专利名称：三分式喷气涡轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷气涡轮，尤其是涉及一种适合风力机使用的、由一个进风口分 为三个出气口的喷气涡轮装置。
背景技术：
风力机，又称“风车”，是一种利用天然风为能源，获得一定动力的设备；其中的利 用天然风获得电能的设备，是风力发电机。本发明所涉及的喷气涡轮，主要就应用在风力发 电机中。目前公知的风力机，常见的有轮式风力机、立式风力机、塔式风力机、螺旋桨式风 力机……，这些风力机无论是采用何种结构，其中心轴均需要一套旋转固定装置。目前应用 于风力机上的旋转固定装置，大多为滚动轴承，小部分采用滑动轴承，甚至一小部分使用套 筒代替轴承，这些旋转固定装置虽然有一定的稳定中心轴位置、减少中心轴旋转摩擦力的 作用，但没有协助推动中心轴旋转、协助驱动风力机扇翼旋转的功效，影响到风力机的应用 范围和经济效果。
发明目的
本发明的目的，在于设计出一种比目前公知风力机中心轴轴承功能更广阔、且运行可 靠、占用空间小的旋转固定装置，赋予风力机以更高的运行效率和更大的应用范围、更广的 使用空间。
发明内容
本发明在综合目前公知风力机中心轴旋转固定装置优势的基础上，在不降低风力 机风能利用率的前提下，最大限度地增强旋转固定装置的辅助功能，使风力机能够在天然 风风速极低的情况下也能运转工作，同时使风力机能够适用较高风速的工作环境，从而提 高风力机的工作效率和运行功能。本发明所依据的有流体动力原理、绕流物体阻力原理、流体反作用力原理等，这些 原理主要内容是
1，流体动力原理当流体流向物体时，如物体受到的推力大于物体静止的惯力，物体被 推动；如物体受到的推力小于物体静止的惯力，物体保持静止；物体被推动运动状态变化 的快慢(加速度的大小)，跟推力的大小成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用 力的方向相同。2，绕流物体阻力原理当流体定常流向物体时，物体所受的阻力由摩擦阻力和压 差阻力所组成，用阻力系数来表示。阻力系数的大小，不仅与流体性质、流动情况、物体表面 粗糙度有关，而且与物体的特征面积(迎流面积)成有关、物体的形状有关；其中，物体迎流面积(物体在垂直于来流速度方向上的最大投影面积)越大，所受到的阻力越大，物体迎流 面积越小，所受到的阻力越小。3，流体反作用力原理当流体(如喷射的气流)对某一物体(如大气)施加作用力 时，承受作用力的物体(如大气)对施力的流体产生一种反作用力。反作用力与流体的作用 力大小相等、方向相反，并在同一条直线上。根据上述原理，本发明所采用的技术方案是
⑴使用涡轮装置代替风力机中心轴上的定位轴承，使风力机运转更稳定，更可靠。(2)在涡轮装置进风处设计一涡轮扇，利用斜置的涡轮扇扇叶，吸收上升气流的冲 力，驱动涡轮扇带动风力机中心轴旋转。(3)把握、拿捏好涡轮扇叶片的斜置角度，一方面，使将涡轮扇能够在上升气流的 冲击下流畅地旋转；另一方面当外界天然风风速过高时，可利用涡轮扇叶片旋转时产生的 阻力，阻滞风力机中心轴转速，使风力机能够适应较高天然风速的工作环境。(4)在涡轮扇上方设置一分流轮，分流轮中设置三条导气通道，使上升气流一分为 三，以适用三翼型风力机三个扇面的使用需要。(5)在分流轮中的导气通道中，设置一闭合球；当上升气流气压大于分流轮上方的 大气气压时，闭合球被烘托上升，导气通道开启，上升气流畅通上升；当上升气流气压小于 分流轮上方的大气气压时，闭合球依据自身重力下沉，阻塞导气通道，切断气流流通。(6)将分流轮上方的顶盖，设计为风力机扇翼的中心支撑面，以增强风力机扇翼的 稳定性；同时对应分流轮中的导气通道，在顶盖上设置三个喷气筒，以直接嵌入风力机扇翼 内部，将分流上升的气流准确无误地导入所需位置，成为驱动风力机扇翼旋转的空气能源； 同时，强化装置内部中各构件之间的紧凑性，增强设备的运行稳定性。与公知的风力机旋转固定装置相比，本发明所形成的三分式喷气涡轮，可以取得 下列有益效果
1，体积精悍一一本发明产品仅由定轮、轴承盘、转轮三个模块组成，集风力机旋转固 定、上升气流驱动、分流喷气三个功能于一体，体积精悍，占用空间面积小，几乎可在所有的 风力机、尤其是在风力发电机中使用。2，运行可靠——本发明产品结构简单，同时以推力球轴承与滚珠轴承固定风力机 中心轴位置，运行平稳，工作可靠，故障率低。3，风能利用效率高——应用本发明产品的风力机，除了可采纳利用自然界中平流 层气流(即天然风)之外，还可充分利用温差引起的高低空对流气流驱动涡轮扇旋转，风能 利用效率高，使风力机微风既能启动，甚至在阳光充足条件下无风也能工作。4，适应性强——本发明产品微风即能启动，疾风仍能工作，天然风风速适应范围 从每秒0. 3米到每秒22米之间。5，应用范围广——发明产品几乎可以适应于一切风力机的使用，无论是轮式风力 机、立式风力机、塔式风力机……，还是螺旋桨式风力机，均可应用本发明产品，并据此将其 改造为具有扇翼喷气功能的风力机，应用范围广。另外，本发明产品还有应用简单、工作环境安静，无需燃油、无噪声、无污染等特 点，市场空间广阔，具有极高的经济附加价值和社会使用价值。下面，结合一实施例及附图，对本发明作进一步说明。
图1，是本发明一实施例的组织结构示意图。图2，是本发明一实施例产品的全剖示意图。图3，是本发明一实施例产品的定轮部件示例图。图4，是本发明一实施例产品的轴承盘部件示例图。图5，是本发明一实施例产品的转轮部件示例图。图6，是本发明一实施例产品的应用示例图。图7，是本发明一实施例产品的原理示例图
具体实施例方式本发明作为一项产品技术方案，通过特定模块的组合，可得到具体实施。本发明产 品各组成部分之间的组织结构，如图1所示。图1中，本发明所述的三分式喷气涡轮，由定轮、轴承盘、转轮三个模块组成，每个 模块又包含着若干不同的构件，其中
定轮模块——包含端盖、轴承座、滚珠轴承、涡轮罩、定位螺丝、涡轮内壳、涡轮外壳 七个构件。 轴承盘模块——包含上轴承盘、轴承钢珠、下轴承盘三个构件。 转轮模块——包含分流轮、转轮垫片、转轮顶罩、喷气筒、闭合球、涡轮扇六个 构件。在实施过程中，本发明产品各个构件之间方位配合关系如图2所示。在图2中，实施例产品由端盖(1)、轴承座(2)、涡轮罩(3)、涡轮外壳(4)、涡轮内 壳(5)、下轴承盘(6)、轴承钢珠(7)、上轴承盘(8)、分流轮(9)、转轮垫片(10)、转轮顶罩 (11)、喷气筒(12)、闭合球(13)、涡轮扇(14)、定位螺丝(15)、滚珠轴承(16)这十六个构件 组成；其中，端盖(1)、轴承座(2)、涡轮罩(3)、涡轮外壳(4)、涡轮内壳(5)、定位螺丝(15)、 滚珠轴承(16)这七个构件相互配合，组成定轮模块，置于产品的下方；下轴承盘(6)、轴承 钢珠(7)、上轴承盘(8)这三个构件互相配合，组成轴承盘模块，置于定轮模块的上方；分流 轮(9)、转轮垫片(10)、转轮顶罩(11)、喷气筒(12)、闭合球(13)、涡轮扇(14)这六个构件 互相配合，组成转轮模块，置于轴承盘模块的上方，并以其分流轮(9)嵌套通过轴承盘模块， 下垂置于定轮模块的包围之中
在实施例中，定轮部件是连结风力机外壳机架的主要装置，所属各构件的结构形状如 图3所示。图3中，涡轮内壳(5)是整个部件的主要构件，它一方面作为喷气涡轮的内壁，置 于涡轮外壳(4)的内部，起着限制、约束气流流动方向的作用；另一方面，又作为轴承盘模 块的基座，垫于下轴承盘(6)的下方，起着承载、保护轴承盘模块的作用。在实施过程中，涡轮外壳(4)作为涡轮内壳(5)的防护层，置于涡轮内壳(5)的外 围，成为整个喷气涡轮的主要立面外观。涡轮罩(3)作为喷气涡轮进风口的一部分，通过定 位螺丝(15)固定于涡轮外壳(4)的下端，成为整个涡轮装置的下端防护装置。
在实施例中，轴承盘部件是整个喷气涡轮的中层部分，起着固定定轮模块、旋转转 轮模块的承接、润滑作用，其属下的各个构件的具体结构如图4所示。
图4中，轴承盘模块由上轴承盘(8)、轴承钢珠(J)、下轴承盘(6)三个构件组成，其 中的轴承钢珠构件(6)，可包括30至50粒具体钢珠，置于上轴承盘构件(8)与下轴承盘构 件(6)之间，三个构件互相配合，共同形成一个完整的推力球轴承，即平面轴承盘。实施例中的核心部分，是转轮模块，该模块属下的各个构件的具体形状，如图5所
7J\ ο图5中，转轮模块包括涡轮扇(14)、分流轮(9)、闭合球(13)、转轮垫片(10)、转轮 顶罩(11)、喷气筒(12)六个构件，其中，分流轮构件(9)起着分向引导气流和嵌套固定风力 机中心轴的作用，是整个喷气涡轮装置核心中的核心。在实施例中，转轮模块中的分流轮构件(9)，由轮本体、轮凸缘、轴心孔、进风口、风 颈、出风口六个部分组成，其中，进风口、风颈、出风口三个部分，构成分流轮(6)中的导气通 道；在每一个分流轮(6)中，均设置有3条导气通道，绕分流轮(9)轴心环形阵列。在分流轮构件(9)中的导气通道中，风颈部分的最小截面积，与进风口部分最大截 面积之间的面积比，在1:60至1:75之间；与出风口部分最大截面积之间的面积比，在1:6 至1:9之间。在实施过程中，转轮模块中的涡轮扇(14)，置于分流轮(9)的下方，其中扇叶的具 体数量，根据涡轮扇(14)的大小和型号而定，一般在12片至36片之间；涡轮扇扇叶斜置的 角度，在30°至60°之间。另外，在分流轮(9)导气通道的出风口中，均设置一闭合球(13)，该球的最大截面 积略大于导气通道风颈部分的最小截面积，以保障该球不致于从导气通道进风口中掉落下来。转轮模块中的喷气筒构件(12)，分别对应分流轮(9)导气通道的数量和位置，以 焊接连结的形式，固定在转轮顶罩(11)的顶面上，并垫之于转轮垫片(10)，置于分流轮(9) 的上方。在实施过程中，转轮模块通过分流轮(9)的凸缘部分，与轴承盘模块中的上轴承盘 (8)接触，并以轮本体嵌套在轴承盘中间，使分流轮(9)的绝大部分，以及整个涡轮扇构件 (14),均置于定轮模块内部之中。本发明实施例产品主要应用于风力机。在应用过程中，只要以风力机中心轴为基 准，将定轮模块、轴承盘模块、转轮模块中所有构件，按特定方位关系进行组合装配，即可形 成完整的实施例产品。实施例产品的外观如图6中的(20)所示
图6中，实施例产品(20)置于风力机太阳能热效罩(17)的顶端，中间套嵌连接中心轴 (19)，再通过中心轴(19)的两端，分别连接发电机装置(18)和扇翼装置(21)。其中，实施 例产品(20)的喷气筒构件(12)，直接嵌入风力机扇翼装置(21)中的集气室(22)，使从喷气 筒(12)喷出的气流能够通过集气室(22)流向导气管(23)，再通过导气管(23)从扇翼尾端 喷嘴(24)中喷出。实施例产品的具体应用原理，如图7所示。图7中，风力机内部的空气经过太阳能热效罩加热膨胀上升，形成气流；当上升气 流通过喷气涡轮的涡轮扇(14)时，气流冲击扇叶带动中心轴(19)绕轴心旋转，为风力机的运转增添能量；气流继之分头进入分流轮(9)的导气通道，托起进风通道中的闭合球(13)， 进入喷气筒(12)，然后通过风力机扇翼装置的集气室、导气管，最终从扇翼尾端的喷嘴喷 出，以喷流反作用力驱动风力机扇翼绕轴心旋转，从而形成本涡轮装置自转且分流喷气的 机制。 本发明在实施过程中，还可以根据实际情况，灵活设计出模块的具体形状和不同 规格，并通过各种相应规格模块的有机组合，形成多种实施方案，开拓出千姿百态的产品。
权利要求
一种三分式风力机涡轮装置，由定轮、轴承盘、转轮三个模块组成，其特征是所述的定轮模块，包括端盖、轴承座、滚珠轴承、涡轮罩、定位螺丝、涡轮内壳、涡轮外壳七个构件；所述的轴承盘模块，包括上轴承盘、轴承钢珠、下轴承盘三个构件；所述转轮模块，包括分流轮、转轮垫片、转轮顶罩、喷气筒、闭合球、涡轮扇六个构件。
2.根据权利要求1所述的三分式风力机涡轮装置，其特征是所述定轮模块中的涡轮 外壳，置于涡轮内壳的外围，形成整个喷气涡轮装置的主要立面外观。
3.根据权利要求1所述的三分式风力机涡轮装置，其特征是所述定轮部件中的涡轮 罩作为喷气涡轮进风口的一部分，通过定位螺丝固定于涡轮外壳的下端，形成整个涡轮装 置的下端防护装置。
4.根据权利要求1所述的三分式风力机涡轮装置，其特征是所述定轮部件中的涡轮 内壳，除了作为所述涡轮装置的内壁，置于涡轮外壳的内部之外，还作为所述轴承盘模块的 基座，置于下轴承盘构件的下方。
5.根据权利要求1所述的三分式风力机涡轮装置，其特征是所述轴承盘部件中的轴 承钢珠构件，由30至50粒具体钢珠组成，置于上轴承盘构件与下轴承盘构件之间，三者共 同形成一个完整的推力球轴承(平面轴承)。
6.根据权利要求1所述的三分式风力机涡轮装置，其特征是所述转轮模块中的分流 轮构件，包括轮本体、轮凸缘、轴心孔、进风口、风颈、出风口六个组成部分，其中，进风口、风 颈、出风口三个组成部分，构成分流轮中的导气通道；每一个分流轮构件，均有3条导气通 道，绕轴心环形阵列。
7.根据权利要求6所述的三分式风力机涡轮装置，其特征是在所述转轮模块分流轮 构件导气通道中，风颈部分的最小截面积，与进风口部分的最大截面积之间的面积比，在 1:60至1:75之间；与出风口部分的最大截面积之间的面积比，在1:6至1:9之间。
8.根据权利要求1所述的三分式风力机涡轮装置，其特征是所述转轮模块中的涡轮 扇构件，置于分流轮构件的下方；其中，涡轮扇扇叶的数量，在12片至36片之间；涡轮扇扇 叶斜置的角度，在30°至60°之间。
9.根据权利要求1所述的三分式风力机涡轮装置，其特征是所述转轮模块中的喷气 筒构件，每一模块中均有3个，分别对应分流轮构件导气通道的位置，焊接连结在转轮顶罩 的顶面上，隔以转轮垫片，置于分流轮构件的上方。
10.根据权利要求1至权利要求9共同所述的三分式风力机涡轮装置，其特征是所述 的转轮模块通过分流轮与轴承盘模块接触，嵌套在轴承盘中间，使分流轮的绝大部分以及 整个涡轮扇，均置于定轮模块内部之中。在实施过程中，上升气流冲击涡轮扇扇叶，带动风 力机中心轴旋转，继之分头进入分流轮的导气通道，托起导气通道中的闭合球进入喷气筒， 然后通过风力机扇翼装置中的集气室、导气管，最终从扇翼尾端的喷嘴喷出，以喷流反作用 力驱动风力机扇翼旋转，从而形成本涡轮装置自转且分流喷气的机制。
全文摘要
本发明涉及一种喷气涡轮，尤其涉及一种适合风力机使用的、由一个进风口分为三个出气口的喷气涡轮装置。本发明产品由定轮、轴承盘、转轮三个模块组成，包括端盖、轴承座、滚珠轴承、涡轮罩、定位螺丝、涡轮内壳、涡轮外壳、上轴承盘、轴承钢珠、下轴承盘、分流轮、转轮垫片、转轮顶罩、喷气筒、闭合球、涡轮扇十六个构件，克服目前公知风力机中心轴轴承的风能利用率低、稳定性差等缺陷，形成一种体积精悍、运行可靠、风能利用效率高、适应性强、应用范围广的中心轴旋转固定装置，赋予风力机以更高的运行效率和更大的应用范围，适应于轮式、立式、塔式、螺旋桨式等几乎所有风力机的使用，具有应用简单、工作环境安静，无需燃油、无噪声、无污染等特点，市场空间广阔，有较高的经济附加价值和社会使用价值。
文档编号F03D3/06GK101922408SQ20101029837
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者钟明华 申请人:钟明华