專利名稱：動翼式升力型大功率垂直軸風力機的制作方法
技術(shù)領域：
本實用屬于風能利用領域，涉及垂直軸風力發(fā)電機技術(shù)，具體涉及一種葉片可動 的升力型大功率的垂直軸風力機技術(shù)。
背景技術(shù)：
風輪是將風能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，是風力機性能好壞的關鍵，是工程化應用改進研究的重點。而風輪研究的重點正是葉片及其支臂結(jié)構(gòu)。風力機分為水平軸和垂直軸兩大門類。垂直軸風力機(可簡稱立軸機)分為阻力型和升力型兩類，效率較高的是升力型機，其中效率最高、也最常見的是H型升力型機。本發(fā)明研究的也是H型升力型垂直軸機。升力型垂直軸風力機除了 Φ型(典型的達里厄型Darrieus)沒有支臂外，其它各機型都可歸結(jié)為H型，都必須有支臂，葉片必須通過支臂固定于輪轂。支臂會增加風輪的重量，同時會額外增加掃風阻力，功率做大會增加支臂結(jié)構(gòu)的難題。幾千瓦以下的小功率風力機，支臂的重量影響還可以忽略，功率做到百千瓦級以上時支臂結(jié)構(gòu)問題就突出了?，F(xiàn)有的、已見的H型升力型垂直軸風力機，功率做得較大的、能達到幾百千瓦以上的，其支臂長度已達20米，即風輪半徑達20米。H型升力型機葉片都位于半徑最大處，大功率機單個葉片重量即可達噸級。未來當功率達到兆瓦級乃至數(shù)兆瓦時，所需支臂長度將達40米乃至50米以上，葉片會有更大的重量。這時，即使支臂加上斜拉索也將難以滿足穩(wěn)定運行和安全要求。這就需要有另一種解決方案。垂直軸風力機葉片與水平軸機葉片的明顯不同在于，平軸機葉片形狀結(jié)構(gòu)的特點是根粗梢細，是變弦長葉片，整體投影面積較??；而立軸機葉片則是從上到下等寬(等弦長)，整體面積較大。立軸機正是要靠較大的葉片面積來獲得足夠的旋轉(zhuǎn)動力。這樣，在遇到破壞性強風時，很大的招風面積承受很大的風阻，易遭破壞?，F(xiàn)有的立軸機葉片都是固定翼的，即葉片固定在支臂上不能有任何動作。當大面迎風時，葉片受力很大，被風吹斷的例子并不鮮見。在強風下大面積的葉片的安全問題是大功率立軸機必須解決的一大問題。現(xiàn)有的功率較大的H型立軸機支臂大都是水平橫置的。不論支臂水平橫置還是斜置，較長的支臂都需要斜拉索保證支臂的安全，而斜拉索與支臂之間的夾角不能過小。要保證這個夾角，就必須提高斜拉索生根點?，F(xiàn)有的H型立軸機是以加一節(jié)上部柱體來提高斜拉索生根點，而這一節(jié)加高的柱體，對旋轉(zhuǎn)動力不僅毫無貢獻，還會產(chǎn)生不利的擾流，這個問題也需要改善。大功率的風輪，由于重量很大，軸承的軸向載荷很大，滾動摩擦阻力也不可忽視。另一方面，當功率做大時，輪轂的直徑必然加大，軸承半徑也大，因而滾動摩阻的力矩就會加大。人們總是希望有一種辦法能減小風輪的滾動摩阻，從而減小風輪的運行阻力矩。有人試驗過所謂磁懸浮軸承的辦法，但安裝極為困難、結(jié)構(gòu)復雜、成本極高，得不償失，難以實用。因此希望能有一種既簡易可行而又可靠的措施?，F(xiàn)有的大功率平軸機，隨著功率越做越大，機艙高度從七十幾米，增高到90米以至百米，吊裝機艙和維修大部件(如發(fā)電機、增速齒輪箱)所需要的吊車使用成本也越來越
3高。平軸機研究者為了解決這一難題，已經(jīng)研究過各種方法，欲將傳動大部件下移，包括研究液壓傳動技術(shù)等，但都不可行。而立軸機一大好處是發(fā)電機、增速箱等故障多發(fā)大部件可放在半中腰，機艙高度比平軸機可降低很多。這也是立軸機值得研究開發(fā)的重要原因。現(xiàn)有的立軸機全都是長輪轂，葉片有多長，輪轂就有多長，H型、Φ型機都是此特點，導致晃動大、穩(wěn)定性差、重量大、加工難、造價高。

實用新型內(nèi)容要解決的技術(shù)問題本實用新型的目的，在于解決現(xiàn)有升力型垂直軸風力機技術(shù)的上述問題和不足。針對上述從工程研究中發(fā)現(xiàn)存在的實際問題，目的在于提供一種新型的升力型垂直軸風力機當功率做到很大、支臂很長時，要增加支點，讓懸臂梁改善為簡支梁形式，避免支臂變形和不穩(wěn)；當遇到危險強風時，將葉片從被約束狀態(tài)釋放成自由狀態(tài)，讓葉片能繞自身軸隨風向自由擺動到順風狀態(tài)，最大限度減小迎風阻力，消除葉片風險；強風過去后還要讓葉片受控回位；增加一個阻力風輪，既抬高斜拉索生根點，又增加輔助動力，一舉兩得；在橫支臂上采取措施，讓橫支臂在運行時產(chǎn)生向上的升力，抵消一部分重力，以減小風輪運轉(zhuǎn)的阻力矩。要采用一種辦法把輪轂的長度減下來，不隨葉片長度而等比例加長。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種動翼式升力型大功率垂直軸風力機，由豎直的升力型葉片I、葉片的斜支臂
8、橫支臂10、斜拉索11、支臂基座19、置于支臂基座19之上的阻力型風輪17、固定支臂基座用的輪轂22、支腿13、滾輪15、軌道16、軌道基礎14組成，其特征在于所述的豎直的升力型葉片I分為固定段與可動段；橫支臂10上設置有由支腿13、滾輪15、軌道16和軌道基礎14構(gòu)成的支點；所述的支臂基座19的頂部設置有供斜拉索11在其頂部生根的阻力型風輪17 ;所述的橫支臂10的骨架上外包有機翼翼型38 ;所述的支腿13的骨架上外包有支腿的翼型40。所述的豎直的升力型葉片I由葉片上部可動段2、葉片上部固定段3、葉片中部可動段4、葉片下部固定段5、葉片下部可動段6、葉片軸7所組成，每個固定段與可動段之間，在葉片內(nèi)腔都設置有由PLC指令控制其動作的葉片回位驅(qū)動輪36和葉片定位銷37，葉片軸7設在葉片內(nèi)的前緣處。所述的支腿13上連橫支臂10，下裝滾輪15 ;所述的軌道16為在圓環(huán)形軌道，所述的滾輪15和軌道16為運動連接。所述的支腿13的外表為與豎直的升力型葉片I相同的翼型。所述的橫支臂10的外表輪廓為飛機機翼或直升機旋翼的翼型形狀，即橫支臂外包機翼翼形38。所述的阻力型風輪17采用定翼式或動翼式。所述的豎直的升力型葉片I與斜支臂8、橫支臂10呈三角狀，斜支臂8置于橫支臂10的上部，斜支臂8和橫支臂10共同生根于同一支臂基座19上；支臂基座19固定于輪轂22上，兩者結(jié)為一體，支臂基座19的高度高于輪轂22且能容納斜支臂8和橫支臂10兩臂的厚度。本實用新型的葉片I分為固定段、可動段，在運轉(zhuǎn)時各段都是約束固定的，形成整體葉片1，與支臂8、9成不變的角度關系；固定段3、固定段5分別與斜支臂8、橫支臂10固定，任何時候都不動；在葉片內(nèi)部靠近前緣處，裝葉片軸7，軸上裝有隨時記憶葉片角度位置的傳感裝置；當遇到超強風、被機組PLC命令風輪停止運轉(zhuǎn)時，PLC發(fā)“釋放指令”打開葉片定位銷37，釋放葉片可動段，任其繞葉片軸隨風力自由擺動，很快自動穩(wěn)定于迎風面積最小的順風姿態(tài)；強風過后，需要回到待機狀態(tài)，依據(jù)傳感裝置所記憶的葉片角偏度，PLC發(fā)指令轉(zhuǎn)回這個角偏度，令葉片可動段回原位，再發(fā)約束指令，定位銷將葉片可動段約束固定，又可以正常運轉(zhuǎn)。在風輪的某一半徑處，即橫支臂的一個合適位置，增加支點，辦法是設置支腿13和滾輪15，滾輪在鋼軌16上滾動，鋼軌在水平面成封閉圓環(huán)。滾輪與鋼軌相當于構(gòu)成一特大軸承。支腿有一定高度(長度)，根據(jù)需要設定；其斷面設計成流線型，斷面形狀與葉片斷面輪廓相似，這樣一來，支腿不僅是支點，也具有空氣動力性能，可相當于葉片，對風輪旋轉(zhuǎn)動力有貢獻。在橫臂的鋼結(jié)構(gòu)的外面，用輕質(zhì)材料外包成翼型38，其斷面與飛機機翼相似，選擇有最大升阻比的低速翼型，當橫臂運行時，翼型運行的線速度產(chǎn)生的相對風速使其產(chǎn)生向上的升力，轉(zhuǎn)速越高，則線速度越大，產(chǎn)生的升力越大，從而抵消一部分重力。在輪轂22、支臂基座19的頂部，安裝一個阻力型風輪，它有一定高度，滿足斜拉索與斜臂成一定角度的需要?；?9固定于輪轂22。為了讓輪轂22盡可能短，必須將上支臂斜置，采用上為斜支臂8、下為橫支臂10，兩臂根部上下相鄰盡可能近，共同生根于同一支臂基座19的結(jié)構(gòu)形式；支臂基座19則固定于輪轂22，兩者結(jié)為一體，支臂基座19的高度也隨輪轂22盡可能短。將風輪設計成翼、臂
呈二角狀。本實用新型具有如下的技術(shù)效果橫支臂上增加的支點選擇鋼制的滾輪與軌道滾動接觸，摩擦阻力?。辉黾又c使整個風輪平衡穩(wěn)定性改善；增加了支點，不僅可改善支臂的受力，還使得支臂對中心柱的彎矩比沒有這個支點時大大減小，因而可以適當減小中心柱的直徑，同時輪轂直徑都可以隨之適當減小，輪轂軸承的尺寸也隨之減小，可控制造價；反之在支臂很長的情況下，如果沒有這個增加的支點，除支臂本身必須做得很粗大外，中心柱及輪轂、軸承都必須做得很大；此外，風輪的很大一部分重力被增加的支點分擔，使中心軸承減小壓力，減小了中心軸承損壞的風險，而這個軸承一旦損壞必須把整個風輪拆解后吊下來，是維修最麻煩、維修成本最高的、最怕更換的部件。本發(fā)明中的支腿是一舉兩得的部件既起到支撐橫臂的作用，又起到葉片的作用。這是因為一，支腿斷面做成與葉片斷面相似的形狀；二，支腿有一定高度(長度);所以支腿本身就是一段豎直的能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動力的輔助葉片，而不是對旋轉(zhuǎn)動力無貢獻的起單一作用的支腿。遇到超強風速，最怕的就是葉片被吹壞。葉片風毀的主要原因是迎風面積大，強風持續(xù)作用在靜止葉片大面上達到一定時間，就會破壞材料。遇超強風停機時各個葉片與風速所成夾角是隨機的、不同的，迎風面積不同，受風阻力不同。葉片弦線恰好與風速夾角成O度、處于順風姿態(tài)的，受風阻力最小，葉片風毀機率最??；弦線與風速恰好成90度的，處于大面迎風姿態(tài)，受風阻力最大，風毀機率最大。本發(fā)明的目的是，要讓每個葉片在超強風襲來時，都被釋放成自由狀態(tài)，讓葉片隨風自動擺動到阻力最小狀態(tài)，即順風姿態(tài)。之所以能做到，是因為葉片軸不是處在葉片的幾何中心處，而是偏心安置，軸兩側(cè)的葉面上所受風力有力矩差，這樣葉片就像風向標一樣會隨風擺動到順風姿態(tài)。關鍵在于釋放、回位裝置?？煽繉崿F(xiàn)這一目的并使得結(jié)構(gòu)簡單的辦法，是將葉片分為幾個段——固定段和可動段，固定段與支臂永遠是固定關系，固定段盡可能短；只有可動段才是既可受約束固定、與固定段成為一體，又可被釋放而隨風偏擺的，可動段比固定段長得多，從而最大限度保護葉片安全。事實上，當功率做到很大、例如兆瓦級時，葉片長度需達幾十米，如60米、80米,即使是為了運輸和安裝，也要將葉片分成幾段。在中心柱和輪轂頂部增設一個阻力型風輪，如傳統(tǒng)S型阻力輪，既可輔助起動、增加旋轉(zhuǎn)動力，又為斜拉索提供生根點，生根點設在阻力輪的頂部，一舉提高了生根點，保證了斜拉索需要的夾角。由于軌道具有相當大的半徑，它小于風輪半徑但遠大于中心軸承半徑，因此，軌道上的摩擦力乘上軌道半徑就是摩擦阻力矩，因軌道半徑比軸承半徑大許多倍，為了減小這個阻力矩，唯一的辦法就是減小軌道上滾動摩擦的正壓力。把橫支臂的一段做成飛機機翼斷面，運轉(zhuǎn)時獲得升力，使該向上的升力抵消一部分重力，減小滾輪的正壓力，達到減小阻力矩的效果。將翼、臂設計為呈三角狀結(jié)構(gòu)樣式，不論葉片有多長，輪轂不再隨之加長。哪怕葉片做到七、八十米，輪轂高度可以做到只有幾米，一舉解決前述問題，造價降低效果尤顯。上述措施都可以帶來積極效果。通過上述技術(shù)布局，可實現(xiàn)發(fā)明內(nèi)容中所述本發(fā)明之目的。為了說明有益效果，特做下列分析和證明一、大捕風面積與長支臂問題、支臂的強度與輕體的矛盾風輪獲取風能，要靠一定的捕風面積，風輪的捕風面積是旋轉(zhuǎn)體邊界在風速截面上的投影所包圍的面積，簡單說就是過風面積。風輪的捕風面積與其所能發(fā)出的功率是有一定比例關系的，這一關系通常都是指在12米/秒風速下而論的。例如，按風功率公式(EMBEDEquation. DSMT4)，按海平面的標準空氣密度P =1. 225kg/M3、風速V=12米/秒，該式可算出一定過風面積S中的風含功率；當S=I平米時，其風功率為I. 058千瓦，此為風功率密度。風輪的功率完全來自于捕風面積中的風含功率。風輪的任務就是要盡可能多地把捕風面積里的風含功率轉(zhuǎn)換成機械功率，轉(zhuǎn)換得越多即該風輪效率越高。理論分析任何風輪的最高效率不會超過59. 3%，即貝茨極限。大功率的水平軸機可以做到接近百分之五十。在同等風速、同等空氣密度下，發(fā)出每千瓦功率所需的風輪捕風面積越小，則風輪的效率越高。大功率的平軸機大約是2. I平米到3. 5平米發(fā)出I千瓦。而立軸機面積功率比應更大一些，如，可按4平米以上算。對于立軸機，捕風面積就是風輪的高乘以直徑(Φ型機除外)，是個矩形。如，當要規(guī)劃立軸機功率達I兆瓦時，就意味著需要4000平米捕風面積，假設風輪高(注意，這里不是指風機高，而僅指風輪高即葉片高)為50米，那么直徑就要80米，支臂就要30幾米長；以此類推，如要規(guī)劃2兆瓦的H型立軸機，就要8千平米捕風面積，假設葉片高度定為80米，風輪半徑就要50米，支臂就要40幾米長。設計中還要講究合適的高徑比，也不能只加長葉片而縮小直徑。減小直徑，犧牲轉(zhuǎn)矩，獲取風功率的能力下降很快，這并非線性關系。所以還不能指望過多縮短半徑。大功率垂直軸風力機的支臂比建筑塔吊還長，卻要承受端部幾噸重的葉片一垂直負荷(比塔吊重)，還要承擔上百萬牛米的轉(zhuǎn)矩一水平負荷，足見支臂負荷之重，因此重載的長支臂結(jié)構(gòu)是個突出難題。只要功率做大，就必須克服支臂過長的矛盾——承載巨大的復合載荷，而且是變動載荷，既需要高強度、高可靠性，又不希望結(jié)構(gòu)太笨重。[0030]為此，采用增加支點的方法，能克服這個矛盾。由于支臂是隨風輪運動的，當然需要滾輪；只有鋼軌鋼輪之間摩擦系數(shù)最小，阻力最小，故需采用鋼軌；由于支臂處于半空中，在塔架之上且高于發(fā)電機等機電部件，因此需要采用較高的支腿擔任支點，以適應支臂處于空中的情況。綜上，采用支腿-滾輪-軌道的結(jié)構(gòu)成為克服這一難題的必要選擇。支腿是隨支臂一起旋轉(zhuǎn)運動的，由于這一點，可以利用支腿外包翼型，起到葉片的作用一相當于增加一段動力葉片，方法是把支腿外表做成與葉片一樣的翼型——支腿截面形狀與葉片截面形狀相似。額外的好處是，支腿翼型與葉片不處于同一高度空間，相互無氣流干擾，還增加了捕風面積。圖I是沒有支腿的情況，如果風輪半徑不夠大、支臂長度在30米范圍內(nèi)，沒有支腿也問題不大；但當支臂長達40米甚至50米以上時，如無支腿，整個風輪就容易不穩(wěn)定，支臂易變形，除非將支臂做得非常粗大笨重，同時還必須將塔架、中心柱、輪轂等都設計得非常粗大，軸承也必須隨之做成很大直徑(有可能達到4 5米范圍)，連運輸都會發(fā)生困難，否則不足以抵抗特長支臂的載荷。如此笨重的風輪將不符合輕體、高效、低造價的要求。采取如圖2的加支腿的措施，就能改善載荷分布，改善風輪穩(wěn)定性，有效控制結(jié)構(gòu)重量和造價。圖3是整體的俯視和平視的不意圖。


圖10是支腿的截面形狀，它與葉片形狀相同，也是升力型翼型，能起到提供動力的作用。所不同的是，支腿翼型的弦長(即翼寬)及厚度與葉片不同，還要結(jié)合支腿所需強度來考慮；支腿的高度不會有葉片那么長的尺寸；支腿比葉片低，所受的風速也稍低。所以支腿翼型只起到輔助動力作用。如
圖10，支腿翼型外表內(nèi)部，有鋼結(jié)構(gòu)骨架41。二、大功率需要大葉片、但大葉片易遭風毀的矛盾水平軸風力機都把切出風速定在25米/秒(時速90公里)，遇此風速時要停止風輪運轉(zhuǎn)并關閉發(fā)電機；設計指標還規(guī)定要使整機在50米/秒(有的宣稱70米/秒)下安全生存，這對于葉片考驗尤為嚴峻。50米/秒下要安全生存，已成為現(xiàn)有風力機通行指標，此風速時的風壓力為3250N/平米。平軸機之所以能渡過，一是由于其螺旋槳葉片根粗梢細的結(jié)構(gòu)特征；面積也不是很大；更重要的是當代平軸機都有變槳功能，遇危險風速能將槳葉轉(zhuǎn)動到順風姿態(tài)，以最小面積迎風。即使如此，強臺風下也還是常有風毀葉片的事情發(fā)生。立軸機在這一點上比平軸機困難得多一是由于立軸機葉片處處等寬，面積相對大，二是現(xiàn)有升力型立軸機沒有可“變槳”的，葉片都是固定不動的，這是現(xiàn)有立軸機的一大特點，也是缺點。這樣，風輪停轉(zhuǎn)時，總有某一葉片大面正對著風速。葉片上所受風壓力為
K,- —般平面物體阻力系數(shù)CdS 2. 1，假設葉片寬3米，長60米，則S=3X60=180
平米，50米風速時該葉片受力可達579KN，H型風輪葉片只有2個支點，要抵抗住57噸的水平推力而不破壞是很難的，這還只是一個葉片的受力。同一問題的另一方面事實上，由于立軸機比平軸機尖速比低；且立軸機葉片在旋轉(zhuǎn)一圈中攻角總是在變，升力時大時小，不像平軸機旋轉(zhuǎn)一圈里攻角是不變的(只要風速不變)，因而，同樣的葉片寬度產(chǎn)生的動力立軸機比平軸機的小，所以，同樣的捕風面積，要獲得同樣的功率，立軸機就必須有面積適當大的葉片，也就是說同功率下，立軸機比平軸機葉片面積大得多、“實度”大得多，即葉片的弦長不能很小。這就更增加葉片抵御強風的困難。不采取別的辦法，僅靠增強葉片結(jié)構(gòu)和材料尺寸不是好辦法，那只能導致風輪更重、轉(zhuǎn)換效率更低。[0034]為克服現(xiàn)有技術(shù)普遍存在的缺點本發(fā)明采取的辦法就是讓葉片在超強風下能被解除約束而自由擺動，在自由狀態(tài)下要讓葉片前緣能始終自動指向風速、后緣像尾舵一樣總是在后，并要讓失去約束的葉片能受控回位。辦發(fā)明的辦法是偏心軸用實現(xiàn)。在超強風下，使得葉片能總是取順風姿態(tài)，以最小阻力迎風。還是按式Fd來計算一下上述葉片這時風阻力變?yōu)槎啻筮@時，迎風面即葉片前緣是個弧形面，就按橢圓來對待，橢圓形弧面阻力系數(shù)Cd為O. 6，還按3米寬的葉片，按O. 18的厚弦比，厚度只有3X0. 18=0. 54米，即迎風面積為S=O. 54X60=32. 4平米；于是算得阻力Fd為29. 7ΚΝ，減少到大面迎風時的5%，大大降低了風毀風險。如圖6 圖9表現(xiàn)幾個代表性的情況，葉片原始狀態(tài)不管與來風呈現(xiàn)任何角度，只要葉片被釋放成自由狀態(tài)，自由度為360度，葉片都會自動隨風偏擺，直到偏擺到葉片前緣對準風速方向，即可穩(wěn)定下來。如圖6，左圖為原始狀態(tài)，當風速V為東南風向，葉片會自動擺動到順風姿態(tài)，葉片弦線與風速同向；如圖7，左邊圖為原始狀態(tài)，當風速為西北風時，葉片也會擺動到順風姿態(tài)；如圖8，左圖為葉片原始狀態(tài)，當風速為西風，即使正交，葉片也會擺動到順風姿態(tài)；如圖9，當原始狀態(tài)是葉片后緣(尾部)指向風速時，開始不確定葉片尾部會向何方擺動，可能向兩邊的任何一方擺動，一旦出現(xiàn)偏擺，就會向一方繼續(xù)偏擺下去，如圖9向右邊偏擺，直到前緣偏擺到朝向風速，會穩(wěn)定下來。圖4是葉片分段的立體示意圖。其中葉片I的上部固定段3與斜支臂連接，是固定不動的；葉片I的下部固定段5與橫支臂外段9連接，也是固定不動的；其它的上部可動段2、中部可動段4、下部可動段6都可以釋放成自由狀態(tài)，都可與來風方向成順風姿態(tài)。
圖11是葉片回位的驅(qū)動機構(gòu)示意圖，驅(qū)動輪36帶動葉片軸7轉(zhuǎn)動回位，葉片定位銷37動作，將葉片約束，與葉片固定段鎖定。三、為減輕風輪對軌道的正壓力，橫臂外表做成機翼翼型，產(chǎn)生向上的升力抵消一部分正壓力。滾動摩擦阻力SFm= μ mg [N],滾動摩阻的力矩為Mr = 2 μ mgr [匪](為一力偶矩)滾動摩擦系數(shù)μ由鋼滾輪和鋼軌道決定，是一定的；風輪的重力mg (正壓力)也
是一定的。中心的軸承直徑2r不大，最大也只有幾米，因此軸承的滾動摩阻力矩并不很大，但支腿處于大得多的半徑r處，其力矩則不可忽視。減小這個阻力矩是必要的。采取的方法是，把橫臂外段9和橫臂10的外表做成普通機翼或直升機翼型，利用運轉(zhuǎn)時氣流流過翼型時產(chǎn)生向上的升力，來抵消支腿下的滾輪對軌道的摩擦力。圖5是升力示意圖翼型38有很大的升阻比，運行時產(chǎn)生水平的相對風速，以風速V表示，當翼型與風速V成6度攻角
時，升力Fl最大而阻力Fd最小，F(xiàn)是兩者的合成力，F(xiàn) =押+Fd2，由于升阻比可達100以
上，合力F可看成近似等于升力F1。由于大功率機的橫臂即使不加外包翼型也會很寬，加了外包翼型后，橫臂更寬，這樣遇到氣流并在合適的攻角下必會產(chǎn)生很大升力。選擇一種機翼翼型，攻角為6度時升阻比最大一升力系數(shù)C1=L 108，阻力系數(shù)Cd=O. 009，升阻比高達123。
權(quán)利要求1.一種動翼式升力型大功率垂直軸風力機，由豎直的升力型葉片(I)、葉片的斜支臂(8)、橫支臂(10)、斜拉索(11)、支臂基座(19)、置于支臂基座(19)之上的阻力型風輪(17)、固定支臂基座用的輪轂(22)、支腿(13)、滾輪(15)、軌道(16)、軌道基礎(14)組成，其特征在于所述的豎直的升力型葉片(I)分為固定段與可動段；橫支臂(10)上設置有由支腿(13)、滾輪(15)、軌道(16)和軌道基礎(14)構(gòu)成的支點；所述的支臂基座(19)的頂部設置有供斜拉索(11)在其頂部生根的阻力型風輪(17);所述的橫支臂(10)的骨架上外包有機翼翼型(38);所述的支腿(13)的骨架上外包有支腿的翼型(40)。
2.由權(quán)利要求I所述的動翼式升力型大功率垂直軸風力機，其特征在于所述的豎直的升力型葉片(I)由葉片上部可動段(2)、葉片上部固定段(3)、葉片中部可動段(4)、葉片下部固定段(5)、葉片下部可動段(6)、葉片軸(7)所組成，每個固定段與可動段之間，在葉片內(nèi)腔都設置有由PLC指令控制其動作的葉片回位驅(qū)動輪(36)和葉片定位銷(37 )，葉片軸(7 )設在葉片內(nèi)的前緣處。
3.由權(quán)利要求I或2所述的動翼式升力型大功率垂直軸風力機，其特征在于所述的支腿(13)上連橫支臂(10)，下裝滾輪(15);所述的軌道(16)為圓環(huán)形軌道，所述的滾輪(15)和軌道(16)為運動連接。
4.由權(quán)利要求I或2所述的動翼式升力型大功率垂直軸風力機，其特征在于所述的支腿(13)的外表為與豎直的升力型葉片(I)相同的翼型。
5.由權(quán)利要求I或2所述的動翼式升力型大功率垂直軸風力機，其特征在于所述的橫支臂(10)的外表輪廓為飛機機翼或直升機旋翼的翼型形狀，即橫支臂外包機翼翼型(38)。
6.由權(quán)利要求I或2所述的動翼式升力型大功率垂直軸風力機，其特征在于所述的阻力型風輪(17)采用定翼式或動翼式。
7.由權(quán)利要求I所述的動翼式升力型大功率垂直軸風力機，其特征在于所述的豎直的升力型葉片(I)與斜支臂(8)、橫支臂(10)呈三角狀，斜支臂(8)置于橫支臂(10)的上部，斜支臂(8)和橫支臂(10)共同生根于同一支臂基座(19)上；支臂基座(19)固定于輪轂(22)上，兩者結(jié)為一體，支臂基座(19)的高度高于輪轂(22)且能容納斜支臂(8)和橫支臂(10)兩臂的厚度。
專利摘要本實用新型公開了一種應用于風能利用領域的垂直軸升力型風力機，目的在于克服垂直軸風輪功率做大時結(jié)構(gòu)不穩(wěn)、超強風下安全性差的缺點。為在危險高風速下、在停機時能使大尺寸的葉片安全生存，采取特殊結(jié)構(gòu)讓葉片能隨風向自動調(diào)整角度成順風向，使葉片招風面積最小、阻力最??；在功率做到很大時，支臂很長，葉片很重，支臂載荷大，采取增加支點和軌道的解決方案，將風輪重力通過支腿及滾輪傳遞給圓環(huán)軌道，支點隨臂周期性運動；橫臂外包翼型，產(chǎn)生升力抵消部分重力；隨橫臂運動的支腿外表面做成葉片翼型，也能提供動力；在風輪中心、支臂基座的上方增加一個阻力型風輪，既加高斜拉索的生根點，保證斜拉索拉力，又可增大整個風輪的啟動力矩和運轉(zhuǎn)動力。
文檔編號F03D11/00GK202768241SQ20122026086
公開日2013年3月6日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者梁北岳 申請人:梁北岳