專利名稱：一種垂直軸風(fēng)力機(jī)的圓環(huán)形軌道式塔架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種垂直軸風(fēng)力機(jī)的圓環(huán)形軌道式塔架，用于包括阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)
和升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)在內(nèi)的各種垂直軸風(fēng)力機(jī)。
背景技術(shù)：
垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪可以吸收來自任何方向的風(fēng)的能量，不需要調(diào)向機(jī)構(gòu)；而且 垂直軸風(fēng)力機(jī)的增速齒輪箱和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)可以設(shè)置在靠近地面的位置，因此垂直軸風(fēng)力機(jī) 比較其他種類的風(fēng)力機(jī)來講，整體的結(jié)構(gòu)要簡單，使用中的維護(hù)要方便。 但是，對于大型垂直軸風(fēng)力機(jī)來講，其風(fēng)輪的主軸和主軸與塔架之間的聯(lián)接軸承 對機(jī)械強(qiáng)度有很高的要求。 這是因?yàn)榇怪陛S風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪在轉(zhuǎn)動時，風(fēng)作用在風(fēng)輪上的力會隨著風(fēng)輪在旋轉(zhuǎn) 過程中每個葉片的位置 一一其中主要包括三種位置葉片運(yùn)行方向與風(fēng)向相同時的順風(fēng) 位置、葉片運(yùn)行方向與風(fēng)向相反的逆風(fēng)位置、上述兩者之間的過渡位置 一一 的變化而變 化。這種不斷變化的力，對垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪的主軸和主軸與塔架之間的聯(lián)接軸承帶來 了不斷變化的不均衡和不對稱的側(cè)向載荷，從而影響到風(fēng)輪主軸和主軸與塔架之間的聯(lián)接 軸承的使用壽命。因此，為了延長風(fēng)輪的主軸和主軸與塔架之間的聯(lián)接軸承的使用壽命，需 要其有很高的機(jī)械強(qiáng)度。 特別是對于尖速比小于1的阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)來講，這種不斷變化的不均衡和 不對稱的側(cè)向載荷的負(fù)面作用更為明顯。 因此，對于大型垂直軸風(fēng)力機(jī)來講，由于其風(fēng)輪的主軸和主軸與塔架之間的聯(lián)接 軸承對機(jī)械強(qiáng)度有很高的要求，并由此帶來了成本上升，甚至成為阻礙其廣泛使用的技術(shù) 方面的和經(jīng)濟(jì)方面的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于垂直軸風(fēng)力機(jī)的圓環(huán)形軌道式塔架，使風(fēng)作用在
風(fēng)輪上的不斷變化的力，通過固定在塔架頂部的圓環(huán)形軌道，直接傳遞到塔架上，從而減少
了作用在風(fēng)輪的主軸上的側(cè)向載荷，甚至可以舍棄了主軸與塔架之間的聯(lián)接軸承。 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的(如圖1、圖2所示) 圓環(huán)形軌道式塔架是由一個圓環(huán)形軌道和一座塔架組成。 塔架可以是傳統(tǒng)的圓筒式塔架，也可以是傳統(tǒng)的桁架式塔架。 圓環(huán)形軌道是一個平面呈圓環(huán)形的軌道；軌道的截面形狀可以是矩形、圓形、橫置 的T形等等的形狀；以矩形為例，圓環(huán)形軌道的上表面、下表面、一個側(cè)面(通常是外側(cè)面) 是供風(fēng)輪的旋臂上的三組輪系滾動用的軌道；另一個側(cè)面(通常是內(nèi)側(cè)面)用于與塔架聯(lián) 接。 圓環(huán)形軌道通過橫樑和斜支撐樑，水平的固定在塔架的頂部。
圓環(huán)形軌道式塔架必須與風(fēng)輪的旋臂上的輪系共同匹配使用。
風(fēng)輪的旋臂上相對于圓環(huán)形軌道的部位有三組輪系在圓環(huán)形軌道上滾動(如圖 3、圖4所示)，這三組輪系分別是承重輪系，用于承擔(dān)風(fēng)輪的重量，通常是在圓環(huán)形軌道的 上表面上運(yùn)行；中心定位輪系，用于保證風(fēng)輪主軸的中心位置保持在圓環(huán)形軌道的中心位 置上 一一 如果在風(fēng)輪主軸與塔架之間有軸承聯(lián)接，則這組輪系可以取消 一一 通常是在圓 環(huán)形軌道的外側(cè)面上運(yùn)行；安全保障輪系，用于保障旋臂不會從圓環(huán)形軌道上脫離，通常是 在圓環(huán)形軌道的下表面上運(yùn)行。


圖1 :圓環(huán)形軌道式塔架的示意圖的側(cè)視圖；
圖2 :圓環(huán)形軌道式塔架的示意圖的頂視圖； 圖3:圓環(huán)形軌道式塔架與風(fēng)輪旋臂的輪系共同匹配使用的示意圖。其中風(fēng)輪為 帆式風(fēng)輪； 圖4 :圓環(huán)形軌道式塔架與風(fēng)輪旋臂的輪系共同匹配使用的示意圖的局部放大 圖。其中"l"為風(fēng)輪的旋臂；"2"為風(fēng)輪的承重輪系；"3"為風(fēng)輪的中心定位輪系；"4"為 風(fēng)輪的安全保障輪系；"5"為圓環(huán)形軌道。
具體實(shí)施例方式
確定圓環(huán)形軌道的直徑的大小，應(yīng)該是以風(fēng)輪在運(yùn)行中可能帶來的側(cè)向載荷的大 小所決定，并與塔架的強(qiáng)度相匹配 一一 通常應(yīng)該高于塔架的強(qiáng)度。 一般來講，圓環(huán)形軌道 直徑越大，體積和重量也越大，因而對塔架的強(qiáng)度要求也越高，但是對減小風(fēng)輪在運(yùn)行中可 能出現(xiàn)的側(cè)向載荷的負(fù)面作用越有效。 所以，對圓環(huán)形軌道的設(shè)計，實(shí)際上就是在風(fēng)輪運(yùn)行中可能出現(xiàn)的側(cè)向載荷、塔架 的強(qiáng)度、圓環(huán)形軌道的直徑之間找到一個最佳的匹配點(diǎn)。 圓環(huán)形軌道可以使用金屬材料制造，并且可以制造成中空的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計上圓環(huán) 形軌道的強(qiáng)度要能夠保證風(fēng)輪的運(yùn)行的需求。 圓環(huán)形軌道、橫梁與斜支撐樑、塔架三者之間的聯(lián)接可以使用焊接、鉚接或者螺栓 緊固等等方式。
圓環(huán)形軌道與風(fēng)輪有兩種匹配使用的方式 1/風(fēng)輪的中心軸與塔架之間有定位用的聯(lián)接軸承，風(fēng)輪的旋臂上沒有中心定位輪 系。 這種匹配使用的方式的優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)輪的中心軸定位準(zhǔn)確，圓環(huán)形軌道的側(cè)面沒有做 為軌道的強(qiáng)度要求。不足之處是風(fēng)輪的中心軸、中心軸與塔架之間的聯(lián)接軸承仍然會受到 側(cè)向載荷的負(fù)面影響，盡管可能會比沒有使用圓環(huán)形軌道的塔架的側(cè)向載荷的負(fù)面影響小 很多； 2/風(fēng)輪的中心軸與塔架之間沒有任何結(jié)構(gòu)上的聯(lián)接，風(fēng)輪中心軸的位置完全靠風(fēng) 輪的旋臂上的中心定位輪系與圓環(huán)形軌道共同定位。 這種匹配使用的方式的優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)輪的中心軸完全不受側(cè)向載荷的負(fù)面影B向，中心 軸只負(fù)責(zé)傳遞風(fēng)輪的扭矩，不足之處在于對圓環(huán)形軌道的不圓度有較高的要求，并且可能 需要在風(fēng)輪的中心軸與工作機(jī) 一一 比如發(fā)電機(jī) 一一 之間加裝萬向節(jié)系統(tǒng)。
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—般的情況下，對于尖速比大于1的升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)，第一種匹配使用方式 比較有利；對于尖速比小于1的阻力型垂直軸風(fēng)力機(jī)或者大型風(fēng)力機(jī)，第二種匹配使用方 式比較有利。
權(quán)利要求
一種垂直軸風(fēng)力機(jī)的圓環(huán)形軌道式塔架，它是由圓環(huán)形軌道和塔架組成，其特征在于圓環(huán)形軌道位于塔架的頂部。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種用于垂直軸風(fēng)力機(jī)的圓環(huán)形軌道式塔架，使風(fēng)作用在風(fēng)輪上的不斷變化的力，通過固定在塔架頂部的圓環(huán)形軌道，直接傳遞到塔架上，從而減少了作用在風(fēng)輪的主軸上的側(cè)向載荷，甚至可以舍棄了主軸與塔架之間的聯(lián)接軸承。圓環(huán)形軌道是一個平面呈圓環(huán)形的軌道；圓環(huán)形軌道的上表面、下表面、一個側(cè)面(通常是外側(cè)面)是供風(fēng)輪的旋臂上的三組輪系滾動用的軌道；另一個側(cè)面(通常是內(nèi)側(cè)面)用于與塔架聯(lián)接。圓環(huán)形軌道通過橫樑和斜支撐樑，水平的固定在塔架的頂部。
文檔編號F03D3/00GK101749198SQ20091026532
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者陳謙 申請人:陳謙