一种抗强风风机风轮或叶片及风力机的制作方法

本发明属于风能利用技术领域，尤其是适用于风力机械及风力发电技术领域。

背景技术：

目前的风机是采用变桨系统来解决遇到强风问题的，变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。其设计的不足之处是遇到强风时只能停机不动，而不能继续发电，且容易受到强风的破坏。

研究超大型及海上风力机其抗强风能力是十分重要的，本发明人于2016年12月18日提出的，公告号为CN 106382185 A；发明名称为“一种可伸缩型风机风轮或叶片及风力发电机”提出了一种可抗强风风轮或叶片，其不足之处是由于其叶片的结构，只能应用在中小型风力机上，无法应用在大型1兆瓦以上或超大型10兆瓦以上机型上；其另一不足之处是

带伸缩部件的叶片与固定叶片是安装在一体的，在其伸缩过程中容易引起两个部位叶片的振动，影响发电效率，本发明是在所述“一种可伸缩型风机风轮或叶片及风力发电机”的基础上进行了大量的实验及理论研究，得到了巨大的改进及技术进步。

因此，发明一种在超强风速时，既能保护设备不受损伤，又能继续发电工作的超大型风力发电机或风轮或叶片是十分有必要的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，其目的是，提供一种抗强风风机风轮或叶片及风力机，可以提供一种大型1或2兆瓦以上或超大型10兆瓦以上垂直轴风机叶片，本发明另一目的是提供一种抗强风风机叶片及风力机，可以在台风到来时继续工作的风机或叶片。

一种抗强风风机风轮或叶片，包括风轮或叶片、风轮轴及风轮或叶片与轴之间的连接支撑体，其特征是，在所述风轮或叶片上包括叶片支架，所述风轮或叶片安装在叶片支架上，所述风轮或叶片可以与叶片支架有相对位移；或/和所述风轮或叶片与轴之间的连接支撑体，是可以增长或缩短的；在所述风轮或叶片或叶片支架或连接支撑体上安装有控制系统，所述控制系统可以控制叶片与支架之间的相对位移；或/和所述控制系统可以控制连接支撑体的增长或缩短。 所述控制系统可以安装在风机的任一位置。

优选的，所述风轮或叶片是垂直轴风机风轮或叶片，所述控制系统可以控制风轮或叶片在叶片支架上做上下位移；由于高空的风大于低空的风；当风力小时，控制器可以将叶片移动到叶片支架的上部，接收更强大的风力；当风力超强时，控制器可以将叶片移动到叶片支架的下部，接收更小的风力；其优势在于，风小时，可以提高发电效率，遇到超强风时，可以不用停机，继续工作，从而输出更稳定的电能，提高电能的质量。

优选的，所述控制系统可以控制风轮或叶片在叶片支架上做上下位移；当叶片旋转到动力风位置时，所述控制系统可以将叶片移动到叶片支架的上部，接收更强大的风力；当叶片旋转到阻力风位置时，所述控制系统可以将叶片移动到叶片支架的下部，接收更小的风力；减小叶片的阻力。所述动力风就是推动垂直轴风机叶片做正功的风，所述阻力风或逆向风，就是对阻碍垂直轴风机叶片做正功的风，是公知常识。

优选的，所述连接支撑体是可伸缩的；所述控制系统可以控制连接支撑体，当风力小时，控制系统可以将连接支撑体增长，接收更强大的风力；当风力超强时，控制系统将连接支撑体缩短，接收更小的风力。

优选的，所述连接支撑体是可伸缩的；所述控制系统可以控制连接支撑体，当叶片旋转到动力风位置时，控制系统可以将连接支撑体增长，接收更强大的风力；当叶片旋转到阻力风位置时，控制系统将连接支撑体缩短，接收更小的风力，减小叶片的阻力。

优选的，所述风轮或叶片是至少两个，可以安装在有高度差的部位；其中至少一个叶片是可移动的，所述可移动的叶片的支架高度，可以覆盖或部分覆盖另一个叶片的高度。当风力小时，控制系统可以将可叶片移动到叶片支架的上部，另一个叶片在下部，使两个叶片的总体高度相加，接收更强大的风力；当风力超强时，控制系统可以将可叶片移动到叶片支架的下部，与另一个叶片的高度重合，使叶片总体高度最小，接收更小的风力。同理，本发明还可以使用3个以上不同高度的叶片，可以达到更好的效果，都在本发明保护范围之内。

所述控制系统包括信号接收器、控制器及动力装置，通过信号接收器可以接收风力的大小及方向，传导到控制器，控制器可以通过动力装置控制叶片升高或降低；或控制连接支撑体收缩或增长。

在实际工程应用中，由于风轮或叶片的体积或重量十分巨大，叶片内部的支撑结构复杂，因此，到目前为止，世界上还没有风轮或叶片的长度超过100米，以及10兆瓦以上的风力机；为了使叶片长度达到100米以上，以及为了开发10兆瓦以上大型风力机，必须使用本发明所设计的独特的风轮或叶片才能达到本发明的实际效果。

一种新型风机风轮或叶片，包括风轮或叶片的壳体，其特征是，在所述风轮或叶片上或在所述风轮或叶片的内部，安装或设置有密闭空间装置；在所述密闭空间装置内盛有密度小于空气的气体，或在所述密闭空间装置内是稀薄空气。所述稀薄空气是指密度小于空气的空气。

所述密度小于空气的气体，是指所有相对分子量小于29的气体的密度,都小于空气的密度，例如, 氢气、氦气、氖气、氮气、一氧化碳、甲烷,氟化氢、乙炔等。

优选的，所述密闭空间装置内盛有氢气或氦气或氖气或氮气或所述气体的任意比例混合体。

最优选的是使用氦气。但为了降低成本，也可以使用氢气和氮气或氢气和氦气的混合气体，这样既可以克服单独使用氢气容易引爆的缺点，还可以降低成本，也可以达到我们的使用目的。

所述密闭空间装置可以采用任意材料，包括软性材料或硬质材料。

当所述密闭空间装置采用软性材料时，例如，采用橡胶类膜材料或塑料类膜材料时，须在其内部充入密度小于空气的气体，例如氦气或氢气与氮气的混合体；橡胶类膜材料或塑料类膜材料体积便会膨胀，然后密封。所述密闭空间装置在空气中产生向上的浮力，所述浮力就会抵消或部分抵消风轮或叶片向下的重力，从而降低风轮或叶片的重量，当所述密闭空间装置体积足够大时，其所产生的浮力大于风轮或叶片向下的重力时，所述风轮或叶片的重量即为零或负值。

当所述密闭空间装置采用硬质材料时，其有两种选择，即可以采用在其内部充入密度小于空气的气体产生浮力，也可以将其内部空间内的空气抽出，形成稀薄气体，也即在其内部形成真空状态，也可以产生向上的浮力，所述浮力就会抵消或部分抵消风轮或叶片向下的重力，从而降低风轮或叶片的重量。

当所述密闭空间装置内的气体压力足够大时，其完全可以替代或部分替代风轮或叶片内部的支撑体，从而减少支撑体材料，降低风轮或叶片本身的重量。

我们通过大量的计算及模拟实验得出结论，当密闭空间装置内的气体压力大于1.5—2个大气压时，其完全可以替代或部分替代风轮或叶片内部的支撑体。

当所述密闭空间装置采用软性材料时，由于其可以和风轮或叶片的内部更紧密的贴合，当其充满压力时，可以紧密的贴合在风轮或叶片的内壁上且对内壁形成非常均匀的压力，因此，可以使风轮或叶片在运转时减小颤动或震动，可以减少能量损失，提高发电效率并同时提高设备的使用寿命。

所述风轮或叶片的壳体可以采用硬质材料，所述密闭空间装置采用柔性材料。

所述密闭空间装置也可以是风轮或叶片壳体本身，在所述壳体内部，设置好一定的区域，充满密度小于空气的气体，然后密封。当然，这种方法存在一定的缺陷，不是最好的选择。

所述密闭空间装置在风轮或叶片外部使用时，可以包括双层结构；外部使用硬质材料，内层使用软性材料。

一种抗强风风力机，包括发电机系统、风轮或叶片、风轮轴及风轮或叶片与轴之间的连接支撑体，其特征是，在所述风轮或叶片上包括叶片支架，所述风轮或叶片安装在叶片支架上，所述风轮或叶片可以与叶片支架有相对位移；或/和所述风轮或叶片与轴之间的连接支撑体，是可以增长或缩短的；在所述风轮在所述风力机的任一部位安装有控制系统，所述控制系统可以控制叶片与支架之间的相对位移；或/和所述控制系统可以控制连接支撑体的增长或缩短。

所述一种抗强风风力机，是采用本发明所述抗强风风轮或叶片。

本发明的有益效果是：

本发明通过使用可升降风机风轮或叶片，使得风力发电机在台风到来时，可以不用停机，继续工作。本发明通过采用密闭空间装置的方案，可以制造出长度大于100米的风机叶片或10兆瓦以上超大型风力发电机。

四、附图说明：

图1是本发明所述风机风轮或叶片结构原理主视图示意图；

图2是本发明所述另一风机风轮或叶片结构原理主视图示意图；

图3是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理主视图示意图；

图4是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理主视图示意图；

图5是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理主视图示意图；

图6是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理主视图示意图；

图7是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理左视图示意图；

图8是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理俯视图示意图；

图9是本发明所述风机风轮或叶片结构俯视图；

图10是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理主视图示意图；

附图标志

1叶片 2叶片 3叶片支架 4风轮轴 5控制系统 6连接支撑体 7叶片 8长叶片支架 9发电机系统 10密闭空间装置 11叶片 12长叶片支架

五、具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例一：

如图1、图2、图3、图4、图10所示，图1是本发明所述风机风轮或叶片结构原理主视图示意图；图2是本发明所述另一风机风轮或叶片结构原理正视图示意图；图3是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理正视图示意图；图4是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理正视图示意图；图10是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理主视图示意图；所述任一图的左视图与俯视图为公知常识，省略。

如图1、图2所示，叶片1或2安装在叶片支架3内，所述叶片1或2通过控制系统5可以在叶片支架3内做上下位移，图1所示为当风力小时，控制系统5可以将叶片移动到叶片支架的上部，接收更强大的风力；图2所示为当风力超强时，控制系统5可以将叶片移动到叶片支架的下部，接收更小的风力；所述控制系统可以将叶片移动到叶片支架的设计位置后可以自动锁定位置。图3所示为：当叶片1旋转到正向风位置时，控制系统5可以将叶片移动到叶片支架的上部，接收更强大的风力；当叶片2旋转到逆向风位置时，控制系统5可以将叶片2移动到叶片支架的上部，接收更小的风力；图4所示为：当叶片1旋转到正向风位置时，控制系统5可以将连接支撑体6增长，接收更强大的风力；当叶片2旋转到逆向风位置时，控制系统5可以将连接支撑体6缩短，接收更小的风力；图10所示为：叶片安装方式为倾斜安装，当风力小时，控制系统5可以将叶片移动到叶片支架的上部，接收更强大的风力；当风力超强时，控制系统5可以将叶片移动到叶片支架的下部，接收更小的风力；其优势在于，随着叶片上移，连接支撑体6也同时增长，接收更强大的风力；随着叶片下移，连接支撑体6也同时缩短，接收更小的风力。

实施例二：

如图5、图6、图7、图8所示，图5是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理主视图示意图；图6是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理主视图示意图；图7是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理左视图示意图；图8是本发明所述再一风机风轮或叶片结构原理俯视图示意图。本实施例采用两组叶片，叶片1、叶片2为一组，分别安装在叶片支架上，或叶片1、叶片2是普通公知叶片；安装在风轮的下半部位；叶片7、叶片11为一组，分别安装在长叶片支架8或/和12上；长叶片支架8或/和12的高度可以覆盖或部分覆盖叶片支架3的高度。当风力小时，控制系统可以将叶片7或/和11移动到长叶片支架8或/和12的上部，叶片1或/和2在下部，使两组叶片的总体高度相加，增加扫风面积，接收更强大的风力；当风力超强时，控制系统可以将可叶片7和11移动到长叶片支架8和12的下部，与叶片1的高度重合，使叶片7和11与叶片1在同一高度范围内，使叶片总体高度最小，减小扫风面积，接收更小的风力。如图8所示，两组叶片分别安装在与风轮轴6相交的两个不同平面内；

实施例三：

如图9所示，图9是本发明所述风机风轮或叶片结构俯视图；主视图与左视图为公知常识，省略。图9为垂直轴升力型叶片之一种，本发明还可应用于所有公知垂直轴风机风轮或叶片之类型，都在本发明保护范围之内。在风机叶片壳体的内部，安装有密闭空间装置10，在所述密闭空间装置内盛有密度小于空气的气体，或在所述密闭空间装置内是稀薄空气。所述密闭空间装置10可以替代或部分替代叶片内部的支撑体或填充体，所述密闭空间装置既可以产生浮力，减轻叶片的重量，也可以对叶片产生支撑作用，是叶片长度大于100米。

所述密闭空间装置就是密封后气体不再外泄。