一种风轮装置的制作方法

1.本发明涉及一种可用于将风能转换为机械动能等领域的风轮装置。


背景技术：

2.现有的围绕垂直于地面的固定轴旋转的风轮装置的转动方向由其扇叶的形状决定，在任意水平来风方向下都会保持其转动方向，无需通过控制手段来调整和维持其转动方向，这种特性在工程中有着相当的优势。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的问题是围绕垂直于地面的固定轴转动的风轮装置在工作中处于逆风转动的扇叶所受到的逆风阻力力矩很大，有占总数一半的扇叶动态地处于逆风转动的区域，这些扇叶在此区域所受到的逆风的阻力力矩将抵消很大一部分在顺风转动区域的扇叶所受到的推力力矩，这造成传统上此类风轮装置将风能转化为机械能的效率非常低下，不适合于现代大功率风轮装置使用。本发明旨在提供一种可在最大程度上减少风轮的扇叶在逆风转动区域所受到的逆向风的阻力的装置和工作方法，及当水平方向上风向变化时调整该装置并恢复到这种工作状态的方法。
4.技术方案
5.根据本发明设计的一种风轮装置，包括：固定轴部件、两个绕固定轴部件轴心沿相反方向转动的按上下位置排布的扇叶组部件、每个扇叶组部件的逆向来风隔离部件、垂直运动导轨部件、定位底座部件、运动控制部件；所述的逆向来风隔离部件外表面安装有若干可展开及闭合的副翼扇叶，所述的逆向来风隔离部件在水平运动方向上被固定在所述的定位底座部件上，所述的逆向来风隔离部件在所述的运动控制部件控制下可沿垂直运动导轨部件上下滑动，所述的定位底座部件在所述的运动控制部件控制下可绕固定轴部件轴心线转动和锁定。
6.在风轮装置开始工作前，通过运动控制部件将定位底座部件转动并锁定在两个逆向来风隔离部件的前端迎风处之间的垂直分隔中心线与所述固定轴部件的轴心线所共在的平面与来风方向的相对夹角小于定位底座部件的最小可控转动角度的位置，所述的两个逆向来风隔离部件通过定位底座部件被锁定在其对应的扇叶组部件的逆风转动区域与来风方向之间，此时逆向来风隔离部件完全处于其对应的扇叶组部件的逆风转动区域空间和来风之间，完全隔离了来风对逆风转动的扇叶的阻力力矩。这种情况下，两个扇叶组部件将能输出在当前风力下的最大的转动力矩和动能。
7.当水平方向的风向改变时，原先被锁定位置的逆向来风隔离部件就不再完全处于其对应的扇叶组部件的逆风转动区域空间和来风之间，此时需要通过转动定位底座部件来调整逆向来风隔离部件的位置。首先将在高位配套的逆向来风隔离部件沿垂直运动导轨部件下滑至与在低位配套的逆向来风隔离部件同样高度的位置，此时，两个逆向来风隔离部件将合成为一个外表面连续的圆周状壳体。再通过运动控制部件转动定位底座部件，或者
通过控制打开和闭合逆向来风隔离部件上的副翼扇叶，借助风力驱动副翼扇叶带动两个逆向来风隔离部件和定位底座部件一起转动，直至两个逆向来风隔离部件的前端迎风处之间的垂直分隔中心线与所述固定轴的轴心线所共在的平面与来风方向的相对夹角小于定位底座部件的最小可控转动角度时，锁定定位底座部件，通过运动控制部件控制前述下沉的逆向来风隔离部件沿垂直运动导轨部件返回原先的高位。通过这一系列的控制操作，两个逆向来风隔离部件就恢复到了前述的被锁定在其对应的扇叶组部件的逆风转动区域与来风方向之间的工作位置，每个逆向来风隔离部件都包围了其配套的扇叶组部件的逆风转动区域的扇叶的转动空间，完全隔离了其配套的扇叶组部件的逆风转动区域的扇叶所受到的逆风的阻力力矩，两个扇叶组部件也恢复到了可输出在当前风力下的最大的转动力矩和动能的工作状态。
8.有益效果根据本发明的结构设计和其工作原理，本发明通过将逆向来风隔离部件完全置于其对应的扇叶组部件的逆风转动区域空间和来风之间，完全隔离了来风对逆风转动的扇叶的阻力力矩，可在最大程度上降低原先老式的围绕垂直于地面的固定轴转动的风轮装置在工作中所受到的逆风阻力力矩，极大的提高其输出力矩和动能。
9.两个逆向来风隔离部件通过定位底座部件和垂直滑动导轨的限制，从水平方向上来看，被固定在与其配套的扇叶组部件的转动空间的外圆周的左右两侧，使得其外表面受到的风的转动力矩相互抵消；其内表面所受到的配套的扇叶组部件的扇叶转动所产生的力矩大小相等、方向相反，也会相互抵消；这时维持其位置的锁定装置所需要的功率和动能都不受风力大小的影响，从而能以较小的功率装置保持其稳定工作。当风向改变时，通过将两个逆向来风隔离部件置于同一水平位置而使得两个逆向来风隔离部件的外表面形成一个连续的圆周状壳体，这样来风对这个外表面连续的圆周状壳体的转动力矩将相互抵消。这时使用较小的功率的装置即可将两个逆向来风隔离部件转动至所需的角度位置，也可通过控制安装在逆向来风隔离部件上的副翼扇叶的打开和闭合，利用风力推动副翼扇叶带动两个逆向来风隔离部件转动至所需的角度位置。这两种转动方式所需的功率和动能要远小于风轮装置本身输出的功率和动能。
10.与现有技术相比，本发明的优点在于：所设计的风轮装置相比同尺寸的老式风轮极大的提高了其输出力矩和动能，且能在风向改变时使用较小功率和动能来使本装置由较低的动能输出效率状态快速恢复到最高动能输出效率的工作位置和状态。
附图说明
[0011][0012]
图1是根据本发明构思的一个示例性实施方式的当风轮装置处于最高动能输出效率的工作位置和状态时的各个部件的形状、结构、位置示意图。
[0013]
图2是根据本发明构思的一个示例性实施方式的在调整逆向来风隔离部件角度位置时的各个部件在风轮装置内的形状、结构、位置示意图。
[0014]
附图标记11~固定轴部件12~安装在高位的扇叶组部件
13~在高位配套的逆向来风隔离部件14~安装在低位的扇叶组部件15~垂直运动导轨部件16~定位底座部件17~在低位配套的逆向来风隔离部件18~处于闭合状态的副翼扇叶19~处于打开状态的副翼扇叶
具体实施方式
[0015][0016]
下文将参考附图更充分的描述示例性的结构和实施方式，其中示出了一些示例性形状、结构和实施方式，然而本发明构思可以许多不同的形状、结构来体现，并且不应该被解释为局限于这里阐述的示例性形状、结构和实施方式。
[0017]
在附图中，为清楚起见，可以放大零部件的尺寸和相对尺寸，并且尺寸只是示例而不是限制。文中相同的参考标记表示相同的零部件。
[0018]
本发明的示例性形状、结构和实施方式详细说明本发明的理想化示例性形状、结构和实施方式。因此，可以进行示图的各种变化。
[0019]
下文中，根据本发明构思的示例性结构和实施方式，将参考附图描述的风轮装置的结构和工作过程。
[0020]
如图1所示，风轮装置包括固定轴部件11，其为一安装固定在基础上的圆柱型轴，在沿轴长度方向的中间位置有突出的圆柱状台阶用于分隔开安装在高位的扇叶组部件12和安装在低位的扇叶组部件14，这两个扇叶组由于扇叶的受风形状相反，在风力的推动下会以相反的方向绕着固定轴部件11的轴心线旋转。安装在高位的扇叶组部件12有和其配合的在高位配套的逆向来风隔离部件13，安装在低位的扇叶组部件14有和其配合的在低位配套的逆向来风隔离部件17。在高位配套的逆向来风隔离部件13在运动控制部件的控制下可沿垂直运动导轨部件15上下滑动，向下滑动时可以移动至在低位配套的逆向来风隔离部件17的相同高度位置。数个垂直运动导轨部件15被固定安装在定位底座部件16上，定位底座部件16在运动控制部件的控制下可围绕固定轴部件11的轴心线转动或被锁定。在高位配套的逆向来风隔离部件13和在低位配套的逆向来风隔离部件17安装于前述多个垂直运动导轨部件15上，被垂直运动导轨部件15在水平方向上约束固定。这使得两个逆向来风隔离部件13和17在水平方向上只能与垂直运动导轨部件15和定位底座部件16一起围绕固定轴部件11的轴心线转动或被锁定。
[0021]
图1所示的风轮装置处于最高动能输出效率的工作位置和状态。这时，在高位配套的逆向来风隔离部件13和在低位配套的逆向来风隔离部件17的前端迎风处之间的垂直分隔中心线与固定轴部件11的轴心线所共在的平面与来风方向的相对夹角小于定位底座部件16的最小可控转动角度，这两个逆向来风隔离部件被锁定在这个角度位置，此时的来风方向是由两个逆向来风隔离部件的前端迎风处之间的垂直分隔中心线到所述固定轴的轴心线的方向。在高位配套的逆向来风隔离部件13处于安装在高位的扇叶组部件12的逆风转动区域的扇叶的转动空间与来风之间，完全隔离了来风对逆风转动区域的扇叶的阻力力
矩；安装在高位的扇叶组部件12在风力作用下做顺时针转动，其右侧为逆风转动的扇叶的转动区域，这部分区域被处在右侧的在高位配套的逆向来风隔离部件13完全包围，从而隔离了来风对逆风转动的扇叶施加的阻力力矩，从而使安装在高位的扇叶组部件12可输出在当前风力下的最大转动力矩和动能。在低位配套的逆向来风隔离部件17处于安装在低位的扇叶组部件14的逆风转动区域的扇叶的转动空间与来风之间，完全隔离了来风对逆风转动区域的扇叶的阻力力矩；此时安装在低位的扇叶组部件14在风力作用下做逆时针转动，其左侧为逆风转动的扇叶的转动区域，这部分区域被处在左侧的在低位配套的逆向来风隔离部件17完全包围，从而隔离了来风对逆风转动的扇叶施加的阻力力矩，从而使安装在低位的扇叶组部件14可输出在当前风力下的最大转动力矩和动能。
[0022]
图2所示的风轮装置处于调整逆向来风隔离部件沿固定轴部件轴心线的角度位置的过程中。当风向发生的改变时，处于逆风转动区域的扇叶的转动空间的位置会发生改变，这样会出现逆向来风隔离部件原先所在位置已经不能完全隔离来风对逆风转动区域的扇叶的阻力力矩的情况，需要调整逆向来风隔离部件的位置，使其再次置于可以完全隔离来风对逆风转动区域的扇叶的阻力力矩的位置。首先，运动控制部件控制在高位配套的逆向来风隔离部件13下降至与在低位配套的逆向来风隔离部件17同一垂直高度的位置，这样，两个逆向来风隔离部件将组合成一个外表面连续的圆周状壳体，这个圆周状壳体外表面受到来风的转动力矩会相互抵消，这样只需很小的功率和动能就可将其转动至需要的位置。
[0023]
本发明构思的转动这两个逆向来风隔离部件的方法有两种。
[0024]
第一种转动两个逆向来风隔离部件的方法是运动控制部件直接转动定位底座部件16，从而带动两个逆向来风隔离部件转动至需要的位置，然后锁定定位底座部件16。
[0025]
第二种转动两个逆向来风隔离部件的方法是运动控制部件通过控制相应的处于闭合状态的副翼扇叶18的打开，这时风力推动处于打开状态的副翼扇叶19使两个逆向来风隔离部件带动定位底座部件16一起转动；如此多次按次序打开处于闭合状态的副翼扇叶18、闭合处于打开状态的副翼扇叶19，将两个逆向来风隔离部件和定位底座部件16转动到需要的位置；锁定定位底座部件16，然后闭合所有还处于打开状态的副翼扇叶19。
[0026]
在调整完两个逆向来风隔离部件沿固定轴部件轴心线的角度位置后，运动控制部件将在高位配套的逆向来风隔离部件13沿垂直运动导轨部件15滑动到原先的高位配套的工作高度并锁定高度位置。
[0027]
在做完这些调整后，两个逆向来风隔离部件回到了处于其配套的扇叶组部件的逆风转动区域的扇叶的转动空间与来风之间的位置，完全隔离了来风对逆风转动区域的扇叶的阻力力矩。这时，两个扇叶组部件可输出在当前风力下的最大转动力矩和动能。

技术特征：
1.一种风轮装置，其特征在于，包含固定轴部件，两个绕固定轴部件轴心线沿相反方向转动的按上下位置排布的扇叶组部件，每个扇叶组部件配套的逆向来风隔离部件，垂直运动导轨部件，定位底座部件，运动控制部件，所述的逆向来风隔离部件外表面包含有若干可展开及闭合的副翼扇叶，所述的逆向来风隔离部件在水平运动方向上通过所述的垂直运动导轨部件被固定在所述的定位底座部件上，所述的逆向来风隔离部件在所述的运动控制部件控制下可沿垂直运动导轨部件上下滑动，所述的定位底座部件在所述的运动控制部件控制下可绕固定轴部件轴心线转动和锁定。2.根据权利要求1所述的一种风轮装置，其特征在于，所述的两个逆向来风隔离部件在工作时都被置于完全包围了其相应的扇叶组部件的逆风转动部分的扇叶的转动空间的位置，此工作位置下两个逆向来风隔离部件的前端迎风处的垂直分隔中心线和所述固定轴的轴心线所共在的平面与来风方向的夹角小于定位底座部件的最小可控转动角度，逆向来风隔离部件完全位于相应扇叶组部件的逆风转动部分的扇叶的转动空间和来风方向之间，隔离来风对扇叶组部件的逆风转动部分的扇叶的风压，降低消除扇叶组部件因逆风转动部分的扇叶所承受的来风的阻力力矩，降低消除扇叶组部件因逆风转动部分的扇叶对顺风转动部分的扇叶的阻力力矩，使所述的两个扇叶组部件可输出当前风力下的最大转动力矩和动能。3.根据权利要求1所述的一种风轮装置，其特征在于，所述的两个逆向来风隔离部件的前端迎风处的垂直分隔中心线与所述固定轴的轴心线所共在的平面与来风方向的夹角大于等于定位底座部件的最小可控转动角度时，所述的在高位配套的逆向来风隔离部件在所述的运动控制部件控制下沿所述的垂直运动导轨部件下沉到所述的在低位配套的逆向来风隔离部件所在的水平位置，此时两个逆向来风隔离部件闭合为一个外表面连续的圆周状壳体，此壳体外表面所承受的水平方向上来风的转动力矩将相互抵消。4.根据权利要求1、3所述的一种风轮装置，其特征在于，所述的运动控制部件将定位底座部件转动至两个逆向来风隔离部件的前端迎风处的垂直分隔中心线和所述固定轴的轴心线所共在的平面与来风方向的夹角小于定位底座部件的最小可控转动角度时停止定位底座部件的转动并锁定定位底座部件，前述下降的逆向来风隔离部件在运动控制部件控制下沿所述的垂直运动导轨部件上升回到其在高位配套的的工作高度位置。5.根据权利要求1所述的一种风轮装置，其特征在于，所述的副翼扇叶内侧的曲面形状与所在的逆向来风隔离部件的外表面的曲面形状一致，副翼扇叶闭合在逆向来风隔离部件外表面时，副翼扇叶内侧与逆向来风隔离部件外表面重合，使得副翼扇叶在闭合时可最大程度减少其迎风面积。6.根据权利要求1、3、5所述的一种风轮装置，其特征在于，所述的运动控制部件根据两个逆向来风隔离部件的前端迎风处的垂直分隔中心线和所述固定轴的轴心线所共在的平面与来风方向的相对夹角位置关系，控制已闭合为一体的两个逆向来风隔离部件外表面上相应区域上的副翼扇叶展开，使展开的副翼扇叶可受到来风驱动，使所述的定位底座部件与逆向来风隔离部件一起转动，在所述的定位底座部件转动过程中所述的运动控制部件根据两个逆向来风隔离部件的前端迎风处的垂直分隔中心线与所述固定轴的轴心线所共在的平面与来风方向的相对夹角的位置及大小动态的调整相应区域的副翼扇叶展开或闭合，直至两个逆向来风隔离部件的前端迎风处的垂直分隔中心线与所述固定轴的轴心线所共
在的平面与来风方向的相对夹角小于定位底座部件的最小可控转动角度时，所述的运动控制部件停止定位底座部件的转动并锁定定位底座部件,前述的下降的逆向来风隔离部件在运动控制部件控制下沿所述的垂直运动导轨部件上升回到其在高位配套的工作高度位置。7.根据权利要求1、3、4、5、6所述的一种风轮装置，其特征在于，经过前述的两种调整所述逆向来风隔离部件角度位置的方法中的任意一种方法调整后，所述的逆向来风隔离部件在调整角度位置并复原高度位置后，所述的两个扇叶组部件将承受最小的逆风阻力并恢复至承受最大风力驱动力矩的工作状态，将输出其在当前风力下的最大转动力矩和动能。

技术总结
本发明公开了一种风轮装置，旨在提高风轮装置的输出力矩和动能。它包括固定轴部件，两个转向相反的扇叶组部件，每个扇叶组部件配套的逆向来风隔离部件，垂直运动导轨部件，定位底座部件，运动控制部件，安装于逆向来风隔离部件上的多个副翼扇叶部件。通过将逆向来风隔离部件锁定在其配套的扇叶组部件的逆风转动区域与来风之间的位置，隔离来风对逆风转动扇叶的阻力力矩，使风轮装置能输出在当前风力下的最大的转动力矩和动能。风向改变时，运动控制部件通过若干操作步骤使逆向来风隔离部件恢复到锁定在其配套的扇叶组部件的逆风转动区域与来风之间的位置，风轮装置恢复到能输出在当前风力下的最大的转动力矩和动能的工作状态。状态。状态。


技术研发人员：王让利
受保护的技术使用者：王让利
技术研发日：2023.09.06
技术公布日：2023/10/20