一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置制造方法
【專利摘要】本發明公布一種葉片扭轉角度超過180°的傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置，屬于風力發電【技術領域】。包括水平的轉軸、繞在轉軸上的雙螺旋型葉片和連接在轉軸上的發電機；還包括用于支撐轉軸的可調支架和固定在可調支架下的轉盤；所述的轉盤上設有方向與風向一致風標，所述風標的方向與轉軸的軸向有0°至90°的夾角；所述的雙螺旋型葉片的扭轉角度超過180°，也就是雙螺旋型葉片的長度大于一個螺距。本發明中雙螺旋型葉片扭轉角度不受限制，并且能夠利用雨水的能量，可單一轉換風能或雨水能，也可同時轉換二者能量。
【專利說明】一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電【技術領域】，具體是一種葉片扭轉角度超過180°的傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置。
【背景技術】
[0002]雙螺旋型風力機不但靠阻力旋轉，受風是還會有部分升力作用，兼具升力型和阻力型風力機的特點。因此雙螺旋型風力機是被廣泛研究和利用的風力機。傳統雙螺旋型風力機葉片扭轉角度一般均不超過180°，如專利“復合型風力發電裝置”(申請號201010608324.5)提出的一種升阻復合型垂直軸風力發電機，其特點是降低啟動風速、提高尖速比。其不足之處是:螺旋葉片接收風的有效面積小，因為其螺旋葉片的軸線豎直，扭轉角度最高是180°，否則大于180°的葉片部分將會產生相反的作用，因而整個裝置的高度受到限制，發電量也因此受限制；不能利用雨水能。
[0003]與風相似，雨水也是一種清潔的可再生能源，它同樣蘊含巨大的能量。雨由于具有比風大得多的密度，在下落過程中，具有很大的動能。由于雨不像風一樣幾乎每天都有，雨水發電一直未被普遍重視。目前所用到的雨水發電，也主要是收集后利用其勢能，雨水的動能則很少被利用，如專利“風雨水能發電裝置”(申請號201010275717.9)提出的一種可以同時利用風能和雨水能的復合發電裝置，其只利用了收集后雨水的勢能，并未利用雨水從空中落下時的動能。
【發明內容】
[0004]為解決上述技術問題，本發明提供一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置。
[0005]本發明通過以下技術方案實現:一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置，包括水平的轉軸、繞在轉軸上的雙螺旋型葉片和連接在轉軸上的發電機；還包括用于支撐轉軸的可調支架和固定在可調支架下的轉盤；所述的轉盤上設有方向與風向一致風標，所述風標的方向與轉軸的軸向有0°至90°的夾角；所述的雙螺旋型葉片的扭轉角度超過180°，也就是雙螺旋型葉片的長度大于一個螺距。
[0006]其進一步是:當所述雙螺旋型葉片的距徑比是0.8時，所述轉軸的軸向與風標方向的夾角是5°至25°。
[0007]可調支架包括一端鉸接在轉軸上、另一端鉸接在轉盤上的右支架和與水平面角度可調節的左支架；所述右支架上端呈向左彎曲狀，右支架彎曲端的端部鉸接在轉軸一端。
[0008]所述的左支架上鉸接有連桿，連桿另一端鉸接有一個滑塊；在所述轉盤上固定有一個滑道，所述滑塊安裝在滑道上，滑塊上設有一個用于固定滑塊位置的緊固螺釘。
[0009]所述的左支架上鉸接有連桿，連桿另一端鉸接有一個螺母；在轉盤上固定有一個絲杠，所述螺母安裝在絲杠上。
[0010]所述的轉盤包括底座、軸承、轉軸和矩形旋轉盤；所述的風標固定在旋轉盤的一角或一端。
[0011]所述的風標包括固定在旋轉盤一角的支桿；支桿上端安裝有可沿支桿轉動的箭頭形薄板，薄板上設有用于固定薄板旋轉角度的緊固螺釘。
[0012]當本裝置用于雨水發電時，調節可調支架使轉軸與雨水方向呈0°至90°夾角。
[0013]所述的轉軸上一端安裝或兩端各安裝一個發電機。
[0014]使用時，根據所選雙螺旋型葉片的距徑比(螺距與直徑的比值)選擇轉軸與風向之間合適的夾角，具體是旋轉風標上的薄板與轉軸呈一定角度，然后通過緊固螺釘固定，此時風力推動風標帶動轉盤轉動，使風標方向與風向一致，保證了雙螺旋型葉片的的軸向與風向有一定的夾角，并且即使風向發生改變，風標也能自動調整轉軸的方向，使之與風向保持一定夾角；本發明中雙螺旋型葉片的扭轉角度大于180°，通常情況下大于180°的葉片部分將會產生相反的作用，本發明通過用風標和轉盤保證雙螺旋型葉片軸向與風向有一定夾角來克服這個問題，通過增加雙螺旋型葉片的長度來提高風力利用率，提高發電量。
[0015]當利用雨水發電時，調節可調支架使轉軸在豎直平面轉動，使轉軸與雨水方向呈0°至90°夾角，如果雨天同時伴有風，通過調整轉軸的角度，本裝置將進一步提高這些自然資源的利用率。
[0016]本發明中雙螺旋型葉片扭轉角度不受限制，并且能夠利用雨水的能量，可單一轉換風能或雨水能，也可同時轉換二者能量；具有垂直軸風力機啟動力矩大、便于維護等特點；由于接收風雨的角度均可調，也可應用于風力發電實驗室，演示這種新型的雙螺旋多導程風力機以不同角度接受風雨的受力機理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明主視圖；
圖2是本發明左視圖；
圖3是本發明俯視圖；
圖4是本發明不帶轉盤和風標的三維視圖；
圖5是雙螺旋型葉片于流體呈90°角時的視圖；
圖6是雙螺旋型葉片于流體呈75°角時的視圖；
圖7是雙螺旋型葉片于流體呈60°角時的視圖；
圖8是雙螺旋型葉片于流體呈45°角時的視圖；
圖9是雙螺旋型葉片于流體呈30°角時的視圖；
圖10是雙螺旋型葉片于流體呈15°角時的視圖；
圖11是雙螺旋型葉片于流體呈0°角時的視圖；
圖12是一種雙螺旋型葉片表面結構示意圖；
圖13是用于雨水發電時的結構主視圖。
[0018]圖中:1、轉軸；2、雙螺旋型葉片；3、發電機；4、可調支架；41、左支架；42、右支架；43、連桿；44、滑塊；45、滑道；5、轉盤；51、底座；52、旋轉盤；6、風標；61、支桿；62、薄板。
【具體實施方式】
[0019]以下是本發明的一個具體實施例，現結合附圖對本發明作進一步說明。
[0020]如圖1至圖4所示，一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置，它的雙螺旋型葉片2軸線與風向有一定夾角，在轉軸I上饒有雙螺旋型葉片2，轉軸I兩端各固定一個發電機3，轉軸I轉動時可帶動發電機3發電；雙螺旋型葉片2的扭轉角度超過180°，也就是雙螺旋型葉片2的長度大于一個螺距，雙螺旋型葉片2軸線與風向的角度與雙螺旋型葉片2的自身設計有關，經軟件模擬計算與試驗結果知，當雙螺旋型葉片2的距徑比是0.8時，轉軸I的軸向與風向的夾角保持在5°至25°將能使風能利用率達到最大化；可調支架4用于支撐和調節轉軸I的方向，也即是調節雙螺旋型葉片2軸線的方向，可調支架4固定在轉盤5上，轉盤5上固定有隨風向自動調整轉盤5的風標6 ;可調支架4包括一端鉸接在轉軸I上，另一端鉸接在轉盤5上的右支架42和左支架41，右支架42上端呈向左彎曲狀，右支架42彎曲端的端部鉸接在轉軸I 一端，左支架41上鉸接有連桿43，連桿43另一端鉸接有一個滑塊44，在轉盤5上固定有一個滑道45，滑塊44安裝在滑道45上，滑塊44上設有一個用于固定滑塊44位置的緊固螺釘；轉盤5包括底座51、軸承、轉軸和旋轉盤52，風標6的支桿61固定在旋轉盤52的一角，支桿61上端安裝有可沿支桿61轉動的薄板62，薄板62上設有用于固定薄板62旋轉角度的緊固螺釘；風標6根據風向調整轉盤5，保證風標6與風向一致，風標6與轉軸I之間在水平面內有0°至90°的夾角，這個夾角也是雙螺旋型葉片2軸向與風向的夾角，如上所述，這個夾角與雙螺旋葉片的距徑比有關，是有一個最優值的。
[0021]如圖5至圖11所示，這是距徑比為0.8的雙螺旋型葉片于流體呈不同角度時，從流體方向看向雙螺旋型葉片的視圖，圖中雙螺旋型葉片與流體流動方向的夾角分別是90°、75。、60°、45°、30°、15°、0°。雙螺旋型葉片在軸線兩端產生投影面積的差值先增大后減小，在60°左右時,投影面積差值最大。以60°為例,右側的流體大部分從雙螺旋型葉片傾斜后所成的縫隙中穿過，左側的流體大部分作用在雙螺旋型葉片上，從而產生力矩，使葉片繞轉軸I旋轉。隨后，投影面積差值雖然變小，但流體在螺旋葉片上的垂直分量增大，而且隨著夾角的減小，每一微小體積的流體作用在螺旋面上的時間延長。雙螺旋型轉軸I向與流體的最佳角α還應該根據葉片的制造方法、橫截面的具體參數、表面粗糙度而確定，必要時，須根據CFD (計算流體動力學)軟件模擬或試驗結果確定。
[0022]在利用雨水發電時，可通過調節可調支架4使轉軸I與雨水方向呈0°至90°夾角，如圖13所示，匯集在雙螺旋型葉片表面上的雨水也不會馬上流出雙螺旋型葉片，而是被引導著流經部分雙螺旋型葉片，產生對轉軸I的力矩，從而利用了雨水的勢能。雨水的動能和勢能帶動轉軸I旋轉，進而帶動發電機。
[0023]本發明中雙螺旋型葉片的表面呈光滑狀或者呈依次反向折疊狀，如圖12所示，這種雙螺旋型葉片制造簡單，先將一段柔軟、韌性的長方形葉片材料依此反向折疊，而后，將折疊后的葉片材料繞兩條長邊的轉軸I扭轉，然后根據轉軸I的尺寸，沿螺旋面軸線打孔(孔徑稍小于葉片軸徑)，將轉軸I穿過依此穿過各個孔。用葉片固定板及螺釘將葉片撐緊并固定于轉軸I上。
【權利要求】
1.一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置，包括水平的轉軸(I)、繞在轉軸(I)上的雙螺旋型葉片(2)和連接在轉軸(I)上的發電機(3);其特征在于:還包括用于支撐轉軸(I)的可調支架(4)和固定在可調支架(4)下的轉盤(5);所述的轉盤(5)上設有方向與風向一致風標(6)，所述風標(6)的方向與轉軸(I)的軸向有0°至90°的夾角；所述的雙螺旋型葉片(2)的扭轉角度超過180°，也就是雙螺旋型葉片(2)的長度大于一個螺距。
2.根據權利要求1所述的一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置，其特征在于:當所述雙螺旋型葉片(2)的距徑比是0.8時，所述轉軸(I)的軸向與風標(6)方向的夾角是5°至25。。
3.根據權利要求1所述的一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置，其特征在于:可調支架(4)包括一端鉸接在轉軸(I)上，另一端鉸接在轉盤(5 )上的右支架(42 )和與水平面角度可調節的左支架(41);所述右支架(42)上端呈向左彎曲狀，右支架(42)彎曲端的端部鉸接在轉軸(I) 一端。
4.根據權利要求3所述的一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置，其特征在于:所述的左支架(41)上鉸接有連桿(43 )，連桿(43 )另一端鉸接有一個滑塊(44 );在所述轉盤(5 )上固定有一個滑道(45 )，所述滑塊(44 )安裝在滑道(45 )上，滑塊(44 )上設有一個用于固定滑塊(44)位置的緊固螺釘。
5.根據權利要求3所述的一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置，其特征在于:所述的左支架(41)上鉸接有連桿(43)，連桿(43)另一端鉸接有一個螺母；在轉盤上固定有一個絲杠，所述螺母安裝在絲杠上。
6.根據權利要求1所述的一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置，其特征在于:所述的轉盤(5)包括底座(51)、軸承、轉軸和旋轉盤(52);所述的風標(6)固定在旋轉盤(52)的一角或一端°
7.根據權利要求6所述的一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置，其特征在于:所述的風標(6 )包括固定在旋轉盤(51) —角的支桿(61);支桿(61)上端安裝有可沿支桿(61)轉動的箭頭形薄板(62)，薄板(62)上設有用于固定薄板(62)旋轉角度的緊固螺釘。
8.根據權利要求1所述的一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置，其特征在于:當本裝置用于雨水發電時，調節可調支架(4)使轉軸(I)與雨水方向呈0°至90°夾角。
9.根據權利要求1所述的一種傾斜軸雙螺旋型風雨發電裝置，其特征在于:所述的轉軸(I)上一端安裝或兩端各安裝一個發電機。
【文檔編號】F03D11/00GK104074684SQ201410332640
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】宋彥, 宋娟, 謝志杰, 劉付社 申請人:中國礦業大學