專利名稱：無軸的垂直軸式風輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風輪機，尤其涉及垂直軸式的風輪機。
背景技術(shù)：
隨著人類，尤其是發(fā)展中的國家，對能源需求的不斷增加及對傳統(tǒng) 化石燃料供應(yīng)是有限的認識，人們對可再生能源，諸如陽光、風、雨 (水)、潮汐及地熱等的利用的新方式及改進方式，興趣越來越濃厚。
幾十年來，水力發(fā)電(Hydro-electricity)己經(jīng)成為了可再生能源的的主 流。然而，隨著對阻堰塞水道造成的環(huán)境影響日益重視以及認識到清潔 的飲用水是一種重要的資源，水力發(fā)電(hydro-genemtion)計劃的認可 性漸減。人們的關(guān)注已逐漸轉(zhuǎn)移到利用風力作為未來大規(guī)模發(fā)電的資 源。
風輪機可分類為水平軸式或垂直軸式風輪機。 一般水平軸式風輪機 具有一塔，塔上置有一圍繞水平軸旋轉(zhuǎn)的大型風扇狀葉片，與風車相 似。迄今，最大的水平軸式風輪機約高40層樓，葉片直徑約126米。為 了生產(chǎn)足夠的電力供給公用電網(wǎng)，水平軸式風輪機被設(shè)置于大型風力發(fā) 電場，該風力發(fā)電場擁有數(shù)百個分布于廣范地區(qū)的風輪機。雖然它們能 大量利用可再生能源，但是這些風力發(fā)電場占地面積大并且有礙觀瞻。
傳統(tǒng)的垂直軸式風輪機具有垂直延伸的旋轉(zhuǎn)中軸。垂直軸式風輪機 的主要優(yōu)點是發(fā)電裝置和變速箱可被設(shè)置在軸的底部，靠近地面，無需 支撐塔去承擔這些重量。另外，垂直軸式風輪機能接收來自任意方向的 風，不需要沿垂直軸線轉(zhuǎn)動或偏轉(zhuǎn)以面對主風向。然而，因垂直軸式風 輪機的受風面較大，垂直軸和風輪結(jié)構(gòu)需承受巨大的側(cè)向作用力。因 此，迄今已知的垂直軸式風輪機的規(guī)模受到實際的限制。此外，因垂直 軸式風輪機的轉(zhuǎn)子環(huán)繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)，順風部位隨風移動，但相應(yīng)的直 徑對立部位則逆風移動必需消抵迎面而來的風力。本發(fā)明的目的之一是提供一種無軸的垂直軸式風輪機，使風輪機的 規(guī)模可比迄今為止已知的風輪機更高、更大，能更大地利用風能。本發(fā) 明的另一 目的是提供一種克服或至少改善了已知風輪機缺點的垂直軸式 風輪機，或至少為公眾提供一有用的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種無軸的垂直軸式風輪機，其包括
固定的中空芯，該中空芯有內(nèi)部的圓形墻壁和外部的圓形墻 壁，內(nèi)壁和外壁之間留有空間；禾口
轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子被可旋轉(zhuǎn)地支撐于中空芯，并且具有多個徑向延 伸的轉(zhuǎn)子臂，每個轉(zhuǎn)子臂的遠端有風力驅(qū)動的轉(zhuǎn)子葉片。
優(yōu)選地，所述風輪機在內(nèi)墻壁與外墻壁間的空間內(nèi)進一步設(shè)有多個 連接內(nèi)壁和外壁的垂直肋式骨干。
優(yōu)選地，所述風輪機進一步具有兩個或以上，各自獨立圍繞所述中 空芯旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。
優(yōu)選地，每一個轉(zhuǎn)子用機械的方式與發(fā)電裝置連接。
優(yōu)選地，每個轉(zhuǎn)子均驅(qū)動一發(fā)電裝置。
優(yōu)選地，發(fā)電裝置是直驅(qū)式風力發(fā)電裝置。
優(yōu)選地，所述風輪機進一步置有分別位于中空芯和轉(zhuǎn)子的對應(yīng)發(fā)電 繞圈組，用于在所述中空芯和轉(zhuǎn)子相對運動過程中發(fā)電，無需使用任何 的機械傳動系統(tǒng)。
優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子被可旋轉(zhuǎn)地支撐于中空芯外壁延伸出的壁架上。
優(yōu)選地，所述中空芯的外壁為階梯形，用以形成所述壁架。
優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子具有一組上部滾子或輪子，可旋轉(zhuǎn)地支撐轉(zhuǎn)子于 壁架上，及一組下部滾子或輪子，可旋轉(zhuǎn)地支撐轉(zhuǎn)子于中空芯的外壁。
優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子進一步置有第二組上部滾子或輪子，可旋轉(zhuǎn)地支 撐轉(zhuǎn)子于中空芯的外壁。
優(yōu)選地，所述壁架置有翼墻，至少有上部輪子或第二上部輪子的其 中一組與翼墻接合。
優(yōu)選地，所述徑向延伸的轉(zhuǎn)子臂設(shè)有系-拉(tie-stayed)桁架構(gòu)件。
5優(yōu)選地，所述徑向延伸的轉(zhuǎn)子臂朝遠端方向逐漸變細。
優(yōu)選地，所述風力驅(qū)動的轉(zhuǎn)子葉片是升力型的轉(zhuǎn)子葉片，并且所述
轉(zhuǎn)子臂進一步在鄰近中空芯的位置設(shè)有阻力型的轉(zhuǎn)子葉片。
優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子具有一筒狀的旋轉(zhuǎn)盤，該旋轉(zhuǎn)盤可旋轉(zhuǎn)地支撐于
中空芯，且有多個轉(zhuǎn)子臂從旋轉(zhuǎn)盤向外延伸出去。
優(yōu)選地，所述風力驅(qū)動轉(zhuǎn)子葉片是升力型的轉(zhuǎn)子葉片，并且該轉(zhuǎn)子
進一步于旋轉(zhuǎn)盤設(shè)置多個阻力型的轉(zhuǎn)子葉片。
優(yōu)選地，所述風輪機進一步包括抽水蓄能水力發(fā)電系統(tǒng)。 本發(fā)明的其它方面將會在隨后的描述中變得明確，該等描述僅為示
例，并無意圖限制本發(fā)明的使用或功能的范圍。


現(xiàn)以本發(fā)明的實施例，僅作為例子進行描述，并以隨附的附圖作參 考，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的多層風輪機的截面正視圖； 圖2是經(jīng)過圖1的A-A線的截面平面圖； 圖3是經(jīng)過圖1的B-B線的截面平面圖； 圖4是第一實施例的風輪機的轉(zhuǎn)子臂和葉片的截面正視圖； 圖5是第一實施例的風輪機的轉(zhuǎn)子安裝和發(fā)電裝置布置的圖示； 圖6是第一實施例的風輪機的發(fā)電裝置的可替代實施例的圖示； 圖7是第一實施例的風輪機的轉(zhuǎn)子安裝的第二布置的圖示； 圖8是第一實施例的風輪機的轉(zhuǎn)子安裝的第三布置的圖示； 圖9是根據(jù)本發(fā)明的具有不同轉(zhuǎn)子臂結(jié)構(gòu)的第二實施例的多層風輪 機的截面正視圖10是經(jīng)過圖9的C-C線的截面平面圖； 圖11是經(jīng)過圖9的D-D線的截面平面圖12是第二實施例的風輪機的一對轉(zhuǎn)子臂和葉片的截面正視圖； 圖13是經(jīng)過第二實施例的風輪機的上部桁架臂的截面平面圖； 圖14是經(jīng)過第二實施例的風輪機的下部桁架臂的截面平面圖； 圖15是用于在第二實施例的風輪機的轉(zhuǎn)子安裝裝布置圖示；圖16是在圖15中示出的布置的頂端滾子組合的放大圖； 圖17是在圖15中示出的在第二實施例的C-C線上的截面平面圖； 圖18是在圖15中示出的在第二實施例的D-D線上的截面平面圖； 圖19是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的多層風輪機轉(zhuǎn)子頂部的截面平面
圖，該風輪機具有不同設(shè)計的轉(zhuǎn)子臂和在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)盤圓周設(shè)有多個阻力
型轉(zhuǎn)子葉片；以及
圖20是圖19的實施例的轉(zhuǎn)子底部的截面平面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)對本發(fā)明以大型(即，高建筑物規(guī)模)的無軸垂直軸式多層風輪 機來進行描述。風輪機的設(shè)計使它能被制成非常大的規(guī)模，尤其是比已 知的風輪機大很多。迄今為止，最大的風輪機為葉片直徑達126米的水 平軸式風輪機。發(fā)明人意指的大型風輪機是指根據(jù)本發(fā)明的風輪機，其 覆蓋的基座處能夠達到直徑或?qū)挾?50至350米之間，其垂直高度達到 300至500米之間或更高。然而，此表述并無意圖限制本發(fā)明的使用或功 能。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解到本發(fā)明的原理可以適用于任何規(guī)模的 風輪機，更大的或更小的。
因根據(jù)本發(fā)明的風輪機可被制成如此大的規(guī)模，所以它能在風速較 高的更高高度利用大面積的風。風的可能功率(P)由KpA^給出，在此 處，p是空氣的密度，A是風輪機的受風面積，v是風速?；诖耍L輪 機所產(chǎn)生的功率的量，將與轉(zhuǎn)子掃過的面積按比例增加并按風速的立方 遞增。由于可達350米寬，所述風輪機轉(zhuǎn)子掃過的面積很大。由于可達 500米或更高的高度，此意味著風輪機將暴露于更高風速的風中。因此， 根據(jù)本發(fā)明的風輪機可從風中攫取更高的能量。
構(gòu)建上文所述規(guī)模的風輪機可利用已公知的建筑物構(gòu)建和大型工程 的技術(shù)。在世界上大多數(shù)國家已建有許多高達500米或更高的高樓。這 些結(jié)構(gòu)的建造技術(shù)很容易成為本領(lǐng)域技術(shù)人員所掌握的專門技術(shù)。這些 已知的構(gòu)造技術(shù)適用于在此處描述的風輪機的個別結(jié)構(gòu)元素和特點。
優(yōu)選的實施例的設(shè)備是"多層"式的，有多個獨立的渦輪依附于一共 用的垂直圓筒形支撐結(jié)構(gòu)，垂直地疊起。每個渦輪分別具有各自的轉(zhuǎn)
7子，與它本身的發(fā)電裝置相連接，或是直驅(qū)的或是傳動的或是其他的傳 輸裝置。垂直風輪機可能延伸至幾百米的高度，因此，其在不同的高度 所受的風向和風速會不同。每個渦輪可因應(yīng)不同的受風情況，獨立地與 設(shè)置在不同高度的發(fā)電裝置自由旋轉(zhuǎn)。然而，這對本發(fā)明來說不是必需 的，風輪機可以只有一個轉(zhuǎn)子。
根據(jù)本發(fā)明的風輪機是無軸的。在本文件中，"無軸"是指風輪機 的每個轉(zhuǎn)子均是一個自由旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。沒有與轉(zhuǎn)子共軸線的軸以傳輸扭 矩給發(fā)電裝置，此有別于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式電力機器和己知的垂直軸式和水 平軸式風輪機。
第一優(yōu)選的實施例
圖1-5描述了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的無軸垂直多層式風輪機1。
雖然規(guī)模對本發(fā)明來說不是關(guān)鍵的，但是所述渦輪的直徑有350米和高
度達500米。風輪機1具有三個基本的功能部份垂直的支撐結(jié)構(gòu)、至
少有一個由風力驅(qū)動且附于所述支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子以及由轉(zhuǎn)子驅(qū)動的發(fā)電 裝置。在優(yōu)選的實施例中，有多個獨立旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，垂直地疊起， 一個 位于另一個之上。每個轉(zhuǎn)子與設(shè)置在垂直支撐結(jié)構(gòu)的相對應(yīng)傳動裝置和 發(fā)電裝置相連接。
垂直的支撐結(jié)構(gòu)包括構(gòu)成風輪機1的中空芯的垂直延伸圓筒塔。該
塔的直徑一般是整個風輪機直徑的15%至40%。在優(yōu)選的實施例中，芯 塔的直徑是風輪機直徑的25% 。因風輪機直徑有300米，芯塔的直徑是 75米。芯塔延伸至風輪機的整個高度，頂端可蓋一個或平的、或傾斜 的、或拱形的屋頂(未有示出)。所述芯塔由兩個同心的圓形墻壁5、 6 構(gòu)建而成，兩壁間是空間7。多個肋式骨干8在空間7內(nèi)按圓周分隔開設(shè) 置，垂直地延伸且連接內(nèi)部和外部的墻壁5、 6。垂直的肋式骨干8把壁 間的空間分隔成多個單元。在優(yōu)選的實施例中，內(nèi)部和外部塔壁5、 6之 間的距離約數(shù)米，在壁間的空間7內(nèi)，有足夠空間設(shè)置電梯豎井9、樓梯 間10以及在與各轉(zhuǎn)子相應(yīng)的水平設(shè)置機器房以裝置發(fā)電設(shè)備。所述芯塔 的內(nèi)部墻壁6內(nèi)的區(qū)域，通常是中空的，在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)造成一大的中心 空間11。所述芯塔以鋼筋混凝土構(gòu)建，并且可采用已知的構(gòu)建技術(shù)建造。芯塔的圓筒形雙壁結(jié)構(gòu)使芯塔的強度能承受由風產(chǎn)生的大側(cè)向作用 力。
風輪機的每一層均置有一附于芯塔且可自由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子19、 20、 21、 22。各層的轉(zhuǎn)子可以大小相同，也可以是不同的。每個轉(zhuǎn)子19、 20、 21、 22均含一有充分構(gòu)架支撐的筒狀旋轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)23，被可旋轉(zhuǎn)地支 撐于芯塔。多個系-拉式(tie-stayed)桁架臂26從旋轉(zhuǎn)盤23的底部232 徑向延伸。從旋轉(zhuǎn)盤23的頂部231延伸至徑向桁架臂26遠端的系緊構(gòu) 件27牽拉著徑向桁架臂26。翼型的升力型葉片28位于每個徑向桁架臂 26的遠端。葉片28裝置在一個副支架24上，該副支架在鉸鏈25處可樞 轉(zhuǎn)地與徑向桁架26連接。葉片28能在鉸鏈接頭25樞轉(zhuǎn)，可主動調(diào)校葉 片受風的角度(在圖2中用箭頭E標出)，使風輪機可在廣大范圍的風 情況下更有效地轉(zhuǎn)動。在優(yōu)選的實施例中，每個轉(zhuǎn)子有三個對稱地間隔 開的桁架徑向臂26和葉片28，然而，此表述并無意圖限制本發(fā)明的使用 或功能的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，2、 4、 5、 6或更多個葉片 可被使用，但功率和效率會有不同程度的改變。
參照圖5，芯塔的外壁在每層轉(zhuǎn)子19、 20、 21、 22的高度水平均呈 階梯形狀，形成了環(huán)繞芯塔外周的壁架(ledge) 30。每個轉(zhuǎn)子被可旋轉(zhuǎn) 地支撐于芯塔外周的各個壁架30上。每個壁架30的外部邊緣建有翼墻 35。轉(zhuǎn)子朝里延伸的鉤狀框架部分233位于壁架30的上方。 一組輪子或 滾子31沿框架朝里延伸部分233的內(nèi)部邊緣圓周設(shè)置，并且在翼墻35 內(nèi)側(cè)表面的圓形軌道351水平地運行。第二組輪子或滾子32在框架相關(guān) 部分233的下側(cè)，沿其內(nèi)部邊緣的圓周設(shè)置，在翼墻35上側(cè)表面的第二 圓形軌道352上垂直地運行。上部輪子或滾子組合3K 32依靠混凝土芯 塔的外周為轉(zhuǎn)子提供了垂直的和橫向水平的支撐。在旋轉(zhuǎn)盤23底部232 的內(nèi)周，亦設(shè)置多個止推滾子33。該止推滾子33沿芯塔外壁5圓形軌道 353運行，依靠芯塔的外周為轉(zhuǎn)子的下部提供了橫向的支撐。故此，每個 轉(zhuǎn)子的框架頂部垂直地懸掛于壁架30，通過上部輪子和滾子31、 32和止 推滾子33的協(xié)作，為轉(zhuǎn)子提供了垂直的和橫向水平的支撐。風與轉(zhuǎn)子臂 遠端翼型葉片的相互作用使轉(zhuǎn)子圍繞芯塔旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)子的運動，通過設(shè)置于止推滾子33鄰近的傳動裝置，機械地轉(zhuǎn)動在芯塔的發(fā)電裝置40。 一對齒輪42、 43可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在芯塔外壁的開口 內(nèi)。較小齒輪42接合設(shè)置在止推滾子33下方，旋轉(zhuǎn)盤23下部的環(huán)狀構(gòu) 件232內(nèi)周的環(huán)齒輪44。隨著轉(zhuǎn)子的運動，環(huán)齒輪44轉(zhuǎn)動較小齒輪 42。較小齒輪42固定于較大齒輪43，較大齒輪43接合發(fā)電裝置齒輪41 轉(zhuǎn)動發(fā)電裝置40。
可供選擇的發(fā)電裝置布置
對本發(fā)明來說機械力轉(zhuǎn)動的發(fā)電裝置40不是必需的。任何類型合適 的傳動系統(tǒng)和/或在本領(lǐng)域中己知的發(fā)電系統(tǒng)均可被用于把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的能 量轉(zhuǎn)換成電力。例如，可釆用無需使用任何的機械傳動裝置的直驅(qū)(無 齒輪)式發(fā)電裝置。直驅(qū)式的發(fā)電裝置有一組定子和一組轉(zhuǎn)子。其中的 一組置有電磁繞圈組，若采用永久磁鐵時，置有永久磁鐵和其支架。另 一組置有導電繞圈組。通過轉(zhuǎn)子和定子的相對運動，在轉(zhuǎn)子通過或經(jīng)過 定子時，產(chǎn)生電力。圖6示出了這樣的直驅(qū)式發(fā)電裝置，其中，永久磁 鐵的磁場磁極61被連接至轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)盤23的朝里延伸的部分233的上部 邊緣，并且它的定子繞圈組60固定在外壁5。
可供選擇的轉(zhuǎn)子支撐布置
圖7示出了轉(zhuǎn)子安裝在芯塔壁架30的第二布置。壁架30在其外部 邊緣置有去角的翼墻29。橫向的穩(wěn)定輪子311在設(shè)置于去角翼墻29表面 的軌道354上運轉(zhuǎn)，為旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子提供橫向的穩(wěn)定性。圖8再顯示另一 實施例芯塔的外壁是沒有臺階的圓筒形；轉(zhuǎn)子安裝在圍繞芯塔外周設(shè)置 的枕梁型滾子軌道梁34上。
含轉(zhuǎn)子臂的另一可供選擇布置的第二優(yōu)選實施例
圖9-14描述了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選的實施例的風輪機，其具有另 一可供選擇的轉(zhuǎn)子臂布置。在這個實施例中，轉(zhuǎn)子葉片由4個徑向延伸 的桁架臂461、 462、 261、 262支撐于旋轉(zhuǎn)盤。葉片28的上部由從轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)盤23的頂部231徑向延伸的第一對水平的間隔開的桁架臂461、 462 支撐。葉片28的下部由從轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)盤23的下部232徑向延伸的相對應(yīng) 的第二對水平間隔開的桁架臂261、 262支撐。在上組和下組的桁架臂對
10461、 462、 261、 262之間，對角的系-牽臂48從上組徑向桁架臂461、 462的內(nèi)端延伸至下組徑向桁架臂261、 262的遠端。每對桁架臂的引導 架臂461、 261亦可由拉條(stay) 481 ，在水平面內(nèi)，系-牽至轉(zhuǎn)子的旋 轉(zhuǎn)盤23，以增加穩(wěn)定性。
圖15和16示出了安裝轉(zhuǎn)子于芯塔壁架30的另一種布置。此布置可 采用于第二優(yōu)選實施例的風輪機。壁架沒有翼墻35。上部橫向穩(wěn)定輪子 31被置于軌道351上運行，軌道351設(shè)置于芯塔外部圓周的表面。圖17 和18是這種布置的平面視圖。
圖19和20顯示了轉(zhuǎn)子臂的另一個可供選擇的設(shè)計，其中，所述臂 從旋轉(zhuǎn)盤23朝向轉(zhuǎn)子葉片28逐漸變細(形成錐形)。所述的逐漸變細 給轉(zhuǎn)子臂提供了更高的強度，以抵抗在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間沿橫向方向的撓曲 和彎曲。
此外，發(fā)明人設(shè)想，為了減低轉(zhuǎn)子臂在移動時經(jīng)過空氣的阻力，在 這個和其他的實施例中，轉(zhuǎn)子臂可安置在空氣動力學形狀的外殼內(nèi)。
含葉片組合布置的第三優(yōu)選的實施例
升力型垂直軸線風輪機的一個缺點是，當轉(zhuǎn)子的葉片28在風中旋轉(zhuǎn) 時有與旋轉(zhuǎn)方向相反的阻力(負的動力)。轉(zhuǎn)子在啟動時，需要足夠高 的風速吹過葉片的表面才可產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)子所需的空氣動力。為了克服上 述困難，在本發(fā)明的另一個實施例中，在鄰近旋轉(zhuǎn)盤23位置加設(shè)有彎曲 度的葉片，形成組合式的風輪機。圖9-14顯示了優(yōu)選的實施例中的這種 組合式風輪機。彎曲葉片被設(shè)置在上部和下部桁架對(461、 462)、
(261、 261)之間。葉片45可如阻力型轉(zhuǎn)子葉片在風中操作，幫助啟動 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。隨著轉(zhuǎn)子速度的增加，在翼型葉片28上產(chǎn)生的空氣動力也 增加，并且貢獻給轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動力。在正常的轉(zhuǎn)子速度時，主要的旋轉(zhuǎn)力 來自于翼型葉片28。
盡管在圖9-14中示出的實施例都具有位于上部和下部的徑向桁架臂 對之間的3個彎曲的葉片45，但是這對本發(fā)明來說不是必要的。只要能 在期望的風速足以開始轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，可任意選擇設(shè)置于旋轉(zhuǎn)盤23圓周彎曲 葉片45的數(shù)量和大小。
ii圖19和20顯示了另一可供選擇的葉片組合布置，其中，多個葉片
45設(shè)置于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)盤23 ，獨立于轉(zhuǎn)子臂。與在圖9-14中所描述的實施 例相比，葉片45的數(shù)量較多，因而可較細小。在速度較高，當轉(zhuǎn)子主要 靠作用于外葉片28的升力操作時，葉片45引起的阻力會較小。
抽水蓄能系統(tǒng)
圖1亦示出了一個根據(jù)本發(fā)明的風輪機的重要但不是必要的特征。 因風輪機的高度和規(guī)模，在芯塔中，在非常高的高度儲存大量的水是可 行的。大量的水可被儲存在芯塔的內(nèi)壁和外壁之間的上部空隙7內(nèi)，而 不需要對塔的上部進行非常大的額外加固。同樣地，在所述塔較低部的 中心的空間11內(nèi)儲存大量的水也不需要對所述塔進行非常大的額外加 固。這些水可通過設(shè)置在壁間的空間中的或在內(nèi)壁內(nèi)表面上的管道，在 上部的和下部的蓄水池間移動。當風的情況使產(chǎn)生的電量比需要供給電 網(wǎng)或當?shù)睾碾娏慷鄷r，由電泵把水從下部的蓄水池抽到上部的蓄水池 中。當條件相反或在負載的高峰時，或當風小時，把水經(jīng)過用于補充風 力發(fā)電的水力發(fā)電裝置從上部的蓄水池排回至下部的蓄水池。雖然抽水 蓄能系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，但是迄今為止由于受到風輪機塔的體 積和強度以及單塔風力發(fā)電容量的限制，把抽水蓄能系統(tǒng)結(jié)合至風力發(fā) 電裝置中是不可能的。通過設(shè)置非常堅固的高且大的塔和通過裝置大型 多層轉(zhuǎn)子以使單塔有大的發(fā)電容量，根據(jù)本發(fā)明的塔克服了這些問題。
在上述的描述中，對具有已知的對應(yīng)物的整體或部件進行了引用-， 那么這些對應(yīng)物如同在此處單獨提出一樣都包含在本發(fā)明中。
盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，然而，應(yīng)該理解到在不背離本發(fā) 明的實質(zhì)或附屬的權(quán)利要求的范圍的情況下，可進行變化、改進或修 改。
權(quán)利要求
1.一種無軸的垂直軸式風輪機，其包括固定的中空芯，該中空芯有內(nèi)部的圓形墻壁和外部的圓形墻壁，內(nèi)壁和外壁之間留有空間；和轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子被可旋轉(zhuǎn)地支撐于中空芯，并且具有多個徑向延伸的轉(zhuǎn)子臂，每個轉(zhuǎn)子臂的遠端有風力驅(qū)動的轉(zhuǎn)子葉片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸風輪機，在內(nèi)墻壁與外墻壁之間的空 間內(nèi)，進一步設(shè)有多個連接內(nèi)壁與外壁的垂直肋式骨干。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸風輪機，進一步具有兩個或以上，各 自獨立圍繞中空芯旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子， 一個位于另一個之上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無軸風輪機，其中每一個轉(zhuǎn)子用機械的方式與發(fā)電裝置連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸風輪機，其中每個轉(zhuǎn)子均驅(qū)動一發(fā)電 裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的無軸風輪機，其中所述的發(fā) 電裝置為直驅(qū)式風力發(fā)電裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸風輪機，進一步具有分別位于中空芯 和轉(zhuǎn)子的對應(yīng)發(fā)電線圈組，用于在所述中空芯和轉(zhuǎn)子相對運動過程中發(fā) 電，無需使用任何的機械傳動系統(tǒng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸風輪機，其中所述轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地支撐 于中空芯外壁延伸出的壁架上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的無軸風輪機，其中所述中空芯外壁為階梯 形，用以形成所述壁架。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的無軸風輪機，其中所述轉(zhuǎn)子具有一組上 部滾子或輪子，可旋轉(zhuǎn)地支撐轉(zhuǎn)子于壁架上，及一組下部滾子或輪子， 可旋轉(zhuǎn)地支撐轉(zhuǎn)子于中空芯的外壁。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的無軸風輪機，其中所述轉(zhuǎn)子進一步具有 第二組上部滾子或輪子，可旋轉(zhuǎn)地支撐轉(zhuǎn)子于中空芯的外壁。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的無軸風輪機，其中所述壁架設(shè)有翼墻，和至少有上部輪子或第二上部輪子的其中一組與翼墻接合。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸風輪機，其中所述徑向延伸的轉(zhuǎn)子 臂設(shè)有系-拉桁架構(gòu)件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸風輪機，其中所述徑向延伸的轉(zhuǎn)子 臂朝遠端方向逐漸變細。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸風輪機，其中所述風力驅(qū)動的轉(zhuǎn)子葉片是升力型的轉(zhuǎn)子葉片，其轉(zhuǎn)子臂進一步在鄰近所述中空芯的位置設(shè)有阻 力型的轉(zhuǎn)子葉片。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸風輪機，其轉(zhuǎn)子具有一筒狀的旋轉(zhuǎn)盤，該旋轉(zhuǎn)盤可旋轉(zhuǎn)地支撐于中空芯且有多個轉(zhuǎn)子臂從所述旋轉(zhuǎn)盤向外 延伸。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的無軸風輪機，其中所述的風力驅(qū)動轉(zhuǎn)子 葉片是升力型的轉(zhuǎn)子葉片，其轉(zhuǎn)子進一步于旋轉(zhuǎn)盤設(shè)置多個阻力型的轉(zhuǎn) 子葉片。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無軸風輪機，進一步包括抽水蓄能水力發(fā) 電系統(tǒng)。
全文摘要
一種無軸的垂直軸式風輪機，其具有固定的中空芯，所述中空芯有內(nèi)部的圓形墻壁和外部的圓形墻壁，內(nèi)壁和外壁之間留有空間。轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地支撐于中空芯并且具有多個徑向延伸的轉(zhuǎn)子臂，每個轉(zhuǎn)子臂的遠端有風力驅(qū)動的轉(zhuǎn)子葉片。
文檔編號F03D3/00GK101550904SQ200910003900
公開日2009年10月7日 申請日期2009年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者胡應(yīng)湘, 胡文新, 胡芝明 申請人:合和風電有限公司