一种轨道风帆式风力发动机的制作方法

本发明涉及能源利用设备技术领域，具体涉及一种轨道风帆式风力发动机。

背景技术：

当前，随着煤、石油、天然气等不可再生能源的枯竭，太阳能、风力等新能源逐渐被人们所重视，这类新能源具有清洁、不产生污染、资源取之不尽的优点。其中，风力发电是一种极具发展潜力的绿色能源，可以有效解决我国农村及偏远山区人民用电难、用电贵的问题。

虽然目前使用的风力发动机种类多、造型各异，但是其普遍存在造型小、风叶少的缺点，由于风叶不能正向对着风，故吸收的风能小而导致效率较低，无法发出大功率的电量，不论是水平轴式还是垂直轴式，都是依靠风力发电机的中心轴来支撑风叶重量的，为了增加发电量从而增大、增长螺旋式风叶，以及加高了支撑杆，在支撑杆的顶部安装沉重的电机，导致其容易受到强台风和龙卷风的破坏，同时风机在运行时气流搅动大，导致噪音较大、占地面积多、造价成本高等诸多缺点。

由本申请人发明的《直立式风力发动机》专利号：zl2006200592842)在结构和原理上比现有的风力发动机有较大的改进，该机除主轴外，安装了风叶臂，叶臂上安装叶框和风叶，风叶可旋转360°，不受风向约束，充分利用风，可作双向转动，叶框上还设有可控的操作机构，发动机可随时停止工作。但由于叶臂和风叶的受力点由钢筋吊拉在主轴顶端，使叶臂的长度和高度受到限制，发动机无法做大，难以提供大功率的发电量，风能得不到高效利用，造成了部分风能的白白浪费。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种轨道风帆式风力发动机，该风力发动机结构简单，造价成本低，抗灾能力强，占用地面积小，噪音小，可以安全有效的利用高空风力进行发电，运行稳定、工作效率高、发电量大。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种轨道风帆式风力发动机，其包括轨道架、旋转轴、承重平台和数个轨道轮；所述旋转轴的一端可转动地垂直安装在所述轨道架上，所述旋转轴的另一端与所述承重平台固定连接；所述轨道轮可转动地设置在所述轨道架与所述承重平台之间，使所述轨道架与承重平台滑动连接；所述承重平台上同轴设置有安装架，所述安装架上设置有若干个翼框，所述翼框以所述安装架的中轴线为中心呈辐射状分布，所述翼框上设置有多个叶框，所述叶框上设置有若干个可旋转的风叶。

作为本发明优选的实施方式，所述轨道轮均匀设置在所述轨道架上并可相对于所述轨道架转动；所述承重平台的底部上设置有至少一个与所述轨道轮相匹配的轨道槽，所述轨道轮与所述轨道槽滚动配合。

进一步优选地，所述轨道架上设置有用于调整所述轨道轮高度的升降装置。

作为本发明另一种优选的实施方式，所述轨道轮均匀设置在所述承重平台的底部上并可相对于所述承重平台转动；所述轨道架上设置有至少一个与所述轨道轮相匹配的轨道槽，所述轨道轮与所述轨道槽滚动配合。

优选地，所述轨道槽的数量为多个，多个所述轨道槽以轨道架的中轴线为中心由内向外均匀布设。

作为本发明优选的实施方式，所述旋转轴包括主轴、固定轴和平面轴承，所述主轴的上端与所述承重平台的底部固定连接，所述固定轴的下端与所述轨道架固定连接，所述固定轴套设在所述主轴的外周面上，所述固定轴与所述主轴之间设置有条形滚珠，所述平面轴承设置在所述主轴的下端与所述轨道架之间；所述主轴的上端部或下端部上设置有与电机连接的转动轮。

作为本发明优选的实施方式，多个所述叶框将所述翼框分隔成间隔排列的透风框和受风框，所述风叶通过旋转柱可转动地设置在所述受风框的一侧上。

作为本发明优选的实施方式，所述受风框与所述旋转轴相对的一侧上设置有用于打开或关闭所述风叶的电子控制开关。

作为本发明优选的实施方式，每两个相邻的所述翼框上的透风框和受风框间隔排列的顺序相反。

作为本发明优选的实施方式，所述轨道轮的外周面上包覆有塑胶。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明所述的轨道风帆式风力发动机通过设置轨道结构，使得本发明的风力发动机的结构稳固，其直径可达10～100米、整体高度可达20～150米、可安装0.7×1.0米的风叶1200～65000片，且每片风叶的平均受风率达75％以上，由此实现安全有效地利用高空风力进行发电，发电容量以几何级数增大，同时本发明的风力发电机仅需0.6米/秒的微风即可转动发电，且建造成本低、仅为普通三叶螺旋桨风机成本的十分之一，而发电量是三叶螺旋桨风机的五十倍以上：以一座直径为50米、75米高的风力发动机为例，在5米/秒的风速下，每小时可发电10万度以上，一次性投入成本仅为5000万元。同时轨道结构的设置增强了本发明的抗台风能力，承重平台水平旋转，离心加速度不会与重力加速度叠加，有效降低了因离心力增大而带来的破坏作用，有效保证安全运行，抗灾能力强、噪音小、占地面积小，克服了现有技术中风力发动机不能做大、发电量小、成本高、占地面积大、抗灾能力弱的缺点。

附图说明

图1为本发明一种实施例所述的轨道风帆式风力发动机的结构示意图；

图2为本发明另一种实施例所述的轨道风帆式风力发动机的结构示意图；

图3为本发明图2所述的轨道架的结构示意图；

图4为本发明图2所述的承重平台的结构示意图；

图5为本发明所述的轨道风帆式风力发动机的俯视图；

图6为本发明所述的轨道风帆式风力发动机的局部剖视图；

图7为本发明所述的两个相邻的翼框的结构示意图；

附图标号说明：1、轨道架；11、轨道柱；12、支撑杆；13、加强筋；14、升降装置；2、旋转轴；21、主轴；22、固定轴；23、平面轴承；24、条形滚珠；3、承重平台；31、平台板；32、连接杆；4、轨道轮；5、安装架；6、翼框；61、透风框；62、受风框；63、风叶；64、旋转柱；65、电子控制开关；7、轨道槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

参照图1～图7，本发明所述的轨道风帆式风力发动机，该风力发动机为整体呈圆柱状的大型钢结构，其具体包括固定设置在地面上的轨道架1、作为转动枢纽的旋转轴2、用于安装风叶63的承重平台3和数个保证承重平台3稳定地水平旋转的轨道轮4。轨道架1固定设置在地面上，旋转轴2的一端可转动地垂直安装在轨道架1的中轴线上，旋转轴2的另一端与承重平台3固定连接；轨道轮4可转动地设置在轨道架1与承重平台3之间，使轨道架1与承重平台3滑动连接，以承受承重平台3和风叶63的自重、保证风力发动机的稳定运行，对其起到稳固和安全保障作用；承重平台3上同轴设置有圆环状的安装架5，安装架5上设置有若干个用于安装风叶63的翼框6，翼框6以安装架5的中轴线为中心呈辐射状分布，翼框6上设置有多个均匀布设的叶框，每个叶框上设置有可绕叶框旋转的风叶63。本发明通过设置轨道结构，使得本发明的风力发动机的结构稳固，翼框6(即风叶臂)的长度和高度限制小，从而可以安全有效地利用高空风力进行发电，较之于现有的三叶螺旋桨风机，发电容量以几何级数增大，仅需0.6米/秒的微风即可转动发电，建造成本低；同时轨道结构的设置保证了承重平台3水平旋转的稳定运行，离心加速度不会与重力加速度叠加，有效降低了因离心力增大而带来的破坏作用，有效保证安全运行，抗灾能力强、噪音小、占地面积小。

具体地，轨道架1作为支撑和稳固整个风力发动机的主要部件，如图1和图2所示，其包括多个呈圆周均匀分布的轨道柱11，轨道柱11呈i字形，轨道柱11的下端端部通过浇筑混凝土固定设置在地面或混凝土平台上，承重平台3通过旋转轴2与轨道架1连成一体，有利于提高风机的稳固性。根据风力发动机的高度及承压力设置轨道柱11的间距和高度，且每两根轨道柱11之间的高度和间距均相等。为了增强连接强度，每两根轨道柱11之间的下端端部或上端通过支撑杆12连接，每两根轨道柱11之间的中部设置有x字形的加固杆，轨道架1底部的中心点与每根轨道柱11之间设置有加强筋13，即多个加强筋13以轨道架1底部的中心点为中心呈辐射状分布；在实际应用中，轨道柱11的数量可根据承重平台3的重力具体设置。

在一种优选的实施例中，如图1所示，轨道轮4均匀设置在轨道架1上，即每个轨道轮4对应地设置在轨道柱11上端端部上，并可通过轴承相对于轨道架1转动；承重平台3的底部上设置有至少一个开口向下的轨道槽7，该轨道槽7与轨道轮4相匹配，装配时轨道轮4与轨道槽7抵接，以使轨道轮4与轨道槽7滚动配合。以上结构适用于直径为15米以下的小型风力发动机，在承重平台3的底部固定安装以旋转轴2为中心的轨道槽7，轨道槽7的宽度和厚度根据轨道轮4的大小及所承受的承重平台3的重量决定，轨道槽7开口向下，以便于与轨道轮4配合，轨道轮4与轨道槽7相抵接，当承重平台3在风叶63的带动下转动时，轨道轮4同时随之转动，能够很好地承受和支撑承重平台3的外周压力。进一步优选地，每根轨道柱11上设置有用于调整轨道轮4高度的升降装置14，使得本发明在没有台风的情况下，可通过升降装置14调节轨道轮4的高度，使轨道轮4脱离轨道槽7，从而减轻风机的阻力，加快风机的转动速度。

在另一种优选的实施例中，如图2和图3所示，多个轨道轮4均匀设置在承重平台3的底部上，并可通过轴承相对于承重平台3转动；对应地，轨道架1上设置有至少一个开口向上的轨道槽7，该轨道槽7与轨道轮4相匹配，装配时轨道轮4与轨道槽7抵接，以使轨道轮4与轨道槽7滚动配合。本实施例的结构适用于直径为15米以上的中型、大型风力发动机，轨道槽7由钢板制成，其厚度和宽度由轨道轮4承受的压力决定，轨道轮4的大小和数量根据承重平台3的承受力设置，当承重平台3在风叶63的带动下转动时，轨道轮4随之围绕轨道槽7旋转，承受和支撑整座风机运行，对风机起到稳固和安全保障作用。同样地，轨道槽7的高度可以轨道柱11进行调节，台风来时，轨道槽7升高，直至轨道槽7顶住轨道轮4，使风机遇超强台风时依然运行稳定；当台风过后，降低轨道槽7的高度，以减轻风机阻力。

在以上两种实施例中，为了满足巨大发电容量的需求，可通过在承重平台3与轨道架1之间设置多层同轴的圆形轨道，即轨道槽7的数量为多个，且多个轨道槽7以轨道架1的中轴线为中心由内向外均匀布设，每个轨道槽7上对应地与轨道轮4滚动配合，这样可以延长翼框6(即风叶臂)的长度，从而增大发电容量。在实际应用中，轨道的层数根据风力发动机的整体大小(即风叶臂设计的长度)，每层轨道之间的距离为6～12米。进一步优选地，轨道轮4的外周面上包覆有耐磨的塑胶，轨道槽7的槽底进行光滑处理，使得轨道槽7与轨道轮4之间的摩擦力减小，从而有效降低风机旋转时所造成噪音。

具体地，如图6所示，旋转轴2包括主轴21、固定轴22和平面轴承23，主轴21的上端与承重平台3的底部固定连接，主轴21的下端与轨道架1底部中心点可转动连接，优选地，主轴21的下端端部与轨道架1之间设置有平面轴承23，通过该平面轴承23使主轴21摩擦力小，转动自如；在实际应用中，根据旋转轴2所承受的重量选择平面轴承23的型号。固定轴22的下端端部预埋在钢筋混凝土的地下2～4米深处，固定轴22的下端与轨道架1底部中心点固定连接，固定轴22套设在主轴21的外周面上，固定轴22与主轴21之间的上下两端上分别设置有条形滚珠24，以减轻主轴21旋转时的摩擦力度。进一步地，为了解决传统的三叶螺旋桨风机将沉重的电机安装在顶部而易受台风破坏的问题，本发明在主轴21的上端部或下端部上设置有转动轮，再通过转动轮连接安装在地面上的电机进行能量转换，大大减轻了风力发动机的负荷。进一步优选地，旋转轴2的底部安装了防风防水的维修保养设备，可有效延长旋转轴2的使用寿命。

具体地，承重平台3包括平台板31和多个连接杆32，平台板31为一坚固的圆形钢板，平台板31的直径一般为4～6米，平台板31上安装有自动控制总开关，可通过该平台板31对城中平台上的翼框6或风叶63进行维修和保养。平台板31的底部与旋转轴2的主轴21固定连接；为了加强平台板31与旋转轴2的连接强度，也可以在平台板31与固定轴22之间设置多个钢架。多个连接杆32分别与平台板31固定连接，且连接杆32以平台板31为中心呈辐射状均匀分布，连接杆32的数量为16～32条，连接杆32的长度由整个风力发动机的宽度直径决定，一般可设置10～100米以上，连接杆32采用方钢管制成，有利于提高风力发动机的结构强度。平台板31上设置有向上延伸的安装架5，该安装架5包括多个由上至下间隔设置的稳定环，安装架5的高度与翼框6的高度相等。翼框6安装在安装架5和连接杆32上并与连接杆32所在平面相互垂直。

如图5和图7所示，翼框6为一矩形框，翼框6可以直接设置在连接杆32和安装架5上，也可以通过连接臂与连接杆32共同形成翼框6，所有翼框6的外周通过圆环状连接件连接，使得风机的结构更加牢固。翼框6上设置有多个均匀布设的叶框，多个叶框将翼框6分隔成间隔排列的透风框61和受风框62，风叶63通过旋转柱64可转动地设置在受风框62的一侧上，使得风叶63可绕叶框旋转360°，每两个相邻的翼框6上的透风框61和受风框62间隔排列的顺序相反，通过透风框61和受风框62间隔设置使得本发明可吸纳四面八方的风，既能实现层层泄风，又能保证风叶63的受风率达75％以上。进一步优选地，受风框62与旋转轴2相对的一侧上设置有用于打开或关闭风叶63的电子控制开关65，电子控制开关65外接电源并与总控设备连接，总控设备与无线终端信号连接，通过无线终端可远程控制风机的启停，如遇到强台风时，自动停机，风叶63的侧面自动对着风口，大大降低了阻力，避免风机被损坏。进一步优选地，风叶63采用质轻坚固耐用的纤维材料制成，有利于降低滑风速度。风叶63为矩形状，一般规格为长0.7～1.2米、宽0.5～0.8米，一个叶框内设置有一片风叶63，风叶63的四周与叶框之间均留有间隙，既可泄风，又能增强风力。

综上所述，本发明所述的轨道风帆式风力发动机由轨道架1、轨道轮4、旋转轴2、承重平台3、翼框6、风叶63等部件构成，使得本发明在微风的情况下即可转动，风叶63受风转动后，旋转轴2、承重平台3、轨道轮4、翼框6、风叶63一起转动，产生了巨大的风能，再通过与电机连接的转动轮将风能转化为机械能、将机械能转化为电能，使得本发明的发电量呈几何级数增大，有效克服了现有的风力发动机不能做大、发电量小、成本高、占地面积大、抗灾能力弱的缺点，本发明的风力发动机可建成直径100米宽、高150米、140层以上的巨型风力发动机，可安装1.2米×0.8米的风叶65000多片，风叶63可正面对着风，产生巨大的风能，在5米/秒的风速下，每小时可发电20万度以上。另本发明的造价成本低，与现有的三叶螺旋桨发动机相比，同样的造价，本发明的发电量是三叶机的100倍以上。本发明采用轨道结构有效降低噪音，占用地面积小：一台直径宽60米，高90米的轨道风帆式发动机，占用地仅5.3亩，在5米/秒的风速下，本发明每小时可发电15万度以上，若三叶螺旋浆发动机要获得同样的发电量，则需要建造用地150亩以上，对比光伏发电所占用的土地面积高达10000亩以上。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。