CN101614189B - 一种高空轨道帆板风力发电机 - Google Patents

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Abstract

一种高空轨道帆板风力发电机，由两个或两个以上的环形塔架以中心塔架为圆心，环绕在中心塔架周围，在环形塔架的顶端安装有一个以中心塔架为圆心的水平环形轨道，跑车置于环形轨道上，偶数根下层旋转力臂安装在跑车上，沿环形轨道的中心径向均匀布置，与下层旋转力臂数量相同的上层旋转力臂平行正叠安装在下层旋转力臂的上方，在每组上、下旋转力臂两端的异侧各安装有一个阴阳帆板，旋转齿轮安装在下层旋转力臂的下方，与环形轨道同心，增速齿轮与旋转齿轮啮合，并连接发电机。本发明的风力发电机结构简单，造价低廉，可以安全有效的利用高空风力进行发电，在保证风力机安全运行的前提下增大风力发电机的单机容量。

Description

一种高空轨道帆板风力发电机
技术领域
本发明涉及一种风力发电装置，具体涉及一种帆板式风力发电装置。本发明的风力发电装置通过若干塔架组合，在高空架设环形轨道，可以支撑大径帆板式风力发电装置在不同风力下安全运行。
背景技术
当前，随着煤、石油、天然气等不可再生能源的枯竭，太阳能、风力等新能源逐渐被人们所重视，这类新能源具有清洁，不产生污染的特征，资源可以说是取之不尽。其中，风力发电是一种极具发展潜力的绿色能源，可以有效解决我国农村及偏远山区人民用电难用电贵的问题。
目前使用的风力发电机，不论是水平轴式还是垂直轴式，都是依靠风力发电机的中心轴来支撑风叶重量的。这样的话，当风叶越大时，风叶重力中心与风力发电机中心轴之间产生的垂直向下的力矩就越大，这种力对风力发电机是有破坏作用的，因此，现有风力发电机所能承受的风叶长度是有限的。
长期以来，人们一直试图通过增大风轮直径和增加塔架高度来增大风力发电机的单机客量，提高风力发电效益。然而，由于单塔支撑风轮旋转的重心较高，使得可摆动的范围非常狭窄，存在极大的安全隐患，20米/秒以上的风速无法利用，只好采取失速措施，望大风兴叹！致使单机容量增大越来越难。
发明内容
本发明的目的是提供一种由大径风轮乘跑车在以若干塔架支撑的环形轨道上旋转发电的高空轨道帆板风力发电机，以在保证风力机安全运行的前提下增大风力发电机的单机容量。
本发明的高空轨道帆板风力发电机包括中心塔架、环形塔架、环形轨道、跑车、下层旋转力臂、上层旋转力臂、拉杆、阴阳帆板、旋转齿轮、增速齿轮和发电机，两个或两个以上的环形塔架以中心塔架为圆心，环绕在中心塔架周围，在环形塔架的顶端安装有一个以中心塔架为圆心的水平环形轨道，跑车置于环形轨道上，偶数根的下层旋转力臂安装在跑车上，沿环形轨道的中心径向均匀布置，与下层旋转力臂数量相同的上层旋转力臂平行正叠安装在下层旋转力臂的上方，在每组上、下旋转力臂两端的异侧各安装有一个阴阳帆板，旋转齿轮安装在下层旋转力臂的下方，与环形轨道同心，增速齿轮与旋转齿轮啮合，并连接发电机，以带动发电机发电。
所述的阴阳帆板由至少一片帆板片组成，帆板片以阴阳帆板上的一条长边为转动轴，只可在旋转力臂的安装一侧水平转动。其中，阻风一侧阴阳帆板的帆板片被旋转力臂挡住，与风力线相交，阻力较大，推动旋转力臂旋转；顺风一侧的阴阳帆板的帆板片依帆板转动轴随风转动，与风力线平行，阻力较小。
所述的高空轨道帆板风力发电机还包括安装在中心塔架和环形塔架底部的液压升降机，液压升降机统升或统降中心塔架与环形塔架，以使环形轨道始终保持水平。
本发明高空轨道帆板风力发电机的支撑体系是由两个或两个以上的环形塔架与环形轨道组合为大径正圆柱体，使得上、下层旋转力臂的重心降低，可摆动范围宽泛。其中，每组上、下层旋转力臂分别用拉杆固定成三角形结构，上、下层旋转力臂之间相距4～6米。
所述的增速齿轮和发电机可以安装在高空轨道帆板风力机上的任何部位，本发明是将其安装在中心塔架上的顶部。
有资料显示，当地面风力2级，风速2.6米/秒时，垂直上升至100米空中的风力5～6级，风速8.7米/秒，垂直上升至150米的风力8～12级，风速26米/秒。
若高空轨道帆板风力发电机由16个风轮直径为100米的单塔帆板风力机组合而成，则塔架可增高1倍，风速增大1倍，风轮直径增大1倍，阻风帆板片数增加3倍。
由此可知，组合后的高空轨道帆板风力发电机吸纳的能量是单塔帆板风力机的4倍，仅就单机容量而言，则增大了63倍。而塔架增高所使用的钢材可由旋转力臂节约部分调换补充，因此，高空轨道帆板风力发电机的经济效益提高了3倍。
单塔帆板风力机的重心可摆动范围只有0.5米，高空轨道帆板风力发电机的重心可摆动范围少说也有50米，安全系数在100倍以上。由于风轮水平旋转，离心加速度不与重力加速度叠加。离心力增大带来的破坏作用仅有2倍，相抵之后，高空轨道帆板风力发电机安全运行的能力提高了98倍。使20米/秒以上的风力成为了风力机安全运行的风速，发电机容量以几何级数增大。
本发明的高空轨道帆板风力发电机结构简单，造价低廉，可以安全有效的利用高空风力进行发电。
附图说明
图1是本发明高空轨道帆板风力发电机的结构示意图；
图2是图1中液压升降系统的横切面构造示意图；
图3是图1中风轮部分的横切面结构示意图。
具体实施方式
高空轨道帆板风力发电机的结构如图1所示，由塔架和风轮两部分组成，具体包括中心塔架1、环形塔架2、环形轨道3、跑车4、下层旋转力臂5、上层旋转力臂6、拉杆7、阴阳帆板8、旋转齿轮9、增速齿轮10、发电机11和液压升降机12。
其中，塔架部分包括1个中心塔架1和8个以中心塔架1为圆心，环绕在中心塔架1周围的环形塔架2，中心塔架1与环形塔架2借鉴塔吊的构造，由若干个塔节组成，在塔架部分的底部安装有图2所示的液压升降机12，可以同时将塔节一节一节加入或取出，使塔架部分中心塔架1和环形塔架2统升或统降，维持塔架部分顶部始终处于水平状态。
风轮部分的构造如图1、图3所示，在环形塔架2的顶端安装有一个以中心塔架1为圆心的水平环形轨道3，跑车4置于环形轨道3上，4根下层旋转力臂5沿环形轨道3的中心径向均匀分布安装在跑车4上，用拉杆7固定成三角形结构。上层旋转力臂6同下层旋转力臂5，平行正叠安装在下层旋转力臂5正上方，与下层旋转力臂5垂直相距4～6米。8块长方形的阴阳帆板8分别固定安装在每个上、下旋转力臂的两端异侧，每块阴阳帆板8由3块帆板片组成，象一扇扇门一样，以一条长边为垂直转动轴，在旋转力臂的一侧水平转动。每一块帆板片的宽度控制在800～1000mm。其中，阻风一侧的帆板片被旋转力臂挡住，整个帆板片面受力，阻力较大，推动旋转力臂旋转；顺风一侧的帆板片依垂直转动轴随风转动，帆板片面张开至与风向平行，阻力较小，使整个风轮产生巨大的不平衡力而旋转。
旋转齿轮9安装在下层旋转力臂5的下方，与环形轨道3同心，增速齿轮10啮合在旋转齿轮9上，并与发电机11连接，增速齿轨10和发电机11均安装在中心塔架1上。风轮旋转产生的动力带动发电机11发电。

Claims (5)

1.一种高空轨道帆板风力发电机，包括中心塔架(1)、环形塔架(2)、环形轨道(3)、跑车(4)、下层旋转力臂(5)、上层旋转力臂(6)、拉杆(7)、阴阳帆板(8)、旋转齿轮(9)、增速齿轮(10)和发电机(11)，其特征是两个以上的环形塔架(2)以中心塔架(1)为圆心，环绕在中心塔架(1)周围，在环形塔架(2)的顶端安装有一个以中心塔架(1)为圆心的水平环形轨道(3)，跑车(4)置于环形轨道(3)上，偶数根下层旋转力臂(5)安装在跑车(4)上，沿环形轨道(3)的中心径向均匀布置，与下层旋转力臂(5)数量相同的上层旋转力臂(6)平行正叠安装在下层旋转力臂(5)的上方，在每组上、下旋转力臂两端的异侧各安装有一个阴阳帆板(8)，旋转齿轮(9)安装在下层旋转力臂(5)的下方，与环形轨道(3)同心，增速齿轮(10)与旋转齿轮(9)啮合，并连接发电机(11)，以带动发电机(11)发电；
所述高空轨道帆板风力发电机还包括液压升降机(12)，所述的液压升降机(12)安装在中心塔架(1)和环形塔架(2)的底部；
所述的阴阳帆板(8)由至少一片帆板片组成，帆板片以阴阳帆板(8)上的一条长边为转动轴，只可在旋转力臂的安装一侧水平转动。
2.根据权利要求1所述的高空轨道帆板风力发电机，其特征是液压升降机(12)统升或统降中心塔架(1)与环形塔架(2)，使环形轨道(3)始终保持水平。
3.根据权利要求1所述的高空轨道帆板风力发电机，其特征是每组上、下层旋转力臂分别用拉杆(7)固定成三角形结构。
4.根据权利要求1所述的高空轨道帆板风力发电机，其特征是上、下层旋转力臂之间相距4～6米。
5.根据权利要求1所述的高空轨道帆板风力发电机，其特征是所述的增速齿轮(10)和发电机(11)安装在中心塔架(1)上。
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