專利名稱：單元組合圓柱形立軸式風力機的制作方法
技術領域：
本發明是一種立軸式風力機。風力機的轉子呈園柱體形狀。受風旋轉時如同一大型園柱陀螺。
現有各種類型的立軸式風力機，雖具有不用對風裝置、效率高、結構簡單、制造容易、重心在下等一系列優點，但還存在不少問題S型風力機效率太低，旋翼型風機結構復雜，達里厄風力機起動調速困難等。而且隨著設計功率的增加，風力機受風面積也相應增大，這就必然要使其高度、葉輪直徑、葉片尺寸隨之增大。現有大功率的立式風力機一般均是有較大的轉子中軸通過橫臂梁與垂直安裝在轉子中心線外緣的多排葉片鋼性連接，為了確保承受巨大的顛覆載荷，轉子主軸及主軸塔座不但直徑很粗而且要埋設在很深的龐大基礎上、整個轉子的橫梁、主軸及支撐連接需要大量的材料，而且調速系統也比較復雜。同時由于主軸直徑太大，不僅笨重，軸后又形成強烈氣動旋渦，使塔后風動工況變壞，又影響葉片運行。大風時整個轉子在高速運轉，轉子的結構強度也成問題。因此對要求功率大、運行風速范圍寬、調速系統簡單可靠，易起動、結構強度大、運行可靠等性能采用現有立軸式風機是難以實現的。
本發明的目的正是在于克服現有立軸式風力機的上述問題，提供了一種新結構的風力機。它的轉子呈鼠籠形園柱體式結構，從而使其整體結構強度大為提高，同時采用分級分層調速使其調節平滑，運轉平穩可靠。
本發明的目的是這樣實現的風力機的轉子由多層單元連接而成，每一層上安裝有多個均勻分布的直立葉片，各葉片又與上下輪箍圈連接構成一個園柱框架體，架體垂直安裝在下部的園錐形底座上。底座承受整個轉子重力，同時各層輪箍圈又經輻條與轉子主軸相連接形成了一個結構強度很高的鼠籠式長園柱框架體。整個轉子在受風旋轉時，如同一巨大的陀螺，而且在高速運轉時也能平穩運行，這種結構轉子的中心主軸就只承擔傳遞各層轉矩力而不太承重。因此直徑較細，每個葉片寬度不大(按每層葉片數和風力機的實度設計而得出)固定型葉片中軸線上預埋兩條穿心鋼柱，鋼柱兩頭有螺紋，這樣就使葉片既是氣動元件又是連接園柱框架元件，調速型葉片中軸線上裝有偏心轉動軸。轉子主軸下部安裝在下推力軸承上，轉子主軸上部安裝在中心拉盤的軸承上，中心拉盤經拉桿與定位柱連接，定位柱承重小，主要承受側向拉力，保證轉子垂直平穩運動，轉子上的各層單元間隔安裝上固定型和調速型葉片(也可在每層上的葉片間隔安裝為固定型和調速型)。正常運轉時所有葉片的軸線均與園周相切，大風超速時，Ⅰ級調速層上的葉片當不平衡離心力大于彈簧拉力時就會向外偏轉一個角度而使該層出力立即變為負值而起到調速作用。各調速層葉片上的平衡彈簧拉力調整稍有差別，從而各調速層葉片動作也有先后，但無論哪層葉片在動作時(不穩狀態)，其它各層葉片(包括固定層和其它調速度層)均處在穩定運行狀態，因而大大提高了轉子的穩定性和可靠性，也使整個轉子運行調速調節平滑。又因為整個轉子體呈園柱框架結構，結構強度很高，加之轉子轉速又采用分級分層調節，轉子葉片很多，又分布均勻，這樣就既具備多葉片低風力機起動力矩大易起動的優點，又具有高速風力機高速高效的優點，同時也使運行風數范圍大為拓寬，甚至可設計成為全風速型的風力機。
本發明的具體結構由以下實施例及其附圖給出。
圖1是這種風力機的整體結構圖。
圖2是這種風力機的俯視示意圖。
圖3是這種風力機調速葉片原理示意圖。
下面結合圖1進一步詳細說明本發明提出的具體裝置的細節及工作情況。
該風力機的轉子是由多層單元連接而成，每層單元上安裝有多個均勻分布的直立葉片(2)，各葉片又與該層上下輪箍圈(3)互相連接，各輪箍圈又通過輻條(4)和主軸(1)的法蘭(5)連接，形成了一個結構強度很高的鼠籠狀園柱構架體，架體垂直安裝在其下部園錐形的承重底座(6)上，底座安裝在下軸承座(7)上，并經轉動主軸(1)、增速器(8)、剎車器(14)、可驅動發電機或其它轉動機械。轉子主軸(1)上部安裝在中心拉盤(9)上的軸承(13)中以保證轉子運轉垂直平穩。中心拉盤(9)經拉桿(10)與定位立柱(11)相連，并由鋼纜(12)拉緊。轉子上的各層單元間隔安裝上固定型和調速型葉片，就是在第1、3、5……層安裝有調速型葉片，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……級調速層。第2、4、6……層安裝為固型葉片(也可在每層上的葉片間隔安裝成調速型、固定型)。調速型葉片可繞中軸線上的偏心軸(15)轉動，額定風速以下范圍運行時各葉片中心軸線均于園周相切。每層葉片較窄，數量較多(一般大于6個，按設計實度值算出)，葉片分布均勻，各層間葉片位置交錯一個角度，使得整個風力機葉片分布均勻，起動容易，大風高速度運轉時當第Ⅰ級調速葉片不平衡離心力大于彈簧(16)拉力時，葉片就會向外偏轉一個角度，直至靠緊限位擋塊(17)，使該層功率輸出變為負值。這樣就使風機轉速得到調節控制。如果風速繼續增大，Ⅱ級、Ⅲ級調速級也會依次動作，使風機轉速得到控制。這樣調整使得每層調節過程中不穩定的部分僅為轉子穩定部分的幾分之一，從而保證了風力機的平滑穩定運行，也大大拓寬了運行風速范圍。
權利要求
1.單元組合式園柱型立軸式風力機，該機有主軸(1)、多層葉片(2)、輪箍圈(3)、輻條(4)、園錐形轉子底座(6)、上下軸承(7，13)、增速器(8)、剎車盤(9)。其特征是風力機的轉子由多層單元連接而成，每一層上安裝有多個均勻分布的直立葉片，各葉片又與該層上下輪箍圈(3)互相連接，各輪箍圈又通過輻條(4)和主軸(1)的法蘭(5)連接，形成了一個結構強度很高的鼠籠狀園柱構架體，架體垂直安裝在其下部園錐形的承重底座(6)上。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征是轉子上的各層單元間隔安裝上固定型和調速型葉片，就是在第1、3、5……層安裝有調速型葉片，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……級調速層。第2、4、6……層安裝為固型葉片(也可在每層上的葉片間隔安裝成調速型、固定型)。調速型葉片可繞中軸線上的偏心軸(15)轉動。整個調速系統可按風速高低形成分級分層調節。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征是葉片中軸線上預埋有兩條穿心鋼柱，鋼柱兩頭有螺紋，這樣就使葉片既是氣動元件又是連接園柱框架體的元件。
全文摘要
本發明是一種立軸式風力機。該風力機的轉子由多層單元連接而成，每一層上安裝有多個均勻分布的直立葉片，各葉片又與該層上下輪箍圈互相連接，各輪箍圈又通過輻條和主軸的法蘭連接，形成了一個結構強度很高的鼠籠狀圓柱構架體。風力機采用分級分層電速系統，不僅使其調速平滑，同時也使其運行風速范圍大大拓寬，甚至可以設計成全風速型風力機。風機運轉時如同一個巨大的圓柱陀螺。
文檔編號F03D3/00GK1062192SQ9010977
公開日1992年6月24日 申請日期1990年12月4日 優先權日1990年12月4日
發明者徐文澄 申請人:徐文澄