CN106150909A - 多轮聚风高效垂直轴风力发电机 - Google Patents
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Abstract
一种用多个垂直轴风轮、聚风板来聚集和高效利用风能的多轮聚风高效垂直轴风力发电机。升、阻力都得到利用。它是由多个风轮、聚风板、同步齿轮、聚风板开合器和风轮架组成了风能转换部分。风轮风叶之间相互交叉，风轮密实度100%，聚风板聚风增压，风速加快，启动风速低，利于低风速区工作。聚风板开合器可控制风轮转速和刹车，风力做功范围大。风轮两端连接风轮架，跨梁结构，力学强度大，抗风能力高。风轮风叶在轴向分成相等的两段，径向角度等份交错排列，两段风叶转动产生的波动变化相互抵消，动能输出平稳。风轮一端有同步齿轮齿合，保证了相互交叉的风叶之间距离相等不相碰撞。由于边缘聚、挡风板的阻挡，风力不易绕过边缘，风能利用提高数倍。
Description
技术领域
本发明涉及一种能把风能通过机械转换成电能的机械装置，属于风力发电机领域，尤其是用多个垂直轴风轮、聚风板来聚集和高效利用风能的风力发电机。
背景技术
太阳已经亿万年了，他给地球带来无穷无尽的光和热，他给了人类了生命和温暖，他给了万物生生不息，他给了自然丰富多彩；天然气，石油，煤是阳光与自然长时间气态，液态，固态沉淀储存状态的转换，是大自然长期积累的结果，人们在短时间内的大量开采使用，日益减少，很难再生；阳光是源头，能量是巨大的，取之不尽，用之不竭的，亲近源头，直接利用太阳能量资源，提供干净环保的新能源，减少矿石能源作为燃料使用，会减少对环境的污染。阳光辐射大气层，空气膨胀，形成气流，便成了无处不在的风；风是太阳能转换成的动能状态，风能的利用也可以说是对太阳能的利用；风能是可再生、清洁、取用不尽。
目前，风能的利用主要是发电，风力发电机构造是由风轮、发电机、塔杆、风舵组成。风力发电机从风能作用在风叶上产生的力，可以分为升力型和阻力型；风力发电机从风轮转轴与风力方向所处的状态，可以分为水平轴和垂直轴。
风轮转轴平行于风向的水平轴风力发电机属于升力型，风力可以作用在每个螺旋桨叶上产生升力，风轮转动，带动发电机发电。但是，桨叶连接结构为单点支撑的悬臂梁式，这种结构的抗风能力弱。用变桨机构进行调速，变桨机构在螺旋桨叶的根部，结构复杂，风轮的制作和强度要求高。风轮直径大，转速就会低，连接到发电机的增速机构级数大。风轮密实度大时，风力容易绕过风轮，影响风力做功，风轮密实度小时，启动风速高，对风能不能全面的很好的利用。有专门独立的摩擦片刹车机构。尖速比高，易产生噪声污染和对飞鸟造成伤害。
风轮转轴垂直于风力方向的垂直轴风力机可以是升力型，也可以是阻力型。升力型的启动性能低，启动风力要求高；阻力型的风能效率低。
水平轴风力发电机，每个螺旋桨叶转动后受风面不变化，产生的升力是均衡的，多一片桨叶就多一份升力，力矩就多输出一份，但桨叶过多时，对风的阻挡也大，风力容易绕过风轮。垂直轴风力发电机，每个风叶转动，受风面不断的变化，是波动的，增加风叶只能减少波动幅度，不能达到均衡力矩输出和充分利用风叶面积。
发明内容
为了克服现有的风力发电机上述的不足, 本发明提供一种多轮聚风高效垂直轴风力发电机，该风力发电机不仅能把风能通过机械转换成电能。而且风轮抗风能力强，没有桨叶变桨机构，增速机构级数小或无，没有专门刹车机构，不易产生噪声，启动风速低，风力做功范围宽，风能利用得到大的提高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在塔杆上，多个轴垂直风轮安置在风轮架上，风轮前有聚风板挡住了风轮半边的风叶，风力作用在另外半边的风叶上，推动风轮旋转。每个风叶在旋转时和垂直于风向形成的受风面是不断变化的，由小变大，在由大变小。不断波动的。当风叶与风向成90°时，受风面最大，受到的推力也是最大。当风叶与风向形成的夹角小时，受风面也是很小，受到的推力也小，但同时受到风力在风叶面上产生的升力，随着夹角不断变大，升力变大，到了一定角度时，升力会变小，推力会变大，直至90°的最大。这样，升力和阻力（与推力相对应的）都做了功，风能的利用率得到了提高。
每个风轮两端连接在风轮架上，形成两点支撑的跨梁结构，这种结构力学强度大，抗风能力强。风轮直径越小，转速越高；在风轮架内，风轮越多，其直径可以越小，输出的转速越高，这样可以根据需要，选择合适的直径，得到所需转速，增速机构级数小或无。风轮尖速比小，不易产生噪声。外观轮廓明显，不易对飞鸟造成危害。
在风轮架上，除了左右最两端的风轮外，每两个风轮前有一对聚风板，与风向形成一定的倾斜角度，挡住两个风轮相邻的半边风叶，风力被阻挡聚集，压强增大，风速加快，作用在风轮的另一半风叶上。风轮的风叶都相互交叉，这样，当一个风叶的受风面不断变小时，相邻风轮交叉的风叶受风面不断变大，风轮转到任何角度，风轮间都不会出现空隙，风轮密实度达到了最大；由于风轮转动方向平行于风向，风力都可转化成机械能。排列在左右最两端的两个风轮前有一个聚风板的阻挡，风力不易绕过两端边缘；风轮架上、下框有挡风板，阻挡风从上下边缘绕过。使风力做功达到最大化，启动风速低。聚风板阻挡面是可控的，减少聚风板的阻挡面，风力在聚风板后的风叶上产生阻力，与另一边形成阻力差，风轮转速降低，通过调整聚风板的开合可调整风轮的转速和刹车，调速和刹车为一体；这样，切出风速可以更接近安全风速，可在更宽的风速范围做功。风能利用得到大的提高。
每个风轮的风轮转轴上，风叶在轴向分为相等的两段，径向角度等份交错排列。可以在迎风面变化上形成时间差，两段风叶转动产生的波动变化会相互抵消，不易产生抖动，输出平稳的动能。
风轮一端有齿轮齿合串联，它能保证风轮同时转动，相互交叉的风轮风叶之间保持相同的距离，不会相撞，起着同步转动的作用。
本发明的有益效果是，风轮支撑成跨梁结构，力学强度大，抗风能力强，风轮转速高，增速机构级数小或无，结构简单，易于制作，利于维护；部件可组装，利于运输；不产生噪声和对飞鸟不伤害，利于环保；启动风速低，利于低风速区工作；升力和阻力都得到利用，风轮密实度可达到最大100%，风能利用提高数倍。聚风板开合可调转速和刹车，风力做功范围宽，风能利用得到大的提高。利于大功率风力发电机的制作。也可当风力机使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的工作原理图；
图2是零部件风轮的立体示意图；
图3是多轮聚风高效垂直轴风力发电机实施例的立体示意图。
图中 1.风轮，2.风轮转轴，3.风叶1，4.风叶2， 5.聚风板，6.聚风板开合器，7.轴承，8.风轮架， 9.同步齿轮， 10.发电机，11.塔杆，挡风板（12）。
具体实施方式
在图1中，多个相同的风轮（1）和聚风板（5）组成风能转换部分，通常垂直轴风轮转动时，风叶受风面是不断变化的，不能截取所有时间段的风能，为保证能截取到所有的风能，风轮之间风叶相互交叉，转动时，一个风轮风叶的受风面不断变小，相邻风轮风叶的受风面就会不断变大，风轮间就不会有缝隙。左右最两边的风轮（1）前，有一个聚风板（5），风力不易绕过左右边缘，剩下的每两个风轮前都有一对聚风板（5），风力被阻挡聚集，压强增大，风速加快，风轮组的密实度可达到100%。聚风板（5）有三种工作状态，完全打开，风轮转轴一侧风叶可得到全部风力，利于启动，部分开合，两侧有大小不同的风力，可以调整转速，合起，两侧风力相等，风轮停止转动，可刹车。
在图2所示零部件风轮中，风轮转轴（2）上，风叶（3），风叶（4）轴向分为相等的两段，径向角度等份交错排列，这样可输出平稳的动能 。
在图3所示实施例中，塔杆（11）连接在能转动的风轮架（8）上框、下框中间的连接孔上，上框、下框上有挡风板（12），风力不易绕过上下边缘。多个风轮（1）两端通过轴承（7）连接在风轮架（8）上，所有风轮（1）一端有同步齿轮（9）齿合相连，保证相互交叉的风轮风叶距离相等，转动同步；带动一个发电机时，又可起着传动的作用。在风轮架（8）下框固定连接的发电机（10）与风轮（1）相连，得到动能。在风轮架（8）上连接多个聚风板（5）的两端，聚风板（5）上有聚风板开合器（6）来控制到风轮（1）上的风量。
Claims (10)
1.一种多轮聚风高效垂直轴风力发电机，包括发电机（10）、塔杆（11），其特征是：在塔杆（11）上有能转动的风轮架（8），风轮架（8）上有多个垂直轴风轮（1）和聚风板（5）。
2.根据权利要求1所述的多轮聚风高效垂直轴风力发电机，其特征是：风轮架（8）的上框、下框的中间有和塔杆（11）连接的连接孔，上框、下框上有挡风板（12）。
3.根据权利要求1所述的多轮聚风高效垂直轴风力发电机，其特征是：风轮架（8）的上框、下框上支撑连接着多个风轮（1）、聚风板（5）的两端。
4.根据权利要求1所述的多轮聚风高效垂直轴风力发电机，其特征是：多个风轮（1）排列在风轮架（8）上，相邻风轮风叶之间相互交叉。
5. 根据权利要求4所述的多轮聚风高效垂直轴风力发电机，其特征是：每个风轮（1）的风轮转轴（2）上，风叶在轴向分为风叶（3）、风叶（4）相等的两段，径向角度等份交错排列。
6.根据权利要求4所述的多轮聚风高效垂直轴风力发电机，其特征是：风轮（1）的一端有同步齿轮（9）齿合相串连。
7. 根据权利要求3所述的多轮聚风高效垂直轴风力发电机，其特征是：排列左右最两端的两个风轮（1）前有一个聚风板（5），中间每两个风轮（1）前有一对聚风板（5）。
8. 根据权利要求7所述的多轮聚风高效垂直轴风力发电机，其特征是：聚风板（5）与风向形成一定的倾斜角度，挡住风轮（1）的半边，风轮转轴（2）一侧的风叶。
9.根据权利要求7所述的多轮聚风高效垂直轴风力发电机，其特征是：中间每两个风轮（1）前的一对聚风板（5），挡住两个风轮（1）相邻的半边的风叶。
10.根据权利要求1所述的多轮聚风高效垂直轴风力发电机，其特征是：聚风板（5）上有聚风板开合器（6）。
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