CN102108934B - 一种垂直轴风球风力机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型垂直轴风球风力机，该球状风能利用装置具有坚固的结构形状，能抵抗飓风的冲击，不择来流速度的方向，在相同来流方向条件下，因叶片内外压差大固比其它类型风力机推阻比大，在同等输出功率条件下，该风机的旋转半径小于其它类型风力机，外形美观视觉效果明显，风能的利用效率高、无噪音，运行平稳安全、不伤及鸟类。外观酷似传统的灯笼，美观靓丽。同时具有工作机危险风速自动保护装置及其安装、维护、保养等设备人身安全保护装置。非常适合为城镇居住区及船舶、海上养殖等人类活动频繁密集的区域提供清洁能源。

Description

一种垂直轴风球风力机

【技术领域】

本发明涉及清洁能源、新能源领域，具体涉及一种垂直轴风球风力机。

【背景技术】

随着全球工业化进程的快速发展，人类的生存环境逐步恶化，为遏制环境的进一步恶化。节能减排，充分利用清洁能源是人类社会科学发展的必由之路，充分的利用风能是大势所趋。科学高效安全的利用好风能是当务之急。目前；风力机种类繁多，各有千秋，本文提供一种高效率、低噪音、外观美、安全方便的风机。

【发明内容】

本发明的技术实现了一种高效利用风能、低噪音、低振动、外观靓丽、使用安全方便的风机。它包括高效收集风能的风球装置及其转矩传输的变速机构，在风球输出轴端设有过风速保护的飞摆离合装置，并与转矩传输变速机构输入轴相连，转矩输出变速机构的输出端设有便于系统维护保养的静态制动装置。

依据上述主要技术特征，所述风球装置由主轴，叶片，叶片上下支撑盘架和径向叶片支撑环构成.

依据上述主要技术特征，风球的叶片是由内叶翼和外叶翼形成的一种既有轴向弧面又有径向弧面的复合曲面体，其叶片内叶翼和外叶翼之间形成一个沿球体旋转线速度方向的夹角，该夹角导致沿来流速度方向角内弧内曲面与外弧外曲面产生强烈的压力差，(叶片夹角内弧曲面为迎来流速度方向，外弧曲面为背来流速度方向.)形成旋转推力。同时外弧曲面在沿旋转方向上，以该角度形成流线曲面.导致叶片沿风球旋转方向上迎流面阻力减小，致使噪音减小，推阻比升高。该夹角的大小由风力机负载特性和使用环境的风速所确定。

依据上述主要技术特征；风球的叶片内叶翼与外叶翼沿径向宽度由风力机负载特性和使用环境的风速来调整，其内叶翼径向宽度方向在风球旋转过程中所有迎来流速度方向每时每刻都产生推力，当然越宽越好，但最宽不能超过二叶片间的距离。而外叶翼径向宽度方向在风球旋转过程中有三分之一时刻迎来流速度方向且产生阻力，固增加其宽度会直接增加阻力。虽然在另外三分之二时刻也增加推力但综合多因素分析，不适当的增加其宽度最终导致推阻比下降。因此叶片之内外叶翼径向宽度须按合适的比例制造。

依据上述主要技术特征；叶片之内外叶翼的径向弧度与轴向弧度须按照中国传统灯笼形态或球体形态保持一定比例，以保证形态不变。当改变轴向弧度和径向弧度时，球体的形态将向园柱状变化。

依据上述技术特征；过风速保护的飞摆离合装置由摆臂、摆锤、连杆和离合滑套构成。离合滑套套在主动轴和从动轴外，可沿从动轴外臂上下滑动，主动轴和从动轴沿轴向设有离合槽，滑套内装有主动轴滚轮和从动轴滚轮及其轮轴，其主动轴滚轮和从动轴滚轮在主从动轴的离合槽内随滑套上下滚动。当风球转速升高时，摆锤位置升高，在连杆的带动下滑套沿从动轴外臂上升滑动，当转速高致使滑套内从动轴滚轮离开从动轴离合槽顶端时，主、从动轴分开，离合器处于分离状态。当风速降低时摆锤位置下降，在连杆的带动下滑套沿从动轴外臂下滑，当转速继续下降致滑套内从动轴滚轮接近和低于从动轴离合槽顶端时，在摆锤重力的作用下，滑套内从动轴滚轮自动滚回到从动轴离合槽内，使主、从动轴链合进入合闭状态。

依据上述技术特征；静态制动装置由制动碟盘、制动钳、制动连杆及手柄构成。当设备进行维护保养时，将手柄置于制动位置，风力机即为制动状态。

【附图说明】

图1、为风力机结构原理图；

图2、为风球及叶片原理图；

图3、为飞摆及制动原理图；

【具体实施方式】

参考图1，图2及图3所示；结合具体实例做进一步详细说明。本发明中所提供一种风球风力机，包括垂直轴风球、机械飞摆离合装置、变速机构、静态制动装置。

所述垂直轴风球图2；包括轴、叶片、叶片上下支撑盘架和径向叶片支撑环。该风球状风能利用装置具有坚固的结构形状、不选择来流速度方向，叶片内外压差大推阻比大、风能利用效率高、无噪音、运行平稳安全、不伤及鸟类、外观优美等众多优点，非常适用与城市居住区及船舶等人类密集活动场所。该风球轴输出端连接飞摆离合装置图3，所述飞摆离合装置包括；摆臂、摆锤、连杆、离合滑套及其滑套内装置的主、从动轴滚轮及其轮轴。风球旋转速度将改变摆锤的相对高度，并通过连杆致使离合滑套沿从动轴外臂上下滑动，当离合套向上移动致主从动轴滚轮大于、等于从动轴顶端时，离合器处于“分离”状态。反之离合器处于“合闭”状态。该从动轴输出端连接变速机构图1。所述变速机构是为匹配工作机工况设置，以保证工作机高效运行。变速机构的输出轴除连接工作机外同时与静态制动装置之制动碟盘相接图3。所述静态制动装置包括；制动碟盘、制动钳、制动连杆及制动受柄。该装置为设备维修、保养、安装等需要保护人身和设备安全时使用而设置，其操作均为手动。

Claims (5)

1.一种垂直轴风球风力机，包括垂直轴风球、与垂直轴风球的轴输出端连接的飞摆离合装置、与工作机相匹配的转矩传输变速机构以及静态制动装置；所述垂直轴风球由主轴、叶片、叶片上下支撑架和径向叶片支撑环组成，其特征在于所述叶片是由叶片内叶翼和叶片外叶翼形成的一种既有轴向弧面又有径向弧面的复合曲面体，数片或十几片叶片组成的风力机成球体状，当改变叶片轴向和径向弧度时，所组成的风力机的外型可由球体状变为圆柱状；所述叶片内叶翼和叶片外叶翼的轴向弧度与径向弧度保持一定的比例关系，内叶翼与外叶翼的宽度也保持一定的比例关系以保证风能的高效利用；由叶片内叶翼和叶片外叶翼之间形成一个沿球体旋转线速度方向的曲面夹角，该曲面夹角可根据负载特性和使用环境的风速在50度至100度之间进行选择。

2.如权利要求1所述的一种垂直轴风球风力机，其特征在于其叶片个数可以根据环境风速和负载特性在4-16片之间进行调整。

3.如权利要求1所述的一种垂直轴风球风力机，其特征在于所设置的叶片、径向叶片支撑环在极限风速时球体自由卸能的情况下，可抵抗飞车转速的机械强度；该径向叶片支撑环可以根据不同风力机直径和不同使用环境的极限风速，在1-3个之间进行选择。

4.如权利要求1所述的一种垂直轴风球风力机，其特征在于所设置的飞摆离合装置在环境风速达到对工作机有危害状态下，将风力机与工作机分离，以保护工作机系统，风力机自由旋转以释放能量，当环境风速减弱后，飞摆离合装置自动重合工作机系统使之恢复工作，飞摆离合装置的保护动作风速可自由调整。

5.如权利要求1所述的一种垂直轴风球风力机，其特征在于所设置的静态制动装置，在风力机的安装及例行维护保养时手动操作该静态制动装置以保证维护保养工作过程中人员和机械设备的安全。