CN1062192A - 单元组合圆柱形立轴式风力机 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种立轴式风力机。该风力机的转子 由多层单元连接而成，每一层上安装有多个均匀分布 的直立叶片，各叶片又与该层上下轮箍圈互相连接， 各轮箍圈又通过辐条和主轴的法兰连接，形成了一个 结构强度很高的鼠笼状圆柱构架体。风力机采用分 级分层电速系统，不仅使其调速平滑，同时也使其运 行风速范围大大拓宽，甚至可以设计成全风速型风力 机。风机运转时如同一个巨大的圆柱陀螺。

Description

本发明是一种立轴式风力机。风力机的转子呈园柱体形状。受风旋转时如同一大型园柱陀螺。
现有各种类型的立轴式风力机，虽具有不用对风装置、效率高、结构简单、制造容易、重心在下等一系列优点，但还存在不少问题：S型风力机效率太低，旋翼型风机结构复杂，达里厄风力机起动调速困难等。而且随着设计功率的增加，风力机受风面积也相应增大，这就必然要使其高度、叶轮直径、叶片尺寸随之增大。现有大功率的立式风力机一般均是有较大的转子中轴通过横臂梁与垂直安装在转子中心线外缘的多排叶片钢性连接，为了确保承受巨大的颠覆载荷，转子主轴及主轴塔座不但直径很粗而且要埋设在很深的庞大基础上、整个转子的横梁、主轴及支撑连接需要大量的材料，而且调速系统也比较复杂。同时由于主轴直径太大，不仅笨重，轴后又形成强烈气动旋涡，使塔后风动工况变坏，又影响叶片运行。大风时整个转子在高速运转，转子的结构强度也成问题。因此对要求功率大、运行风速范围宽、调速系统简单可靠，易起动、结构强度大、运行可靠等性能采用现有立轴式风机是难以实现的。
本发明的目的正是在于克服现有立轴式风力机的上述问题，提供了一种新结构的风力机。它的转子呈鼠笼形园柱体式结构，从而使其整体结构强度大为提高，同时采用分级分层调速使其调节平滑，运转平稳可靠。
本发明的目的是这样实现的：风力机的转子由多层单元连接而成，每一层上安装有多个均匀分布的直立叶片，各叶片又与上下轮箍圈连接构成一个园柱框架体，架体垂直安装在下部的园锥形底座上。底座承受整个转子重力，同时各层轮箍圈又经辐条与转子主轴相连接形成了一个结构强度很高的鼠笼式长园柱框架体。整个转子在受风旋转时，如同一巨大的陀螺，而且在高速运转时也能平稳运行，这种结构转子的中心主轴就只承担传递各层转矩力而不太承重。因此直径较细，每个叶片宽度不大（按每层叶片数和风力机的实度设计而得出）固定型叶片中轴线上预埋两条穿心钢柱，钢柱两头有螺纹，这样就使叶片既是气动元件又是连接园柱框架元件，调速型叶片中轴线上装有偏心转动轴。转子主轴下部安装在下推力轴承上，转子主轴上部安装在中心拉盘的轴承上，中心拉盘经拉杆与定位柱连接，定位柱承重小，主要承受侧向拉力，保证转子垂直平稳运动，转子上的各层单元间隔安装上固定型和调速型叶片（也可在每层上的叶片间隔安装为固定型和调速型）。正常运转时所有叶片的轴线均与园周相切，大风超速时，Ⅰ级调速层上的叶片当不平衡离心力大于弹簧拉力时就会向外偏转一个角度而使该层出力立即变为负值而起到调速作用。各调速层叶片上的平衡弹簧拉力调整稍有差别，从而各调速层叶片动作也有先后，但无论哪层叶片在动作时（不稳状态），其它各层叶片（包括固定层和其它调速度层）均处在稳定运行状态，因而大大提高了转子的稳定性和可靠性，也使整个转子运行调速调节平滑。又因为整个转子体呈园柱框架结构，结构强度很高，加之转子转速又采用分级分层调节，转子叶片很多，又分布均匀，这样就既具备多叶片低风力机起动力矩大易起动的优点，又具有高速风力机高速高效的优点，同时也使运行风数范围大为拓宽，甚至可设计成为全风速型的风力机。
本发明的具体结构由以下实施例及其附图给出。
图1是这种风力机的整体结构图。
图2是这种风力机的俯视示意图。
图3是这种风力机调速叶片原理示意图。
下面结合图1进一步详细说明本发明提出的具体装置的细节及工作情况。
该风力机的转子是由多层单元连接而成，每层单元上安装有多个均匀分布的直立叶片（2），各叶片又与该层上下轮箍圈（3）互相连接，各轮箍圈又通过辐条（4）和主轴（1）的法兰（5）连接，形成了一个结构强度很高的鼠笼状园柱构架体，架体垂直安装在其下部园锥形的承重底座（6）上，底座安装在下轴承座（7）上，并经转动主轴（1）、增速器（8）、刹车器（14）、可驱动发电机或其它转动机械。转子主轴（1）上部安装在中心拉盘（9）上的轴承（13）中以保证转子运转垂直平稳。中心拉盘（9）经拉杆（10）与定位立柱（11）相连，并由钢缆（12）拉紧。转子上的各层单元间隔安装上固定型和调速型叶片，就是在第1、3、5……层安装有调速型叶片，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……级调速层。第2、4、6……层安装为固型叶片（也可在每层上的叶片间隔安装成调速型、固定型）。调速型叶片可绕中轴线上的偏心轴（15）转动，额定风速以下范围运行时各叶片中心轴线均于园周相切。每层叶片较窄，数量较多（一般大于6个，按设计实度值算出），叶片分布均匀，各层间叶片位置交错一个角度，使得整个风力机叶片分布均匀，起动容易，大风高速度运转时当第Ⅰ级调速叶片不平衡离心力大于弹簧（16）拉力时，叶片就会向外偏转一个角度，直至靠紧限位挡块（17），使该层功率输出变为负值。这样就使风机转速得到调节控制。如果风速继续增大，Ⅱ级、Ⅲ级调速级也会依次动作，使风机转速得到控制。这样调整使得每层调节过程中不稳定的部分仅为转子稳定部分的几分之一，从而保证了风力机的平滑稳定运行，也大大拓宽了运行风速范围。

Claims (3)

1、单元组合式园柱型立轴式风力机，该机有主轴(1)、多层叶片(2)、轮箍圈(3)、辐条(4)、园锥形转子底座(6)、上下轴承(7，13)、增速器(8)、刹车盘(9)。其特征是：风力机的转子由多层单元连接而成，每一层上安装有多个均匀分布的直立叶片，各叶片又与该层上下轮箍圈(3)互相连接，各轮箍圈又通过辐条(4)和主轴(1)的法兰(5)连接，形成了一个结构强度很高的鼠笼状园柱构架体，架体垂直安装在其下部园锥形的承重底座(6)上。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征是：转子上的各层单元间隔安装上固定型和调速型叶片，就是在第1、3、5……层安装有调速型叶片，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……级调速层。第2、4、6……层安装为固型叶片（也可在每层上的叶片间隔安装成调速型、固定型）。调速型叶片可绕中轴线上的偏心轴（15）转动。整个调速系统可按风速高低形成分级分层调节。
3、根据权利要求1所述的装置，其特征是叶片中轴线上预埋有两条穿心钢柱，钢柱两头有螺纹，这样就使叶片既是气动元件又是连接园柱框架体的元件。
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