專利名稱：傘式風帆葉片風力機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種風力機，尤其是一種旋轉型傘式風帆葉片風力機，用于 將風能轉換成機械能，主要用于風力發(fā)電。
背景技術：
目前，垂直軸風力機因風輪安裝在相對靠近地面的風力比較小的地方，效
率較低；風輪旋轉時會產生很高的扭矩波動和無自啟動能力，上世紀八十年代
末之后發(fā)展己停滯。市場占絕對優(yōu)勢的水平軸風力機，因塔架高度較高，安裝
維護費用較高；風能轉換的機械能不便于直接驅動熱泵類的機械設備，風能利
用需經電能的二次變換，這不僅降低了一次能的利用效率，而且增加了風能利 用產業(yè)的投資；螺旋槳葉片和適應風向風速變化的兩套裝置制造費用高；因而
設備的投資高，投資收回期長，這是風電貴的重要原因之一。 發(fā)明內容
本實用新型的目的在于解決上述不足。
本實用新型解決技術問題的方案如下由流體力學原理可知在飛機著陸 過程中，當減速傘張開，氣流作用在減速傘的凹面上，飛機速度迅速下降；飛 機外掛副油箱呈流線體形，這能減小飛機的飛行阻力；傘式風帆葉片風力機的 單元動力葉片就是利用上述原理來提高風能轉換效率的。當風力機的單元動力 風帆葉片在順風位做正功時，纖維傘面張開，凹面迎風；當單元動力風帆葉片 在逆風位做負功時，纖維傘面的凹面貼在流線體整流罩上，有效迎風面積小， 葉片在一個周期運動過程中，做正功總量與做負功總量的比值大， 一次能的轉 換效率高；傘式風帆葉片風力機的單元動力傘式風帆葉片分有系繩和無系繩兩 種類型，有系繩的單元動力傘式風帆葉片由傘骨(若干根)、連桿、整流罩、纖 維傘面、系繩組成，若干根傘骨的一端與連桿的一端連在一起，連接并固定在旋臂或支臂的支點上，連桿的另一端指向旋轉套軸運動的方向，每根傘骨的另 一端通過系繩與纖維傘面上對應的緯帶相連，每根傘骨與連桿的夾角呈相等的 銳角，連桿與整流罩為一體結構，整流罩呈籠形(非實心)，外包絡面呈流線體， 連桿位于整流罩的中軸線上，連桿指向旋轉套軸旋轉運動方向的一端與整流罩 的頭部平齊，纖維傘面的頭頂部與整流罩頭部為一體結構，纖維傘面上有經帶 和諱帶，經帶呈園環(huán)形，等間距分布，瑋帶沿傘面徑向分布，纖維傘面邊緣外 延長的緯帶稱系繩。無系繩的單元動力傘式風帆葉片由傘骨(若干根)、連桿、 整流罩、纖維傘面組成，若干根傘骨的一端與連桿的一端連在一起，連接并固 定在旋臂或支臂的支點上，連桿的另一端指向旋轉套軸旋轉運動相反的方向， 每根傘骨與連桿的夾角呈相等的銳角，連桿與整流罩為一體結構，連桿位于整 流罩的中軸線上，連桿指向旋轉套軸旋轉運動方向的一端與整流罩的頭部平齊， 纖維傘面的頭頂部與整流罩頭部為一體結構，纖維傘面上有經帶和緯帶，經帶 呈園環(huán)形，等間距分布，緯帶沿傘面徑向分布，纖維傘面邊緣外無延長的緯帶。 傘式風帆葉片風力機有旋轉型、軌道平車型兩類。旋轉型又分為垂直軸和垂 直軸水平安裝兩類。旋轉型傘式風帆葉片風力機由中心靜軸、軸承、旋轉套軸、 旋臂、傘式風帆葉片和輔助設備組成，旋轉套軸通過軸承固定連接在中心靜軸 上，為了克服現(xiàn)有垂直軸風力機由于扭矩不平衡引起的振動影響風力機使用壽 命的問題，每臺風力機的中央靜軸上，安裝兩組轉向相反、轉矩大小相等、共 軸線的旋轉套軸若干個。若干個旋臂分布在每個旋轉套軸的四周，旋臂的一端 與旋轉套軸固定連接；傘式風帆葉片在順風位時產生的扭矩力大，為了減小風 力扭矩對旋臂與旋轉套軸結合部的切應力，常采用以下兩種方式與旋轉套軸 垂直的同一平面內沿徑向分布的一組旋臂，徑向每間隔一定距離，有園環(huán)形環(huán) 臂與該組旋臂連接固定；沿旋轉套軸軸向分布的不同組旋臂，有螺旋臂與相應的旋臂連接固定。旋臂分無支臂和有支臂兩種，無支臂的旋臂，若干個單元動 力葉片固定在旋臂的支點上；有支臂的旋臂，若干個單元動力葉片固定在旋臂、 支臂的支點上。對于旋轉型傘式風帆葉片垂直軸風力機，輔助設備是基座(或 是基座加支架)，中心靜軸豎直連接固定在基座上(或基座和支架上)；對于傘 式風帆葉片旋轉型中心靜軸水平安裝的風力機，分單垂直支撐和雙垂直支撐兩 種，單豎直支撐的風力機，輔助設備是現(xiàn)有水平軸風力機的塔架、旋轉支撐(或 稱回轉體)、風輪對風裝置；雙垂直支撐的風力機，輔助設備除采用現(xiàn)有水平軸 風力機的技術外，與現(xiàn)有水平軸風力機的區(qū)別是在雙支撐中， 一個是固定塔 架；另一個是風向隨動塔架，風向隨動塔架包括軌道車、軌道、塔架、旋轉支 撐，塔架下端連接固定在軌道車上，以中心靜軸的一端為坐標原點，在中心靜 軸長度的四分之一和四分之三左右，與塔架連接固定的部位，有兩種結構形狀 1.園臺形，內有園臺形空心，2.園環(huán)形；在上述部位，中心靜軸通過軸承與固 定塔架和風向隨動塔架的上端連接固定，軌道車能在園形軌道或四分之一的園 形軌道上運動，后者旋轉套軸能雙向旋轉、風力發(fā)電機是雙向電機，軌道車能 根據(jù)風向變化停在軌道上(制動狀態(tài))的合適位置，以便使風輪對風，這種風 輪對風裝置有人工對風和自動對風兩類，自動對風裝置用現(xiàn)有水平軸風力機的 技術解決。由于傘式風帆葉片纖維傘面的開合次數(shù)與使用壽命有關，傘面的開 合過程有一較短的時間，所以旋轉型傘式風帆葉片風力機旋臂的長度應較長， 旋轉套軸的轉速應較慢，風力機增速齒輪的傳動比宜大一些，纖維傘面、整流 罩的選材應考慮耐磨性，纖維傘面、尤其是與整流罩的結合部位應考慮其紉性、 強度。用傘式風帆葉片替代翼板軌道平車上的翼板，就制造出傘式風帆葉片軌 道平車型風電設備。
本實用新型的積極效果是風力機的單元動力傘式風帆葉片在順風位作正功時呈減速傘狀，凹面兜風，逆風位作負功時呈流線體，凸面對風，循環(huán)一周做
正功總量與做負功總量的比值大，以同一旋轉軸上徑向對稱兩單元動力風帆葉
片為例，設甲葉片位于順風位最大迎風面位置，風的作用力為fl,則乙葉片位
于逆風位最小迎風面位置，風的阻力為f2,對塔架下端的彎矩作用力是2f2， f2
是fl的十幾分之一甚至幾十分之一，因此該風力機與現(xiàn)有垂直軸風力機相比，
有自啟動功能； 一次能的轉換效率高；風載荷對塔架下端的彎矩作用小，塔架
高度能提高，風輪離地面高度高，單位裝機容量的風力機年輸出總能量大大增
加；由于每臺風力機的中心靜軸上，安裝兩組轉向相反、轉矩大小相等、共軸
線的旋轉套軸若干個，因此雖然每個旋轉套軸存在扭矩不平衡，但作用在中心
靜軸上的扭矩不平衡可以互相抵消，因此扭矩不平衡對中心靜軸、基座及整臺
風力機的影響極小；風力機風能轉換的機械能更便于驅動水泵和熱泵類的機械
設備，能省去經電能二次變換和輸送的中間環(huán)節(jié)，便于在能源需求側直接利用
風能，提高一次能的利用效率。旋轉型傘式風帆葉片中心靜軸水平安裝的風力
機與現(xiàn)有水平軸風力機比較，傘式風輪葉片比螺旋漿式葉片所需材料重量輕、
價格低、加工設備簡單、制造費用低；由以上分析可知，該風力機能降低投資
成本，提高投資效益，縮短投資收回期，改變風電貴的局面。以下結合附圖進一步描述本實用新型的實施方式
圖l本實用新型有系繩的單元動力風帆葉片的示意圖
圖2 本實用新型無系繩的單元動力風帆葉片的示意圖
圖3、本實用新型旋轉型傘式風帆葉片垂直軸風力機的示意圖
圖4、本實用新型旋轉型傘式風帆葉片中心靜軸水平安裝單垂直支撐風力機
的示意圖
具體實施方式
實施例l旋轉型傘式葉片風力機。旋轉型傘式風帆葉片風力機由中心靜軸、軸承、旋轉套軸、旋臂、傘式葉片和輔助設備組成，旋轉套軸通過軸承固定連 接在中心靜軸上，為了克服現(xiàn)有垂直軸風力機由于扭矩不平衡引起的振動影響 風力機使用壽命的問題，每臺風力機的中心靜軸上，安裝兩組轉向相反、轉矩 大小相等、共軸線的旋轉套軸若干個。若干個旋臂分布在每個旋轉套軸的四周， 旋臂的一端與旋轉套軸固定連接；傘式風帆葉片在順風位時產生的扭矩力大， 為了減小風力扭矩對旋臂與旋轉套軸結合部的切應力，采用以下兩種方式1. 與旋轉套軸垂直的同一平面內沿徑向分布的一組旋臂，徑向每間隔一定距離，
有園環(huán)形環(huán)臂與該組旋臂連接固定；2.沿旋轉套軸軸向分布的不同組旋臂，有 螺旋臂與相應的旋臂連接固定。旋臂分無支臂和有支臂兩種，旋臂的一端與 旋轉套軸固定連接。無支臂的旋臂，若干個單元動力葉片固定在旋臂的支點上； 有支臂的旋臂，若干個單元動力葉片固定在旋臂、支臂的支點上。單元動力葉 片分有系繩和無系繩兩種類型。如


圖1所示，有系繩的單元動力風帆葉片由傘 骨l (若干根)、連桿2、整流罩3、纖維傘面4、系繩5組成，若干根傘骨l的一端 與連桿2的一端連在一起，連接并固定在旋臂6或支臂的支點上，連桿的另一端 指向旋轉套軸7旋轉運動的方向，每根傘骨1的另一端通過系繩5與纖維傘面4上 對應的諱帶相連，每根傘骨1與連桿2的夾角呈相等的銳角，連桿2與整流罩3為 一體結構，整流罩3呈籠形(非實心)，外包絡面呈流線體，連桿2位于整流罩3的 中軸線上，連桿2指向旋轉套軸7運動方向的一端與整流罩3的頭部平齊，纖維傘 面4的頭頂部與整流罩3頭部為一體結構，纖維傘面4上有經帶和緯帶，經帶呈園 環(huán)形，等間距分布，緯帶沿傘面徑向分布，緯帶延長至纖維傘面4邊緣外的部分 稱系繩。如圖2所示，無系繩的單元動力風帆葉片由傘骨1 (若干根)、連桿2、 整流罩3、纖維傘面4、充氣管8組成，若干根傘骨的一端與連桿的一端連在一起, 連接并固定在旋臂6或支臂的支點上，連桿的另一端指向旋轉套軸7旋轉運動相反的方向，每根傘骨1與連桿2的夾角呈相等的銳角，連桿2與整流罩3為一體結 構，連桿2位于整流罩3的中軸線上，連桿2指向旋轉套軸7旋轉運動方向的一端 與整流罩3的頭部平齊，纖維傘面4的頭頂部與整流罩3頭部為一體結構，纖維傘 面4上有經帶和緯帶，經帶呈園環(huán)形，等間距分布，緯帶沿傘面徑向分布，諱帶 內嵌入細長的充氣管8，纖維傘面4邊緣外無延長的緯帶。如圖3所示，旋轉型傘 式風帆葉片垂直軸風力機由中心靜軸9、軸承IO、旋轉套軸7、旋臂6、若干個傘 式風帆葉片、基座ll和避雷裝置組成，中心靜軸9豎直連接固定在基座11上；中 心靜軸9為中空結構，避雷導線、發(fā)電機導線、熱泵的導管能從中穿過，中心靜 軸9上有園臺形凸臺12，旋轉套軸7通過軸承10連接固定在凸臺12上，凸臺12下 面是設備底座13，用于齒輪箱、發(fā)電機或熱泵等換能設備的固定，避雷針14位 于中心靜軸頂部。對于旋轉型中心靜軸水平安裝的風力機，分單垂直支撐和雙 垂直支撐兩種，圖4所示是旋轉型傘式風帆葉片中心靜軸水平安裝單垂直支撐風 力機的示意圖，在中心靜軸9長度的中間，與旋轉支撐15連接固定的部位，有兩 種結構形狀1.園臺形，內有園臺形空心，2.園環(huán)形；中心靜軸通過軸承與固 定塔架16的上端連接固定，風輪對風裝置與現(xiàn)有水平軸風力機相同。雙垂直支 撐的風力機，輔助設備除采用現(xiàn)有水平軸風力機的技術外，與現(xiàn)有水平軸風力 機的區(qū)別是在雙支撐中， 一個是固定塔架；另一個是風向隨動塔架，風向隨
動塔架包括軌道車、軌道、塔架、旋轉支撐，塔架下端連接固定在軌道車上， 以中心靜軸的一端為坐標原點，在中心靜軸長度的四分之一和四分之三左右，
與塔架連接固定的部位，有兩種結構形狀1.園臺形，內有園臺形空心，2.園 環(huán)形；在上述部位，中心靜軸通過軸承與固定塔架和風向隨動塔架的上端連接 固定，軌道車能在園形軌道或四分之一的園形軌道上運動，后者旋轉套軸能雙 向旋轉、風力發(fā)電機是雙向電機，軌道車能根據(jù)風向變化停在軌道上(制動狀態(tài))的合適位置，以便使風輪對風，這種風輪對風裝置有人工對風和自動對風 兩類，自動對風裝置用現(xiàn)有水平軸風力機的技術解決。用傘式風帆葉片替代翼 板軌道平車上的翼板，就制造出傘式風帆葉片軌道平車型風電設備。
權利要求傘式風帆葉片風力機，采用了現(xiàn)有垂直軸風力機、水平軸風力機、翼板軌道平車的相關技術，其特征是單元動力傘式風帆葉片分有系繩和無系繩兩種類型，有系繩的單元動力傘式風帆葉片由傘骨若干根、連桿、整流罩、纖維傘面、系繩組成，若干根傘骨的一端與連桿的一端連在一起，連接并固定在旋臂或支臂的支點上，連桿的另一端指向旋轉套軸旋轉運動的方向，每根傘骨的另一端通過系繩與纖維傘面上對應的緯帶相連，每根傘骨與連桿的夾角呈相等的銳角，連桿與整流罩為一體結構，整流罩呈籠形，非實心，外包絡面呈流線體，連桿位于整流罩的中軸線上，連桿指向旋轉套軸旋轉運動方向的一端與整流罩的頭部平齊，纖維傘面的頭頂部與整流罩頭部為一體結構，纖維傘面上有經帶和緯帶，經帶呈園環(huán)形，等間距分布，緯帶沿傘面徑向分布，纖維傘面邊緣外延長的緯帶稱系繩；無系繩的單元動力傘式風帆葉片由傘骨若干根、連桿、整流罩、纖維傘面、充氣管組成，若干根傘骨的一端與連桿的一端連在一起，連接并固定在旋臂或支臂的支點上，連桿的另一端指向旋轉套軸旋轉運動相反的方向，每根傘骨與連桿的夾角呈相等的銳角，連桿與整流罩為一體結構，連桿位于整流罩的中軸線上，連桿指向旋轉套軸旋轉運動方向的一端與整流罩的頭部平齊，纖維傘面的頭頂部與整流罩頭部為一體結構，纖維傘面上有經帶和緯帶，經帶呈園環(huán)形，等間距分布，緯帶沿傘面徑向分布，緯帶內嵌入細長的充氣管，纖維傘面邊緣外無延長的緯帶；傘式風帆葉片風力機分旋轉型、軌道平車型兩類；旋轉型傘式風帆葉片風力機由中心靜軸、軸承、旋轉套軸、旋臂、傘式風帆葉片和輔助設備組成，旋轉套軸通過軸承固定連接在中心靜軸上，每臺風力機的中央靜軸上，安裝兩組轉向相反、轉矩大小相等、共軸線的旋轉套軸若干個，若干個旋臂分布在每個旋轉套軸的四周，旋臂的一端與旋轉套軸固定連接，同一旋轉套軸的旋臂與旋臂之間，有環(huán)臂或螺旋臂相連接，連接方式是與旋轉套軸垂直的同一平面內沿徑向分布的一組旋臂，徑向每間隔一定距離，有園環(huán)形環(huán)臂與該組旋臂連接固定，沿旋轉套軸軸向分布不同組的旋臂，有螺旋臂與相應的旋臂連接固定，旋臂分無支臂和有支臂兩種，無支臂的旋臂，若干個單元動力傘式風帆葉片固定在旋臂的支點上，有支臂的旋臂，若干個單元動力傘式風帆葉片固定在旋臂、支臂的支點上；對于旋轉型傘式風帆葉片垂直軸風力機，輔助設備是基座或是基座加支架，中心靜軸豎直連接固定在基座上或基座和支架上；對于旋轉型傘式風帆葉片中心靜軸水平安裝的風力機，分單垂直支撐和雙垂直支撐兩種，單豎直支撐的風力機，中心靜軸水平安裝在旋轉支撐的上方；雙垂直支撐的風力機，在雙支撐中，一個是固定塔架，另一個是風向隨動塔架，風向隨動塔架包括軌道車、軌道、塔架、旋轉支撐，塔架下端連接固定在軌道車上，以中心靜軸的一端為坐標原點，在中心靜軸長度的四分之一和四分之三左右，與塔架連接固定的部位，中心靜軸橫截面有兩種結構形狀1.園臺形，內有園臺形空心，2.園環(huán)形；在上述部位，中心靜軸通過軸承與固定塔架和風向隨動塔架的上端連接固定，軌道車能在園形軌道或四分之一的園形軌道上運動，軌道車能根據(jù)風向變化停在軌道上的合適位置，使風輪對風，這種風輪對風裝置有人工對風和自動對風兩類；傘式風帆葉片能替代翼板軌道平車上的翼板，變成傘式風帆葉片軌道平車型風電設備。
專利摘要本實用新型公開了傘式風帆葉片風力機，它分為旋轉型、軌道車型兩類，旋轉型傘式風帆葉片風力機由中心靜軸、軸承、旋轉套軸、旋臂、傘式風帆葉片、輔助設備組成。它具有重量輕、加工制造容易、風載荷對塔架彎矩作用力小、具有自起動功能、一次能轉換效率高等優(yōu)點；傘式風帆葉片風力機能降低風力發(fā)電投資成本，降低風電價格。
文檔編號F03D9/00GK201246276SQ20082009074
公開日2009年5月27日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權日2008年8月27日
發(fā)明者江 游 申請人:江 游