专利名称：大型垂直轴风力发电装置的风叶机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风力发电技术领域，具体地说是一种大型垂直轴风力发电装置的能自动调整叶片迎风方向以及能够适时卸载风力载荷的风叶结构。
背景技术：
目前，在各种类型的风力发电系统中，垂直轴风力发电装置因可以有效利用低空风能，发电量大，无偏航、无尾翼动力系统，安装维修比较方便等优点而得到大力发展。但是，大型垂直轴风力发电装置能否有效利用风能并安全运行，关键在于是否有一个与垂直轴风力发电装置相适应的风叶机构。实践证明，现有垂直轴风力发电装置使用的叶片机构仍然存在以下两个突出的问题，制约了风力发电装置向大型化方向发展。一是受叶片结构的局限，风能利用率仍然偏低。主要是因为现在使用的风叶机构普遍采用固定的安装方式，当叶片迎风面做功时，叶片从顺风的位置转动180度到逆风的位置时产生反向力矩，大大减小了叶片的做功力矩，从而降低了发电效率。另外，大部分风轮机构的叶片为平面结构，受风面积少，风力作用在叶片上的推力小，影响了风能效率的充分利用。二是风叶随风力的大小会产生波动转矩，而叶片不能及时卸掉超过额定转速的风力载荷，使风轮的转速不稳定，影响发电机的发电质量。如遇大风或强台风等灾难性气候环境，就会对安全运行造成威胁，巨大的风力可能导致风车损坏。
发明内容为解决大型垂直轴式风力发电装置风叶结构存在的不足，本实用新型提供一种可以自动调节叶片迎风方向并实时调节叶片形态，能够及时调节并控制风车转速一种大型垂直轴风力发电装置的风叶机构。本实用新型所采用的技术方案是这种大型垂直轴风力发电装置的风叶机构，包括与垂直旋转轴连接的风叶框架以及在风叶框架内通过转动轴承平列设置1 5个活动风叶，活动风叶在转动轴承两侧两部分的面积不相同，活动风叶上设有叶片挡块，转动轴承上设有叶片开启控制件；主要在于活动风叶由轴向半圆筒截面状的弧形叶框和设置在叶框上的叶片构成，所述叶片由上半部1 6个活动叶片和下半部的固定叶片组成，在活动叶片的下边缘设有重铁或弹簧，使活动叶片在强风条件下形成能自动开启或闭合的泄风口 ；为了加强叶框的强度，可在叶框上设有加强横撑和弧状立撑。本实用新型与现有技术相比的优点主要是阻力小，风能利用效率高。由于风叶框架与活动风叶是分离的，而且活动风叶呈弧形结构，所以在活动风叶与风叶框架重合时，使叶片凹面能够最大程度地获取风能而推动风叶框架旋转做功。当活动风叶通过做功进入阻力状态时，活动风叶绕转轴自动打开并使叶片与风向平行，这样阻力消除基本为零，使做功转矩达到最佳值，即使在风力较小的情况下也能做功发电。当活动风叶转角> 90°时，叶片挡块阻挡活动风叶，从而使风叶框架到达迎风正面时，活动风叶会顺利翻转进入下一个循环的做功状态。其次，即使遇强台风等灾难性气候环境，也能确保运行安全稳定。由于每个活动风叶都是由上半部多个活动叶片和下半部一个固定叶片组成的，而且活动叶片的下边缘设有经过风洞测试的重铁或控制弹簧。当遇到强风时活动叶片能够依次打开泄风，自动调节转速，保持风轮的额定转速而不被强风所损坏，确保安全稳定运行。第三，自身重量轻，制造成本低。为了进一步减轻风叶结构的重量以提高风能的转换效率，活动叶片和固定叶片都选用尼龙或高分子纺织材料；风叶框架和叶框采用了韧性好、重量轻的碳钢材料。这样，该风叶结构成本降低，重量降低，维护更加简单方便，且使用寿命更长。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型活动风叶的结构示意图；图3是本实用新型叶片的结构示意图；图4是活动叶片形成泄风口的结构示意图。图中1.叶框，2.风叶框架，3.叶片开启控制件，4.转动轴承，5.叶片挡块，6.活动风叶，7.活动叶片，8.固定叶片，9.叶片，10.加强横撑，11.泄风口，12.弧状立撑。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1、2所示，这种大型垂直轴风力发电装置的风叶机构，包括与垂直旋转轴连接的风叶框架2以及在风叶框架2内通过转动轴承4设置三个活动风叶6，转动轴承4设置在风叶框架2的黄金分割点处，使活动风叶6在转动轴承4两侧两部分的面积不相同，右侧的面积大于左侧的面积，每个活动风叶6上设有一个叶片挡块5，在转动轴承4上设有叶片开启控制件3。主要在于活动风叶6由轴向半圆筒截面状的弧形叶框1和设置在弧形叶框1上的叶片9构成，叶框1上设有一根加强横撑10和四根弧状立撑12。叶框1的弧状为半圆弧， 弧直径为1400mm。如图3所示，叶片9由上半部分的三个活动叶片7和下半部的一个固定叶片8组成，叶片材质采用重量比较轻的高强度帆布。风叶框架2和叶框1采用了韧性好、重量轻的碳钢材料。如图4所示，在活动叶片7的下边缘设有经过风洞测试的重铁或弹簧，使活动叶片 7在强风条件下形成能自动开启或闭合的泄风口 11。根据风力的强弱自动打开或闭合泄风口，调节风叶机构的转速。
权利要求1.一种大型垂直轴风力发电装置的风叶机构，包括与垂直旋转轴连接的风叶框架(2) 以及在风叶框架O)内通过转动轴承(4)设置的活动风叶(6)，活动风叶(6)上设有叶片挡块(5)，转动轴承(4)上设有叶片开启控制件(3)；其特征在于所述活动风叶(6)由半圆筒状的弧形叶框⑴和设置在叶框⑴上的叶片(9)构成，所述叶片(9)由上半部的活动叶片(7)和下半部的固定叶片(8)组成，在活动叶片(7)下边缘设有重铁或弹簧，使活动叶片 (7)在强风条件下形成能自动开启或闭合的泄风口(11)。
2.根据权利要求1所述大型垂直轴风力发电装置的风叶机构，其特征在于所述活动叶片(7)设置的数量为1 6个。
3.根据权利要求1所述大型垂直轴风力发电装置的风叶机构，其特征在于所述叶框 (1)上设有加强横撑(10)和弧状立撑(12)。
4.根据权利要求1所述大型垂直轴风力发电装置的风叶机构，其特征在于所述活动风叶(6)在转动轴承(4)两侧两部分的面积不相同。
专利摘要本实用新型公开了一种大型垂直轴风力发电装置的风叶机构，它包括与垂直旋转轴连接的风叶框架以及在风叶框架内通过转动轴承设置的活动风叶，要点在于风叶框架与活动风叶是分离的，活动风叶由半圆筒的弧形叶框和覆盖在叶框上的叶片构成，叶片包括活动叶片和固定叶片，活动叶片具有在强风条件下能自动开启或闭合的泄风口。本实用新型设计合理，运行阻力小，风能利用效率高，在风力较小的情况下也能启动发电。当遇到强风时活动叶片能够打开泄风口，自动调节转速，确保风叶机构能够安全稳定运行。叶片选用尼龙或高分子纺织材料，风叶框架采用韧性好、重量轻的碳钢，因而维护简单方便，制造成本降低，使用寿命更长。
文档编号F03D3/06GK201963473SQ20112004749
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月24日 优先权日2011年2月24日
发明者刁新华, 王丽君, 王京福 申请人:山东中泰新能源发展有限公司