专利名称：圆弧齿形链式风力环保发电制氢装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电制取氢气的装置，特别涉及一种应用圆弧齿形链传动的具有环境保护效果的风力发电制氢装置。
背景技术：
机械工业出版社1980年3月出版的《圆弧齿轮》、1984年12月出版的《链传动》和1992年9月出版的《链传动设计与应用手册》分别介绍了圆弧齿轮的优越性和各种链传动的结构与特点。1982年出版的《新能源发电》一书介绍了12种风轮机的结构与工作原理，其共同缺点是结构复杂，造价高，转速慢，没有经济竞争力。
本发明是综合了圆弧齿轮和链传动的技术要素而形成圆弧齿形链，在链上安装叶片，把风能转化为电能并进而分解水制成氢气的装置。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是齿轮传动是靠主动轮的轮齿依次推压从动轮的轮齿，以实现传递运动和动力。齿轮传动由摆线齿轮发展为渐开线齿轮，最后又发展为圆弧齿轮。圆弧齿轮的特点是两啮合齿轮的齿面是凸齿齿廓与凹齿齿廓，啮合时的凹齿包住凸齿，以提高其接触强度。凸凹齿廓的圆弧半径相等，这样才能得到沿整个齿高的瞬时线接触，圆弧齿轮传动是凸、凹齿面接触，接触区以相当高的滚动速度沿齿宽方向移动。另外圆弧齿轮传动中，滑动速度较低，磨擦损失较小。
链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动，可作传动用、输送用，拽引提升用以及许多结构巧妙的性能特异的专门用途。它兼有齿轮传动和带传动的一些特点。由于它具有结构简单、传力大、效率高、传动比准确，维修保养容易等主要特点。链传动主要有套筒滚子链和齿形链，滚子链具有滚动的小滚子，滚动摩擦力较小，齿形链无声传动速度较大，但易于从链板中间断裂。
综合以上各基本技术要素，形成圆弧齿形链的特征将链轮节圆分为2N等分，作2N个相切的圆，相邻的圆留一去一，留下的N个圆即为链轮齿形，链轮基本结构是在转动轴两端固定法兰，每个法兰各钻N个孔，安装N个圆柱体组成链轮齿。链条链板为与链轮齿相接触的圆柱体作基础的六段圆弧组成。这种结构的链齿与链轮贴合紧密，提高了接触强度，链条齿根断面宽厚，提高了折断强度，传动时齿面间滑动小，滚动磨擦减小了磨损，提高了效率，齿廓为圆弧形，形状简单，便于制造，降低成本，并容易达到较高的精度。
风链轮机的基本结构是在固定支架上安装转动轴，在转动轴上安装活动支架，活动支架与固定支架有一共同的固定转动轴，在活动支架的另一端安装可用螺栓调距的活动轴，在固定轴和活动轴上分别对应安装二对链轮，在链轮上安装两条圆弧齿形链，两链条间安装叶片，叶片一边位置固定，另一边可在一定范围内摆动，摆动的角度向一边较小，向另一边较大。低速叶片可采用薄膜型，高速叶片可采用流线型。叶片顺次安装在链条上，风从一边吹向叶片，叶片一边不动，另一边被风吹动，将张开一较小的角度，形成一窄缝，气流被压缩以较大速度从斜缝喷出，在气流反冲力作用下叶片带动链条运动，气流继续运动，冲向另一边叶片，推开较大的角度，气流速度放慢，动能变小，减小了的动能转化为叶片带动链条的运动。两链条的对偶力矩转化为链轮的定向旋转运动。空气流冲击叶片两次，风能利用效率较高。当风从另一方向吹向叶片时，两边叶片的角度都将改变方向，但叶片受力方向未变，链轮仍向原方向转动，把不同方向放置的风链轮机组合起来向同一方向旋转就可省略调向机构。风链轮机的调速采用三种方法1、增加负载调速；2、改变活动支架角度调速；3、用离合器增减联合体数目来调速。风链轮机可利用地面紊乱的风，在接近地面使用，便于安装、维修和操作。风链轮机结构简便，加工制造容易，没有大的加工零部件，较大的部件都是原坯料，另外大量应用的是现有的标准件，风链轮机对原材料要求不严格，可就地取材，利用地形、地物可节省原材料，叶片可利用温室大棚废旧薄膜加工而成，由于叶片会自动摆动，摆动角度大小由风速控制，使风链轮机大体保持较稳定的转速。同时活动支架可改变角度，从而改变受风面积，控制风链轮机的转速和功率。另外还可以用离合器来增减风链轮机组合的数目，控制转速和功率。这种可调速的旋转运动，可用来拖动发电机发电。现行风力发电方式，小型的采用直流发电机，大型的采用交流发电机。风链轮机发电采用交、直流混合发电方式。在能达到额定转速和功率时，使用交流发电机并网发电。达不到额定转速或超出额定功率的部分采用直流发电机。发电机可用同极直流发电机，发出的低压大电流直流电可用电解槽分解水得到氢气，电解水制氢是一种成熟技术。电解水要消耗大量电能。现有电能大部分来自燃煤火电厂，电解水效率不高，使得制氢的成本很高，由于经济原因，限制了它的应用。风链轮机发电由于利用的是无代价的风能，尤其是利用交流发电机不能利用的那部分能量来制取氢气，可获得具有环保效果的无污染的燃料和化工原料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是应用传动链携带叶片转动链轮，由于链轮直径比翼型旋转直径小得多，所以它的转速非常快，简化了变速装置。链轮为组装件，磨损以后可以更换，节省维修费用，由于圆弧齿形链结构简便，链条的链板不仅可用钢板冲压制造，同时也可用工程塑料、玻璃和陶瓷制造，扩大了原材料来源，同时加工容易，没有大的加工部件，尽可能应用标准件，联轴器、万向节、圆锥齿轮、离合器和轴承等都选用现有产品。利用地形地物可减少原材料消耗，降低造价，它能利用地面紊乱的风工作，不需要高大的支架，使风链轮机接近地面，不仅安装、维修和使用都在地面进行，并且大大降低了地面的风速。风砂的危害都是地面风造成的，如果能在接近地面大规模利用风链轮机进行发电，可降低地面风速，阻止沙丘移动，减轻沙尘暴危害。我国每年受风沙侵蚀，大片土地被沙化。利用技术手段不仅可减缓沙化速度，同时获得机械能和电能用于抽水灌溉，又将加速治理风沙的进程。另外风链轮机在工作过程中降低地面风速，对农田的农作物也起到一种保护作用，和以往的风车一样，干旱时可灌溉，洪涝时可排水。风链轮机不仅是能量转化设备，同是也是环境保护设备。它可以把危害土地经济价值的风沙源变为能源基地，创造财富的源泉。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述四
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图1、圆弧齿形链轮齿形与链板齿形。
将链轮节圆(分度圆)作2N等分，作2N个圆相切，留一去一，留下的N个圆即为链轮轮齿，去掉的N个圆弧即为链板齿形的一部分。
图2，圆弧齿形链轮结构。
1、链轮轴，2、链轮板，3、滚动齿，4、链轮档板，5、链轮齿条，6、固定螺母。
图3，圆弧齿形链条结构。
7、第一种六段圆弧链板，8、第二种六段圆弧链板，9、套筒，10、连接销轴，11、止销件。
图4，链条与叶片的安装。
12，梯形叶片，13，叶片固定丝杆，14、螺帽，15，叶片边缘固定胶绳，16，胶绳固定螺丝。
图5，风链轮机原理示意图。
A、风吹向叶片，叶片张开角度，叶片带动链条使链轮向顺时针方向旋转。
B、风反向吹到叶片，叶片向反方向张开角度，叶片带动链条运动，链轮仍按顺时针方向旋转。
图6，风链轮机发电示意图。
17、固定支架，18活动支架，19活动支架固定横梁，20上活动轴承，21、固定轴承，22固定轴，23、固定横梁，24、上链轮，25、圆弧齿形链，12梯形叶片，26、下链轮，27、活动轴，28、活动轴承，29、活动横梁，30、紧固螺栓，31、调速链索，32、调速轮，33、传动轮，34、传动链，35、链轮传动发电机。
图7、山坡、山项风链轮机示意图。
18、活动支架，36、固定绳索，30、紧固螺栓，29、活动横梁，28、活动轴承，24、上链轮，37、上活动轴，25、圆弧齿形链，12、梯形叶片，38、下固定链轮，21、固定轴承，39、支座轴承，22、固定轴，40、支座。
图8，风链轮机组的连接。
41、风链轮机简图，42联轴器，两轴间夹角较小时用，43、万向联轴器，两轴夹角较大时用，44、离合器，45、圆锥齿轮，两轴互相垂直用，46、圆弧齿形链，两轴不在同一高度用。
图9，高速风链轮机叶片安装示意图。
8、第二种六段圆弧链板，47、流线型弹性叶片，13、叶片固定丝杆，48、叶片阻挡丝杆，49、叶片反向阻挡丝杆。
五具体实施例方式
钢链与工程塑料、玻璃、陶瓷链混合应用。圆弧齿形链由于链板宽厚，如果全用钢板冲压制造成本必然很高。工程塑料、钢化玻璃、陶瓷材料便于制造，比较耐磨，如果与钢制链板配合使用，就可发挥各自的优势并降低生产成本。
农村、草原、沙漠风力发电的意义。风能存在于广大的自然界，它是农村的能源。由于圆弧齿形链式风链轮机结构简便，一般的乡镇企业都可以制造和安装，普通的农民都可以操作和维修。利用它减轻自己的体力劳动，解决生活用能，降低自然灾害的损失，保护生态环境。另外，大量的机械能、电能和氢能，也是向生产的深度和广度发展的最基本物质条件，是农民致富的新的劳动手段，同样在广大牧区应用风能，也可以起到促进生产，防止草原沙化的作用。在风沙源应用风链轮机发电，可降低风速，减轻沙尘暴的危害。
气流遇到山丘将上抬改变方向，沿山坡流动，所以在山坡上部和山顶风速将加大。风速增加一倍，功率是原功率的八倍，同样受风面积的风链轮机，在山坡和山顶安装，不仅可节省材料，降低成本，同时可大大提高功率。制约山区经济发展的主要因素就在于缺水。利用风链轮机所获得的机械能将水从低处送往高处，将会大大促进山区经济的发展，在河岸高高的堤坝压缩了气流，加大了风速，在河岸安装风链轮机，所获得的机械能可用来修建堤坝和清理河道淤泥。
我国是一个多山的国家，在许多高大山脉之间形成许多巨大的山口。山口风力有两个特点，一是风速较大，二是气流沿山口方向流动，所以，风向大部分都是正反两个方向，这种性质特别适合于建造大型风链轮机发电系统。我国青藏高原、山脉大多是东西走向，西藏经常顺着山谷刮西风。西藏、新疆都有许多大山口，另外，在辽宁东部的千山山脉和辽西丘陵之间有广大的松辽平原，经常刮南风或偏南风，北风或偏北风，很少刮东风和西风，这些地区像喷管一样加大了风速，非常适合应用风链轮机开发风能。
我国东南沿海每年都要受台风危害，造成很大损失。以往的风轮机由于叶片巨大，在大风中叶片有被折断的危险，风链轮机叶片面积较小，采用流线型叶片，可在大风中运行，将风能转化为有用能量形态后，风速就降低了，同时也就减轻了台风的灾害。流线型叶片数目较少，这样才能在大风中受风的压力较小，能安全运行，将流线型弹性叶片的固定丝杆安装在第二种六段圆弧链板上，链板的另外两个孔也安装丝杆，当风从外面吹向叶片时，叶片被丝杆阻挡，由于丝杆距离较大，叶片形成的角度较小。当链条把叶片带到另一边时，气流将继续压迫叶片，由于叶片固定丝杆与反向阻挡丝杆距离较小，叶片形成的角度较大，根据气体动力学原理，风链轮机获得了旋转的动力。
风能和其他可再生能源的特点就是能量密度较低，利用设备庞大，材料较多，成本较高。目前可再生能源开发不多主要受经济条件制约。为了摆脱这种困境，将多种可再生能源联合开发利用，发挥各种能源的优势，降低成本，在联合中，各尽所能，为社会创造财富，可再生能源联合开发可采用以下形式水能与海洋能和风能都可以应用圆弧齿形链轮机转化为机械能，再进一步转化为电能和氢能。将大量的机械能用于开动热泵、把太阳热能和地热能从温度较低处迁往温度较高处，这就获得大量的高温热能。将风能、水能和海洋能转化为机械能，带动粉碎机将农作物秸杆粉碎后，加水加强酸加热水解糖化，然后经过成醇发酵制取燃料乙醇，酒糟用于饲养家畜，粪便经过高温厌氧发酵制取沼气。
权利要求
1.一种圆弧齿形链式风力环保发电制氢装置，将圆弧齿轮具有凸凹齿廓的圆弧半径相等，齿合时的凹齿包住凸齿，磨擦损失较小和兼有齿轮传动与带传动特点的具有中间挠性件啮合传动的齿形链的技术要素综合起来，形成圆弧齿形链，其特征在于链轮结构是在转动轴两端固定法兰，每个法兰各钻N个孔，安装N个圆柱体组成链轮齿，链条链板为与链轮齿相啮合的圆柱体作基础的两种由六段圆弧组成，叶片安装在链条上，风吹动叶片，带动链条，啮合链轮产生可控的旋转运动，带动发电机发电，产生电能分解水产生氢气。
2.根据权利要求1所述的圆弧齿形链式风力环保发电制氢装置，风链轮机是实现风能与机械能的转换装置，其特征在于在固定支架上安装转动轴，在转动轴上安装活动支架，在活动支架的另一端安装可用螺栓调距的活动轴，在固定轴和活动轴上分别对应安装两对链轮，在链轮上安装两条圆弧齿形链，两条链间安装叶片，叶片一边位置固定，另一边可在一定范围内摆动，摆动的角度向一边较小，向另一边较大，低速叶片可采用梯形叶片，高速叶片可采用流线型，摆动角度大小由风速控制，改变活动支架角度，用离合器增减风链轮机组合数目，都可控制转速和功率，风链轮机采用交、直流混合发电形式，达到额定转速用交流发电机并网发电，达不到额定转速或超出额定功率的部分采用直流发电机发电。
3.根据权利要求2所述的圆弧齿形链式风链轮机，实现风能与机械能转换需要链条安装叶片，其特征在于梯形叶片(12)的叶片固定丝杆(13)用螺帽(14)固定在链条上，叶片边缘固定胶绳(15)，用螺丝(16)固定在链条的后一个链板上。
4.根据权利要求2所述的圆弧齿形链式高速风链轮机，实现风能与机械能转换需要链条安装叶片，其特征在于流线型弹性叶片(47)用叶片固定丝杆(13)安装在第二种六段圆弧链板上，叶片阻挡丝杆(48)、叶片反向阻挡丝杆(49)分别控制叶片的受力倾角。
全文摘要
本发明公开了一种由圆弧齿形链作为传动机构的风力发电制氢装置。链轮的轮齿由滚动的圆柱体组成，链条的链板为与链轮齿相啮合及联结的圆弧组成，叶片安装在链条上，叶片偏角的方向及角度的大小由风向和风力决定，它可以把地面紊乱的风能转化为定向的旋转机械运动，用控制机构就得到可控制转速和可调功率的机械能，再转化为电能，剩余的电能用于分解水制取氢气，它既是能量转换设备，又是环境保护设备。
文档编号C25B1/04GK1740560SQ20051009185
公开日2006年3月1日 申请日期2005年8月15日 优先权日2005年8月15日
发明者石运达, 张金锋, 石钟艳 申请人:石运达