CN201358882Y - 智能大功率风车 - Google Patents
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Abstract
智能大功率风车，由3只或多只叶片组成，风车叶片底面是活动的，风车叶片底面上缘设置铰链与叶片框架的下缘相连接；或在风车叶片底面的1/2以上部分设置转动轴，风车叶片底面单向向上翻动接近90度，允许气流单向通过。风车叶片底面与框架边缘接触面，设置带凹槽的减振橡塑条。有下述优点：传动设备可以安装在塔杆的下部，方便维护，降低造价。增加了风车单组叶片做功的效率。由于智能大功率风车是垂直轴型的风车，它的传动比也非常适宜做为船用动力，水面任何方向来风都可以带动螺旋桨做功，实现逆风行舟。
Description
技术领域
本实用新型智能大功率风车，由3只或多只智能叶片组成的垂直轴型风车。实验证明：智能大功率风车将会极大提高现有风车的效率，并可以成倍地提高单台风车的总功率。智能大功率风车将带来一场风动力领域的技术革命和进步。
背景技术
我国人口众多，资源相对不足，许多重要资源人均占有量远低于世界平均水平。我国石油资源最终可采储量仅为世界总量的3％左右，不可再生资源储量正在不断减少，经济发展和资源、环境保护的矛盾日益突出，应对能源安全挑战是我国可持续发展的战略重点之一。在可再生资源中，风能储量丰富。对风能的开发和利用十分重要，但是，如何提高风能的利用效率是摆在面前的重要课题。
目前使用的垂直轴型风车，由于叶片在逆风不做功时，无法减小叶片逆风驱动阻力系数，因而风车效率太低，未能得到广泛的推广使用。而智能大功率风车不仅成功地将不做功时叶片原截面面积缩小成线状，极大减小叶片逆风驱动阻力系数，成倍增加了风车单组叶片做功的效率；同时，智能大功率风车能够在风车塔杆的垂直和水平方向，增加叶片或叶片转组组合，可以超大规模地提高单台风车的总功率。
发明内容
为了克服现有技术结构的不足，本实用新型提供智能大功率风车。
本实用新型智能大功率风车，具有下述技术特征：
智能大功率风车是智能垂直轴型风车，由3只或多只智能叶片组成，风车叶片底面是活动的，底面上缘设置铰链与叶片框架的下缘相连接；也可以在活动底面的1/2以上部分设置转动轴，活动的底面可以单向向上翻动接近90度，它只允许气流单向通过。
当叶片迎风做功时，底面会自动紧贴边缘底框架，使做功截面面积最大化，实现最大出力；当叶片逆风不做功时，活动的底面会在风力的作用下向上翻动近90度，允许气流通过叶片框架。因此，不做功时叶片原截面面积缩小成线状，极大减少了不做功时CT2阻力系数，从而成倍增加了风车单组叶片做功的效率。
在风车塔杆的垂直和水平方向，增加叶片转组进行组合，可以超大规模地提高了单台风车的总功率。
智能大功率风车为了克服叶片周期性变化所引起的气动载荷和垂直轴受力不均匀的影响，可以在垂直轴上设置一个或多个不同半径的飞轮。
智能大功率风车的风车活动叶片与框架接触面，设置带凹槽的减振橡塑条，或者其它减振设施，降低噪音。
智能大功率风车的叶片做功受力面，设计为粗糙的表面，以增加了叶片做功的效率；背面设计为光滑的表面，以减少叶片不做功时的阻力。
智能大功率风车会借助风力自动改变做功叶片受力面积。当迎风做功时，叶片会自动展开到最大面积，实现最大出力；当逆风不做功时，叶片会借助风力自动将原面积缩小成线状，从而成倍增加了风车单组叶片做功的效率。同时，智能大功率风车能够在风车塔杆的垂直和水平方向，增加叶片或叶片转组组合，可以超大规模地提高单台风车的总功率。
根据“风能利用技术”郭新生著，《化学工业出版社》2007年5月出版。对风能利用技术做出下述明确表述：
“理论上可用风能：
单位时间内垂直流过截面F的空气，拥有的做功的能力称为风能的功率(W)：
W＝1/2p Fv3
其中：空气密度为p、速度为v、截面积为F，
风能E＝1/2pFtv3
表示在时间t内流过截面F的风能。
风能功率的大小与风速的立方成正比，也与流动空气的密度和垂直流过面积成正比。”——23p
风力机可以做成水平轴式的和垂直轴式的，叶片可采用升力型或阻力叶型，——29p
在垂直轴风机中，阻力差型风机：
“若垂直轴风力机的叶片在顺风与逆风方向时形状不同，则气流在两方向上作用于叶片的阻力，就有悬殊差别，因而使风车顺利转动。
以风杯式风速表：
设叶片中心在风速中运动的线速度为u，风作用于风杯半球的凹面时，顺风驱动阻力为：T1＝1/2pCT1F(v u)2
逆风驱动阻力为：T2＝1/2pCT2F(v+u)2
v为风速、式中：CT1、CT2分别为杯形叶片顺风凹面，迎风凸面的阻力系数：半球风杯CT1可达1.33，而CT2的值仅为0.34；
风杯式风力机的功率P
P＝1/2pF[CT1(v u)2 CT2(v+u)2]u”——86p
智能大功率风车是智能垂直轴型风车，会借助风力自动改变做功叶片受力面积，当迎风做功时，叶片会自动展开到最大面积，实现最大出力；当逆风不做功时，叶片会借助风力自动将原面积缩小成线状，从而成倍增加了风车做功的效率。
显然，智能大功率风车的叶片逆风驱动阻力系数的CT2的值会更小于0.34；这里，设智能大功率风车的叶片顺风凹面做功时面积为F，迎风凸面不做功时面积由于缩小成线条状，为F的n分之一。
设迎风凸面不做功时缩小后的面积为f，即nf＝F，
按照风杯式风力机的功率P公式
P＝1/2p F[CT1(v u)2 CT2(v+u)2]u”
将F、f乘进式中，可以将上式写为：
P＝1/2p[F CT1(v u)2 fCT2(v+u)2]u”
显而易见：由于f、CT2数倍缩小，使智能大功率风车的功率有效P会成倍增加，极大地提高了智能大功率风车的单组叶片的输出功率。智能大功率风车有下述技术特征和优点：
1)智能大功率风车是智能垂直轴型风车，它由3只或多只叶片组成一组，工作时不需要对风装置，任何方向来风都可以使它做功；传动设备可以安装在塔杆的下部，方便维护，降低造价。
2)智能大功率风车的风车叶片底面是活动的，底面上缘设置铰链与叶片框架的下缘相连接；也可以在活动底面的1/2以上部分设置转动轴，活动的底面可以单向向上翻动接近90度，它只允许气流单向通过。因此，叶片的底面会借助风力自动改变做功受力截面面积。当叶片迎风做功时，底面会自动紧贴边缘底框架，使做功截面面积最大化，实现最大出力；当叶片逆风不做功时，活动的底面会在风力的作用下向上翻动近90度，允许气流通过叶片框架。因此，不做功时叶片原截面面积缩小成线状，极大减少了不做功时CT2阻力系数，从而成倍增加了风车单组叶片做功的效率。
3)智能大功率风车能够进行组合，在风车塔杆的垂直和水平方向，增加叶片转组进行组合，可以超大规模地提高了单台风车的总功率。
4)智能大功率风车为了克服叶片周期性变化所引起的气动载荷和垂直轴受力不均匀的影响，可以在垂直轴上设置一个或多个不同半径的飞轮。
5)智能大功率风车的风车活动叶片与框架接触面，设置带凹槽的减振橡塑条，或者其它减振设施，降低噪音。
6)智能大功率风车的叶片做功受力面，设计为粗糙的表面，以增加了叶片做功的效率；背面设计为光滑的表面，以减少叶片不做功时的阻力。
7)智能大功率风车转动梁、杆的设计，逆风不做功的截面，设计为一个迎风锐角或半圆弧，以减少风的阻力。
8)智能大功率风车的叶片的使用的材料：要求强度高、重量轻、耐腐蚀、噪音低，在长时期的恶劣气候条件下物理、化学性能稳定；如聚合物、铝塑合金、涂层薄板，经过处理的橡胶、竹、木、玻璃纤维等。
9)由于智能大功率风车是垂直轴型的风车，它的传动比也非常适宜做为船用动力，水面任何方向来风都可以带动螺旋桨做功，实现逆风行舟。
附图说明
图1：为本实用新型智能大功率风车的示意图；
图2：为本实用新型东西向叶片的前示意图；
图3：为本实用新型风车叶片的A-A剖面示意图；
图4：为本实用新型风车叶片的B-B剖面示意图；
图5：为本实用新型风车叶片的C-C剖面示意图。
具体实施方式
实施例1：
由图1所示实用新型智能大功率风车的单组叶片工作示意图。将智能大功率风车的叶片凹面的底面1近似矩形，边缘2高度要根据实验确定，活动底面1上缘设置铰链3，也可以在活动底面1的1/2以上部分设置转动轴，叶片凹面4的底面1是一块可以单向向上翻动接近90度的活动面，它只允许气流单向通过。当叶片顺风凹面4做功时，底面1会紧贴边缘2底框架做功；当叶片旋转到凸面5迎风面不做功时，叶片凸面5的底面1会在风力作用下自动上翻近90度，让空气从底截面通过，将叶片原截面面积缩小成线状，大大降低叶片底面1凸面5迎风面不做功时CT2阻力系数。当叶片旋转到垂直方向，即与气流平行方向时，由于叶片底面1自身的重量，在地心引力下，会落下来紧贴边缘2底框架再次做功。
智能大功率风车为了克服叶片周期性变化所引起的气动载荷和垂直轴受力不均匀的影响，在垂直轴上设置的飞轮6。
实施例2：
根据图2所示的东西向叶片的前示意图，将智能大功率风车叶片凹面的底面1近似矩形，边缘2高度要根据实验确定，活动底面1上缘设置铰链3，也可以在活动底面1的1/2以上部分设置转动轴，叶片凹面4的底面1是一块可以单向向上翻动接近90度的活动面，它只允许气流单向通过。当叶片顺风凹面4做功时，底面1会紧贴边缘2底框架做功；当叶片旋转到凸面5迎风面不做功时，叶片凸面5的底面1会在风力作用下自动上翻近90度，让空气从底截面通过，将叶片原截面面积缩小成线状，大大降低叶片底面1凸面5迎风面不做功时CT2阻力系数。
实施例3：
由图3的A-A剖面示意图所示，智能大功率风车叶片凹面的底面1上缘与叶片框架边缘2的下缘，设置铰链3相连接；叶片凹面的底面1是一块可以单向向上翻动接近90度的活动面，它只允许气流单向通过。当叶片顺风凹面做功时，底面1会紧贴边缘2底框架做功。
实施例4：
由图3所示，智能大功率风车叶片凹面的底面1，可以是刚性材料或柔性材料制成，如果是柔性材料需要设置刚性材料制成的缘，以便与叶片框架边缘2的底相闭合做功。
实施例5：
由图3所示，智能大功率风车叶片底面1凹面4做功受力面，设计为粗糙的表面，以增加了叶片做功的效率；背面凸面5设计为光滑的表面，以减少叶片不做功时的阻力。
实施例6：
由图4所示，智能大功率风车的风车叶片的B-B剖面示意图，当叶片旋转到凸面迎风面不做功时，叶片底面1凸面5光滑的表面，在风力作用下自动上翻近90度，让空气从叶片框架边缘2的底截面通过；叶片底面1边缘7有减振处理设施，叶片框架边缘2与活动底面的接触面也设置带凹槽的减振橡塑条8，或者其它减振设施，以降低噪音。风车转动梁、杆、框架的设计，迎风做功受力面9为平面，逆风不做功的截面10，设计为一个迎风锐角或半圆弧，以减少风的阻力。
实施例7：
由图5所示，智能大功率风车的风车叶片的C-C剖面示意图，智能大功率风车叶片逆风不做功的边缘截面11，设计为一个迎风锐角或半圆弧，以减少风的阻力。
Claims (5)
1、智能大功率风车，由3只或多只叶片组成，其特征在于：风车叶片底面是活动的，风车叶片底面上缘设置铰链与叶片框架的下缘相连接；或在风车叶片底面的1/2以上部分设置转动轴，风车叶片底面单向向上翻动接近90度，允许气流单向通过。
2、根据权利要求1所述的智能大功率风车，其特征在于：风车叶片底面与框架边缘接触面，设置带凹槽的减振橡塑条。
3、所述根据权利要求1或2所述的智能大功率风车，其特征在于：风车叶片底面做功受力面为粗糙的表面；背面为光滑的表面。
4、根据权利要求1或2所述的智能大功率风车，其特征在于：在风车塔杆上设置连接一个或多个不同半径的飞轮。
5、根据权利要求1或2所述的智能大功率风车，其特征在于：风车转动梁、杆，逆风不做功的截面，为一个迎风锐角或半圆弧。
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