變槳葉式垂直軸風力發電機的製作方法
2023-06-09 19:03:31
專利名稱：變槳葉式垂直軸風力發電機的製作方法
技術領域：
本專利涉及垂直軸風力發電機技術，尤其是變槳葉垂直軸風力發電機領域。
背景技術：
風能是一種取之不盡，用之不竭的可再生新興綠色能源。進入本世紀以來能源日趨緊張。世界各國和政府把風力發電行業提高到一個重要的地位，大力推動和扶持。然而目前國內風力發電以水平軸螺旋式風力機為主流。這種出自歐洲的最古老的風力機雖然經過最先進的現代化的技術改進，仍然造價相當昂貴，製造和安裝困難，風的利用率很低，噪音大，對風場要求高。為此各國都在研製新的風力機技術。方向是垂直軸風力發電機。日本投入最大，目前市場上有豎向螺帶式，垂直瓦片式的小型垂直軸風力發電機。我國技術人 員也發表了很多專利。如國家專利局專利號98209672，0自動調節葉片角度的垂直軸風力機。它是在風力機輪輻上安裝了機械裝置使輪輻轉動90度來實現葉片隨之轉動90度，風機每轉一圈變化兩次。這樣的變化不平穩不連續，而且機械轉動裝置複雜安全性差，在大型風力機上很難應用。又如專利號200710060159，2全迎風同步垂直軸風力發電機。它的調控葉片方向是用凸輪，鏈條，球的組合來實現調控葉片方向實現風輪機運轉。這個系統過於複雜，製造安裝精度要求高，在運轉過程中機械磨損精度難於保證，難於長期運行。又如發明專利號20071016748,6.雙層葉片併網垂直軸風力發電機。它的變葉片方向是靠凸輪，鏈條，風力控制器，變速箱多個機械來實現的。而且開始運轉還需要外電驅動。本專利；變槳葉式垂直軸風力發電機。不需要外電驅動，不需要任何機械裝置，靠風力自動變槳葉方向的垂直軸風力發電機。所謂變槳葉包含三個意義一是槳葉旋轉在不同相位時與風向的夾角在變，二是槳葉組對轉軸中心距可變，三是風距變後風機的轉速也可變可調可控。其優點是受風面大，風的利率高，安全可靠，製造吊裝方便，造價低廉，而且是全風向的風力發電機，啟動風速低，發電時間長。
發明內容
變槳葉式風力發電機結構說明；《I》槳葉的變向是槳葉的位置方向隨槳葉轉動到不同相區而不同相區是風向排定的。槳葉是由η個葉片組成的[η = 1，2，3，4，5，6。。；]見圖I槳葉的小葉片在第一相區，第四相區呈和半徑方向整齊排列受風，槳葉在第二相區葉片與半徑呈垂直方向排列仍然受風，槳葉轉到第三箱區葉片變成與風向保持平行一致不受風也不阻風，使葉槳的受風相區最大，風的利用率最高《2》變槳葉式垂直軸風力發電機結構簡圖，{圖2}變槳葉式垂直軸風力發電機的槳葉數N = 1，2，3，4，5，6，。。。。。，槳葉的數量，大小是根據風力發電機的額定發電量而計算設計確定的。一個槳葉有η個小葉片組成的..In=1,2,3,4,5,6,}葉片的大小和數量同時依據葉片的製作方式，選用的材料而設計的。《3》槳葉安裝在風機輪轂的輪輻上。輪輻和輪緣都是由方形鋼管做成的。槳葉輪轂圖見{圖3}。從圖3中可以看到輪轂，輪福，輪緣結構簡單，造價低廉，但強度，剛性好，運行安全可靠。《4》風機主軸承採用滑動軸承，造價低廉運行可靠。變槳葉式垂直軸風力發電機技術說明；《I》本專利結構簡單，設計製造方便，運行可靠。槳葉迎風面積可以很方便地設計，小葉片的數量大小也是由設計者自由選定。這樣槳葉面積做大做小都很方便。《2》槳葉的軸向中心線距離即槳葉到輪的主軸中心線的距離{力距}可以很方便地放大和縮小。使槳葉的轉矩成因數倍地放大和縮小，使風力發電機設計發電量也成因數倍地放大和縮小，最大設計發電量達到IOMW時也能安全可靠地運轉。《3》槳葉旋轉直徑與水平軸風力發電機的旋轉直徑相比，在同等發電量的工況下小一半還多。而且旋轉高度低，重心降低。《4》由於葉輪直徑小，而且無阻力，無切割風向的推力旋轉運行，所以無噪音或噪音很小，更環保。在一個風力場內安裝更多的風力發電機，發更多的電。《5》由於葉輪是水平旋轉，所以高度低，更有利於航空交通，適用地域廣。《6》本專利的風機槳葉是推力型，可以第一，二，四三個相區內撲捉到風的推力。第三相區雖無推力風也沒有逆向風，沒有逆向轉矩。風的利用率高達60%以上。所以可以在2級風的工況下啟動旋轉發電，可以在任何風向下運轉，年運轉時間長達4000小時以上。遠長於水平軸風力發電機的2400小時。《7》因為本專利是轉矩型的，變槳業垂直軸式風力發電機不同於水平軸式風力發電機，幾乎沒有阻力，所以主軸塔架彎力矩比較小。塔架主軸水平截面抗彎慣量小。所以主軸塔架直徑和壁厚都小了很多，這樣對主軸軸承和塔架基礎的設計建設提供了方便。《8》本專利變槳葉式垂直軸風力發電機。可以選用同軸立式同步發電機，外轉子是永磁鋼，內圈是發電線砸。調頻輸出設備放在地面。《9》一對滾珠軸承是多點式滾柱軸承，磨擦力小承載能力不受影響。《10》葉片材料根據槳葉輪的大小而選擇不同的材料和製作方法。《11》本專利變槳葉式垂直軸風力發電機分小，中，大等三個系統。小可以做到100W，1000W，10KW家庭用，中級系統100KW可在高層建築上安裝使用，再大到10MW，適合於大型風力發電場建設。《12》本專利變槳葉式垂直軸風力發電機還有一套自動變槳葉角度的調速裝置，它能依據風速的大小自動的調節風葉與風向的夾角，從而調節著風葉的迎風面積，轉矩的大小，轉速的大小。這樣既能保持風機的安全可靠高速的運轉，又能維持發電機在高風速下的高效率的發電量。這是一個絕好的技術。見附圖5，附圖6。當風速達到影響風機安全時風葉先期達到與支撐杆呈直角狀，風機停止旋轉。這也是風機的安全保證。
圖I ;變槳葉式垂直軸風力發電機的風力簡圖。說明風輪是N層NI個輪輻組成，在輪輻上安裝了 N2個風葉圖2 ;變槳葉式垂直軸風力發電機簡單示意圖。圖3 ;變槳葉式垂直軸風力發電機輪轂架俯視簡圖。說明輪轂，輪輻之間的連結都、是活動的。圖4;葉片圖。說明葉片的結構示意圖。圖5 ;變槳葉式垂直軸風力發電機葉片迎風面隨轉速變化的情況。風力機轉速較高時葉片被調控的情況，平行豎線表示風的方向。圖6 ;變槳葉的自動調節裝置。表示安裝在輪輻內的重錘離心力和彈簧伸彈力的合力調控執行杆組推動槳葉自身轉動的簡圖。
具體實施例方式I ;首先希望本專利技術和我國蓬勃發展的風電事業建立起共識，把專利變成現實。2 ;變槳葉式垂直軸風力發電機技術說明《11.》中所說；本專利變槳葉式垂直軸風力發電機分三個系列。小型系列發電量為100WD到1000W，10KW。供家庭使用。中型系列發電量為10KWD到100KW，供機關，企事業單位使用，可在高層建築頂上安裝使用。大型系列發電量為100KW到10MW，適合於風力發電廠建設。3 ;最重要的就是在專利申請專利審批期間建造一個100W的小型變槳葉式垂直軸風力發電機驗證和展示本專利的先進性，可行性，實用性。
4;按照專利技術說明先行推廣小型系列的變槳葉式垂直軸風力發電機，積累經驗和資金依次推廣中型系列和大型系列。
權利要求
1.風輪的槳葉是有N，η個小葉片積乘式組成，小葉片在第一，第四相區內呈和葉輪的輪輻方向一致整齊排列，受風推動做功。槳葉轉到第二相區時小葉片受風推力自動變成垂直於輪輻的方位。受風推動部分做功。槳葉轉到第三相區內時小葉片自動變成和風向平行一致的方位，不做正反功。
2.槳葉安裝在風機輪轂的輪輻上，輪緣和輪輻都是有方形鋼管做成的。輪轂，輪緣結構簡單，強度大，剛性好重量輕，造價低廉，運行安全可靠。
3.槳葉上的葉片還根據風力的大小風輪的轉速高低自動調節迎風面的大小。這個自動調節是根據風力轉速的高低，離心力的大小，使裝在輪輻方管內的重塊在離心力和彈簧力的作用下做徑向位移。裝在彈簧座上的執行杆隨之推動葉片做相對輪輻的轉動。葉片的迎風面大小也隨之變化。
4.本專利的槳葉片是長方形平面，長方形平面葉片迎風面積大，強度，剛性好，重量輕，製造方便。葉片框架選用不鏽鋼薄壁方形管材，葉面根據葉片大小可以選用化纖布，不鏽鋼絲網上刷制玻璃鋼等。
5.本專利變槳葉式垂直軸風力發電機的槳葉是有半徑方向的平面葉片積母組合而成，大小和數量多少設計製造時決定。轉動力臂大小也有設計者決定。這種結構的垂直軸風力發電機風輪的槳葉迎風面積最大，撲風能力最強，所以在同等發電能力情況下，本專利變槳葉式垂直軸風力發電機的風輪直徑，立柱高度較目前廣泛應用的水平軸風力發電機風輪直徑小一半，立柱高度也可以低一些。而且立柱橫斷面直徑，抗彎截面慣量都小很多，因為風機的立柱和槳葉不受風力的正面推力，而是受風輪轉動產生的軸承磨擦扭矩和很小的推力。這些力都較小。
6.本專利變槳葉催著軸風力發電機設計有小，中，大三個系列。分別安裝在家庭，機關企事業樓頂，海邊草原的大風場內。
全文摘要
本專利是垂直軸風力發電機，在垂直軸上的輪轂有上下N層風槳葉，N＝1，2，3，4，5，6；每層風槳葉上有N1個槳葉組N1＝1，2，3，4，5，6；每個槳葉組上有N2槳葉片N2＝1，2，3，4，5，6；槳葉片是一個長方形的轉門式平面葉片。葉片的方向變化都是由風向風力自動推動變化的。葉片組在第1，4相區內是工作相位，它們的方向與葉片組的支撐架杆的方向一致。葉片組轉到第二向區內是半工作區，它們和葉片組的支撐架杆的方向成直角關係。葉片組轉到第三相區內葉片自動和風向保持平行一致。用機械的方法調整風機葉輪的旋轉直徑，以使風機轉速基本穩定。本專利有一套安全可靠自動調節控制裝置。使風葉隨著風速的增大自動的調節風葉的迎風面積，維持風機的轉速恆定不變。
文檔編號F03D9/00GK102767477SQ201110113520
公開日2012年11月7日 申請日期2011年5月3日 優先權日2011年5月3日
發明者杜滿河 申請人:杜滿河