專利名稱：新式風力發(fā)電法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于風力發(fā)電的一種新系列技術。
背景技術：
目前的風力發(fā)電技術雖然比較成熟，但還是有嚴重的缺陷。例如一、高空風速遠 大于低空風速，對此人們只會用加大風輪直徑的一種辦法。如風輪直徑由幾米做到了龐大 巨無霸的二百米，但三百米、五百米高空的風源更好，而風輪直徑就沒辦法再繼續(xù)做大。二、 雖然風葉尖在外緣轉徑大，得風多，但力量需傳輸?shù)礁?，這種結構設計時會著重考慮抗彎 抗斷的強度；因怕彎、怕斷的問題，使得力最多的葉尖面積很小，不得力的葉片根部很大。 三、大型風力發(fā)電風輪的轉速，是遠達不到發(fā)電機的轉速，現(xiàn)在只利用了機械增速的一種辦 法。變速結構可占風電設備的比重很大，因而加大了風電的投資成本。風力發(fā)電因上述幾 點，把資源豐富且無成本的優(yōu)勢消耗殆盡。所以，尋求超高空資源應用的可靠途徑；改變風輪的動能傳輸手段；簡化風電增 速模式。風電的投資就會大幅減少，風電就會變成盈利產(chǎn)業(yè)，風電自然會變成人類主要利用 的能源。
發(fā)明內(nèi)容
一、顛覆塔頂部安裝風輪的傳統(tǒng)——脫胎換骨式的塔腰部可安裝風輪。一層(鋼) 纜，一層風輪，塔與(鋼)纜組合，可加高風塔高度，而不加大風輪直徑的一塔多輪結構。風 塔越高安裝的風輪就越多，它避開了超大風輪的制造和安裝難度，借用一百多層的高樓技 術，300-500米的高空優(yōu)質風源，今后都該在可利用范圍。二、增加了一個風輪外環(huán)配置——葉片吸受到的動能，將打破由外向內(nèi)輸送的傳 統(tǒng)。葉片的角色成了新式風輪內(nèi)轂與外環(huán)之間的幅條，從而使葉片的性能從抗彎難，轉變?yōu)?抗拉易的結構。外環(huán)上拉力點是越多越好，作為內(nèi)轂與外環(huán)之間的幅條，葉片由原來的三片 可改到幾十片，乃至上百片。葉片從抗彎的粗大，變成了抗拉的窄而薄。使同等重量和造價 的葉片面積，能很容易增加三至五倍，這將大幅增加風輪的得風面積。三、把風輪外環(huán)巧妙地當作超大行星(齒輪)來應用——拋棄傳統(tǒng)的機械增速結 構。發(fā)電機安裝在外環(huán)處，并當作繞行的小衛(wèi)星，創(chuàng)造自然增速結構。發(fā)電機獲取動能不再 是從風輪中心獲取，而是從風輪外緣直接獲取，從而告別了大風電必須有變速箱的歷史。本發(fā)明的技術解決方案新式風力發(fā)電法一個塔桿，由只安裝一個風輪，變成可裝幾個風輪的解決辦法目 前的風輪和發(fā)電機及變速箱是連為一體結構，都裝在塔桿的頂部，只需在塔頂中央置一豎 軸的旋轉機構，就能得到風輪必須的360度跟蹤風向功能性旋轉。塔桿頂部中央被終結，所 以這種結構一個塔只能安裝一個風輪。而新結構是把風輪和發(fā)電機分層安裝，風輪由塔桿 的頂部換成腰部并懸掛在側面，腰部任何部位都能安裝，一個塔桿就能安裝多個風輪和多 層發(fā)電機。這一變革，需必備三個新式部件及其附件一、在塔桿外側設供輪子承重的環(huán)塔軌道，簡稱旋轉平臺。二、風輪和發(fā)電機安裝的架子，簡稱托架。三、支撐托架在旋轉平臺上 轉動的轉輪，簡稱承重輪及平衡輪子。風輪與托架相聯(lián)，托架與承重輪相連，承重輪在旋轉 平臺上運動，平臺置入塔上的這種新結構，就完全具備風輪跟蹤風向360度轉動功能。這個 改革的第一個作用塔頂用最廉價的(鋼絲)纜分攤掉風能的橫向推力，把塔的粗大抗彎結 構改變?yōu)檩^細的抗頂結構，可使塔桿的強度和造價成倍下降。第二個作用由于風能對風輪 的橫向推力由鋼絲纜承擔，塔僅需承擔重量，這樣纜將塔與塔橫、縱相連，多層穩(wěn)定就容易 實現(xiàn)多層風輪的疊加，形成風輪巨陣。以現(xiàn)有的百層高樓的建筑技術，今后500米高空優(yōu)質 風源不會再被浪費掉。新式風力發(fā)電法葉片由單支點的抗彎結構，改變?yōu)殡p支點抗拉結構的技術途徑 原大風機的風輪都是三葉槳，它所得到的動能需全部輸送到幾十米乃至百米外的中心根 部，這種單支點結構，只有粗和大才不會彎和斷。現(xiàn)在風輪多增加一個抗頂結構的外環(huán)，葉 片自然成為外環(huán)與內(nèi)輪轂之間繃緊的幅條，葉片將從單點受力，改為雙支點的抗拉結構。外 環(huán)要繃緊就得繃點越多越好，所以雙支點葉片的數(shù)量，在風輪結構中是越多越好，同時也是 越薄越輕越能增加風輪的截風面積。新式風力發(fā)電法機械增速改為自然增速的技術途徑大型風機的一分鐘轉速只有 幾十轉，必須得到增速后才能發(fā)電。機械增速結構龐大，占風力發(fā)電設備的比重很大，加大 了風電的投資成本。自然增速就是利用新式風力發(fā)電法的幾十米風輪大外環(huán)，和幾十厘米 的發(fā)電機傳動輪，巧用這百倍之差的輪徑關系，進行自然增速的一種方法。風輪外環(huán)有兩處 是要靠近塔的，在其上、下兩處，均可安置多臺小發(fā)電機。將發(fā)電機原在風輪的中心改到外 環(huán)處，其只需有和風輪旋輪功能相等的塔上平臺、發(fā)電機安裝托架和輪子等。使其能協(xié)同風 輪跟蹤風向360度旋轉后，可直接從風輪的外環(huán)處獲取功能，這樣風輪轉一轉，發(fā)電機自然 得到百轉的增速。這種新方法不但能省去增速機械的消耗，還能結束一臺大發(fā)電機不管風 力大小，先要滿足發(fā)電機自身耗能后才能輸出電力的弊端。這種新結構一個風輪可裝數(shù)臺 的小發(fā)電機，能根據(jù)風速分次開機，減少小風時的大發(fā)電機額定消耗。
附圖1為本發(fā)明主要結構示意圖附圖2為風力發(fā)電組合矩陣示意圖附圖3為風輪或發(fā)電機托架旋轉裝置的結構圖例附圖4為風輪外環(huán)圖例
具體實施方案本發(fā)明新式風力發(fā)電法，主要采用了風輪外環(huán)直接驅動發(fā)電機技術和風塔與鋼纜 組合技術。它主要由風塔、風輪、風輪旋轉機構、多層發(fā)電機托架旋轉機構、多臺發(fā)電機等組 成。有了這幾個主要結構，就能將老式風力發(fā)電結構改變成新式結構的系列產(chǎn)品。如風輪 可以是在塔側面安裝的一個風輪結構，也可以是在一個風輪的對面安裝另一個風輪的雙風 輪結構；可以用單幅風葉，也可以用同自行車車輪式樣的雙幅風葉，還可以在外環(huán)上增加短 的附加葉片，及假雙幅的一邊風葉一邊是鋼纜；動能的傳輸可以是軟傳輸，也可以是硬傳輸 及磁傳輸。如在外環(huán)的側面上設置一道環(huán)狀的齒片，齒片的兩面可置發(fā)電機用軟質輪子夾住一點吸能發(fā)電；也可在外環(huán)敷上柔性材料，發(fā)電機的輪子用硬齒帶動；還可在外環(huán)上鑲 上磁塊的磁力傳輸。發(fā)電機可裝在風輪下邊緣的一層托架上，也可上下邊緣的二層都用上； 發(fā)電機的數(shù)量是以臺數(shù)越多，越能降低外環(huán)的強度和分散電機的總功力；風塔一層也可，多 層更好，多個風塔由纜牽連組成風輪巨陣，風塔風輪越多就越能降低風電造價。下面將介紹新式風力發(fā)電法其中之一的實施例實施例由1風塔、2風輪、3風輪內(nèi) 轂、4風輪旋轉裝置、發(fā)電機旋轉裝置、5旋轉平臺、6發(fā)電機等組成(圖1)。風塔(1)的頂高 于風輪(2)的外緣，上、下由橫拉(鋼)纜(8)或斜拉(鋼)纜(9)等組成矩陣型風力發(fā)電 場(圖2)。風輪⑵由內(nèi)轂(3)、外環(huán)(7)、葉片(10)、齒(輪)片(13)等組成。風輪⑵ 由葉片(9)將內(nèi)轂(3)外環(huán)(7)連接成雙幅、單邊齒片型風輪(圖1、4)。發(fā)電機旋轉裝置、 風輪旋轉裝置(4)，由旋轉平臺(5)、承重輪(11)、平衡輪(12)、托架(4)等組成。旋轉平臺 (4)設置在風塔(1)的外側，中間設置風輪的旋轉平臺，靠風輪外環(huán)的上、下處設發(fā)電機旋 轉平臺(圖1、3)，另外由承重輪(11)、平衡輪(12)通過托架把風輪(2)和發(fā)電機(6)能懸 于風塔一側，承重輪(11)、平衡輪(12)在平臺上繞塔轉動，可使風輪(2)、發(fā)電機(6)跟蹤 風向360度轉動(圖1、3)。以上為單輪、雙幅葉片、雙發(fā)電機旋轉平臺、八臺發(fā)電機對稱安 裝、多層風輪及矩陣型的實施例結構示意圖。上述實施例的優(yōu)點在于塔與(鋼)纜組合的結構，不但可使一個塔上安裝多個風 輪向高空發(fā)展，取得超高空風源；還能塔與塔橫向、縱向相聯(lián)，形成風輪矩陣，節(jié)省造價。風 輪、發(fā)電機旋轉機構，采用承重輪和平衡輪結構，平衡輪反置于旋轉平臺的下側，可最簡單 地解決了單邊風輪結構型的旋轉機構上的托架單邊受力問題。葉片分為雙幅的作用，是利 用輪轂、葉片、外環(huán)之間形成的夾角作用，比單幅葉片更易穩(wěn)定風輪，增加外環(huán)抗運動中的 變形力量，達到減輕風輪重量，節(jié)省造價的目的。齒片附在風輪外環(huán)一側，加大了外環(huán)的寬 度，自然增加了外環(huán)抗運動變形能力，發(fā)電機輪子可內(nèi)外側吸收動能，并能上下、左右加內(nèi) 外均布電動機。分散吸收動能，既能降低外環(huán)結構強度，又能根據(jù)風力的大小逐臺開啟發(fā)電 機，能大幅減少發(fā)電機自身耗能，多有功輸出。
權利要求
新式風力發(fā)電法是由風塔、風輪、風輪旋轉機構、發(fā)電機托架旋轉機構、發(fā)電機及(鋼)纜等組成，其特征在于利用風輪外環(huán)與發(fā)電機輪子的輪徑存在著數(shù)十倍之差的自然關系，就可以巧妙的把風輪外環(huán)當做超大驅動輪使用，從而形成了獨創(chuàng)的非機械式的自然增速風力發(fā)電技術。
2.根據(jù)權利要求1所述的新式風力發(fā)電法其特征在于風塔高于風輪的外緣，能用纜 橫拉和斜拉，此結構能用多層纜穩(wěn)定塔身，使一塔能安裝多個風輪，通過鋼纜將塔與塔橫、 縱相連，形成風力發(fā)電巨陣的塔纜組合的實用技術。
3.根據(jù)權利要求1所述的新式風力發(fā)電法，其特征在于在風塔中間的外側設環(huán)塔平 臺，風輪、發(fā)電機旋轉機構上的輪子，可在平臺上繞塔360度方向轉動的風輪外旋轉技術。
4.根據(jù)權利要求1所述的新式風力發(fā)電法，其特征在于在大風輪外環(huán)處的風塔上，置 一層或兩層發(fā)電機旋轉機構，形成了可安裝多臺小發(fā)電機的分散發(fā)電機總功力的技術。
全文摘要
目前的風力發(fā)電技術，制造難度很大，成本太高，致使沒有原料成本的風力發(fā)電，也難以大量的迅速推廣。本發(fā)明采用塔與(鋼)纜結合的結構，一個塔上安裝多個風輪，并由鋼纜將塔塔相連組成風輪巨陣。將風輪外環(huán)當做超大驅動輪，直接驅動發(fā)電機輪子的非機械自然增速技術。塔中間外側置多層旋轉平臺，供風輪及發(fā)電機旋轉機構能繞塔跟風360度方向轉動。在風輪外環(huán)處的旋轉機構上安置多臺小發(fā)電機，根據(jù)風力的大小可逐臺開啟發(fā)電機，能減少發(fā)電機自身對風能的消耗。
文檔編號F03D9/00GK101922410SQ200910099388
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權日2009年6月11日
發(fā)明者董禹全 申請人:董禹全