一種立式風輪的製作方法

2023-06-03 05:13:26 1

專利名稱：一種立式風輪的製作方法
技術領域：
本實用新型系一種風力利用的裝置，特別是涉及一種採集風能的風輪 裝置結構。
(二)
背景技術：
眾所周知，我們只有一個地球，其中的礦物資源是有限的，並非取之 不盡用之不竭的；以煤炭、天然氣、石油、水利和核物質為原料或資源的傳 統電力開發造成了大量的環境負擔，如環境汙染、酸雨、氣候異常、放射性 廢物處理、石油洩露等等。和諧社會的可持續發展，將迫使人們主動或被動 地去尋求可再生能源的開發和利用。風能資源無窮無盡，產能豐富。根據美 國風能協會(AWAE)的估計，如果要產生美國可開採風能的能源總量，每年
需要燃燒200億桶原油(幾乎是目前世界全部原油產量)。但與石油相比， 風能卻是可再生的資源，失而復得，同時風能具有自主性的特點，不會受到
國際爭端造成的價格震蕩和禁運等衝擊。AWAE測算，在美國使用現有技
術，利用不到l %的土地開發風能，可以提供20%的國家電力需求。而l %的土地中，只有5%是設備安裝等必須使用的，其他95%還可以繼續用於
農業或畜牧業。
風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。其蘊量 巨大，全球的風能約為2. 74X109匿，其中可利用的風能為2X107MW，比地 球上可開發利用的水能總量還要大10倍。中國風能儲量很大、分布面廣， 僅陸地上的風能儲量就有約2. 53億千瓦。
隨著全球經濟的發展，風能市場也迅速發展起來。近5年來，世界風能 市場每年都以40%的速度增長。1997年全世界風電裝機容量只有7000兆 瓦，2007年已有9萬兆瓦，這一數字到2010年將是16萬兆瓦。預計未來 20-25年內，世界風能市場每年將遞增25%。隨著技術進步和環保事業的發
展，風能發電在商業上將完全可以與燃煤發電競爭。
"十五"期間，中國的併網風電得到迅速發展。截至2006年6月全國風 電裝機總容量達到126萬千瓦，位居世界第10位，亞洲第三位，成為繼歐 洲、美國和印度之後發展風力發電的主要市場之一。
2006年，中國風電累計裝機容量已經達到260萬千瓦，當年新增裝機 容量為133萬千瓦，同比增長166%。預計除了西藏、雲南、新疆等5個省 區外，國內其餘26個省區的風能資源還有32億千瓦裝機容量可供開發。其 中，內蒙古自治區可供開發的風能資源佔到了26個省區的一半，達14.6億 千瓦。估計未來風電機組的需求仍將高速增長，預計2008 2010年分別可 以達到361萬千瓦、505萬千瓦和657萬千瓦，同比分別增長50%、 40%和 30%，三年複合增長率達到409L
風電發展到目前階段，其性價比正在形成與煤電、水電的競爭優勢。風 電的優勢在於能力每增加一倍，成本就下降15%，近幾年世界風電增長一 直保持在30%以上。隨著中國風電裝機的國產化和發電的規模化，風電成本 可望再降。因此風電開始成為越來越多投資者的逐金之地。
我國風電建設遠遠落後於世界發展速度的主要原因是，沒有加大力度 依靠國內雄厚的機電製造業基礎，吸收引進國外先進技術對風電成套設備進 行自主開發。國內已經建成的微不足道的風電容量幾乎全部為進口的成套設 備，導致風電場投資高、電價高，與火電、水電比，缺乏市場競爭能力。
在當前市場情況下，我國風能產業應加快引進並吸收國外先進大型風電 製造技術，加速風電建設國產化進程，降低設備生產和風場建設成本，迅速 形成大批量、大容量、國產化、國際先進水平的風電成套設備製造基地和風 電場建設隊伍，積極參與風能產f:國際競爭。在風力資源豐富的地區加快建 設大型風力發電廠，探索出具有中國特色的風電建設的成功之路。
從唐吉柯德時代的風車磨房到今天的德國風力發電機，人們一直在探 索更好地利用風力這一大自然的清潔能源。但幾百年來，從風車到風力發電 機，其基本結構並無重大改變，它們的基本特點是為了獲取巨大的風能， 必須具有巨大的風翼。為支撐巨大的風翼，必須建造相應的高塔。為適應風
向的變化，還必須有調整風翼迎風面的尾翼或類似結構和控制。而且巨大的 風翼及其根部既是接受風力轉換旋轉機械能的獲能器件，同時又是支撐整個 工作部件的重力支撐件，因此受力狀態特別惡劣，容易損壞，因此非常希望 有一種改善、改良措施的風輪結構。

實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種，改變現有技術的風輪受力狀態的結 構，縮小現有技術風輪的整體結構，提高風輪的風力工作效率。
本實用新型的目的是由如下結構實現的
一種立式風輪，包括垂直旋轉軸，其特徵在於，在所述垂直旋轉軸的 徑向，伸出三套夾角互為120度的框架式葉片組件，
所述葉片組件為，上、下兩根平行，在水平面上為圓弧彎曲狀的外伸 臂，兩外伸臂的端頭與垂直旋轉軸固定連接，在兩外伸臂的內圓弧之間，以 軸銷結構連接多片長條矩形小風葉的一條長邊，所述小風葉的長邊大於等於 兩外伸臂上下之間的距離，所述小風葉的短邊大於等於相鄰兩片小風葉之間 的間距。
風輪由垂直旋轉軸上徑向，夾角為120度伸出三根框架式葉片組件組 成，在上下兩根外伸臂的內圓弧之間，以軸銷結構連接多片長條矩形小風葉 的一條長邊，多片小葉片在軸銷上可來迴轉動，或開或閉相疊而成。
當風從一側吹來，俯視本技術方案的立式風輪，三根框架式葉片組件形成 一個圓，與風吹來方向平行的圓中心線，位於中心線一偵啲葉片組件中的小風 葉呈關閉狀，接受風力產生繞旋轉軸旋轉，而另一側則處於風從背部吹來， 導致小風葉打開，風不對其產生繞旋轉軸的推力，因此垂直旋轉軸按一個方 向旋轉。小風葉在外伸臂旋轉的過程中不斷逐漸打開又逐漸關閉，風力的持 續推動，在小風葉自裡向外如多米諾骨牌翻轉周而復始的開閉中，對垂直旋轉軸產 生旋轉力矩，完成本立式風輪的旋轉工作，經傳遞給發電機等工作機械發電 和做功。
所述葉片組件上、下兩根外伸臂之間設置至少一根加強杆。設置加強 杆，有利提高上、下兩外伸臂組成框架的剛性，保證同步運轉。
所述呈水平圓弧彎曲狀的外伸臂的圓弧圓心角為0度至120之間。如此 形狀、範圍的外伸臂的圓弧能取得較好的風力推動效果。 進一步，所述圓弧圓心角為45度至80度。
所述呈水平圓弧彎曲狀的外伸臂的圓弧為漸開線。如此形狀的外伸臂 的圓弧也能取得較好的風力推動效果。
在所述垂直旋轉軸上設置多層三根框架式葉片組件，各層之間保持一定 相位。由於小風葉在垂直於風向的角度上受風面積最大，輸出的旋轉推力最 大，因此採用本技術方案能使得各層的框架式葉片組件前後相繼給垂直旋轉 軸的最大推力，減小旋轉力的波動，確保垂直旋轉軸的平穩運行。
所述外伸臂上以軸銷結構連接小風葉，所述軸銷由推拉機構實現所有 小風葉合攏於靠近垂直旋轉軸，或推開至各自工作位置。由於在使用中不時 會遇到突然的狂風，會出現超出正常設計給予承受的力，造成損壞和意外， 為了安全和保險，本技術方案採用了將小風葉收攏於垂直旋轉轉處的方式。
進一步，所述推拉機構為，所述軸銷嵌入外伸臂沿內圓弧的軌道中， 由拉索拉動實現所有小風葉合攏於靠近垂直旋轉軸，又經外伸臂外伸端部的 滑輪反向拉開，拉索上的各軸銷位於各自工作位置。為了實現小風葉合攏、 拉開的目的，將各軸銷嵌入外伸臂沿內圓弧的軌道中，並由拉索將各軸銷串 在一起，拉動最外端的軸銷可以實現全部軸銷的合攏，通過繞過外伸臂外伸 端部的滑輪反向拉開，固定在拉索上的各軸銷又能恢復位於各自工作位置。 所述推拉機構也可由液壓或簡單機械方式實現。
由所述多根垂直旋轉軸一字形排列，或星形排列，由鏈條或齒輪組傳 遞至工作機主軸。在大的使用場地，如曠野、草原、橋洞下， 一字形並列排 列，或以星形組合排列，各根垂直旋轉軸的旋轉，由鏈條或齒輪組傳遞至工 作機主軸，集中產生大的風能力矩。
本實用新型的優點和有益效果
(1) 本技術方案，無須高塔，旋翼風輪可因勢安裝。無論是海上風場還是峽谷 河灘，風能獲得佔地比高。
(2) 自適應風向的改變，無須尾翼和糾偏伺服系統調整方向。省時省材省能。 風向多變時更顯其優。
(3潑電機和調速控制一應設備均可直接安裝在風輪下，安裝在地上。而傳統 風力發電機必須安裝在高塔上，或須通過機械^S將風輪的動能傳到地面。無論 安裝維護還是控制，其優勢不言而喻。
(4離更好J:腿應切變風和小氣旋。傳統風機高塔和旋翼，基本結構是懸臂梁 疊加，陣風或強切變風或湍^W其是破壞性的。而本實用新型基本結構是桁架固 定式，對風向自適應。
(5微風啟動，且能有效適應強風。傳統Ml在MM中須有旋翼或機頭的安全 控制，而本實用新型的安全由桁架結構決定，在極端的情況下，地面控制措施也 較高空方便得多。
(6諷能利用率高。可將小風葉捕獲的風能直接轉化為機械能或電能。
(7) 外伸臂截面呈圓弧曲面，風流徑向掃風面積截取的風能遠較傳統風翼為大。
(8) 框架式葉片組件上的小風葉閉合時由裡向外依次疊合，形成阻風面。背風 時自裡向外如多米諾骨牌翻轉，以減小風阻。整個受力運轉過程平滑。如採用框 架式葉片組件同軸套疊，互相保持一定相位，則效果更好。
(9) 對環±竟要求不苛刻。規模可大可小，形狀可高可低，甚至城市高樓也能安裝。
(10) 對氣象要求不苛刻。由於結構簡潔，無特殊工況限制，即使冰霜雷暴沙塵 天氣也能正常工作。
(1D對設計要求不苛刻。傳統風翼設計須考慮各種工況下材料強度、氣動效 率、最佳尖速比和控制伺服等因氣而本實用新型僅需考慮如何提高性價比和因 地制宜而已。
(12) X寸材料要求不苛刻。框架式葉片組件的框架與垂直旋轉軸相聯之整體結 構可由桁架構成，葉片可採用鋼板、塑料、竹木、蒙布等尋常材料。
(13) 對加工要求不苛刻。此由對設計要求不苛刻所決定，中小企業、農村邊區 也能生產。
(14) 造價低廉，日常維護保養簡單，性價比高，有利於廣泛採用。尤其適應西 部或貧困地區的風能開發和利用。.
膽對飛鳥的可能傷害也較傳統風翼小。本實用新型框架式葉片組件風輪為 阻尼低速7jC平向運動，通常翼尖風速比小於l。而傳統風翼與風流徑向垂直作上下
旋轉運動，尖速比可大於5。


圖1是本實用新型立式風輪的俯視圖； 圖2是本實用新型立式風輪的主視圖3是本實用新型立式風輪的框架式葉片組件，外伸臂上以軸銷結構連接 的小風葉由拉索經繞過外伸臂外伸端部的滑輪反向拉開，各軸銷位於各自工 作位置的俯視示意圖4是圖3小風葉由拉索拉動，各軸銷合攏於靠近垂直旋轉軸的俯視示意
圖5是本實用新型立式風輪，在所述垂直旋轉軸上設置兩層三根框架式葉 片組件相互叉開夾角配置的結構示意圖6是三根垂直旋轉軸一字形排列，由鏈條傳向工作機主軸的結構示意圖。
圖中，l.外伸臂，2.小風葉，3.垂直旋轉軸，4.軸銷，5.滑輪，6.拉索， 7.加強杆。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型作詳細說明。
實施例一
一種立式風輪，包括垂直旋轉軸3，在垂直旋轉軸3上徑向，夾角為 120度伸出三根框架式葉片組件。所述葉片組件為，呈橫向n的矩形框架， 上、下兩根為平行呈水平圓弧彎曲狀的外伸臂l，豎直一根為加強杆7，兩 外伸臂1的端頭與垂直旋轉軸1固定連接，採用焊接方式，在兩外伸臂1的 內圓弧之間，以軸銷4結構連接多片長條矩形小風葉2的一條長邊，小風 葉2的長邊大於兩外伸臂1上下之間的距離，小風葉2的短邊等於相鄰兩片 小風葉2之間的間距。
當風從一側吹來，俯視本技術方案的立式風輪，三根框架式葉片組件形成 一個圓，與風吹來方向平行的圓中心線，位於中心線一側的葉片組件中的小風 葉2呈關閉狀，接受風力產生繞垂直旋轉軸3旋轉，而另一側則處於風從背
部吹來，導致小風葉2打開，風不對其產生繞垂直旋轉軸3的推力，因此垂 直旋轉軸3按一個方向旋轉。小風葉2在外伸臂1旋轉的過程中不斷逐漸打 開又逐漸關閉，風力的持續推動，在小風葉自裡向外如多米i^t牌翻轉周而復始 的開閉中,對垂直旋轉軸3產生旋轉力矩，完成本立式風輪的旋轉工作，經傳 遞給發電機等工作機械發電和做功。本實施例呈水平圓弧彎曲狀的外伸臂1 的圓弧圓心角為60度，經測試能取得較好的風力推動效果。 實施例二
在實施例一的基礎上，在垂直旋轉軸3上設置兩層三根框架式葉片組 件，兩層之間120度的夾角互相保持60度的相位。由於小風葉2在垂直於風 向的角度上受風面積最大，輸出的旋轉推力最大，因此本實施例能使得兩層 的框架式葉片組件前後相繼給垂直旋轉軸的最大推力，減小旋轉力的波動， 確保垂直旋轉軸的平穩運行。實施例一的基礎上，外伸臂1上以軸銷4結構連接小風葉2，軸銷4 由推拉機構實現所有小風葉2合攏於靠近垂直旋轉軸3，或推開至各自工作 位置。由於在使用中不時會遇到突然的狂風，會出現超出正常設計給予承受 的力，造成損壞和意外，為了安全和保險，本實施例採用了將小風葉收攏於 垂直旋轉轉處的方式。所述推拉機構為，軸銷4嵌入外伸臂1沿內圓弧的軌 道中，由拉索6拉動實現所有小風葉2合攏於靠近垂直旋轉軸3，又經外伸 臂1外伸端部的滑輪5反向拉開，拉索6上的各軸銷4位於各自工作位置。 為了實現小風葉2合攏、拉開的目的，將各軸銷4嵌入外伸臂l沿內圓弧的 軌道中，並由拉索6將各軸銷4串在一起，拉動最外端的軸銷4可以實現全 部軸銷4的合攏，通過繞過外伸臂1外伸端部的滑輪5反向拉開，固定在拉 索6上的各軸銷4又能恢復位於各自工作位置。
實施例四
在尤如上海洋山深水港的長橋、上海至寧波的跨海大橋下，寬闊、空 曠的空間，由多根垂直旋轉軸3—字形排列，由鏈條傳遞至發電站總樞紐， 可以產生和集中巨大的風力，充分利用風能資源，幾乎絲毫不影響原有建築 物，不失是一種理想的風能利用設施。
權利要求1.一種立式風輪，包括垂直旋轉軸(3)，其特徵在於，在所述垂直旋轉軸(3)的徑向，伸出三套夾角互為120度的框架式葉片組件，所述葉片組件為，上、下兩根平行，在水平面上為圓弧彎曲狀的外伸臂(1)，兩外伸臂(1)的端頭與垂直旋轉軸固定連接，在兩外伸臂(1)的內圓弧之間，以軸銷結構連接多片長條矩形小風葉(2)的一條長邊，所述小風葉(2)的長邊大於等於兩外伸臂(1)上下之間的距離，所述小風葉(2)的短邊大於等於相鄰兩片小風葉(2)之間的間距。
2. 根據權利要求1所述立式風輪，其特徵是所述呈水平圓弧彎曲狀的 外伸臂(1)的圓弧圓心角為0度至120之間。
3. 根據權利要求2所述立式風輪，其特徵是所述呈水平圓弧彎曲狀的 外伸臂(1)的圓弧圓心角為45度至80之間。
4. 根據權利要求1所述立式風輪，其特徵是所述呈水平圓弧彎曲狀的 外伸臂(l)的圓弧為漸開線。
5. 根據權利要求l所述立式風輪，其特徵是所述葉片組件上、下兩根 外伸臂(1)之間設置至少一根加強杆(7)。
6. 根據權利要求1所述立式風輪，其特徵是在所述垂直旋轉軸(3)上 設置多層三根框架式葉片組件，各層之間保持一定相位。
7. 根據權利要求l所述一種立式風輪，其特徵是所述外伸臂(l)上以 軸銷(4)結構連接小風葉(2)，所述軸銷(4)由推拉機構實現所有小風葉(2)合攏 於靠近垂直旋轉軸(3)，或推開至各自工作位置。
8. 根據權利要求7所述立式風輪，其特徵是所述推拉機構為，所述軸 銷(4)嵌入外伸臂(1)沿內圓弧的軌道中，由拉索(6)拉動實現所有小風葉(2)合 攏於靠近垂直旋轉軸(3)，又經外伸臂(1)外伸端部的滑輪(5)反向拉開，拉索 (6)上的各軸銷(4)位於各自工作位置。
9. 根據權利要求1所述立式風輪，其特徵是由所述多根垂直旋轉軸 (3)—字形排列，或星形排列，由鏈條或齒輪組傳遞至工作機主軸。
專利摘要本實用新型系一種採集風能的風輪裝置結構。一種立式風輪，包括垂直旋轉軸(3)，其特徵在於，在所述垂直旋轉軸(3)的徑向，伸出三套夾角互為120度的框架式葉片組件，所述葉片組件為，上、下兩根平行，在水平面上為圓弧彎曲狀的外伸臂(1)，兩外伸臂(1)的端頭與垂直旋轉軸固定連接，在兩外伸臂(1)的內圓弧之間，以軸銷結構連接多片長條矩形小風葉(2)的一條長邊，所述小風葉(2)的長邊大於等於兩外伸臂(1)上下之間的距離，所述小風葉(2)的短邊大於等於相鄰兩片小風葉(2)之間的間距。本實用新型的優點無須高塔，風輪可因勢安裝。無須尾翼和糾偏伺服系統調整方向，可微風啟動，且能有效適應強風；對環境要求不苛刻，規模可大可小，形狀可高可低，甚至城市高樓也能安裝。
文檔編號F03D11/00GK201196131SQ20082005900
公開日2009年2月18日 申請日期2008年5月27日 優先權日2008年5月27日
發明者葉大衛, 葉廉華 申請人:葉大衛;葉廉華