专利名称：带缓冲弹簧的垂直轴偏距式风力机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种偏距式垂直轴风力机，尤其涉及一种带缓冲弹簧的垂直轴偏距式风力机。
背景技术：
如今，石油、煤、天然气等不可再生能源均面临着储量枯竭、价格上涨、甚至地球环境的严重污染等。核裂变发电危险性高，核废料污染环境、处理困难；利用核聚变能发电还不可行。而太阳能和风能是可再生能源，对环境没有污染。因此，各国都大力开发以风能和太阳能为代表的清洁可再生能源。在当前风能利用领域，现有的大多数大装机容量的风力发电机大都处于待、停机状态，风机利用效率极低。在某些特殊条件下，甚至为了使风机随时待机发电，还必须对风机输入控制电源，这使风机出现了负功率输出状态，极大降低了风能利用率。受到风力发电机风轮结构的影响，现有风力发电机主要存在以下问题:1.启动风速和额定风速均太高，严重脱离实际情况。需研制适合大多数地区使用的风力机，其启动风速和额定风速都要很低；2.现有风轮的叶片细而长，实度极低，大部分从叶片之间的空隙漏走，风能没有被充分利用；3.风叶翼型设计不合理。当前使用最为广泛的风轮叶片是根据直升机的旋翼结构设计的。直升机的旋翼的结构设计是为了利用气流提高其升力，但风轮叶片需要克服这种力的作用，是相反的过程。4.多数风轮叶片扭转角是固定的，不能适应不同的风速。但是在实际应用中，风速大小是随机的。因此风轮一般工作在非设计工作状态，总体效率低，启动困难。现有的偏距式叶片垂直轴风力发电机，叶片截面积增大，提高了捕风能力，降低启动风速。调整叶片倾斜角度可以调节风机旋转速度。叶片截面积的增大可以大幅减小叶片的长度，以致风轮叶片总重量大幅减少，能最大化地利用风能发电。占地面积少，全方向做功，启动快。现有的偏距式叶片垂直轴风力发电机有三种方案。1.在垂直轴上安装叶片支架，叶片以偏距形式安装在叶片支架两端，叶片由电机控制。顺风时，控制使叶片竖直受风，把风能转化为叶轮的旋转机械能。而在逆风时，控制使叶片呈水平位置，对风不产生任何阻力。2.在垂直轴上安装叶片支架，叶片以偏距形式安装在叶片支架两端。叶片支架上安装有90度单方向限位装置，以使叶片单方向偏距不超过90度。任意方向来风时，叶片由于单方向限位作用一边保持原位，另一边叶片与风向相同进行旋转。3.在垂直轴上安装叶片支架，叶片以偏距形式在叶片支架两端以90度夹角安装叶片。在叶片支架上安装最大摆动角度为45度的限位装置。任意方向来风使叶片支架一端的叶片摆动到水平位置；叶片支架另一端的叶片在风力作用下摆动到竖直位置，风作用于竖直位置的叶片而使叶片带动叶轮旋转；当竖直位置的叶片摆动到顺风位置时，另一叶片支架的一叶片在风力作用下摆动到竖直位置，继续带动叶轮旋转。以上各种方案，虽然实度比常规风轮大许多，捕风能力很强，但由于叶片自重，使得叶片由水平到竖直的变化需要一定的风压，因此特别是在风速很低的情况下，启动比较困难。并且叶片较大时，其质量也较大，在运行过程中，叶片由水平位置旋转至竖直位置时，速度大，惯性碰撞冲击大，有能量损失，噪音大。因此，有必要开发设计出新型风力机，使其运行时在风速很低的情况惯性碰撞冲击更小，能量损小，噪音小。
实用新型内容为了克服现有风机的启动风速高、风轮实度低，风能利用系数小、风轮风叶翼型和扭转角是固定而不能适应不同的风速、驱动旋转需要耗费电力、叶片位置调整需要耗费电力驱动电机旋转，系统复杂，不能可靠复位等缺点，本实用新型提供了一种带缓冲弹簧的垂直轴偏距式风力机。 为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案:带缓冲弹簧的垂直轴偏距式风力机，包括垂直轴、叶片轴、轻质叶片、叶片配重球、叶片轴限位杆和缓冲弹簧；所述垂直轴竖直安装在塔架上，可自由旋转；两根等长的叶片轴呈水平辐射状相互垂直地安装于垂直轴上，并与垂直轴转动配合；所述叶片轴的两端分别安装轻质叶片，每根叶片轴上的两个轻质叶片相互垂直；所述叶片配重球安装在叶片轴上并靠近垂直轴，且叶片配重球与轻质叶片位于叶片轴的相对两侧；所述叶片轴限位杆的一端安装在垂直轴上，另一端沿叶片轴的轴向伸出；所述缓冲弹簧为渐开线压缩缓冲弹簧，安装在叶片轴限位杆伸出端的侧面上。与现有技术相比，本实用新型的带缓冲弹簧的垂直轴偏距式风力机具有以下优点.[0018]1.风轮起动风速小:采用轻质叶片和叶片配重球配合，很微弱的风就能使逆风轻质叶片处于竖直位置而获得较大的捕风面，所以风机微风发电能力强，启动风速小，适合地区广，发电运行时间比例高。2.冲击小:由于安装了缓冲弹簧，把限位时的钢性接触变为弹性缓冲接触，其冲击小、噪音低。
图1为带缓冲弹簧的垂直轴偏距式风力机的立体结构示意图。附图中:I一叶片轴限位杆；2—垂直轴；3 —叶片配重球；4一缓冲弹簧；5—叶片轴；6—轻质叶片。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。如图1所示，带缓冲弹簧的垂直轴偏距式风力机包括垂直轴2、叶片轴5、轻质叶片
6、叶片配重球3、叶片轴限位杆I和缓冲弹簧4。[0024]其中，垂直轴2竖直安装在塔架上，可自由旋转。两根等长的叶片轴5呈水平辐射状相互垂直地安装于垂直轴2上，并与垂直轴2转动配合。叶片轴5的两端分别安装轻质叶片6，每根叶片轴5上的两个轻质叶片6相互垂直。叶片配重球3安装在叶片轴5上并靠近垂直轴2，且叶片配重球3与轻质叶片6位于叶片轴5的相对两侧。由于安装了叶片配重球3，微风就能使顺风轻质叶片6处于竖直位置，进而获得较大的捕风面，所以风机微风发电能力强，起动风速小，适合地区广，发电运行时间比例高。叶片轴限位杆I的一端安装在垂直轴2上，另一端沿叶片轴2的轴向伸出，使轻质叶片6只能在水平和竖直位置之间的(Γ90°范围内自由转动。缓冲弹簧4为渐开线压缩缓冲弹簧，安装在叶片轴限位杆I伸出端的侧面上，使限位点处的钢性接触变为弹性接触。缓冲弹簧4是由直径一定的刚性钢丝绕制的，弹簧直径由一端到另外一端直径由大到小渐开线逐渐连续变化，使其倔强系数连续变化。为了使叶片在较宽的风速下都能获得最大的捕风面，弹簧的轴向高度很小；由于安装了缓冲弹簧4，把钢性接触变为弹性缓冲接触，其冲击小、噪音低；由于其倔强系数连续变化，能适应较宽的风速。最后说明的是 ，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.带缓冲弹簧的垂直轴偏距式风力机，其特征在于:包括垂直轴(2)、叶片轴(5)、轻质叶片(6 )、叶片配重球(3 )、叶片轴限位杆(I)和缓冲弹簧(4 ); 所述垂直轴(2)竖直安装在塔架上，可自由旋转； 两根等长的叶片轴(5)呈水平辐射状相互垂直地安装于垂直轴(2)上，并与垂直轴(2)转动配合； 所述叶片轴(5)的两端分别安装轻质叶片(6)，每根叶片轴(5)上的两个轻质叶片(6)相互垂直； 所述叶片配重球(3)安装在叶片轴(5)上并靠近垂直轴(2)，且叶片配重球(3)与轻质叶片(6)位于叶片轴(5)的相对两侧； 所述叶片轴限位杆(I)的一端安装在垂直轴(2)上，另一端沿叶片轴(2)的轴向伸出； 所述缓冲弹簧(4)为渐开线压缩缓冲弹簧，安装在叶片轴限位杆(I)伸出端的侧面上。
专利摘要本实用新型公开了一种带缓冲弹簧的垂直轴偏距式风力机，两根等长的叶片轴相互垂直地安装于垂直轴上并转动配合；在叶片轴两端各安装一轻质叶片，叶片轴上的两个轻质叶片相互垂直；叶片配重球安装在叶片轴上并靠近垂直轴，且叶片配重球与轻质叶片位于叶片轴的相对两侧；叶片轴限位杆的一端安装在垂直轴上，另一端沿叶片轴的轴向伸出；在叶片轴限位杆伸出端的侧面上安装一缓冲弹簧，使限位点处的钢性接触变为弹性接触。由于安装了叶片配重球，微风就能使顺风轻质叶片处于竖直位置，进而获得较大的捕风面，所以风机微风发电能力强，起动风速小，适合地区广，发电运行时间比例高。由于安装了缓冲弹簧，变钢性接触为弹性缓冲接触，其冲击小、噪音低。
文档编号F03D3/00GK203050990SQ20132006280
公开日2013年7月10日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者陈新岗, 古亮 申请人:重庆理工大学