CN101368544A - 组合式共轴垂直轴风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为：组合式共轴垂直轴风力发电机，涉及新能源利用。它包括由小尺寸球形空腔涡轮式风力机和其它类型的垂直轴风力机连接两个或多个大尺寸球形空腔涡轮式风力机形成的组合式共轴垂直轴风力机、发电机、塔架或氦气球。把这组合式共轴垂直轴风力发电机安装在塔架上，或通过氦气球升上高空，能有效地利用风能发电。

Description

组合式共轴垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及新能源利用.两个或多个大尺寸球形空腔涡轮式风力机由小尺寸球形空腔涡轮式风力机和其它类型的垂直轴风力机连接，形成一种组合式共轴垂直轴风力机。这些其它类型的垂直轴风力机包括各种Darrieus式风力机如Darrieus式Φ型、Darrieus式H型等以及各种阻力型垂直轴风力机如Lafond涡轮、S型风轮等。小尺寸球形空腔涡轮式风力机和其它类型的垂直轴风力机安装在两个大尺寸球形空腔涡轮式风力机之间，两个大尺寸球形空腔涡轮式风力机之间相当于形成一个缩放喷嘴，根据流体连续性方程，截面积大的地方流速小，截面积小的地方流速大，因此流经小尺寸球形空腔涡轮式风力机和其它类型的垂直轴风力机的气流的流速会增大。球形空腔涡轮式风力机具有启动风速低、安全风速高、定向转动等的优点，组合式共轴垂直轴风力机能增大风力机组的合转矩，组合式共轴垂直轴风力机亦能增大风力机组的受风面积，把这种组合式共轴垂直轴风力机和发电机组成的组合式共轴垂直轴风力发电机组安装在塔架上，或通过氦气球升上高空，能更有效地利用风能发电。
背景技术
现有技术的风力机离地面不高，在地表没什么大风的地区不能使用。另外，现有技术的风力发电还存在发电成本高，设备安装困难等问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种能有效地利用风能的发电装置。
本发明使用与普通风力机不同的球形空腔涡轮式风力机，球形空腔涡轮式风力机是这样的一种装置：参照图3，空腔涡轮呈球形，球形空腔涡轮的球形状结构外壳由多个轻薄的弧形叶片16组成，弧形叶片16以一定角度固定在上支承板21和下支承板22之间，以确保球形空腔涡轮式风力机能以一个确定的方向转动，轴承17安装在上支承板21和下支承板22上，并用中心轴18连接。弧形叶片16之间有缝隙，缝隙有类似于喷嘴的作用，可让气流加速进入球形空腔涡轮风力机内部并对弧形叶片16的凹面施加一个作用力，由于弧形叶片16之间的缝隙很小，进入球形空腔涡轮风力机内部的气流不容易通过缝隙流出球形空腔涡轮风力机，因而可以对弧形叶片16的凹面多次施加作用力，弧形叶片16的凹面及凸面在在受到风力作用时空气阻力系数差别很大，凹面的空气阻力系数远大于凸面的空气阻力系数，因而作用于球形空腔涡轮风力机内部弧形叶片16的凹面的力远大于作用于球形空腔涡轮风力机外部弧形叶片16的凸面的力，从而使球形空腔涡轮式风力机具有启动风速低的优点。球形空腔涡轮式风力机属于垂直轴风力机；球形空腔涡轮式风力机还具有安全风速高、定向转动等的优点。
两个或多个大尺寸球形空腔涡轮式风力机由小尺寸球形空腔涡轮式风力机和其它类型的垂直轴风力机连接，形成一种组合式共轴垂直轴风力机，这些其它类型的垂直轴风力机包括各种Darrieus式风力机如Darrieus式Φ型、Darrieus式H型等以及各种阻力型垂直轴风力机如Lafond涡轮、S型风轮等。小尺寸球形空腔涡轮式风力机和其它类型的垂直轴风力机安装在两个大尺寸球形空腔涡轮式风力机之间，形成一种组合式共轴垂直轴风力机，两个大尺寸球形空腔涡轮式风力机之间相当于形成一个缩放喷嘴，根据流体连续性方程，截面积大的地方流速小，截面积小的地方流速大，因此流经小尺寸球形空腔涡轮式风力机和其它类型的垂直轴风力机的气流的流速会增大。球形空腔涡轮式风力机具有启动风速低、安全风速高、定向转动等的优点，组合式共轴垂直轴风力机能增大风力机组的合转矩，组合式共轴垂直轴风力机亦能增大风力机组的受风面积，把这种组合式共轴垂直轴风力机和发电机组成的组合式共轴垂直轴风力发电机组安装在塔架上，或通过氦气球升上高空，能更有效地利用风能发电。
本发明使用的风力机属于垂直轴风力机，不需要跟踪风向的变化，无论风向如何都能定向转动并带动发电机发电，因而不需要配置风向舵或偏航轴承总成，可节省不少费用。
本发明有效地解决了现有技术的风力发电的诸多问题。
附图说明
图1是本发明组合式共轴垂直轴风力发电机的示意图一。
图中：1、氦气球；2、载荷钢索；3、发电机；4、大尺寸球形空腔涡轮式风力机；5、小尺寸球形空腔涡轮式风力机；6、电缆；7、控制器；8、变压器；9、蓄电池；10、气泵；11、备用氦气球；12、导气管；13、地面；14、固定绳索。18、中心轴；19、阻力型垂直轴风力机
图2是本发明组合式共轴垂直轴风力发电机的示意图二。
图中：3、发电机；4、大尺寸球形空腔涡轮式风力机；5、小尺寸球形空腔涡轮式风力机；6、电缆；7、控制器；8、变压器；9、蓄电池；13、地面；15、塔架。18、中心轴；19、阻力型垂直轴风力机。
图3是本发明球形空腔涡轮式风力机的示意图。
图中：16、叶片；17、轴承；18、中心轴；21、上支承板；22、下支承板。
图4是本发明组合式共轴垂直轴风力机的放大示意图。
图中：4、大尺寸球形空腔涡轮式风力机；5、小尺寸球形空腔涡轮式风力机；16、叶片；17、轴承；18、中心轴；19、阻力型垂直轴风力机；20、阻力型垂直轴风力机的叶片。
具体实施方式
本发明提供一种能有效地利用风能的发电装置。参照图1、图2、图3、图4，它由氦气球1、载荷钢索2、发电机3、大尺寸球形空腔涡轮式风力机4、小尺寸球形空腔涡轮式风力机5、电缆6、控制器7、变压器8、蓄电池9、气泵10、备用氦气球11、导气管12、地面13、固定绳索14、塔架15、阻力型垂直轴风力机19等部分组成。
球形空腔涡轮式风力机是这样的一种装置：参照图3，空腔涡轮呈球形，球形空腔涡轮的球形状结构外壳由多个轻薄的弧形叶片16组成，弧形叶片16以一定角度固定在上支承板21和下支承板22之间，以确保球形空腔涡轮式风力机能以一个确定的方向转动，轴承17安装在上支承板21和下支承板22上，并用中心轴18连接。弧形叶片16之间有缝隙，缝隙有类似于喷嘴的作用，可让气流加速进入球形空腔涡轮风力机内部并对弧形叶片16的凹面施加一个作用力，由于弧形叶片16之间的缝隙很小，进入球形空腔涡轮风力机内部的气流不容易通过缝隙流出球形空腔涡轮风力机，因而可以对弧形叶片16的凹面多次施加作用力，弧形叶片16的凹面及凸面在在受到风力作用时空气阻力系数差别很大，凹面的空气阻力系数远大于凸面的空气阻力系数，因而作用于球形空腔涡轮风力机内部弧形叶片16的凹面的力远大于作用于球形空腔涡轮风力机外部弧形叶片16的凸面的力，从而使球形空腔涡轮式风力机具有启动风速低的优点。球形空腔涡轮式风力机属于垂直轴风力机；球形空腔涡轮式风力机还具有安全风速高、定向转动等的优点。
组合式共轴垂直轴风力机是这样的一种装置：参照图4，各个风力机之间用中心轴18互相连接，大尺寸球形空腔涡轮式风力机4的上支承板和下支承板连接阻力型垂直轴风力机19的叶片20，阻力型垂直轴风力机19的叶片20连接小尺寸球形空腔涡轮式风力机5的上支承板和下支承板。各个风力机的连接顺序依次是大尺寸球形空腔涡轮式风力机4-阻力型垂直轴风力机19-小尺寸球形空腔涡轮式风力机5-阻力型垂直轴风力机19-大尺寸球形空腔涡轮式风力机4。
作为另一些类型的组合式共轴垂直轴风力机，可用Darrieus式风力机代替小尺寸球形空腔涡轮式风力机5和阻力型垂直轴风力机19。
把这种组合式共轴垂直轴风力机和发电机组成的组合式共轴垂直轴风力发电机组安装在塔架14上；或用氦气球1通过载荷钢索2将这种组合式共轴垂直轴风力机和发电机组成的组合式共轴垂直轴风力发电机组升上高空，利用高空强大风力以及球形空腔涡轮式风力机具有启动风速低、安全风速高、定向转动等的优点，充分地利用高空的风能发电.
在风力作用下，组合式共轴垂直轴风力机转动带动发电机3的转子转动，从而发电。多个风力机组成的组合式共轴垂直轴风力机将产生更大的合转矩，并且能增大风力机组的受风面积，因而能产生更多的电能，电能通过变压器变压输送到蓄电池。电能通过电缆6输送到在地面13的变压器8，变压后再输送到蓄电池9。
为了使组合式共轴垂直轴风力发电机组不被高空强风吹走，用固定绳索14连接氦气球1与地面13。
当需要把组合式共轴垂直轴风力发电机组降落到地面13时，可用气泵10通过导气管12把氦气和空气的混合气体抽到备用氦气球11内；当需要把组合式共轴垂直轴风力发电机组升上高空时，亦可用气泵10通过导气管12把氦气和空气的混合气体泵入氦气球1内，氦气球1和备用氦气球11是互为备用关系。
控制器7具有避免风力机空转、风大自动卸荷、过压自动刹车，蓄电池损害保护等的功能。

Claims (6)

1.一种组合式共轴垂直轴风力发电机，其特征在于：包括氦气球1，由小尺寸球形空腔涡轮式风力机和其它类型的垂直轴风力机连接两个或多个大尺寸球形空腔涡轮式风力机形成的组合式共轴垂直轴风力机组，发电机3。
2.根据权利要求1所述的组合式共轴垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的球形空腔涡轮式风机由球形空腔涡轮外壳、中心轴18、轴承17、上支承板21、下支承板22组成；空腔涡轮呈球形，球形空腔涡轮的球形状结构外壳由多个轻薄的弧形叶片16组成，弧形叶片16以一定角度固定在上支承板21和下支承板22之间，以确保球形空腔涡轮式风力机能以一个确定的方向转动，轴承，17安装在上支承板21和下支承板22上，并用中心轴18连接；弧形叶片16之间有缝隙，缝隙有类似于喷嘴的作用，可让气流加速进入球形空腔涡轮风力机内部并对弧形叶片16的凹面施加一个作用力。
3.根据权利要求1所述的组合式共轴垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的组合式共轴垂直轴风力机组中各个风力机之间用中心轴18互相连接，大尺寸球形空腔涡轮式风力机4的上支承板和下支承板连接阻力型垂直轴风力机19的叶片20，阻力型垂直轴风力机19的叶片20连接小尺寸球形空腔涡轮式风力机5的上支承板和下支承板。各个风力机的连接顺序依次是大尺寸球形空腔涡轮式风力机4-阻力型垂直轴风力机19-小尺寸球形空腔涡轮式风力机5-阻力型垂直轴风力机19-大尺寸球形空腔涡轮式风力机4。
4.根据权利要求3所述的组合式共轴垂直轴风力机组，其特征在于：所述的大尺寸球形空腔涡轮式风力机4之间可用Darrieus式风力机或阻力型垂直轴风力机直接连接。
5.根据权利要求1所述的组合式共轴垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的发电机3安装在组合式共轴垂直轴风力机组的底部。
6.根据权利要求1所述的组合式共轴垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的氦气球1用载荷钢索2连接组合式共轴垂直轴风力机组。
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C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090218