风速决定的，其它风力机一般都把6～8米/秒的风速作为设计风速。考虑到我国大多数地区的年平均风速和风速分布状况，树叶型风车选定5米/秒为设计风速，这样可以发挥它的优势，以扩大风速的利用范围，也扩大风车的使用地域，使之在高于三级风时，功率可以达到100瓦左右。

额定功率确定之后，通过计算可以得出“树叶-100”的矩形截面积：

100＝ (ρAV³Cp)/(2×75×1.36) ×1000

ρ-0.125kg-秒²/m⁴

V-5米/秒

Cp-0.25，选一较低数

A-所求之面积m²

A＝ (100×2×75×1.36)/(0.125×5³×0.25×1000) ＝5.2m²

考虑到叶端损失，叶片高度L定为1.8米，风轮半径R为1.5米，矩形截面积略大于5.2m²。

二、叶片数目η和实度