专利名称：自动控速阻力型垂直轴风车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风车装置，尤其涉及自动控速阻力型垂直轴风车。
背景技术：
现有技术的阻力型垂直轴风车都有两个弱点一是此类风车很难做到自动控速，易被大风损毁；二是此类风车的扇叶由刚性材料制成，重量大，费料，性价比低。
实用新型内容本实用新型的目的在于，克服了现有技术的阻力型垂直轴风车的不足之处，提供了一种自动控速阻力型垂直轴风车的设计方案，同时本实用新型也是一种由普通轻质材料 制成的廉价风车，大幅度降低了此类风车的造价。本实用新型所述的自动控速阻力型垂直轴风车，包括有透风网、扇叶A、垂直轴、启动布、螺旋式弹簧、齿板、控速小风车、齿轮、阻挡卡A、轴承A、工作布卷筒、扇叶C、轴承B、工作布、风兜、扇叶D、扇叶B、阻挡卡B、防重力下垂斜拉钢丝绳和均力钢丝绳，同一层共有四个扇叶，分别为扇叶A、扇叶B、扇叶C和扇叶D，四个扇叶组成十字型，每个扇叶的矩形框架的内沿固定着透风网，透风网制成曲面，能与工作布构成凹面阻风屏障，与平面相比，其空气动力系数更大一些，在透风网凹面的一侧，安装着垂直轴和工作布卷筒，工作布卷筒两端装有轴承A和轴承B，轴承被固定在扇叶框架上，工作布的一个边在竖直方向上被铆钉固定在工作布卷筒上；工作布卷筒上端的转轴与一个控速小风车的垂直轴连接在一起。控速小风车是一个阻力型垂直轴风车，它由四片扇叶，相互组成十字形，扇叶皆是由不锈钢半球壳及长柄组成，控速小风车的垂直轴上有齿轮，齿轮与齿板相啮合，齿板的两端各有阻挡卡，并且齿板的其中一端与螺旋式弹簧相连接。本实用新型所述的自动控速阻力型垂直轴风车转动时，如果扇叶A和扇叶B处在顺风一侧时，其工作布就会贴在透风网上，产生阻力；此时扇叶C和扇叶D则处在逆风一侧，其工作布在风中飘扬，风从透风网孔透过，几乎不产生阻力，这样就产生了较大的阻力差，这个阻力差就是推动本实用新型所述的自动控速阻力型垂直轴风车转动的动力。从无风到有风且风速大于2. 5米/秒时，此时启动布贴在透风网上，在风中产生阻力，该阻力推动本实用新型所述自动控速阻力型垂直轴风车转动，当本实用新型所述的自动控速阻力型垂直轴风车启动旋转180°之后，工作布才开始正常工作。工作布卷筒上端的转轴与一个控速小风车的垂直轴连接在一起，该控速小风车是一个阻力型垂直轴风车，它由四片扇叶，相互组成十字形，扇叶皆是由不锈钢半球壳及长柄组成。控速小风车的垂直轴上有齿轮，齿轮与齿板相啮合，齿板的两端装有阻挡卡A和阻挡卡B，并且齿板的其中一端与螺旋式弹簧相连接。这样就使控速小风车的垂直轴始终从螺旋式弹簧的拉力中获得一定值的扭力矩。阻挡卡A和阻挡卡B具有限制齿板只能在一定范围内传动的作用，同时又使螺旋式弹簧始终保持着一定的伸长，从而确保螺旋式弹簧始终对控速小风车垂直轴施加一定的扭力矩M。令，扭力矩M与控速小风车从额定风速11. I米/秒中获得的扭力矩大小相等、方向相反，于是，当风速不大于额定风速11. I米/秒时，控速小风车从风中获得的扭力矩就不大于螺旋式弹簧施加的扭力矩，此时控速小风车不转动，工作布卷筒也不转动，工作布贴在网上的面积处于最大状态；当风速大于额定风速11.1米/秒时，控速小风车从风中获得的扭力矩将大于螺旋式弹簧施加的扭力矩，于是控速小风车开始转动，控速小风车的垂直轴带动工作布卷筒转动，于是部分工作布被工作布卷筒卷缠，使工作布贴在透风网上的面积减少，而裸露的透风网在风中几乎不产生阻力，于是扇叶接受的风能减少，这样就确保了本实用新型所述自动控速阻力型垂直轴风车在风速大于额定风速时不发生超速运转现象。控速小风车转动时通过齿轮拨动齿板，进一步拉伸螺旋式弹簧，螺旋式弹簧对控速小风车施加的扭力矩增大，控速小风车将在螺旋式弹簧施加的扭力矩与其在大风中获得的扭力矩达到平衡后停止转动。螺旋式弹簧伸长量的增加与控速小风车从螺旋式弹簧的拉力中获得的扭力矩的增加量呈线性关系，而风速的增大与控速小风车从风中获得的扭力矩的增加量是非线性关系。当风速大于额定风速时，经估算，单根螺旋式弹簧只能维持本实用新型风车在风速达到15米/秒之前有较稳定的功率输出。当风速大于15米/秒时本实用新型风车逐渐减速，在风速约为20米/秒时工作布几乎被全部卷缠在工作布卷筒上，此时本实用新型风车自动进入低速运转状态。为使本实用新型所述自动控速阻力型垂直轴风车在风速大于15米/秒时依然能正常工作，应使齿板能在不同时刻陆续自动挂载多级螺旋式弹簧。在齿板上陆续自动挂载多级螺旋式弹簧的情况下，可使本实用新型所述 自动控速阻力型垂直轴风车在2. 5米/秒 24米/秒的风速范围内正常运转。当风速大于24米/秒时，本实用新型所述自动控速阻力型垂直轴风车将逐渐自动进入低转速工作状态，进行自动保护。当风速由大变小时，螺旋式弹簧将拉动控速小风车倒转，此时齿板能在不同时刻陆续自动卸载多级螺旋式弹簧，此时工作布卷筒也倒转，之后被卷缠的工作布将在飘扬时被安装在工作布尖端的风兜所接受的风力展开，于是本实用新型所述自动控速阻力型垂直轴风车自动恢复正常工作。在垂直轴顶端与扇叶的框架之间设置有防重力下垂斜拉钢丝绳，可防止扇叶因受重力作用而下垂变形。为了消除扇叶在工作中所受风力的不均衡，用均力钢丝绳将四片扇叶紧紧连锁在一起，使各个扇叶均匀承担风力，这样相当于每片扇叶的强度加强到四倍。设控速小风车的扇叶面积为S，扇叶中心到其垂直轴轴线的距离为h，齿轮的半径为r，螺旋式弹簧的劲度系数为k，螺旋式弹簧的初始伸长量为
h。经推导，当本实用新型所述的自动控速阻力型垂直轴风车处在额定风速时，控速小风车
的扇叶与螺旋式弹簧的匹配参数关系为=由此确定了本实用新型所述的自动控速阻力型垂直轴风车处于额定风速时，控速小风车的扇叶面积S、控速小风车扇叶中心到其垂直轴轴线的距离h、螺旋式弹簧的劲度系
数k、螺旋式弹簧的初始伸长量I0、齿轮半径r之间的定量关系。同时，可以估算本实用新型所述的自动控速阻力型垂直轴风车当风速大于额定风速时螺旋式弹簧的伸长量 ，进而可以求算控速小风车旋转的周数，即齿轮旋转的周数为
^，同时控速小风车带动工作布卷筒也转动相同的周数，设被卷缠在工作布卷筒上的
2π r工作布长度为N，工作布卷筒半径为R，则
权利要求1.自动控速阻力型垂直轴风车，包括有透风网(I)、扇叶A(2)、垂直轴(3)、启动布(4)、螺旋式弹簧(5)、齿板(6)、控速小风车(7)、齿轮(8)、阻挡卡A (9)、轴承A (10)、工作布卷筒(11)、扇叶C (12)、轴承B (13)、工作布(14)、风兜(15)、扇叶D (16)、扇叶B (17)、阻挡卡B (18)、防重力下垂斜拉钢丝绳(19)和均力钢丝绳(20)，同一层共有四个扇叶，分别为扇叶A (2)、扇叶B (17)、扇叶C (12)和扇叶D (16)，四个扇叶组成十字型，其特征在于每个扇叶的矩形框架的内沿固定着透风网(1)，透风网(I)制成曲面，能与工作布(14)构成凹面阻风屏障，与平面相比，其空气动力系数更大一些，在透风网(I)凹面的一侧，安装着垂直轴(3)和工作布卷筒(11)，工作布卷筒(11)两端装有轴承A(IO)和轴承B (13),轴承被固定在扇叶框架上，工作布(14)的一个边在竖直方向上被铆钉固定在工作布卷筒(11)上；工作布卷筒(11)上端的转轴与一个控速小风车(7)的垂直轴(3)连接在一起。
2.根据权利要求I所述的自动控速阻力型垂直轴风车，其特征在于控速小风车(7)是一个阻力型垂直轴风车，它由四片扇叶，相互组成十字形，扇叶皆是由不锈钢半球壳及长柄组成，控速小风车(7)的垂直轴(3)上有齿轮(8)，齿轮(8)与齿板(6)相啮合，齿板(6)的两端各有阻挡卡，并且齿板(6)的其中一端与螺旋式弹簧(5)相连接。
专利摘要自动控速阻力型垂直轴风车，包括有透风网、扇叶、垂直轴、启动布、螺旋式弹簧、齿板、控速小风车、齿轮、阻挡卡、轴承、工作布卷筒、工作布、风兜、防重力下垂斜拉钢丝绳和均力钢丝绳。同一层共有四个扇叶，四个扇叶组成十字型。每个扇叶的矩形框架的内沿固定着透风网，透风网制成曲面，能与工作布构成凹面阻风屏障，与平面相比，其空气动力系数更大一些。在透风网凹面的一侧，安装着垂直轴和工作布卷筒，工作布卷筒两端装有轴承，轴承被固定在扇叶框架上。工作布的一个边在竖直方向上被铆钉固定在工作布卷筒上。工作布卷筒上端的转轴与一个控速小风车的垂直轴连接在一起。本实用新型不易被大风破坏，其扇叶制造材料为普通材料，制造成本低。
文档编号F03D7/06GK202732218SQ20122033741
公开日2013年2月13日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者李秀全, 邢飞, 冯周民, 贾娟, 陈刚 申请人:李秀全