1.一种带翼型集风罩的变导程螺旋叶片风力机,包括捕能主体、底座以及对风系统,其特征在于,所述捕能主体包括:支架(1)、叶片轴(2)、螺旋叶片组(3)、发电机(4)、翼型集风罩(5)和用于支承翼型集风罩(5)的支承件(6);叶片轴(2)、螺旋叶片组(3)、发电机(4)通过支架(1)安装在翼型集风罩(5)的内部,且叶片轴(2)的轴线与翼型集风罩(5)的轴线相重合;翼型集风罩(5)固定安装于支承件(6)上;支承件(6)的下端具有轴状结构;
所述叶片轴(2)和发电机(4)相连;所述螺旋叶片组(3)是由3个形状完全相同的、以圆周阵列的形式安装在所述叶片轴(2)上的变导程螺旋叶片(31)组成;在风力的驱动下,螺旋叶片组(3)带动叶片轴(2)旋转,进而带动发电机(4)转动,以进行发电;
所述变导程螺旋叶片的形状为阿基米德空间螺旋面,其中, 为螺旋面的母线,
与螺旋面的轴线之间的夹角为 ;曲线 为变导程空间阿基米德螺旋线,其导程遵循匀变速变化规律;在柱坐标系下 的参数化公式为:,
其中,参数t的取值范围为(0,2],、b和b1为决定螺旋线形状的系数,在数值上等于风力机的回转半径的一半,b和b1为决定叶片螺旋导程的特征参数;
所述翼型集风罩(5)是以NACA8415翼型曲线为母线、绕轴线回转一整周所形成的回转体结构;翼型的弦线与集风罩的轴线间的夹角为攻角β,其攻角β的范围为10°20°;
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所述翼型集风罩(5)入口处到喉部部分的内径逐渐缩小,用于对来流风进行汇聚加速,并利用文丘里效应使风速加快;翼型集风罩(5)后段部分的内径逐渐扩大,用于对内部气流形成抽吸作用,以二次增加翼型集风罩(5)内部的风速。
2.根据权利要求1所述的变导程螺旋叶片风力机,其特征在于,所述底座包括轴(12)、第一轴承端盖(13)、第二轴承端盖(17)、第一向心推力轴承(14)、第二向心推力轴承(15)和底座外壳(16);
轴(12)通过第一向心推力轴承(14)和第二向心推力轴承(15)竖直安装于底座外壳(16)内部,轴(12)的两端分别通过第一轴承端盖(13)和第二轴承端盖(17)进行定位;底座外壳(16)的下端法兰上开有若干个用于与地面相连接的通孔;轴(12)上端通过联轴器(11)与支承件(6)相连接,以使捕能主体能够相对于底座进行转动。
3.根据权利要求1所述的变导程螺旋叶片风力机,其特征在于,所述对风系统包括第一齿轮(7)、第二齿轮(8)、电动机安装支架(9)、电动机(10)、传感器安装支架(18)、风向传感器(19)和信息处理模块;
第一齿轮(7)固定安装在支承件(6)上,第二齿轮(8)固定安装在电动机(10)的输出轴上;电动机(10)通过电动机安装支架(9)固定安装在底座外壳(16)上;风向传感器(19)通过传感器安装支架(18)固定安装在底座外壳(16)上;
当信息处理模块通过风向传感器(19)检测到风向发生变化时,向电动机(10)发送姿态调整工作指令使其产生转动,通过第一齿轮(7)和第二齿轮(8)的啮合传动使捕能主体产生转动,直至风向与翼型集风罩(5)入口朝向一致,以进行对风。
4.根据权利要求1所述的变导程螺旋叶片风力机,其特征在于,当来流风作用在螺旋叶片组(3)上时,螺旋叶片组(3)中的变导程螺旋叶片会受到来流风施加的推力,推力在变导程螺旋叶片上产生旋转力矩,使变导程螺旋叶片和叶片轴(2)一同转动。