一種Sistan風機葉輪的制作方法與工藝

本發明屬于風力發電技術領域，具體涉及一種Sistan風機葉輪。

背景技術：
能源是人類社會發展進步的動力和保障。近年來，隨著全球經濟的高速發展，煤炭，石油，天然氣等常規能源被快速，大量的消耗，這讓人類不僅面對資源日趨枯竭的壓力，同時受到了環境不斷惡化的威脅。能源和環保已成為當今人類生存和發展急需解決的緊迫問題。風電作為一種清潔環保的新能源，既不消耗有限的煤炭資源，也不會消耗寶貴的地下風資源，更有利于國民經濟的可持續發展，在全國各地區大力發展適合具體地區特點的高效可靠的風力發電設備是大有前途的。要實現風力發電的產業化、實用化，要求有高效能的風機產品，能夠最大限度的利用風能，這就要求我們研究風力機的性能，提高風機對風能的最大捕獲，產生高效率能量轉化。目前，風力發電的主要形式是通過風機裝置將風能轉化為電能，因此設計一種高效、可靠的風機是風能利用的關鍵技術。風機的造型既要考慮結構也要考慮重量等其它因素。當前風機形式主要有水平軸風機和垂直軸風機兩種，葉輪軸線與風向的相對位置平行的為水平軸式葉輪(HAWT)，葉輪軸線與風向的相對位置垂直的為垂直軸式葉輪(VAWT)。同水平軸風電機組相比，垂直軸風電機組具有以下優勢：(1)垂直軸式葉輪軸線與來流方向垂直，可以捕獲任何方向的風能，結構簡單，很適合小型化獨立發電。(2)垂直軸風機安裝和維護簡單，制造工藝簡單，造價低，經濟性強。(3)垂直軸風機對葉片結構及其強度要求低。(4)垂直軸式葉輪能夠在復雜紊流下有效工作，因此更適合于應用在復雜地形的小型風力發電場所，如偏遠地區的農村。(5)垂直軸葉輪葉片的尖速比水平軸葉輪的小，這樣低轉速下氣動噪聲很小，甚至可以達到靜音的效果，有利于環保。目前常見的垂直軸葉輪主要有升力型垂直軸葉輪和阻力型垂直軸葉輪。升力型的主要代表是Darrieus葉輪，阻力型的主要代表是Savonius葉輪。在公開號為US1835018A的發明創造中，公開了一種Darrieus風力葉輪。該葉輪結構簡單、升力系數高，但啟動性能較差，尤其在低風速下很難啟動。在公開號為US1766765A的發明創造中，公開了一種Savonius風力葉輪。該葉輪啟動性能好，具有很大的風速利用范圍，但隨著轉子的旋轉，其轉矩由高到低的變化幅度很大，甚至會下降到接近零的程度，因此具有較低的總效率。Sistan葉輪為阻力型垂直軸葉輪，最先出現在伊朗東部Sistan地區；同時MullerG.,JentschM.F.和StoddartE.在《RenewableEnergy》2009年34期的《Verticalaxisresistancetypewindturbinesforuseinbuildings》一文中公開了Sistan葉輪。該葉輪采用在阻力型垂直軸葉輪周圍增加導流罩，減少流體阻力，可適當提高能量捕獲效率。

技術實現要素：
為了克服現有技術中存在的或者自啟動難，或者能量捕獲效率低的不足，本發明提出了一種Sistan風機葉輪。本發明包括支撐架、四個葉片和導流罩，所述的葉片和支撐架均位于導流罩內；其特征在于，還包括四個連桿、同步帶、帶輪、導向環、偏心桿和固定桿。其中：所述帶輪包括第一帶輪和第二帶輪；第一帶輪套裝在支撐架一端端頭處的外圓表面，第二帶輪套裝在所述偏心桿一端端頭處的外圓表面，通過同步帶將兩帶輪連接，使得偏心桿轉動時能夠帶動支撐架同步轉動。第一帶輪的半徑與第二帶輪的半徑相同。連桿的長度必須大于或等于支撐架的中心線和偏心桿的中心線之間的距離。導向環套裝并固定在支撐架的四個支桿上；所述四個葉片的底端放置在導向環上的導向槽內，并能夠在該導向槽內滑動。在各葉片內側的側邊有用于連接連桿的圓柱銷，并且各葉片均能夠該繞圓柱銷軸線轉動。偏心桿通過四根連桿固定在各葉片之間，四根連桿的一端通過銷軸與偏心桿上的連接盤連接，四根連桿的另一端分別與位于各葉片內側的圓柱銷連接，從而使偏心桿、連桿和葉片之間構成曲柄滑塊機構。導流罩通過固定桿安裝在四個葉片的外側。所述偏心桿的中心線與支撐架的中心線相互平行，并且偏心桿的中心線與支撐架的中心線之間的間距為支撐架上支桿長度的1/2。半圓環形板狀的導流罩通過固定桿安裝在四個葉片的外側。所述導向環一端的端面均布有四個用于安裝各葉片的卡槽，該卡槽的寬度略大于葉片的厚度。在該導向環的內表面均布有四個用于安裝所述支撐架上的支桿的安裝凸臺。所述偏心桿一端的圓周表面固定有連接盤，在該連接盤下表面的外緣處均布有四個用于連接連桿一端的銷軸。偏心桿有連接盤一端固定安裝有第二帶輪，偏心桿的另一端通過軸承安裝在固定桿的頂端，使得偏心桿能繞自身軸線旋轉。所述固定桿頂端通過軸承與偏心桿連接，底端固定安裝在發電設備上。固定桿“U”形內部的高度大于導向環下端面至偏心桿頂端的高度；固定桿“U”形內部的寬度大于導流罩的外徑，使所述固定桿與導流罩和葉片之間無干涉。本發明中：所采用的支撐架為支撐機架的主要支撐部分，并且與發電機連接，以傳遞葉輪捕獲的風能。將葉片與連桿鉸接，使得葉片能夠繞圓柱銷軸線轉動。葉片底端放置于導向環的導向槽內，能夠在導向槽內滑動。在葉輪轉動時，在偏心桿、連桿、葉片形成的曲柄滑塊機構帶動下，使葉片沿著導向環的導向槽，在迎風面能夠展開，在逆風面收回。連桿在偏心桿的旋轉下，通過連桿作用，帶動葉片在導向環上滑動。本發明在風作用下，葉片迎風時，受到風的推力，使葉輪逆時針旋轉，由于連桿與偏心桿和葉片連接，葉片逆時針旋轉會帶動偏心桿同時逆時針旋轉，同時偏心桿旋轉會通過同步帶帶動支撐架同步旋轉。支撐架逆時針旋轉將捕獲的風能傳遞到連接的發電機上，同時也會帶動固連的導向環同步旋轉，從而保證導向環與葉片同步旋轉，使葉片可一直在相應的導向環上的導向槽內。因此，整個葉輪中，葉片、連桿、偏心桿、支撐架、導向環一同在做同步旋轉。連桿在旋轉時，同時繞偏心桿上圓盤上的銷軸轉動，在連桿的作用下，葉片會沿著導向環上的導向槽滑動，形成在逆風時收縮葉片，并在導流罩的作用下，大大減小流體阻力。在迎風時，又能展開葉片，增大迎風面積，提高風能捕獲效率。本發明與原Sistan葉輪相比，能夠增大葉片的伸縮半徑，提高其轉動力矩，從而提高其能量捕獲效率。附圖說明圖1是本發明的結構示意圖，其中1a是俯視圖，1b是前視圖，1c是軸測圖；圖2是支撐機架結構示意圖；圖3是支撐架的結構示意圖；圖4是導向環結構示意圖；圖5是偏心桿的結構示意圖；圖6是同步帶連接于連桿連接示意圖，其中6a是軸測圖，6b是6a中連接處放大圖；圖7是本發明運動原理圖。圖中：1.葉片；2.導向環；3.支撐架；4.固定桿；5.導流罩；6.偏心桿；7.連桿；8.銷軸；9.第一帶輪；10.同步帶；11.第二帶輪。具體實施方式本實施例是一種Sistan風機葉輪，是對現有技術中的Sistan風機葉輪改進后得到的。本實施例包括支撐架、四個葉片1、四個連桿7、同步帶10、第一帶輪9和第二帶輪11。所述支撐機架是本實施例的載體，包括支撐架3、偏心桿6、固定桿4、導向環2和導流罩5。所述支撐架3為本實施例中的支撐部分，并且是與發電機連接的能量傳遞軸。支撐架3一端的圓周表面均布有四根支桿，所述各支桿的中心線均垂直于支撐架3的中心線，并且各支桿處于同一水平面，形成了“十”字形的支架。導向環2套裝在所述由各支桿組成的“十”字形支架上，并通過螺釘將所述導向環2的內表面與該支架的端頭固連。所述支撐架3有“十”字形支架一端端頭處的外圓表面套裝有第一帶輪9；支撐架3另一端與發電機的轉子軸固連，以傳遞葉輪捕獲的風能。葉片1有四個，均布并卡裝在導向環2的環端面。偏心桿6通過四根連桿固定在各葉片之間，四根連桿的一端通過銷軸8與偏心桿6上的連接盤連接，四根連桿的另一端分別與位于各葉片1內側的圓柱銷連接，從而使偏心桿6、連桿7和葉片1之間構成曲柄滑塊機構。所述偏心桿的中心線與支撐架的中心線相互平行，并且偏心桿的中心線與支撐架的中心線之間的間距為支撐架3上支桿長度的1/2。半圓環形板狀的導流罩5通過固定桿安裝在四個葉片的外側。所述導向環2為圓環狀，在該導向環一端的端面均布有四個用于安裝各葉片的卡槽，該卡槽的寬度略大于葉片的厚度，使各葉片能夠在該卡槽內沿徑向滑動。在該導向環的內表面均布有四個用于安裝所述支撐架上的支桿的安裝凸臺。所述偏心桿6一端的圓周表面固定有連接盤，在該連接盤下表面的外緣處均布有四個用于連接連桿7一端的銷軸。偏心桿6有連接盤一端固定安裝有第二帶輪11，偏心桿6的另一端通過軸承安裝在固定桿4的頂端，使得偏心桿6能繞自身軸線旋轉。所述第一帶輪9固定安裝在支撐架3有支架一端的端部，所述第二帶輪11固定安裝在偏心桿6有連接盤一端的端部，通過同步帶10將兩帶輪連接，使得偏心桿6轉動時能夠帶動支撐架3同步轉動。第一帶輪9與第二帶輪11半徑相同。所述葉片1為長方形平板。在各葉片內側的側邊有用于連接連桿7的圓柱銷，并且各葉片均能夠該繞圓柱銷軸線轉動。葉片1底端放置于導向環2的導向槽內，可在導向槽內滑動。在葉輪轉動時，葉片起到滑塊的作用，在偏心桿6、連桿7、葉片1形成的曲柄滑塊機構帶動下，各葉片沿著導向環2上的卡槽做徑向一端，使各葉片1在迎風面能夠展開，在逆風面能夠收回。所述連桿7為桿件。在所述連桿7的兩端分別有用于連接葉片1和偏心桿6的通孔。為了使葉片1能夠順利的在迎風面伸展、在逆風面收縮，不出現卡滯現象。連桿7的長度必須大于或等于支撐架3的中心線和偏心桿6的中心線之間的距離。連桿7在偏心桿6的旋轉下，通過連桿作用，帶動葉片1在導向環2上滑動。所述固定桿4為“U”形桿件，為葉輪中固定部分。固定桿4頂端通過軸承與偏心桿6連接，底端固定安裝在發電設備上。固定桿“U”形內部的高度大于導向環下端面至偏心桿頂端的高度；固定桿“U”形內部的寬度大于導流罩5的外徑，使所述固定桿與導流罩和葉片之間無干涉。所述導流罩5為半圓環形板狀，通過焊接固定安裝在固定桿4的U型框內，主要起到導流作用，減少葉輪中葉片1逆風時所受阻力，以提高能量捕獲效率。本實施例中，在風作用下，葉片1迎風時，受到風的推力，使葉輪逆時針旋轉，由于連桿7與偏心桿6和葉片1連接，葉片1逆時針旋轉會帶動偏心桿6同時逆時針旋轉，同時偏心桿6旋轉會通過同步帶10帶動支撐架3同步旋轉。支撐架3逆時針旋轉將捕獲的風能傳遞到連接的發電機上，同時也會帶動固連的導向環2同步旋轉，從而保證導向環2與葉片1同步旋轉，使葉片1可一直在相應的導向環2上的導向槽內。因此，整個葉輪中，葉片1、連桿7、偏心桿6、支撐架3、導向環2一同在做同步旋轉。連桿7在旋轉時，同時繞偏心桿6上圓盤上的銷軸8轉動，在連桿7的作用下，葉片1會沿著導向環2上的導向槽滑動，形成在逆風時收縮葉片1，并在導流罩5的作用下，大大減小流體阻力。在迎風時，又能展開葉片1，增大迎風面積，提高風能捕獲效率。使用時，本發明在風作用下，葉片1迎風時受到推力，帶動偏心桿6旋轉，再通過同步帶10帶動支撐架3同步旋轉，進而帶動與支撐架3固連的發電機旋轉，將葉輪捕獲的風能轉換為電能。