CN103511180A

CN103511180A - 恒转速阻力型垂直轴风力水力多用叶轮及控制方法

Info

Publication number: CN103511180A
Application number: CN201310040050.8A
Authority: CN
Inventors: 吴尚成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-01-15

Abstract

恒转速阻力型垂直轴风力、水力多用叶轮，针对叶片在风速、水速不断变化时，不能恒转速或恒功率输出动力的原因。找到新材料和方法，使叶片在风速、水速不断变化时，恒转速或恒功率输出动力。且制作材料丰富，结构简单。从而为所有几瓦到几百兆瓦级大型垂直轴风力、水力机组提供高效动力支持。带动所有水平轴风力水力发电机(把其发电机置于本叶片下)和垂直轴发电机恒转速、恒功率工作。

Description

恒转速阻力型垂直轴风力水力多用叶轮及控制方法

根据：高效率阻力型垂直轴风力水力多用叶片的说明书所述，由网格栅、铰链、膜布板，转动轴四种基本材料构成的叶片。它的理论最大效率是100％，实用效率达90％以上。(现在水平轴叶片平均效率为42％左右，理论最大效率59％)。其输出功率范围很大，尤其是他的水力叶片功率可达几十兆瓦，甚至百兆瓦以上。这是风力叶片无法达到的。

但是他仍然有不足之处：随着风速忽快忽慢、水流速度时大时小，叶片带动转轴转速变动不定，对于需要恒转速、恒功率的设备来说则是大麻烦。碰上极端的大风涌浪天气，只能看着叶片被风吹水推着狂转。叶片磨损、疲劳加剧。

本发明：恒转速高效率阻力型垂直轴风力、水力多用叶轮，继承其构造简单、效率高(仍然可达90％以上，理论最大效率仍然是100％)的特点，针对其不足，通过控制改变叶片迎风、迎水面积，使叶片在不同风速、不同水速作用下所受到的压力恒定，使输出动力的转轴受到恒定的扭矩，从而恒速转动，带动恒功率或恒转速设备正常工作。从而做到：不管风吹浪打，胜似闲庭稳步。

恒转速高效率阻力型垂直轴风力水力多用叶轮，它的构成要素：网格栅。铰链和膜布板融合成的卷轴。蜗轮轴加步进电动机或自锁步进电动机。传动轴。转动轴(筒)或绕轴转动的部件。支架臂。

网格栅：是包括筛、网、网格栅、单孔格框、多孔格框以及它们放大或缩小比例后的形状等、通透率大于5％的、通透形、通透性材料或结构的统称。网格栅的格孔(即筛孔、网孔、网格栅孔、框孔等通透部分)是任意多边形或曲线形形状而且不限数量。网格栅可由小块不同格孔的网格栅组成更大块的网格栅。网格栅是大格孔的网格栅上覆挂筛、网等小格孔的网格栅。网格栅是任一多边形、曲线形的平面网状、波形网状、U形网状、半椭球网状、螺旋网等。(通透率＝网格栅通透部分的面积/网格栅的外周围总面积×100％)。

卷轴：是由膜状材料、布状材料、其他编织物材料、矩形条板连续铰接材料、网格栅等，通透率小于95％的、可反复展开、绕卷的材料和转轴组成(转轴的两端带固定座)。把可绕卷材料的一边固定在两端带固定座的转轴上，卷绕，就成为卷轴。可绕卷材料的宽度小于固定座间距离，可绕卷材料的形状不限、但不影响卷轴卷动。(固定座用于把卷轴固定在网格栅上，不让卷轴相对于网格栅移动，固定座不影响转轴和卷轴的转动和卷动，不影响卷轴的连接联动)。卷轴的转轴两端可以连接、对接其他卷轴组成很长的联动卷轴(也称卷轴)。

蜗轮轴：是丝杆轴与齿轮轴垂直且丝杆螺丝与齿轮齿咬合的设备。只有丝杆轴的转动能带动齿轮旋转，丝杆轴停止转动后，齿轮轴受外力不能转动。齿轮轴的一端或两端都可连接卷轴。

支架臂：是从转动轴(筒)或绕轴转动的部件上伸出的安装叶片的支架，间接安装叶片时用)。

自锁步进电动机：是电动机停转后能锁住电动机转子，不让转子受外力转动的电动机。

恒转速高效率阻力型垂直轴风力、水力多用叶轮的结构如下：

把不限数量和材质的卷轴，用卷轴两端的固定座，以同一角度或不同角度，固定在网格栅的一侧(卷轴完全展开并且在风力、水力重力作用下能覆盖住网格栅)。在每个卷轴的端头一端连上自锁步进电机、或连上蜗轮轴加步进电机并固定。也可用传动轴把几条卷轴、或网格栅上划分的一片片区域内的卷轴、甚至所有联动卷轴端头的蜗轮轴，用传动轴联动传动，再连上步进电动机。带动卷轴随需要转动，展开、卷起一定的量，甚至完全卷起、展开。这样叶片就形成了。

把最少这样的两片叶片，按轴对称、或同向围绕转动轴(筒)等间距的安装方式，直接安装到转动轴(筒)或绕轴转动的部件的一侧、或间接安装到转动轴(筒)或绕轴转动的部件的一侧。【三片叶片以上的的恒转速更易实现。叶片最大迎风迎水面与转动轴轴截面重合时(即夹角为0度)效率最高】直接安装是把网格栅的一边直接安装到转动轴(筒)或绕轴转动的部件上。间接安装是把叶片安装到固定在转动轴(筒)或绕轴转动的部件的支架臂上。支架臂数量不限。再用拉丝或拉杆把支架臂与转动轴或转动筒之间、支架臂与其他支架臂上的叶片之间、叶片与叶片之间拉紧即可(支架臂和网格栅的强度太好时，可不用拉丝拉杆)。这样叶轮就形成了。

阻力型垂直轴叶轮在转动状态，以顺风轴截面为界，分为：顺风转动动力区和逆风转动阻力区。

恒转速高效率阻力型垂直轴风力、水力多用叶轮的恒转速实现方法如下：

当风速、水流变大时，电脑接收风速、水速传感器、或转速传感器、或扭矩传感器、或电压传感器、或电流传感器、或综合上面两种或两种以上传感器等传来的数值，这些数值是比预先设定的恒转速、恒功率的数值渐大的数值时。由电脑指挥步进电机，在叶片绕轴转动到逆风转动阻力区，尤其是逆风转动阻力区的迎风迎水轴截面附近时，，逐卷控制卷轴、或逐片或逐区域控制卷轴，卷起一定程度或完全卷起，甚至控制全部卷轴卷起一定程度或完全卷起(即停机检修状态)。使得叶片所受偏大的压力减小、转速减小，也使各种传感器数值减小并趋向预设恒定值，使转动轴(筒)保持恒转速转动，从而使叶轮恒功率输出动力，带动恒功率设备工作。

反之当风速或水速变小时，由电脑接收风速、水流速传感器、或转速传感器、或扭矩传感器、或电压传感器、或电流传感器、或综合上面两种或两种以上传感器等传来的数值，这些数值是比预先设定的恒转速、恒功率的数值渐小的数值时。由电脑指挥电动机，在叶片绕轴转动到逆风转动阻力区，尤其是逆风转动阻力区的迎风迎水轴截面附近时，逐卷控制卷轴，或逐片或逐区域控制卷轴，甚至控制全部卷轴展开一定程度或完全展开。使得叶片所受偏小的压力增大、转速增大，也使各种传感器数值增大并趋向预设恒定值，从而使转动轴(筒)保持恒转速转动，使叶轮恒功率输出动力带动恒功率设备工作。。

其工作原理：在风力推动下，顺风轴截面一侧的叶片受风压力一直大于另一侧叶片受的压力，使压力大的一侧叶片顺风推着垂直轴不停转动，输出动力。在水中，水力作用下也是如此。

本叶轮用途：利用风力、水力输出动力。把风能、水能转化成机械能并输出机械能。连接增速机或减速机输出动力。风力水力景观。风力、水力教育。玩具风车水车。风力水力模型。风力水力制(致)热。带动一切水平轴风力水力发电机发电(将其置于本叶轮下)带动所有垂直轴设备工作。，海洋流发电、潮汐流发电、水力提水、水力教育、水电制氢、风电制氢、海洋流发电制氢、潮汐流发电制氢、海洋流发电制淡水、制钾肥等海洋资源开发，以及一切适合用本叶轮风动力、本叶轮水动力的设备和需要。

Claims

1.恒转速阻力型垂直轴风力水力多用叶轮及控制方法，它的主要特征是：其组成部分有，网格栅(统称)。卷轴。蜗轮轴。步进电动机或自锁步进电动机(电动机停电后锁住转子，不让转子受外力转动)。传动轴。转动轴(筒)或绕轴转动的部件。支架臂(从转动轴(筒)或绕轴转动的部件上伸出的支架臂，间接安装叶片时用)。。

网格栅：是包括筛、网、网格栅、单格孔框、多格孔框，以及它们放大或缩小比例后的形状等，通透率大于5％的、通透形、通透性材料或结构的统称。网格栅构成材质和制作方法不限。网格栅的基本构成孔或格孔(即筛孔、网孔、网格栅孔、框孔等通透部分)是任一多边形或曲线形状且数量不限。网格栅可由小块不同格孔的网格栅构成更大块的网格栅。网格栅是大格孔的网格栅上覆挂小格孔的网格栅。网格栅的形状是任一多边形、曲线形的平面网状、波形网状、U形网状、半椭圆球网状、等。(通透率＝网格栅通透部分的面积/网格栅的外周围总面积×100％)。

卷轴：是可反复展开绕卷的，任一多边形或曲线形的膜状材料、布状材料、其他编织物材料、矩形板状材料顺续铰接、网格栅等材料和转轴(两端有固定座)组成。把可绕卷材料的一边固定在转轴上，卷绕，就成为卷轴。可绕卷材料的宽度小于固定座间距离。(固定座只是为了把卷轴固定在网格栅上，使卷轴不与网格栅相对位移，固定座不影响转轴和卷轴的转动、卷动，不影响转轴的联动连接、联动对接。)。卷轴的两端可以对接、连接其他卷轴组成很长的连接联动卷轴(也简称为卷轴)。

蜗轮轴：是丝杆轴与齿轮轴垂直且丝杆螺丝与齿轮齿咬合的设备。只有丝杆轴的转动能带动齿轮旋转，丝杆轴停止转动后，齿轮轴以及它联动的转轴受外力不能转动。齿轮轴的一端或两端都可以连接卷轴。

自锁步进电动机：是电动机停电后锁住转子，不让转子受外力转动的步进电动机。

恒转速高效率阻力型垂直轴风力、水力多用叶轮的结构是：

用卷轴两端的固定座，把不限数量、材质的卷轴以同一角度或不同的角度固定在网格栅的一侧。(所有卷轴在风力水力或重力作用下完全展开能覆盖住网格栅而不互相重复覆盖，效率最高)。在每个卷轴的一端连上自锁步进电动机、或在每个卷轴的一端连上蜗轮轴接步进电动机。也可用传动轴把几条卷轴端头的蜗轮轴、或网格栅上划分的一片片区域内的卷轴端头的蜗轮轴、甚至所有卷轴端头的蜗轮轴用传动轴联动传动，再用步进电动机带动卷轴随需要展开、卷起一定的量，甚至完全卷起、完全展开。这样叶片就形成了。把最少这样的两片叶片，按轴对称或同向绕轴等间距、直接安装到转动轴(筒)或绕轴转动的部件一侧，或间接安装到转动轴(筒)或绕轴转动的部件一侧。【三叶片以上的恒转速更易实现。叶片最大迎风迎水面与转动轴轴截面重合时(即夹角为0度)效率最高】。直接安装是把叶片(或网格栅)的一边，直接安装到转动轴(筒)或绕轴转动的部件上。间接安装是把叶片安装到从转动轴(筒)或绕轴转动的部件上伸出的支架臂上。支架臂数量不限。这样叶轮就形成了。(以上只看最终结构、不论组成先后顺序)

本叶轮用途：在风力、水力推动下输出动力。把风能、水能转化成机械能并输出其他设备转化为其他能。连接增速机或减速机输出动力。风力、水力景观。风力、水力教育。玩具水车、风车。风力、水力制(致)热。风力、水力发电。带动所有水平轴风力发电机发电(将其发电机置于本叶轮下)。带动垂直轴发电机发电。海洋流发电、潮汐流发电、水电制氢、风电制氢、海洋流发电制氢、潮汐流发电制氢、海洋流发电制淡水、制钾肥等海洋资源开发，以及一切适合用本叶轮风动力、本叶轮水动力的设备和需要。

2.恒转速高效率阻力型垂直轴风力、水力多用叶片的恒转速实现方法如下：当风速、水流变大时，电脑接收风速或水速传感器、或转速传感器、或扭矩传感器、或电压传感器、或电流传感器、或综合上面两种或两种以上传感器等传来的数值。这些数值是比预先设定的恒转速、恒功率的数值大的时候。当叶片绕轴转动到逆风转动阻力区，尤其是逆风转动阻力区的迎风迎水轴截面附近时，电脑指挥步进电机，逐卷控制卷轴，或逐片或逐区域控制卷轴，卷起一定程度或完全卷起；甚至控制全部卷轴卷起一定程度或完全卷起。(当全部卷轴完全卷起即停机检修状态)。使得叶片顺风转动动力面上的、阻风挡水的膜布板面积减小，使叶片受水风的压力减小，扭矩随之减小，转速也随之减小，也使以上各种传感器数值减小并趋向预设恒定值，从而使转轴恒转速转动，或使其恒功率输出动力带动恒功率设备工作。

反之当风速或水速变小时，由电脑接收风速、水速传感器、或转速传感器、或扭矩传感器、或电压传感器、或电流传感器、或综合上面两种或两种以上传感器等传来的数值，这些数值是比预先设定的恒转速、恒功率的数值小的时候。当叶片绕轴转动到逆风转动阻力区，尤其是逆风转动阻力区的迎风迎水轴截面附近时，电脑指挥步进电机，逐卷控制卷轴，或逐片或逐区域控制卷轴，甚至控制全部卷轴展开一定程度或完全展开。使得叶片顺风转动动力面上的、阻风挡水的膜布板面积增大，使叶片受水风的压力增大，扭矩随之增大，转速也随之增大，也使以上各种传感器数值增大并趋向预设恒定值，从而使转轴恒转速转动，或使其恒功率输出动力带动恒功率设备工作。

3.根据权利要求1所述：由网格栅，卷轴，转动轴(筒)或绕轴转动部件组成的结构和其用途为本项述求。