一種自平衡張拉結構風輪的葉片支撐結構制造技術

本發明專利技術公開了一種自平衡張拉結構風輪的葉片支撐結構，屬于風力發電裝置領域，包括僅由連續的受拉構件和不連續的至少3個受壓構件組成的自平衡的結構體系，所述每個受壓構件均與風輪旋轉中心軸異面空間交叉成銳角的夾角，且各受壓構件間僅通過所述受拉構件連接，所述受拉構件由構成風輪兩端面的端面受拉構件和構成風輪側面的側面受拉構件組成，該風輪兩端面的相對外端點間分別僅由一個所述側面受拉構件連接，每一側面受拉構件僅通過一所述受壓構件與另一相鄰側面受拉構件相連，且該受壓構件兩端分別連接風輪兩端面。本發明專利技術是一種結構簡單、新穎、經濟、安裝運輸方便、能夠充分發揮材料特性的垂直軸風力發電風輪葉片支撐結構，可顯著減輕風輪自重，另外能顯著提高風輪葉片風荷載承載能力，防止疲勞破壞。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于風力發電裝置領域，尤其涉及一種垂直軸風力發電機風輪。
技術介紹
當前，垂直軸風力發電機葉片主要有阻力型和升力型，阻力型葉片是利用空氣流在葉片上產生的阻力做功，具有較大的轉矩和良好的啟動性能，但葉尖速比和風能轉化率較低。升力型葉片是利用空氣流在葉片上產生的壓力差做功，具有較高的葉尖速比和風能轉化率，但轉矩小，小風難以啟動等特點?，F有公開的垂直軸風輪裝置，不論是阻尼型還是升力型，其葉片支撐結構，既葉片與中心旋轉軸的連接結構要么是采取水平或斜向的支撐梁(支撐桿或支撐桿系)相連，要么是直接將葉片整體與中心旋轉軸相連(葉片即作為風輪葉片也作為支撐構件)如薩沃尼斯(Savonius)風輪?，F有的垂直軸風力發電機風輪，其支撐結構構件是一種傳統的支撐構件，存在體積大、自重大、安裝與運輸不方便的問題，因此也造成了整體成本高，效率不高等問題。另一方面，風葉作為風輪的主要構件，除了在空氣動力學外形上有特殊要求外，作為一種主要承受風力的復雜受力構件，在提高風荷載承載能力、避免失穩、防止疲勞破壞等方面也遇到了一定挑戰。
技術實現思路
本專利技術的目的在于:提出一種結構簡單、新穎、經濟、安裝運輸方便、能夠充分發揮材料特性的垂直軸風力發電風輪葉片支撐結構，一方面可顯著減輕風輪自重；另一方面該支撐體系可以顯著提高風輪葉片風荷載承載能力，防止葉片疲勞破壞。本專利技術目的通過下述技術方案來實現: 一種自平衡張拉結構風輪的葉片支撐結構，包括僅由連續的受拉構件和不連續的至少3個受壓構件組成的自平衡的結構體系，所述每個受壓構件均與風輪旋轉中心軸異面空間交叉成銳角的夾角，且各受壓構件間僅通過所述受拉構件連接，所述受拉構件由構成風輪兩端面的端面受拉構件和構成風輪側面的側面受拉構件組成，該風輪兩端面由端面受拉構件等長星形連接或首尾正多邊形連接構成，兩端面的相對外端點間分別僅由一個所述側面受拉構件連接，每一側面受拉構件僅通過一所述受壓構件與另一相鄰側面受拉構件相連，且該受壓構件兩端分別連接風輪兩端面。上述方案中，所述受壓構件是指，僅承受軸向壓力(由于風引起的側向力較小，可忽略)的構件。所述受拉構件是指，僅承受軸向拉力的構件。所述風輪兩端面的相對外端點是指，一端面的外端點與另一端面的外端點間，由同一側面受拉構件相連的兩外端點即為相對外端點。所述等長星形連接是指，由等長的端面受拉構件均勻分布成星形連接。所述首尾正多邊形連接是指，由等長的端面受拉構件首尾相連成封閉環，該環為正多邊形。本方案中，在該結構體系下，風輪的葉片可以固定于受壓構件或側面受拉構件上，或者風輪的葉片本身即為受壓構件或側面受拉構件。風輪葉片根據其受力特性可分為阻尼型葉片和升力型葉片兩種類型。作為優選方式，所述受壓構件為壓桿。作為優選方式，所述受拉構件為拉索。上述方案中，受拉構件為拉索，相比于現有傳統風輪，大大減輕自重和制作成本。而且這種拉索其截面可以做的很小，遠處看可以幾乎看不到連接結構，會給人造成一種葉片漂浮在空中的假象。因此是一種造型獨特、新穎的垂直軸風力發電風輪。作為優選方式，所述等長星形連接的端面受拉構件的連接點設有旋轉盤。作為優選方式，該風輪兩端面均由端面受拉構件等長星形連接，且兩端面的連接中心之間通過伸縮可調的旋轉軸連接。上述方案中，采用伸縮可調的旋轉軸，一方面起到旋轉軸作用，另一方面可以簡單地伸縮調整旋轉軸長短，從而調整各受拉構件的繃緊受拉狀態，實現風輪剛度調節，這樣不但可以簡單方便快速地解決因制作加工原因導致的各端面受拉構件無法自然直接繃緊的問題，還可以保證安裝的方便性和初始應力的建立。作為進一步優選方式，所述受壓構件為三個，該風輪兩端面均為由三個等長端面受拉構件星形連接構成的三角星形端面，上下三角星形端面上下對應端點間僅由一側面受拉構件連接，所述三個側面受拉構件構成該風輪的側面，每一側面受拉構件僅通過一所述受壓構件與另一相鄰側面受拉構件相連，且該受壓構件兩端分別連接風輪兩端面。作為另一進一步優選方式，所述受壓構件為三個，該風輪一端面為由三個等長端面受拉構件星形連接構成的三角星形端面，另一端面為由三個等長端面受拉構件三角形連接構成的三角形端面，所述三角星形端面和三角形端面上下對應端點間僅由一側面受拉構件連接，所述三個側面受拉構件構成該風輪的側面，每一側面受拉構件僅通過一所述受壓構件與另一相鄰側面受拉構件相連，且該受壓構件兩端分別連接風輪兩端面。作為另一進一步優選方式，所述受壓構件為四個，該風輪兩端面均為由四個等長端面受拉構件十字交叉連接構成的十字交叉形端面，上下十字交叉形端面上下對應端點間僅由一側面受拉構件連接，所述四個側面受拉構件構成該風輪的側面，每一側面受拉構件僅通過一所述受壓構件與另一相鄰側面受拉構件相連，且該受壓構件兩端分別連接風輪兩端面。作為另一進一步優選方式，所述受壓構件為五個，該風輪兩端面均為由五個等長端面受拉構件五角星形連接構成的五角星形端面，上下五角星形端面上下對應端點間僅由一側面受拉構件連接，所述五個側面受拉構件構成該風輪的側面，每一側面受拉構件僅通過一所述受壓構件與另一相鄰側面受拉構件相連，且該受壓構件兩端分別連接風輪兩端面。作為另一進一步優選方式，所述受壓構件為六個，該風輪兩端面均為由六個等長端面受拉構件六角星形連接構成的六角星形端面，上下六角星形端面上下對應端點間僅由一側面受拉構件連接，所述六個側面受拉構件構成該風輪的側面，每一側面受拉構件僅通過一所述受壓構件與另一相鄰側面受拉構件相連，且該受壓構件兩端分別連接風輪兩端面。本專利技術的支撐結構，還可以用于水平軸風力發電風輪、風力發電塔架、以及工程、機械等其它領域。本專利技術的有益效果: 1、本專利技術風輪采用自平衡張拉結構形式，具有自重輕、新穎、經濟、安裝運輸方便、材料性能發揮充分的特點。從而實現降低風力發電風輪制作成本、提高發電效率等目的。2、在本專利技術的結構體系下，葉片在受力上既可以作為受拉構件，也可作受壓構件。當作為受拉構件時，由于葉片受拉，相比于現有傳統風輪中的葉片，因此葉片材料選擇面更廣，更能降低制作成本。另一方面由于葉片主要受力為拉力，不用考慮葉片失穩，其風荷載承載能力可大幅提高，同時在防止葉片疲勞破壞方面具有明顯的優勢。 3、本專利技術造型獨特新穎。4、本專利技術中的受壓構件較少，且受壓構件僅軸向受力，(由于風弓I起的側向力較小，可忽略)，這種簡單的受力，加之受壓構件較少，同樣可以達到節約材料降低制作成本的目的。附圖說明圖1為本專利技術實施例1、2、3的自平衡張拉結構形俯視 圖2為本專利技術實施例1、2、3的自平衡張拉結構形前視 圖3為本專利技術實施例1、2、3的自平衡張拉結構形軸測 圖4為本專利技術實施例4的自平衡張拉結構形俯視 圖5為本專利技術實施例4的自平衡張拉結構形前視 圖6為本專利技術實施例4的自平衡張拉結構形軸測 圖7為本專利技術實施例5的自平衡張拉結構形俯視 圖8為本專利技術實施例5的自平衡張拉結構形前視 圖9為本專利技術實施例5的自平衡張拉結構形軸測 圖10為本專利技術實施例6的自平衡張拉結構形軸測 圖11為本專利技術實施例1的自平衡張拉結構風輪平面 圖12為本專利技術實施例1的自平衡張拉結構風輪前視 圖13為本專利技術實施例1的自平衡張拉結構風輪軸測 圖14為本專利技術實施例2的自平衡張拉結構風輪平面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種自平衡張拉結構風輪的葉片支撐結構，其特征在于：包括僅由連續的受拉構件和不連續的至少3個受壓構件組成的自平衡的結構體系，所述每個受壓構件均與風輪旋轉中心軸異面空間交叉成銳角的夾角，且各受壓構件間僅通過所述受拉構件連接，所述受拉構件由構成風輪兩端面的端面受拉構件和構成風輪側面的側面受拉構件組成，該風輪兩端面由端面受拉構件等長星形連接或首尾正多邊形連接構成，兩端面的相對外端點間分別僅由一個所述側面受拉構件連接，每一側面受拉構件僅通過一所述受壓構件與另一相鄰側面受拉構件相連，且該受壓構件兩端分別連接風輪兩端面。

【技術特征摘要】
1.一種自平衡張拉結構風輪的葉片支撐結構，其特征在于:包括僅由連續的受拉構件和不連續的至少3個受壓構件組成的自平衡的結構體系，所述每個受壓構件均與風輪旋轉中心軸異面空間交叉成銳角的夾角，且各受壓構件間僅通過所述受拉構件連接，所述受拉構件由構成風輪兩端面的端面受拉構件和構成風輪側面的側面受拉構件組成，該風輪兩端面由端面受拉構件等長星形連接或首尾正多邊形連接構成，兩端面的相對外端點間分別僅由一個所述側面受拉構件連接，每一側面受拉構件僅通過一所述受壓構件與另一相鄰側面受拉構件相連，且該受壓構件兩端分別連接風輪兩端面。2.如權利要求1所述的自平衡張拉結構風輪的葉片支撐結構，其特征在于:所述受壓構件為壓桿。3.如權利要求1所述的自平衡張拉結構風輪的葉片支撐結構，其特征在于:所述受拉構件為拉索。4.如權利要求1所述的自平衡張拉結構風輪的葉片支撐結構，其特征在于:所述等長星形連接的端面受拉構件的連接點設有旋轉盤。5.如權利要求1所述的自平衡張拉結構風輪的葉片支撐結構，其特征在于:該風輪兩端面均由端面受拉構件等長星形連接，且兩端面的連接中心之間通過伸縮可調的旋轉軸連接。6.如權利要求1至5中任一權利要求中所述的自平衡張拉結構風輪的葉片支撐結構，其特征在于:所述受壓構件為三個，該風輪兩端面均為由三個等長端面受拉構件星形連接構成的三角星形端面，上下三角星形端面上下對應端點間僅由一側面受拉構件連接，所述三個側面受拉構件構成該風輪的側面，每一側面受拉構件僅通過一所述受壓構件與另一相鄰側面受拉構件相連，且該受壓構件兩端分別連接風輪兩端面。7.如權利要求1至4中任一權利要求中所述的自平衡張拉結構風輪的葉片支撐結構，其特征在于:所述受壓構件為三個，該...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王玉柏，王元元，
申請(專利權)人：王玉柏，
類型：發明
國別省市：