[其他]樹葉型風車

無效

• 申請號: 85103919
• 申請日: 1985-04-27
• 公開（公告）號: CN85103919A
• 公開（公告）日: 1986-10-22
• 發明（設計）人: 李敏新
• 申請（專利權）人: 山東省萊蕪市科學技術委員會
• 主分類號: F03D3/00
• 分類號: F03D3/00
• 代理公司: 山東省專利服務處
• 代理人: 高相杰

樹葉型風車是一種風能轉換裝置。

本發明屬于垂直軸風力發動機的一種新形式。

已有的垂直軸風力機，所用的風輪有升力型和阻力型之分，葉片大都是固定的，這些風力機的缺點是結構比較復雜，用材料多，成本高，效率低。有的啟動風速要求高且不能自我啟動，也不能自動調節葉片角度，不能自動進行超速控制，使風力機的推廣應用受到了一定的限制。

本發明的目的就是克服上述缺點，以便大面積開發風能資源。

圖1????風輪結構示意圖：1為園弧形葉片;2為葉柄;3為葉桿;4為立桿;5為發電機。

圖2????葉片、葉柄、葉桿三者的安裝圖。

圖3????葉片受力分析圖。

圖4????限位和超速控制裝置;6為杠桿;7為離心重錘。

本發明的原理是：地球上的植物大都生長有接受光能的葉子，這些葉子在流動的大氣里一般又都具有著運動的多自由度，以減輕氣流的壓力，將這類葉子的自由度適當地加以限制，把植物葉子的避風機能和風輪葉片的受風要求巧妙地結合在一個機械裝置之中，便構成了這種新型的垂直軸風力機。參見圖1所示的該種風力機示意圖。它包括園弧形葉片1、葉柄2、葉桿3、立桿4、發電機5、葉片、葉柄、葉桿構成了風輪。葉片為園弧形，園弧半徑與它圍繞立桿軸旋轉半徑相同;葉柄是葉片弦長的1/2到1/4之間，它被固定的安裝在葉片的一端，且垂直于固定點處園弧的切線;葉柄同葉桿之間為鉸鏈活動（參見圖2）連結，其葉柄的運動軸線同立桿平行。

園弧形葉片相對于葉桿在一定角度內自由活動，即自動調節角度。這樣就使得葉片能夠既接受升力又接受阻力，從而實現了風輪的自動迎風、自我啟動。

這種風力機的受力分析如圖3所示。

＝+

-相對速度

-風速

-葉片的線速度

-升力

-阻力

-合力

X＝CxAx (ρU²)/2

y＝CyAy (ρV²)/2

F = X2 + Y 2]]>

Cx-阻力系數

Cy-升力系數

Ax-葉片面積在X軸上的投影

Ay-葉片面積在Y軸上的投影

ρ-空氣質量密度

加上適當長度的葉柄，園弧形葉片能夠將升力和阻力匯為一體，產生推動風輪旋轉的合力，有效的利用風能。

把葉片逐漸限制在它旋轉的園柱面上，旋轉力就逐漸減少，利用這一特點可以自動的進行超速控制，見圖4。如果風速超過額定值，重錘便在離心力作用下外移，帶動杠桿6轉動，葉片活動角縮小，從而達到進行超速控制的目的。

發明人做了實施樣機“樹葉-100”，介紹如下：

一、設計風速和風輪半徑。

額定功率是由設計風速決定的，其它風力機一般都把6～8米/秒的風速作為設計風速。考慮到我國大多數地區的年平均風速和風速分布狀況，樹葉型風車選定5米/秒為設計風速，這樣可以發揮它的優勢，以擴大風速的利用范圍，也擴大風車的使用地域，使之在高于三級風時，功率可以達到100瓦左右。

額定功率確定之后，通過計算可以得出“樹葉-100”的矩形截面積：

100＝ (ρAV³Cp)/(2×75×1.36) ×1000

ρ-0.125kg-秒²/m⁴

V-5米/秒

Cp-0.25，選一較低數

A-所求之面積m²

A＝ (100×2×75×1.36)/(0.125×5³×0.25×1000) ＝5.2m²

考慮到葉端損失，葉片高度L定為1.8米，風輪半徑R為1.5米，矩形截面積略大于5.2m²。

二、葉片數目η和實度