一种轻型风力发电装置的制作方法

本发明属于风力发电和材料领域，具体涉及一种轻型风力发电装置。

背景技术：

目前的风力发电机组主要设置在西部风口位置或海上，其对叶片材质要求极其高，并且也对轴承等接触件要求非常高，这是由于现有风电机组很多没有风力的限速装置，也就是说当风力非常大的时候，风电叶片长期高转速转动，对轴承等接触件的磨损。即使有风力限速的装置也是通过对转动轴的降速来达到限速的目的，徒增加了很多其他易损件。

弧形风力叶片的风力发电机目前也有一些研究，被业内称为冰风机，其特点是非常容易小型化，风力资源利用率较高，但是由于其转速相对传统风力叶片快很多，其对易损件的破坏力非常大，因此在风力大的时候如何对其进行降速成为需要重点关注的内容，如果不能很好的解决合理降速的问题，则会严重阻碍弧形风力叶片的风力发电机的发展。

技术实现要素：

本发明通过提出一种轻型风力发电装置。

具体通过如下技术手段实现：

一种轻型风力发电装置，所述轻型风力发电装置包括框架结构、转动叶片装置和发电机组。

所述框架结构包括竖直设置的转动杆，在转动杆顶端和下端分别设置有上轴承和下轴承，横向“U”型设置的固定架固定连接上轴承外端和下轴承外端，所述固定架通过支架与发电装置底端固定连接，所述转动杆下端与所述发动机组的输入轴相连。

所述转动叶片装置包括风力叶片、设置在风力叶片上的止速片以及连接风力叶片和所述转动杆的加强筋，所述风力叶片为弧形设置且端部与所述转动杆长度相同且固定连接，所述风力叶片沿着端部直至顶部为长度逐渐缩小的方式设置，并在顶部缩小为竖直长度为0的尖角状设置；在所述风力叶片的内弧部设置有止速片，所述止速片分为止速片下段和止速片上段，所述止速片下段的端部和止速片上段的顶部与所述风力叶片的端部和顶部逆向设置，且所述止速片下段的端部与所述风力叶片内弧部固定连接，所述止速片的平面与所述风力叶片所成夹角为α，且α的角度设置为39~61°。

所述止速片下段的材质为高强度橡胶，所述止速片上段的材质为不锈钢，所述止速片上段的长度为L，所述止速片下段的长度为L₁，其中L：L₁=（2~2.5）:（1.5~1.8）。

所述发电机组设置在所述框架结构的下端。

作为优选，所述风力叶片的弧度为38~50°。

作为优选，所述止速片下段的端部与所述风力叶片内弧部固定连接的部位与所述风力叶片端部的距离：该部位与所述风力叶片顶部距离=（1~1.2）:（3.1~3.8）。

作为优选，所述高强度橡胶材质按质量份数比计为：天然橡胶：52~60份，丁基橡胶：5~8份，环氧树脂：2~3份，炭黑：10~15份，增塑剂：3~5份，聚乙二醇：1~3份，硫酸钙：1~2份。

作为优选，所述止速片上段的材质为不锈钢，所述不锈钢按质量百分比计为：C：0.09~0.12%，Si：0.5~0.8%，Mn：0.8~1.5%，Cr：3~8%，Mo：0.6~1.1%，V：0.15~0.35%，Ti：0.03~0.05%，Ni：0.2~0.5%，P<0.02%，S<0.01%，N<0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质。

作为优选，所述止速片为长方形的片材结构。

作为优选，所述止速片与所述风力叶片之间也设置有加强筋。

作为优选，所述止速片与所述风力叶片之间设置的加强筋为硬质弹簧。

本发明的效果在于：

1，通过设置了弧形竖直叶片，叶片弧形面与竖直设置的转动杆完全平行，使得风力发电的转动轴为竖直方向，从而减少了横向风力发电叶片的转动向的能量转换，减少了很多部件。并且通过将弧形风力叶片设置为一端宽大（端部），然后向另一端逐步缩小直至最终缩小为尖角的形式，使得风力逐步进入到弧形面内并在弧形面内储存部分空气形成涡流，达到一定的能量缓冲，从而提供给转动杆更大更持久的转动势能。

2，通过设置止速片，并且将其逆向设置在弧形风力叶片上，使得流入到弧形叶片内的流动空气涡流形式流入到止速片内，并且与止速片碰撞，从而造成反向动力，对弧形风力叶片进行减速，风力越大，涡流弧度越小，对止速片的撞击越激烈，从而可以很好的在风大的时候对弧形风力叶片进行物理减速，避免了通过外增加部件对轴进行减速操作带来的成本增加和易损件的增加。

3，止速片与弧形风力叶片的夹角是非常重要的，太小了并不能使得内部涡流最大限度的流入到止速片和风力叶片之间的位置，如果角度太大（尤其是大于90度），即使流动空气撞击止速片了，其动能也是正向传送，也就是说不是减速了，反而可能会造成加速。因此通过对该角度的合理设置使得减速效果得到了最大化。

4，止速片的位置也是至关重要的，必需根据弧形叶片的弧度和尺寸设置在涡流形成的终点位置，只有这样采用将转动的流动空气以转动的形式进入到止速片与弧形叶片之间的区域从而以转动的方式撞击止速片。因此通过对止速片位置的设定使得上述效果达到了最佳。

5，由于止速片会长期的被涡流空气撞击，因此其与弧形叶片连接的部位非常容易损坏，通过将止速片设置为下段和上段两部分，且将下段设置为高强度橡胶的形式，由于橡胶的弹性非常强，因此在流动空气撞击止速片的时候，通过橡胶的弹性，缓解了其与弧形叶片固定部位的剪切力，同时由于设置了橡胶作为下段，在涡流空气侧向撞击止速片的时候，止速片会稍稍向外弯曲，从而使得空气撞击止速片的角度更加小，反过来又进一步的缓解了气体对止速片的破坏。橡胶的材质非常重要，如果橡胶过软，虽然弹性满足了要求，但是止速片在被风撞击的时候角度变化太大，从而破坏了之前设定的角度，导致止速效果大打折扣，因此通过对橡胶材质的改进，使得止速片在保证耐久性的情况下还保证了减速的可靠性。止速片的上段需要长期与风力接触并被风力撞击，因此其强度和耐大气腐蚀性也要求较高，通过对其材质进行改进，使得在强度保证的情况下，耐大气腐蚀性得到了改善。

附图说明

图1为本发明风力发电叶片正视的结构示意图。

图2为本发明风力发电叶片俯视的结构示意图。

图3为本发明止速片平面结构示意图。

其中：1-风力叶片，11-止速片下段，12-止速片上段， 21-上轴承，22-下轴承，23-转动杆，24-加强筋，25-固定架，α-止速片夹角，L-止速片上段长度，L₁-止速片下段长度。

具体实施方式

实施例1

如图1所示。

一种轻型风力发电装置，所述轻型风力发电装置包括框架结构、转动叶片装置和发电机组。

所述框架结构包括竖直设置的转动杆，在转动杆顶端和下端分别设置有上轴承和下轴承，横向“U”型设置的固定架固定连接上轴承外端和下轴承外端，所述固定架通过支架与发电装置底端固定连接，所述转动杆下端与所述发动机组的输入轴相连。

所述转动叶片装置包括风力叶片、设置在风力叶片上的止速片以及连接风力叶片和所述转动杆的加强筋，所述风力叶片为弧形设置且端部与所述转动杆长度相同且固定连接，所述风力叶片沿着端部直至顶部为长度逐渐缩小的方式设置，并在顶部缩小为竖直长度为0的尖角状设置；在所述风力叶片的内弧部设置有止速片，所述止速片分为止速片下段和止速片上段，所述止速片下段的端部和止速片上段的顶部与所述风力叶片的端部和顶部逆向设置，且所述止速片下段的端部与所述风力叶片内弧部固定连接，所述止速片的平面与所述风力叶片所成夹角为α，且α的角度设置为51°。

所述止速片下段的材质为高强度橡胶，所述止速片上段的材质为不锈钢，所述止速片上段的长度为L，所述止速片下段的长度为L₁，其中L：L₁=2.1:1.6。

所述发电机组设置在所述框架结构的下端。

所述风力叶片的弧度为39°。

所述止速片下段的端部与所述风力叶片内弧部固定连接的部位与所述风力叶片端部的距离：该部位与所述风力叶片顶部距离=1.1:3.5。

所述高强度橡胶材质按质量份数比计为：天然橡胶：56份，丁基橡胶：6份，环氧树脂：2.2份，炭黑：11份，增塑剂：3.5份，聚乙二醇：1.5份，硫酸钙：1.2份。

所述止速片上段的材质为不锈钢，所述不锈钢按质量百分比计为：C：0.10%，Si：0.6%，Mn：0.92%，Cr：3.8%，Mo：0.8%，V：0.18%，Ti：0.035%，Ni：0.28%，P：0.01%，S：0.001%，N：0.006%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述止速片为长方形的片材结构。

所述止速片与所述风力叶片之间也设置有加强筋，加强筋为硬质弹簧。

实施例2

一种轻型风力发电装置，所述轻型风力发电装置包括框架结构、转动叶片装置和发电机组。

所述框架结构包括竖直设置的转动杆，在转动杆顶端和下端分别设置有上轴承和下轴承，横向“U”型设置的固定架固定连接上轴承外端和下轴承外端，所述固定架通过支架与发电装置底端固定连接，所述转动杆下端与所述发动机组的输入轴相连。

所述转动叶片装置包括风力叶片、设置在风力叶片上的止速片以及连接风力叶片和所述转动杆的加强筋，所述风力叶片为弧形设置且端部与所述转动杆长度相同且固定连接，所述风力叶片沿着端部直至顶部为长度逐渐缩小的方式设置，并在顶部缩小为竖直长度为0的尖角状设置；在所述风力叶片的内弧部设置有止速片，所述止速片分为止速片下段和止速片上段，所述止速片下段的端部和止速片上段的顶部与所述风力叶片的端部和顶部逆向设置，且所述止速片下段的端部与所述风力叶片内弧部固定连接，所述止速片的平面与所述风力叶片所成夹角为α，且α的角度设置为53°。

所述止速片下段的材质为高强度橡胶，所述止速片上段的材质为不锈钢，所述止速片上段的长度为L，所述止速片下段的长度为L₁，其中L：L₁=2.3:1.6。

所述发电机组设置在所述框架结构的下端。

所述风力叶片的弧度为39.5°。

所述止速片下段的端部与所述风力叶片内弧部固定连接的部位与所述风力叶片端部的距离：该部位与所述风力叶片顶部距离=1.1:3.6。

所述高强度橡胶材质按质量份数比计为：天然橡胶：55份，丁基橡胶：6.5份，环氧树脂：2.5份，炭黑：13份，增塑剂：3.6份，聚乙二醇：2.2份，硫酸钙：1.5份。

所述止速片上段的材质为不锈钢，所述不锈钢按质量百分比计为：C：0.11%，Si：0.62%，Mn：1.2%，Cr：5.2%，Mo：0.9%，V：0.22%，Ti：0.038%，Ni：0.32%，P：0.002%，S：0.005%，N：0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述止速片为长方形的片材结构。

所述止速片与所述风力叶片之间也设置有加强筋，加强筋为硬质弹簧。

实施例3

一种轻型风力发电装置，所述轻型风力发电装置包括框架结构、转动叶片装置和发电机组。

所述框架结构包括竖直设置的转动杆，在转动杆顶端和下端分别设置有上轴承和下轴承，横向“U”型设置的固定架固定连接上轴承外端和下轴承外端，所述固定架通过支架与发电装置底端固定连接，所述转动杆下端与所述发动机组的输入轴相连。

所述转动叶片装置包括风力叶片、设置在风力叶片上的止速片以及连接风力叶片和所述转动杆的加强筋，所述风力叶片为弧形设置且端部与所述转动杆长度相同且固定连接，所述风力叶片沿着端部直至顶部为长度逐渐缩小的方式设置，并在顶部缩小为竖直长度为0的尖角状设置；在所述风力叶片的内弧部设置有止速片，所述止速片分为止速片下段和止速片上段，所述止速片下段的端部和止速片上段的顶部与所述风力叶片的端部和顶部逆向设置，且所述止速片下段的端部与所述风力叶片内弧部固定连接，所述止速片的平面与所述风力叶片所成夹角为α，且α的角度设置为56°。

所述止速片下段的材质为高强度橡胶，所述止速片上段的材质为不锈钢，所述止速片上段的长度为L，所述止速片下段的长度为L₁，其中L：L₁=2.3:1.68。

所述发电机组设置在所述框架结构的下端。

所述风力叶片的弧度为39.8°。

所述止速片下段的端部与所述风力叶片内弧部固定连接的部位与所述风力叶片端部的距离：该部位与所述风力叶片顶部距离=1.12:3.6。

所述高强度橡胶材质按质量份数比计为：天然橡胶：58份，丁基橡胶：6.5份，环氧树脂：2.8份，炭黑：13份，增塑剂：3.9份，聚乙二醇：2.8份，硫酸钙：1.8份。

所述止速片上段的材质为不锈钢，所述不锈钢按质量百分比计为：C： 0.113%，Si：0.69%，Mn：1.3%，Cr：6.5%，Mo：1.0%，V：0.30%，Ti：0.039%，Ni：0.39%，P：0.005%，S：0.002%，N：0.002%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述止速片为长方形的片材结构。

所述止速片与所述风力叶片之间也设置有加强筋，所述加强筋为硬质弹簧。