专利名称：叶轮的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种流体动力设备的叶轮，特别是一种为风能的开发和利用而发 明的人造旋风发电机。
背景技术：
现有的流体动力设备，特别是风力发电机，都是利用风的推力使叶轮旋转，从而提 供动力。叶轮又分垂直旋转和水平旋转两种。垂直旋转叶轮中的叶片有效承风面达百分之 百，因而它们的工作效率高。但需配置转向、输电等必备的附属系统。另外，由于叶轮的转 轴都是悬在半空中，任由风的摆布，因而它们特别害怕大风。水平旋转的叶轮虽然没的以上 的缺点，但它们叶片的有效承风面只有百分之五十，而另一半反过来或多或少地起阻碍运 转的作用，因此它们的转速不高，工作效率较低。
实用新型内容基于背景技术的上述描述，为克服现有技术中流体动力设备的弊端，提高对流体 动力的利用率，本实用新型提出一各全新的叶轮，其既不怕强流体造成损害，又具有很高的 工作效率。本实用新型中的叶轮结构如下叶轮由一个上、下共有三对悬臂的、空心的正三棱 柱骨架和三个式样、大小一致的，宽、窄两端各带一加强筋的、燕尾式孤形叶片铰接而成。其 中，骨架所叙骨架的三对悬臂为空心正三棱柱上、下两相等的正三角形各自的三条边，依 次向同一侧延长两倍后的三对长臂；所叙三对悬臂各自所在的平面与所叙空心正三棱柱的 三个侧面形成三个120度的外角。叶片所叙三个燕尾式孤形叶片为三个大小相等的等腰 梯形腰部分别弯曲成120度的孤面后形成的曲率相等的叶片；所叙叶片宽、窄两端的加强 筋为梯形上、下两底各卷裹一根对应长度的硬棒后形成的两根平行的连体柱。优选地，所叙 骨架三对悬臂的长度均为所叙空心正三棱柱上、下两相等的正三角形边长的两倍；所叙骨 架中的空心正三棱柱三根立柱的高均为该正三棱柱上、下两相等的正三角形边长的三倍。 优选地，所叙制作燕尾式孤形叶片的三个等腰梯形的上底和高均与上叙空心正三棱柱的高 相等；它们的下底的长度均为上底的两点五倍。优选地，所叙三个燕尾式孤形叶片的窄端加 强筋与所叙空心正三棱柱三根立柱配对铰接；所叙三个燕尾式孤形叶片的宽端加强筋分别 在其中间的两个三等分点处，与所叙骨架的三对悬臂的末端逐对铰接；所叙三个燕尾式孤 形叶片的凹面分别和所叙骨架中的空心正三棱柱三个侧面与所述三对悬臂各自所在的平 面形成的120度的外角逐一相对；为确保叶轮的抗风强度和旋转时的平稳性能，还需用硬 质铁丝做两个适当大小的正三角形，按上、下分别将三叶片的叶尖连起来。所述的叶轮制成 后是一个上、下两端内凹的空心涡轮，该空心涡轮的中心是所述空心正三棱柱的三根立柱 围成的空间，所述三个燕尾式孤形叶片与所述骨架铰接后形成的三条涡轮通道将所述空心 正三棱柱四周的空间三等分；所述空心涡轮的中心、涡轮的三条通道及两端内凹的空间都 是相通的；在旋转的状况下，涡轮的中心便旋成了一个虚拟圆柱；上、下两端便旋成两个小端与上述虚拟圆柱两端相连的、大小一致的、虚拟圆台。优选地，将一专用的扁平式直驱型 家用发电机外壳直接安装在所叙叶轮中的空心正三棱柱三根立柱的半腰处，随叶轮一起旋 转，而该直驱型发电机的中轴则不参于旋转，但该中轴上、下两端须套在事前已固接在上叙 空心正三棱柱上、下两相等的正三角形中央的两个轴承之中，将该中轴直接固定在建筑物 的基座上或专用的筐架中，本叶轮即能直接为小型家用风力发电机提供动力。优选地，将一 转轴垂直地固接在所述叶轮中的空心正三棱柱上、下两相等的正三角形的中心，并用两轴 承将转轴两端安装在风场的专用铁架中，这根带转轴的叶轮便可为大型风力发电机、农用 水车及各种工作机械提供动力。本实用新型提出的上叙方案，大大的改进了现有叶轮的不足，具体说有如下有益 的效果本实用新型的叶轮为水平旋转，从理论上讲水平旋转的物体本身就具有保持转轴 不发生倾斜的特点，再加上本实用新型叶轮配置中轴或转轴后，上、下两端的位置都可以人 为固定的，这与转轴悬在半空中任风摆布的叶轮相比，不仅不惧怕大风的袭击，而且风越 大，工作效率越高。本实用新型的叶轮因其特有的构造，外部的风在推动叶轮旋转后，仍援 援不断的进入叶轮内部，它们无法穿轮而过，只能在叶轮的内部随轮旋转，形成转向一致的 两股旋风从叶轮的上、下两端旋出，致使叶轮的四周形成一股小小的气旋，而这股人造的小 气旋又反过来加快了叶轮的旋转速度。因此它不仅利用了风的推力，而且利用了风的旋力， 从而大幅度地提高了风能的利用率。本实用新型叶轮采用了燕尾式孤形叶片不仅减少了叶 片的重量和旋转时的阻力，而且使承风效果和转动力矩反而得到提高，因而灵敏度高，在低 风速的情况下也能启动。本实用新型叶轮构造简单，制造容易，特别是叶片，也可以用低成 本材料制造，损坏后可随时更换。用本叶轮组装成的风力发电机无需配制转向系统和特别 的输电系统，在任何风速和风向中都能顺同一转向水平旋转。
图1是本实用新型叶轮的主视图；图2是图1的A-A剖开后的剖面图；图3是本实用新型叶轮的俯视图；图中，1、燕尾式孤形叶片，2、骨架中的空心正三棱柱，3、骨架中的三对悬臂，4、空 心三棱柱的立柱，5、空心三棱柱两相等的正三角形，6、固接在空心正三棱柱上、下两相等的 正三角形中央的轴承。
具体实施方式
本实用新型提出的叶轮结构可以使用于发电机、水车等多个使用流体提供动力的 领域。现结合附图就具体实施方式
做如下说明实施例一如图1，2，3所示，本实施例中的叶轮要件是一个上、下共有三对悬臂的空心正三 棱柱骨架，所叙三对悬臂3为所叙空心正三棱柱2上、下两相等的正三角形5的三条边依次 向左侧延长两倍后的三对长臂，所叙三对悬臂3各自所在的平面与所叙空心正三棱柱2的 三个侧面形成三个120度的外角。优选地，所叙空心正三棱柱2的三根立柱4的高是该正 三棱柱上、下两正三角形5边长的三倍。[0013]与所叙骨架铰接为一体的三个燕尾式孤形叶片1是由三个同样大小的三个等腰 梯形腰部分别弯曲120度孤面后制成曲率相等的叶片，弯曲前在每个梯形的上、下底边处 分别卷裹对应长度的硬棒，即为每个燕尾式孤形叶片的窄端加强筋和宽端加强筋；优选地， 所叙三个等腰梯形的上底和高均与所叙骨架中的空心正三棱柱2的高相等，它们的下底均 为上底的两点五倍。更优选地，所叙三个燕尾式孤形叶片的窄端加强筋分别与所叙骨架中 的空心正三棱柱的三根立柱4配对铰接；所叙三个燕尾式孤形叶片的宽端加强筋，在各自 的两个三等分点处，与三对悬臂3末端逐对铰接；所述孤形叶片的凹面和所述空心正三棱 柱三个侧面与所述的三对悬臂各自所在的平面形成的120度的外角逐一相对。所叙的叶片与骨架铰接后，为确保叶轮的抗风强度和旋转时的平稳性能，还需用 硬质铁丝做两个适当大小的正三角形，按上、下分别将叶轮三叶片的叶尖连起来。本实施例中的叶轮优选地与一专用的扁平式直驱型发电机配对，该直驱型电机的 外壳安装在本叶轮骨架中的空心正三棱柱三根立柱5的半腰，伴随叶轮一起旋转，但发电 机的中轴不参于旋转，其两端套在事前已固接在上叙空心正三棱柱2上、下两个正三角形5 中央的两个轴承6之中，电机的引出线通过中轴特制的凹槽从叶轮的下方引出，最后将中 轴直接固定在在建筑物顶端的基座上或专用的筐架中，本叶轮就能直接为小型家用风力发 电机提供动力。组装专用的扁平式直驱型发电机有三方面的好处(1)尽可能少地占用叶轮内部 的垂直空间，以确保气旋的生成。(2)电机的引出线可通过固定不动的中轴凹槽非常方便地 接到地面。( 发电机处于气旋的中心，不管转速多快，机体都不会过热。用本叶轮组装的小型直驱式家用风力发电机的工作原理启动时，由于本叶轮的 特殊结构，外界的风在推动叶轮旋转后，仍援援不断的进入叶轮内部，但它们无法穿轮而 过，只能在叶轮中心及两端的空间旋转成上、下两股转向一致的旋风从叶轮的上、下两端旋 出，致使叶轮的四周形成一股小小的气旋，而这股人造的小气旋又反过来加快了叶轮的旋 转速度。使用燕尾式孤形叶片的好处(A)由于本叶轮的孤形叶片由特定的梯形制成，因 而它与等高等宽的长方形制成的孤形叶片相比，在动力臂的长度相同的情况下，叶片的总 重量和旋转时的阻力都相对减少，利于启动；(B)就单个叶片而言，承风面确实减少了部 份，但就整个叶轮而言，其承风的效果反而更好。这是因为每个叶片的缺角都在叶轮的内 侧，穿过前面一个叶片内侧缺角的风，因前后两叶片所处的角度不同，正好吹到后面一个叶 片外边缘的有效承风面上，因而效果更好；(C)从叶片的重量分布来看，中心轻，边缘重，无 形中增加了叶轮的旋转力矩；(D)由于所有的叶片在叶轮的内侧缺角，这样在旋转时才利 于小气旋的生成。本叶轮的叶片损坏时亦可方便地更换。实施例二 本实用新型叶轮还可以为大型风力发电机提供动力。与实施例一不同的是(1) 在本叶轮骨架中的空心正三棱柱上、下两个正三角形的中央不固接轴承，而是直接将一根 转轴垂直地固接在上述空心正三棱柱上、下两个正三角形的中心；( 在风场架设转用的 铁塔，用两轴承将上叙已与本叶轮连成一体的转轴两端安装在铁塔之中，再配以象离心式 离合器、自动调速器等现代高科技配套系统，即可与大功率发电机转轴相连，为大功率发电机提供动力。实施例三本实用新型的叶轮除用于风力发电外，也可以为其它机械提供动力。本实施方案 中该叶轮的结构与实施例二相似，不同之处仅在于，所述与叶轮连成一体的转轴与水车相 连，为水车提供动力。在农村，集中若干部这样的水风车蓄水发电，将为我国的风电事业的普及化，实现 农田的自流灌溉开辟一个全新的天地。
权利要求1.一种叶轮，它是由叶片和骨架两部份组成，其特征是三个两端带加强筋的燕尾式孤形叶片铰接在上、下共有三对悬臂的空心正三棱柱骨架 上；所叙三个燕尾式孤形叶片的窄端加强筋分别与所叙空心正三棱柱三根立柱配对铰接， 所叙燕尾式孤形叶片的宽端加强筋则分别在它们中间的各自两个三分点处与所叙三对悬 臂的末端逐对铰接，形成一个上、下两端内凹的空心涡轮；所叙空心涡轮的中心是所叙空心 正三棱柱的三根立柱围成的空间，所叙三个燕尾式孤形叶片与所述骨架铰接后形成的三条 涡轮通道将三棱柱的四周的空间三等分，所叙空心涡轮的中心、涡轮的三条通道及两端内 凹的空间都是相通的。
2.根据权利要求1所叙的叶轮，其特征是所叙骨架的三对悬臂为所叙空心正三棱柱上、下两相等的正三角形各自的三条边依次 向同一侧延长两倍后的三对长臂；所叙三对悬臂各自所在的平面与所叙空心正三棱柱的三 个侧面形成三个120度的外角；所叙的三个燕尾式孤形叶片分别由三个大小一致的等腰梯形腰部弯曲成120度的孤 面后形成曲率相等的叶片；所叙叶片两端宽、窄加强筋为梯形上、下底各卷裹一根对应长度 的硬棒后的两根平行的连体柱。
3.根据权利要求1所叙的叶轮，其特征是所叙的燕尾式孤形叶片与所叙骨架铰接时，每个叶片的凹面都要分别和所叙空心正三 棱柱三个侧面与三对悬臂各自所在平面形成的120度外角逐一相对；所叙叶片与所叙骨架 铰接后，用硬质铁丝做两个适当大小的正三角形，按上、下分别将三叶片的叶尖连起来。
4.根据权利要求1所叙的叶轮，其特征是所叙空心正三棱柱三根立柱的高均为其上、下两相等的正三角形边长的三倍；所叙三 对悬臂的长均为上叙正三角形边长的两倍；所叙制作燕尾式孤形叶片的三个相同的等腰梯 形的上底和高均与上叙正三棱柱的高相等，它们的下底均为上底的两点五倍。
5.根据权利要求1所叙的叶轮，其特征是在所叙叶轮中心的空心正三棱柱三根立柱的半腰处与一专用的扁平式直驱型家用发 电机外壳直接相连，随叶轮一起旋转，而该直驱型发电机的中轴不参于旋转，其两端套在事 前已固接在上叙空心正三棱柱上、下两相等的正三角形中央的两轴承之中，将中轴固定在 建筑物顶端的基座上或专用的筐架中，本叶轮即能为小型家用风力发电机直接提供动力。
6.根据权利要求1所叙的叶轮，其特征是在所叙叶轮中的空心正三棱柱上、下两相等的正三角形的中心直接固接一根转轴，用 轴承将这种带转轴的叶轮安装在风场的铁架之中，便可为大型风力发电机、农用水车及各 种工作机械提供动力。
专利摘要本实用新型风力发电机的叶轮是由三个大小一致的，纵向弯曲的燕尾式孤形叶片和上、下共有三对悬臂的、空心正三棱柱骨架绞接而成的一种空心涡轮。三个燕尾式孤形叶片的窄端分别绞接在空心正三棱柱的三根立柱上，宽端分别铰接在三对悬臂的末端，由此形成的三条涡轮通道将空心正三棱柱四周的空间三等分。在配轴旋转的状态下，叶轮的中心旋成一个虚拟的圆柱；上、下两端旋成两个小端与上述虚拟圆柱两端相连的、大小一致的、虚拟的圆台。外界的风从三个涡轮通道不断地进入叶轮内部，在推动叶片作水平旋转的同时，也在叶轮的中心及两端的空间旋转成转向一致的、上、下两股小旋风，在这两股人造小旋风的作用下，叶轮便能快速地旋转起来。
文档编号F03B7/00GK201835979SQ20102060876
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者刘玉柱 申请人:刘玉柱