环形可倾风帆式风力发电机.docx

环形可倾风帆式风力发电机——第二次阶段汇报

图1、风帆式发电机的整体效果图
做一个圆形轨道，将风帆式小车首尾相接安装在轨道上，使固定在小车外沿的弧形板形成一个闭环。小车上装有风帆，风帆由铝合金做骨架，有机材料做蒙皮，利用不倒翁原理，在风帆下部装有配重，使风帆的中心位于铰联结的下部。因为风帆小车为环形布置，当风吹风帆时，做功一侧的风帆在位于风帆底部的挡块的配合下直立；另一侧的风帆则会在风力作用下倾斜一定角度，减小阻力作用。在环形轨道风向中心线两侧上形成一个能量差，从而风吹着风帆带动小车转动，将风能转化为了机械能。在环形轨道上装有对称的三个发电单元（包括：链轮、制动系统、增速系统和发电机），利用链传动，带动增速系统转动最终实现发电的目的。

1.风帆结构

图2、风帆设计图
风帆采用机翼断面的结构，风帆具有升力效应，风帆内部由铝合金做骨架，保证风帆的强度。风帆桅杆材料选取为Q235。
2.挡块
挡块为弹性挡块，弹性挡块的预紧力为F，当风力小于力F时，风帆处于直立，最大限度的吸收风能。风力大于力F时，挡块的弹簧被压缩，风帆会推动挡块向后倾斜，实现泄风，减小风帆受力，避免桅杆因受力过大而断裂。
3.风帆的不倒翁设计
图3、风帆不倒翁设计图
风帆的下端加有配重，其重心为，风帆的重心为。将风帆重心与配重重心合重心之后其重心位于风帆回转轴下方10—20cm处。此时的风帆为不倒翁结构。环形轨道上，作正功的帆在配合挡块作用下处于直立状态，最大限度的吸收风能，作负功的风帆则在风能作用下倾倒泄风，减少受力。由此在环形轨道上形成能量差，推动小车沿轨道做环形运动，实现风能转化为机械能。
4.台车设计

图4、台车结构图
5.车轮设计
台车在环形轨道上做圆周运动，为避免滑动摩擦小车车轮设计为：
图5、车轮设计图
台车的四个车轮若全设计成刚性的，则存在共面的问题，因此将台车设计为三个车轮为刚性固定的，另一个为弹性压紧轮，以此来保证台车四个轮均与轨道接触，保持小车在环形轨道上运动时的平稳。其结构如图：

图6、台车悬浮轮结构
6.防倾翻结构
如图

图7、防倾翻结构图
在台车受到侧向力时，此机构会与轨道发生接触，抵消倾翻力，同时实现滚动摩擦，保证台车平稳运动。
7.链节的固定

图8、销轴图
链节固定在小车的外延板上，外沿板是由两块平行的且中间有一定空隙的钢板构成。外延板上打有销轴孔。将链节装在外延板的空隙中，链节由销轴固定，销轴结构如图：上端由轴帽固定，下端销轴开有卡槽，由弹簧卡圈将销轴固定。进而保证链节固定在外延板上，保证链节与链轮的啮合传动。
8.轨枕
轨枕位于道床和钢轨之间，是钢轨的支座，传统的轨枕都是由木头或者钢筋混凝土制成，但两者有各自的缺点：木头轨枕不易保持轨距、易腐烂、磨损、裂缝，使用寿命短；钢筋混凝土的轨枕弹性差、脆性大、易断裂、重量大、不易搬运，不能很好的满足实际要求。
技术方案简介：在工字钢连筋板上侧的两端，按照轨距要求和轨道底部的宽度，割2个放置轨道的槽，并且在连筋板上割2个穿螺栓的孔。使用时将工字钢从轨道底部下面嵌入轨道（即让轨道座在槽内），然后将扣件块压块压在轨道底部的下面，用螺栓对照孔从下往上穿过工字钢和扣件，用螺母上紧螺栓，把轨道底部牢固的夹在工字钢连筋板和扣件的压块之间，轨枕和轨道就牢固连接。

轨枕机构如图所示：

图9、轨枕结构图

图10、1.螺栓2.螺母3.压块4.工字钢5。轨道

9.回转平台支柱与维修通道

图11、1.维修通道护栏2.轻轨3.平台支柱4.筋板5。通道筋板6.平台支柱筋板7.护栏底座
支柱材料选用Q235，支柱上端字钢，搭建环形结构，在工字钢上铺铁板，形成环形平面。
10.台车间联结

图11、台车间联结结构图
此结构可保证台车间的连接，并具有缓冲作用减小台车在运动中的震动，保证台车平稳运动。

链传动

图12、链传动图
此结构为发电单元中链轮与固定在弧形板上的链节的连接方式，利用链传动提高了能量传递的效率。
制动系统
此发电机具有两套制动系统，刚性制动和柔性制动。柔性制动：风帆起阻力作用时，风帆会在风力作用下倾倒，风帆为不倒翁结构，当风帆倾翻到一定角度时，会达到平衡。在风帆下端装有杠杆机构，当风力过大时，风帆倾斜角度会增大，杠杆机构会将刹车片压在台车车轮上，起到减速的效果。刚性制动：在环形轨道上装有制动杆，在检修时，启动制动杆，将台车锁死，使其静止在轨道上。

机械学院
2011年2月25日