CN101737248B - 轴流偶轮对称转折风力机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力转换装置，即一种轴流偶轮对称转折风力机，包括机架和轴流式风轮，其特征在于：所说的风轮(3)成对安装在机架(1)的左右两侧，每个风轮(3)都由一个平置的支撑臂(4)支撑，支撑臂(4)的一端通过转轴(5)铰链在回转体(2)上，回转体与机架转动连接，回转体向后接出一支顺风轴(8)，顺风轴(8)上装有滑块(9)，滑块上装有弹簧(11)，弹簧对滑块的作用力向着回转体方向，滑块上面通过短轴(10)铰链两支拉杆(6)，拉杆的另一端分别铰链在两个左右对称的支撑臂上。其有益效果是：在不增加叶片长度的情况下，增大了风力机的功率，在风速超限时，对称的两个风轮随支撑臂自动向后等角对折而减少受风面积，避免超速损坏，从而提高了风力机的安全性，实现了提高功率、降低成本的目的。

Description

轴流偶轮对称转折风力机

技术领域

本发明涉及一种风力转换装置，即一种轴流偶轮对称转折风力机。

背景技术

风力机是借助风力转动作功的机械装置。风力机的种类很多，如果按照风轮转轴与风向的关系来分，主要有轴流式和径流式两种。轴流式风轮的轴线方向与风向一致，径流式风轮的转轴的径向与风向一致。由于轴流式风轮的扇叶断面形状符合柏努力流体力学方程，工作效率较高，因而成为市场上的主要产品。可是，现有的轴流式风力机均采用独轮结构，即一个机架上面支撑一个装有几个叶片的风轮。实践中发现，这种风力机存在以下两个问题：一是叶片过长。为了增大受风面，必须加长叶片，而太长的叶片就会增大重量，而且容易损坏，安全性差。二是故障率高。现有风力机在风力过大时，只能通过自动切断传动路线的方式，来保护其他部件的安全，而风轮本身则受不到保护。超速转动的风轮很容易损坏，而且叶片还会飞落伤人。由于这个原因，在风力资源较好的草原、山口等处，都不能使用较大的风力机，一般风力机只有300W左右，只能带动电视和照明，不能满足生产用电。如果要安装较大的风力机，则必须具有较大的强度和吨位，工作效率较低，造价较高，性价比很低。此外，风力机机架的设计除了要考虑功率大小以外，还要考虑机架自身的抗风能力。因此，一个小功率的风力机也要有一个很大的机架。小功率的风力机和一个大功率的风力机相比，机架强度之差往往小于功率之差，假定把一台风力机的风轮功率降低一半，但机架的规格却不能降低一半。这就是说，适当增加风轮的功率，可相对降低机架的成本。但要在现有的单一风轮上增加功率，则必然增长叶片的长度，就会降低风轮的强度和安全性。因此，应当寻找其他提高风力机功率的途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种在不增加叶片长度的情况下，增大风力机的受风面积，而且在风力超限时能够合理限制风轮所受的风力和转速，工作效率高，材料用量小，造价较低，安全可靠的轴流偶轮对称转折风力机。

上述目的是由以下技术方案实现的：研制一种轴流偶轮对称转折风力机，包括机架和轴流式风轮，所不同的是：所说的风轮成对安装在机架的左右两侧，每个风轮都由一个平置的支撑臂支撑，支撑臂的一端通过转轴铰链在回转体上，回转体与机架转动连接，回转体向后接出一支顺风轴，顺风轴上装有滑块，滑块上装有弹簧，弹簧对滑块的作用力向着回转体方向，滑块上面通过短轴铰链两支拉杆，拉杆的另一端分别铰链在两个左右对称的支撑臂上。

所说的回转体是一种中部弯折的杆件，其中部是一段平置的摆臂，摆臂一端是折向上方且与支撑臂相铰链的的支撑座，另一端是向下延伸与机架转动连接的转动接头。

所说的回转体是一支竖立的杆件，杆件的下端与机架转动连接，转动杆的上端与支撑臂相铰链。

所说的回转体的上端有一支转轴，左右对称的两个支撑臂的内端均铰链在这个转轴上。

所说的回转体的两侧各有一支转轴，左右对称的两个支撑臂的内端分别铰链在两个转轴上。

所说的弹簧拉在回转体和滑块之间。

所说的成对安装的两个风轮之间设有协调转速的同步装置。

所说的同步装置是在回转体上面装有一个平置伞齿轮，平置伞齿轮上面分别与左右两个垂直伞齿轮相啮合，两个垂直伞齿轮的轴杆分别沿两个支撑臂向外延伸而与风力机的轴端通过一对伞齿轮相接。

所说的风力机的机架上装有多对风轮。

本发明的有益效果是：由于在同一机架上装有一对或多对风轮，既降低了机架的成本，又在不增加叶片长度的情况下，增大了风力机的受风面积。在风速超限时，对称的两个风轮随支撑臂自动向后等角对折，可减少受风面积，避免超速损坏，提高了风力机的安全性，实现了风力机提高功率、降低成本的目的。

附图说明

图1是第一种实施例的主视图；

图2是第一种实施例的左视图；

图3是第一种实施例的俯视图；

图4是第一种实施例的结构解析图；

图5是第一种实施例的一种工作状态图；

图6是第一种实施例的另一种工作状态图；

图7是第二种实施例的俯视图；

图8是第三种实施例的俯视图；

图9是第四种实施例的主视图；

图10是第五种实施例的主视图；

图11是第六种实施例的主视图；

图12是第六种实施例的左视图；

图13是第六种实施例的俯视图。

图中可见：机架1，回转体2，风轮3，支撑臂4，转轴5，拉杆6，穿杆7，顺风轴8，滑块9，短轴10，弹簧11，支撑座12，摆臂13，转动接头14，平置伞齿轮15，垂直伞齿轮16，伞齿轮17。

具体实施方式

本发明总的构思是在风力机的机架上面通过可摆转的支撑臂成对安装风轮，平时一对风轮可以自动迎风工作，在风力超限时，可自动等角倾斜，减少受风面积，防止超速损坏。下面结合附图介绍六种实施例。

第一种实施例：结合图1、2、3、4可见，这种风力机有一支机架1，机架上面装配一个回转体2，回转体2是一个中部弯折的杆件，其中部是一段平置的摆臂13，摆臂13一端是折向上方且与支撑臂4相铰链的的支撑座12，另一端是向下延伸与机架1转动连接的转动接头14。转动接头14套装在机架的上端外面，可绕机架1的轴心转动。在实际机具中，这里应当装有轴承，本例中例举的也是一种最简单的轴承。在回转体4的上面有一支转轴5，通过转轴5铰链两支支撑臂4，支撑臂4的外端各安装一部风轮3，两部风轮3分置于机架1左右两边。由图2、3可见，在回转体2上面装有一支向后平伸的顺风轴8，顺风轴8上套有一个可移动的滑块9，滑块9一侧装有弹簧11，弹簧11可以是压簧，也可以是拉簧，其作用力是把滑块9向回转体4一方靠拢。本例中例举的是一支拉在回转体2和滑块9之间，并且套在顺风轴8上的拉簧。滑块9上面通过转轴5铰链两支拉杆6，两支拉杆6的外端通过穿杆7分别铰链在两支支撑臂4的中部。

图5通过放大比例介绍了这种风力机的一种工作状态。由图可见，左右对称的两个风轮3轴线相互平行，共同迎对来风。并且可以随风摆转，其叶片始终与风向相对，顺风轴8始终与风向保持一致。

图6通过放大比例表示了这种风力机的另一种工作状态。这种状态只是在风力超限的时候，两支支撑臂4向后对折，以减少风轮3的迎风面积，使一部分风力是叶片覆盖的面积之外泄掉，以保证整机和风轮的安全。显然，两支支撑臂4的后摆动作是克服弹簧11的作用力而实现的，是相对于顺风轴8的等角对折，所以在对折过程中仍然保持两侧受力的均衡。同时也可以知晓，风力的限制是通过调整弹簧11的力学参数而实现的。

由以上分析可以看到，这种风力机通过增加风轮3来增加受风面积，其叶片不须增长，甚至还可以缩短，设备的功率相对增加。由理论计算和工程实践可知，采用这种双轮结构，机架1的强度指标的增量与整机功率的增量相比，是很小的，因而是很经济的。所有这些，都为增加风力机的功率，降低风力机的成本，提供了技术支持。

第二种实施例：图7相对图1来说是一个俯视图，所表示的风力机和前例所介绍的风力机差别不大，只是两个支撑臂4与回转体2的铰链方式有些不同。前例的两个支撑臂4串在一个转轴5上，属于同轴结构。而本例中的两个支撑臂4分别铰链在回转体4的两侧，也是可以工作的，说明铰链的方式是多种多样的，只要能绕垂直与水平的轴线摆转的杆件都应属于等同的机构。

第三种实施例：如图8相对图1来说是一个俯视图，所表示的风力机两个风轮3之间设有一套使两个风轮3同步转动的机构。当然，能够达到这种目的的机构也是很多的，图中仅例举一种伞齿轮同步机构。由图可见，这种同步装置是在回转体2的上面装有一个平置伞齿轮15，平置伞齿轮15上面分别与左右两个轮面垂直的伞齿轮16相啮合，两个垂直伞齿轮16的轴杆分别沿两个支撑臂4向外延伸而与风轮3的轴端相接，在相接处设有一对伞形齿轮17，其中一个伞齿轮装在垂直伞齿轮16的轴端，另一个装在风轮3的轴端。这样，左右两个风轮2的转速就会等同一致。实验证明，这种结构的好处有两点：一是可以使两侧风轮3受力均衡，在工作风力内，叶片所在平面与风向相对，顺风轴8与风向一致，找风性能好。在风力超限时，顺风轴8仍然与风向一致，叶片所在平面与风向之间的夹角相等，泄风效果最佳。此外，两个风轮3通过传动机构把采集的能量集中到一起，共同带动一个发电机或其他机具，使结构更紧凑，成本进一步降低。

第四种实施例：如图9所示，这种风力机的机架1上装的不仅仅是一对风轮3，而是多对风轮3，但风轮3都是对称的偶数个，故称偶轮，受力仍然是均衡的，不仅保持了前例设备的性能，而且还可以进一步体现双轮风力机的优势。

第五种实施例：如图10所示，在偶轮风力机的中间位置上加装单个风轮2，显然也能工作，但由于所加构造属于已有技术，这种机型属于偶轮风力机和已有技术的简单叠加，因而也应属于等同的技术方案。

第六种实施例：如图11、12、13所示，这里的回转体2和前面的实施例有些差别，中部没有弯折，而是一支竖立的管状杆件，其下段相当于第一种实施例中说的转动接头14，和机架1上端转动连接。其上端相当于第一种实施例中说的支撑座12，通过转轴5铰链左右两支支撑臂4。由于回转体2没有弯折，其跟踪风向的性能不如有弯折的好，因此，在顺风轴8的后面加上一段尾翼18，弥补了这一缺欠。当然，这种尾翼18也可以设在各个风轮3的后面，因属于现有技术，所以不再赘述。

Claims (8)

1.一种轴流偶轮对称转折风力机，包括机架和轴流式风轮，其特征在于：所说的风轮(3)成对安装在机架(1)的左右两侧，每个风轮(3)都由一个平置的支撑臂(4)支撑，支撑臂(4)的一端通过转轴(5)铰链在回转体(2)上，回转体(2)与机架(1)转动连接，回转体(2)向后接出一支顺风轴(8)，顺风轴(8)上装有滑块(9)，滑块(9)上装有弹簧(11)，弹簧(11)对滑块(9)的作用力向着回转体(2)方向，滑块(9)上面通过短轴(10)铰链两支拉杆(6)，拉杆(6)的另一端分别铰链在两个左右对称的支撑臂(4)上。

2.根据权利要求1所述的轴流偶轮对称转折风力机，其特征在于：所说的回转体(2)是一种中部弯折的杆件，其中部是一段平置的摆臂(12)，摆臂(13)一端是折向上方且与支撑臂(4)相铰链的的支撑座(12)，另一端是向下延伸与机架(1)转动连接的转动接头(14)。

3.根据权利要求1所述的轴流偶轮对称转折风力机，其特征在于：所说的回转体(2)是一支竖立的杆件，杆件的下端与机架(1)转动连接，转动杆件的上端与支撑臂(4)相铰链。

4.根据权利要求1所述的轴流偶轮对称转折风力机，其特征在于：所说的回转体(2)的上端有一支转轴(5)，左右对称的两个支撑臂(4)的内端均铰链在这个转轴(5)上。

5.根据权利要求1所述的轴流偶轮对称转折风力机，其特征在于：所说的回转体(2)的两侧各有一支转轴(5)，左右对称的两个支撑臂(4)的内端分别铰链在两个转轴(5)上。

6.根据权利要求1所述的轴流偶轮对称转折风力机，其特征在于：所说的弹簧(11)拉在回转体(2)和滑块(9)之间。

7.根据权利要求1所述的轴流偶轮对称转折风力机，其特征在于：所说的成对安装的两个风轮(3)之间设有协调转速的同步装置。

8.根据权利要求7所述的轴流偶轮对称转折风力机，其特征在于：所说的同步装置是在回转体(2)上面装有一个平置伞齿轮(15)，平置伞齿轮(15)上面分别与左右两个垂直伞齿轮(16)相啮合，两个垂直伞齿轮(16)的轴杆分别沿两个支撑臂(4)向外延伸而与风轮(3)的轴端通过一对伞齿轮(17)相接。

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