CN201246276Y - 伞式风帆叶片风力机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了伞式风帆叶片风力机，它分为旋转型、轨道车型两类，旋转型伞式风帆叶片风力机由中心静轴、轴承、旋转套轴、旋臂、伞式风帆叶片、辅助设备组成。它具有重量轻、加工制造容易、风载荷对塔架弯矩作用力小、具有自起动功能、一次能转换效率高等优点；伞式风帆叶片风力机能降低风力发电投资成本，降低风电价格。

Description

伞式风帆叶片风力机

技术领域

本实用新型涉及一种风力机，尤其是一种旋转型伞式风帆叶片风力机，用于将风能转换成机械能，主要用于风力发电。

背景技术

目前，垂直轴风力机因风轮安装在相对靠近地面的风力比较小的地方，效率较低；风轮旋转时会产生很高的扭矩波动和无自启动能力，上世纪八十年代末之后发展己停滞。市场占绝对优势的水平轴风力机，因塔架高度较高，安装维护费用较高；风能转换的机械能不便于直接驱动热泵类的机械设备，风能利用需经电能的二次变换，这不仅降低了一次能的利用效率，而且增加了风能利用产业的投资；螺旋浆叶片和适应风向风速变化的两套装置制造费用高；因而设备的投资高，投资收回期长，这是风电贵的重要原因之一。

发明内容

本实用新型的目的在于解决上述不足。

本实用新型解决技术问题的方案如下：由流体力学原理可知：在飞机着陆过程中，当减速伞张开，气流作用在减速伞的凹面上，飞机速度迅速下降；飞机外挂副油箱呈流线体形，这能减小飞机的飞行阻力；伞式风帆叶片风力机的单元动力叶片就是利用上述原理来提高风能转换效率的。当风力机的单元动力风帆叶片在顺风位做正功时，纤维伞面张开，凹面迎风；当单元动力风帆叶片在逆风位做负功时，纤维伞面的凹面贴在流线体整流罩上，有效迎风面积小，叶片在一个周期运动过程中，做正功总量与做负功总量的比值大，一次能的转换效率高；伞式风帆叶片风力机的单元动力伞式风帆叶片分有系绳和无系绳两种类型，有系绳的单元动力伞式风帆叶片由伞骨(若干根)、连杆、整流罩、纤维伞面、系绳组成，若干根伞骨的一端与连杆的一端连在一起，连接并固定在旋臂或支臂的支点上，连杆的另一端指向旋转套轴运动的方向，每根伞骨的另一端通过系绳与纤维伞面上对应的纬带相连，每根伞骨与连杆的夹角呈相等的锐角，连杆与整流罩为一体结构，整流罩呈笼形(非实心)，外包络面呈流线体，连杆位于整流罩的中轴线上，连杆指向旋转套轴旋转运动方向的一端与整流罩的头部平齐，纤维伞面的头顶部与整流罩头部为一体结构，纤维伞面上有经带和纬带，经带呈园环形，等间距分布，纬带沿伞面径向分布，纤维伞面边缘外延长的纬带称系绳。无系绳的单元动力伞式风帆叶片由伞骨(若干根)、连杆、整流罩、纤维伞面组成，若干根伞骨的一端与连杆的一端连在一起，连接并固定在旋臂或支臂的支点上，连杆的另一端指向旋转套轴旋转运动相反的方向，每根伞骨与连杆的夹角呈相等的锐角，连杆与整流罩为一体结构，连杆位于整流罩的中轴线上，连杆指向旋转套轴旋转运动方向的一端与整流罩的头部平齐，纤维伞面的头顶部与整流罩头部为一体结构，纤维伞面上有经带和纬带，经带呈园环形，等间距分布，纬带沿伞面径向分布，纤维伞面边缘外无延长的纬带。伞式风帆叶片风力机有旋转型、轨道平车型两类。旋转型又分为垂直轴和垂直轴水平安装两类。旋转型伞式风帆叶片风力机由中心静轴、轴承、旋转套轴、旋臂、伞式风帆叶片和辅助设备组成，旋转套轴通过轴承固定连接在中心静轴上，为了克服现有垂直轴风力机由于扭矩不平衡引起的振动影响风力机使用寿命的问题，每台风力机的中央静轴上，安装两组转向相反、转矩大小相等、共轴线的旋转套轴若干个。若干个旋臂分布在每个旋转套轴的四周，旋臂的一端与旋转套轴固定连接；伞式风帆叶片在顺风位时产生的扭矩力大，为了减小风力扭矩对旋臂与旋转套轴结合部的切应力，常采用以下两种方式：与旋转套轴垂直的同一平面内沿径向分布的一组旋臂，径向每间隔一定距离，有园环形环臂与该组旋臂连接固定；沿旋转套轴轴向分布的不同组旋臂，有螺旋臂与相应的旋臂连接固定。旋臂分无支臂和有支臂两种，无支臂的旋臂，若干个单元动力叶片固定在旋臂的支点上；有支臂的旋臂，若干个单元动力叶片固定在旋臂、支臂的支点上。对于旋转型伞式风帆叶片垂直轴风力机，辅助设备是基座(或是基座加支架)，中心静轴竖直连接固定在基座上(或基座和支架上)；对于伞式风帆叶片旋转型中心静轴水平安装的风力机，分单垂直支撑和双垂直支撑两种，单竖直支撑的风力机，辅助设备是现有水平轴风力机的塔架、旋转支撑(或称回转体)、风轮对风装置；双垂直支撑的风力机，辅助设备除采用现有水平轴风力机的技术外，与现有水平轴风力机的区别是：在双支撑中，一个是固定塔架；另一个是风向随动塔架，风向随动塔架包括轨道车、轨道、塔架、旋转支撑，塔架下端连接固定在轨道车上，以中心静轴的一端为坐标原点，在中心静轴长度的四分之一和四分之三左右，与塔架连接固定的部位，有两种结构形状：1.园台形，内有园台形空心，2.园环形；在上述部位，中心静轴通过轴承与固定塔架和风向随动塔架的上端连接固定，轨道车能在园形轨道或四分之一的园形轨道上运动，后者旋转套轴能双向旋转、风力发电机是双向电机，轨道车能根据风向变化停在轨道上(制动状态)的合适位置，以便使风轮对风，这种风轮对风装置有人工对风和自动对风两类，自动对风装置用现有水平轴风力机的技术解决。由于伞式风帆叶片纤维伞面的开合次数与使用寿命有关，伞面的开合过程有一较短的时间，所以旋转型伞式风帆叶片风力机旋臂的长度应较长，旋转套轴的转速应较慢，风力机增速齿轮的传动比宜大一些，纤维伞面、整流罩的选材应考虑耐磨性，纤维伞面、尤其是与整流罩的结合部位应考虑其纫性、强度。用伞式风帆叶片替代翼板轨道平车上的翼板，就制造出伞式风帆叶片轨道平车型风电设备。

本实用新型的积极效果是：风力机的单元动力伞式风帆叶片在顺风位作正功时呈减速伞状，凹面兜风，逆风位作负功时呈流线体，凸面对风，循环一周做正功总量与做负功总量的比值大，以同一旋转轴上径向对称两单元动力风帆叶片为例，设甲叶片位于顺风位最大迎风面位置，风的作用力为f1，则乙叶片位于逆风位最小迎风面位置，风的阻力为f2，对塔架下端的弯矩作用力是2f2，f2是f1的十几分之一甚至几十分之一，因此该风力机与现有垂直轴风力机相比，有自启动功能；一次能的转换效率高；风载荷对塔架下端的弯矩作用小，塔架高度能提高，风轮离地面高度高，单位装机容量的风力机年输出总能量大大增加；由于每台风力机的中心静轴上，安装两组转向相反、转矩大小相等、共轴线的旋转套轴若干个，因此虽然每个旋转套轴存在扭矩不平衡，但作用在中心静轴上的扭矩不平衡可以互相抵消，因此扭矩不平衡对中心静轴、基座及整台风力机的影响极小；风力机风能转换的机械能更便于驱动水泵和热泵类的机械设备，能省去经电能二次变换和输送的中间环节，便于在能源需求侧直接利用风能，提高一次能的利用效率。旋转型伞式风帆叶片中心静轴水平安装的风力机与现有水平轴风力机比较，伞式风轮叶片比螺旋浆式叶片所需材料重量轻、价格低、加工设备简单、制造费用低；由以上分析可知，该风力机能降低投资成本，提高投资效益，缩短投资收回期，改变风电贵的局面。

附图说明

下面结合附图进一步描述本实用新型的实施方式：

图1本实用新型有系绳的单元动力风帆叶片的示意图

图2本实用新型无系绳的单元动力风帆叶片的示意图

图3、本实用新型旋转型伞式风帆叶片垂直轴风力机的示意图

图4、本实用新型旋转型伞式风帆叶片中心静轴水平安装单垂直支撑风力机的示意图

具体实施方式

实施例1  旋转型伞式叶片风力机。旋转型伞式风帆叶片风力机由中心静轴、轴承、旋转套轴、旋臂、伞式叶片和辅助设备组成，旋转套轴通过轴承固定连接在中心静轴上，为了克服现有垂直轴风力机由于扭矩不平衡引起的振动影响风力机使用寿命的问题，每台风力机的中心静轴上，安装两组转向相反、转矩大小相等、共轴线的旋转套轴若干个。若干个旋臂分布在每个旋转套轴的四周，旋臂的一端与旋转套轴固定连接；伞式风帆叶片在顺风位时产生的扭矩力大，为了减小风力扭矩对旋臂与旋转套轴结合部的切应力，采用以下两种方式：1.与旋转套轴垂直的同一平面内沿径向分布的一组旋臂，径向每间隔一定距离，有园环形环臂与该组旋臂连接固定；2.沿旋转套轴轴向分布的不同组旋臂，有螺旋臂与相应的旋臂连接固定。旋臂分无支臂和有支臂两种，旋臂的一端与旋转套轴固定连接。无支臂的旋臂，若干个单元动力叶片固定在旋臂的支点上；有支臂的旋臂，若干个单元动力叶片固定在旋臂、支臂的支点上。单元动力叶片分有系绳和无系绳两种类型。如图1所示，有系绳的单元动力风帆叶片由伞骨1(若干根)、连杆2、整流罩3、纤维伞面4、系绳5组成，若干根伞骨1的一端与连杆2的一端连在一起，连接并固定在旋臂6或支臂的支点上，连杆的另一端指向旋转套轴7旋转运动的方向，每根伞骨1的另一端通过系绳5与纤维伞面4上对应的纬带相连，每根伞骨1与连杆2的夹角呈相等的锐角，连杆2与整流罩3为一体结构，整流罩3呈笼形(非实心)，外包络面呈流线体，连杆2位于整流罩3的中轴线上，连杆2指向旋转套轴7运动方向的一端与整流罩3的头部平齐，纤维伞面4的头顶部与整流罩3头部为一体结构，纤维伞面4上有经带和纬带，经带呈园环形，等间距分布，纬带沿伞面径向分布，纬带延长至纤维伞面4边缘外的部分称系绳。如图2所示，无系绳的单元动力风帆叶片由伞骨1(若干根)、连杆2、整流罩3、纤维伞面4、充气管8组成，若干根伞骨的一端与连杆的一端连在一起，连接并固定在旋臂6或支臂的支点上，连杆的另一端指向旋转套轴7旋转运动相反的方向，每根伞骨1与连杆2的夹角呈相等的锐角，连杆2与整流罩3为一体结构，连杆2位于整流罩3的中轴线上，连杆2指向旋转套轴7旋转运动方向的一端与整流罩3的头部平齐，纤维伞面4的头顶部与整流罩3头部为一体结构，纤维伞面4上有经带和纬带，经带呈园环形，等间距分布，纬带沿伞面径向分布，纬带内嵌入细长的充气管8，纤维伞面4边缘外无延长的纬带。如图3所示，旋转型伞式风帆叶片垂直轴风力机由中心静轴9、轴承10、旋转套轴7、旋臂6、若干个伞式风帆叶片、基座11和避雷装置组成，中心静轴9竖直连接固定在基座11上；中心静轴9为中空结构，避雷导线、发电机导线、热泵的导管能从中穿过，中心静轴9上有园台形凸台12，旋转套轴7通过轴承10连接固定在凸台12上，凸台12下面是设备底座13，用于齿轮箱、发电机或热泵等换能设备的固定，避雷针14位于中心静轴顶部。对于旋转型中心静轴水平安装的风力机，分单垂直支撑和双垂直支撑两种，图4所示是旋转型伞式风帆叶片中心静轴水平安装单垂直支撑风力机的示意图，在中心静轴9长度的中间，与旋转支撑15连接固定的部位，有两种结构形状：1.园台形，内有园台形空心，2.园环形；中心静轴通过轴承与固定塔架16的上端连接固定，风轮对风装置与现有水平轴风力机相同。双垂直支撑的风力机，辅助设备除采用现有水平轴风力机的技术外，与现有水平轴风力机的区别是：在双支撑中，一个是固定塔架；另一个是风向随动塔架，风向随动塔架包括轨道车、轨道、塔架、旋转支撑，塔架下端连接固定在轨道车上，以中心静轴的一端为坐标原点，在中心静轴长度的四分之一和四分之三左右，与塔架连接固定的部位，有两种结构形状：1.园台形，内有园台形空心，2.园环形；在上述部位，中心静轴通过轴承与固定塔架和风向随动塔架的上端连接固定，轨道车能在园形轨道或四分之一的园形轨道上运动，后者旋转套轴能双向旋转、风力发电机是双向电机，轨道车能根据风向变化停在轨道上(制动状态)的合适位置，以便使风轮对风，这种风轮对风装置有人工对风和自动对风两类，自动对风装置用现有水平轴风力机的技术解决。用伞式风帆叶片替代翼板轨道平车上的翼板，就制造出伞式风帆叶片轨道平车型风电设备。

Claims (1)

1. 伞式风帆叶片风力机，采用了现有垂直轴风力机、水平轴风力机、翼板轨道平车的相关技术，其特征是：单元动力伞式风帆叶片分有系绳和无系绳两种类型，有系绳的单元动力伞式风帆叶片由伞骨若干根、连杆、整流罩、纤维伞面、系绳组成，若干根伞骨的一端与连杆的一端连在一起，连接并固定在旋臂或支臂的支点上，连杆的另一端指向旋转套轴旋转运动的方向，每根伞骨的另一端通过系绳与纤维伞面上对应的纬带相连，每根伞骨与连杆的夹角呈相等的锐角，连杆与整流罩为一体结构，整流罩呈笼形，非实心，外包络面呈流线体，连杆位于整流罩的中轴线上，连杆指向旋转套轴旋转运动方向的一端与整流罩的头部平齐，纤维伞面的头顶部与整流罩头部为一体结构，纤维伞面上有经带和纬带，经带呈园环形，等间距分布，纬带沿伞面径向分布，纤维伞面边缘外延长的纬带称系绳；无系绳的单元动力伞式风帆叶片由伞骨若干根、连杆、整流罩、纤维伞面、充气管组成，若干根伞骨的一端与连杆的一端连在一起，连接并固定在旋臂或支臂的支点上，连杆的另一端指向旋转套轴旋转运动相反的方向，每根伞骨与连杆的夹角呈相等的锐角，连杆与整流罩为一体结构，连杆位于整流罩的中轴线上，连杆指向旋转套轴旋转运动方向的一端与整流罩的头部平齐，纤维伞面的头顶部与整流罩头部为一体结构，纤维伞面上有经带和纬带，经带呈园环形，等间距分布，纬带沿伞面径向分布，纬带内嵌入细长的充气管，纤维伞面边缘外无延长的纬带；伞式风帆叶片风力机分旋转型、轨道平车型两类；旋转型伞式风帆叶片风力机由中心静轴、轴承、旋转套轴、旋臂、伞式风帆叶片和辅助设备组成，旋转套轴通过轴承固定连接在中心静轴上，每台风力机的中央静轴上，安装两组转向相反、转矩大小相等、共轴线的旋转套轴若干个，若干个旋臂分布在每个旋转套轴的四周，旋臂的一端与旋转套轴固定连接，同一旋转套轴的旋臂与旋臂之间，有环臂或螺旋臂相连接，连接方式是：与旋转套轴垂直的同一平面内沿径向分布的一组旋臂，径向每间隔一定距离，有园环形环臂与该组旋臂连接固定，沿旋转套轴轴向分布不同组的旋臂，有螺旋臂与相应的旋臂连接固定，旋臂分无支臂和有支臂两种，无支臂的旋臂，若干个单元动力伞式风帆叶片固定在旋臂的支点上，有支臂的旋臂，若干个单元动力伞式风帆叶片固定在旋臂、支臂的支点上；对于旋转型伞式风帆叶片垂直轴风力机，辅助设备是基座或是基座加支架，中心静轴竖直连接固定在基座上或基座和支架上；对于旋转型伞式风帆叶片中心静轴水平安装的风力机，分单垂直支撑和双垂直支撑两种，单竖直支撑的风力机，中心静轴水平安装在旋转支撑的上方；双垂直支撑的风力机，在双支撑中，一个是固定塔架，另一个是风向随动塔架，风向随动塔架包括轨道车、轨道、塔架、旋转支撑，塔架下端连接固定在轨道车上，以中心静轴的一端为坐标原点，在中心静轴长度的四分之一和四分之三左右，与塔架连接固定的部位，中心静轴横截面有两种结构形状：1.园台形，内有园台形空心，2.园环形；在上述部位，中心静轴通过轴承与固定塔架和风向随动塔架的上端连接固定，轨道车能在园形轨道或四分之一的园形轨道上运动，轨道车能根据风向变化停在轨道上的合适位置，使风轮对风，这种风轮对风装置有人工对风和自动对风两类；伞式风帆叶片能替代翼板轨道平车上的翼板，变成伞式风帆叶片轨道平车型风电设备。

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