专利名称：垂直轴式抗风减灾风力动力机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及自然风力从超强风暴做功控制，到微风时能量的综合利用全方位动 力系统。它同时具备抗风减灾、风力发电、风力提灌和储能发电及改善干旱地区自然环 境等多种功能。
背景技术：
目前风力发电 装置正进入高速度，多方位的飞速发展阶段。由于它与传统化石 能源相比具有无可挑剔的优势，和对保护环境的卓越功绩，使世界各国竟相优先，着力 发展。近年来围绕风力发电世界各国申请了数百项专利，足以说明这一点。可以预期在 今后的几十年内它将更加合理、科学和完善。在能源领域所占的份额会飞速提高。前一阶段共存的两大类风力发电装置，即水平轴和垂直轴发电方式得到相应的 发展。从使用的情况看，水平轴发电方式发展更快，占比更高。但由于其天生存在的 效率低，装置复杂，制造难度大，成本高，适用风速范围窄等缺陷，似乎已经发展到后 期阶段。而垂直轴发电方式恰好具有效率高，装置简单，可靠性高维护容易，机组成本 低，适用风速范围广，产品系列从几十瓦到几十兆瓦都容易制作的优势，更具广扩的发 展前景，必将得到更广泛的应用。从风能的开发角度看，目前的各种装置基本集中在发电方面。但从全方位和更 高的角度来看，人类不仅需要从风能转化来的清洁电能，还迫切需要抗击超强风暴(如 台风、沙瀑、飓风等超强对流空气)对人类带来的灾难，并变害为我用之能源。垂直轴 式抗风减灾风力动力机组，完全可以担当这一重任。它不仅可以减少风灾而发电，还可 以利用风动力直接驱动涡轮式水泵，提取深部地下水，灌溉防风林，同时起到对绿化林 带补水和抗风减灾的双重作用，缩小沙漠面积，改善地球环境，将沙漠逐渐变为绿州。近年来经常发生农田干旱现象。虽有地球环境不断劣化因素，但不当的灌溉方 式和水利设施的滞后发展等这些人为措施不力，也加重了旱情。如能在广扩的田边、地 角设立风动力水泵机组，将深处的地下水，长期抽到地面储存，用滴灌等节水方式对农 田进行无人值守的灌溉。则不仅节省大量的电力和人力，还使农田墒情逐渐优化，提高 产量。综上所述，本发明专利提供了一种高效率、低成本、适用面积极其广泛的风动 力机组，它即能发电、抽水又能抗风减灾。
发明内容
本发明的核心有1、风动力转子叶片及风轮。2、风塔结构。3、机组的过载 保护设计。4、分流导气装置。5、抗风减灾风力动力机组布局。叶片及叶轮。叶片形似勺状，其中部和尖部为椭圆形凹凸状，根部为顺延的直 角形。椭圆的长半轴和短半轴之比例大小，视使用地区常年最大风力确定。即风速大 地区，叶片长、宽比大，还要在叶片凹面内侧安装加强筋片，并在叶片边缘加装金属拉线，增强抗风能力。风速小的地区长、宽比小，且叶片总长度加长，从而获得更大风 能。叶片用不锈钢薄板一次冲压而成，其厚度视风力大小和机组输出功率确定。三个以 上的叶片均勻垂直安装在轴套上。轴套紧固在主轴上，组成一组风轮。每个风轮上叶片 的多少，由使用地常年最大风力确定，风速大的地区，用三个叶片，其余随风速减小叶 片逐渐增加。 风塔结构。每一风塔为一单独动力单元，只有一根垂直地面的主轴，将半径从 小到大尺寸的风轮，从上到下依次紧固在主轴上。主轴的下端与被拖动的发电机或涡轮 式水泵轴连接。保证了每一风塔的整体稳定性。机组的过载保护设计。在超强风地区，为了使发电机不严重过载，现通常用电 磁制动方式来保护。但该方法存在结构复杂，设备价格高，损坏维修频繁，且耗能等多 种问题。本发明设计在主轴延伸后的末端，加装用风速自动控制的离合装置，离合装置 的另一端安装待拖动的一个或多个发电机或涡轮式水泵负载。设定在某一风速下离合器 将待拖动的负载全部或部份自动投入运行，即保证了机组运转速度的稳定，降低设备成 本，又增加能量的输出。分流导气装置。在常年风力较小且用电量巨大的沿海经济发达地区。为缓解供 电压力，必须开发更多其它能源。但水平轴式风力发电机由于效率太低，无法使用在这 些地区。本发明提供了一种相对应的高效风电装置。它除加长每个叶片的长度，和减小 长宽比外，还必须增加每个风轮产生的力矩。即应加大叶片凹面处的受风力度，和减小 叶片凸面的受风力度。本发明所述的风轮特征是不管从哪个方向上吹来的水平风，都存 在轴的一侧显凹面而相对侧显凸面。由于凹面风阻远大于凸面，造成力矩差而转动。根 据风舵的尾端总处于下风口一端的特征，将风舵安装于上、下环外，且可自由转动，在 环上的风舵另一端的外侧加装一燕形分流导气板，它的尖部借助风舵的自动换位，使终 保持在对准来风方向上靠显凸面半侧中心的前端位置。使迎面吹来的风即遮挡了凸面， 又将其导向凹面处，实现上述增大力矩的作用。整个分流导气装置通过轴承安装在主轴 上，并进行配重，使之能随风自由转动。抗风减灾风力动力机组布局。基于过去防风林带对暴风有减灾作用。设计在强 风地区需保护的地段，将多个风塔呈等边三角形顶点位置设立，构成一档风墙。如果一 道风墙不够，可重复多道设置。风塔是将超强风的动能转化为电能或机械能，其效果一 定远优于防风林带的单纯阻档效果好。风塔顶端通过轴承用金属杆连接起来，并在外层 风塔顶端加装钢丝拉线，加固整体。
图IA是本发明用于中、小风力地区的风轮主视图。图IB是本发明用于中、小风力地区的风轮俯视图。图2A是本发明用于超强风力地区的风轮主视图。图2B是本发明用于超强风力地区的风轮俯视图。图3是本发明的实施例，用于中、小风力地区的风塔单元。图4是本发明用于超强风力时，通过离合装置，将涡轮式水泵或发电机等待用 负载，自动切入的装置示意图。
图5A是本发明用于中、小风力地区的分流导气装置的主视图。图5B是本发明用于中、小风力地区的分流导气装置的俯视图。图6是本发明的一实施例，用于超强风时的抗风减灾风力动力机组俯视布局图。图中所示1叶片，2轴套，3主轴，4叶片拉线，5导气装置上轴承，6导气装 置上环，7导气装置下环，8导气装置下轴套，9主发电机，10风塔支架，11发电机支 架，12备用发电机，13主发电机皮带轮，14风控张紧皮带轮，15备用发电机皮带轮，16 燕形分流导气板，17导气装置尾舵板，18风塔拉线，19叶片加强筋片，20主轴与主发电 机连接器。
具体实施例方式下面对发明的实施例参照说明书附图加以说明。实施方式概述。由于本发明适应风速范围广，适用地区也很广泛，功能多，用 途广。故可以综合各地的风速情况，使用目的，和开发的前景及资金的投入等因素，进 行综合布局。例如在年均有效发电或工作时间超过4800小时的人口集中地区，宜选用中、小 风力的发电机组。在我国广扩的农业干旱地区，只要常年风速超过2m/s的时间在4000小时以上。 可选用中、小风力的抽水机组。在多数城市的街灯杆上，最适合安装小型中、小风力的发电机单元，配上合适 的蓄电池和LED高亮照明灯。在我国数千公里的海岸线，安装抗风减灾风力发电机组，可抗击各类超强台 风，减少灾害并发电。而在我国西北的沙漠、戈壁地区。设立风力提灌机组，即能抽水绿化，又能发 H1^ ο总之由于本发明具有的高效率，多功能，低成本等多种优势，不难在广大地区 得到充分利用。实施例1街灯类分散流动照明。鉴于此类照明电器，地处中、小风力地区，且功率仅几 十瓦到几千瓦。则采用图1所述的小型风轮2 4个，安装在一根主轴上。叶片1的长 度较小，一般选250mm 350mm之间。长、短半轴比在1.1 1.2。主轴下端的发电 机9选用直流12伏的发电机，其输出端并联容量相应的蓄电池，在不照明时将电能储存 起来。照明灯采用LED高亮度灯。此套装置价格低。同比原照明系统的线路费、安装 费、电费及维修等费用，本实施例1，可在2 3年内收回成本。这套装置还适用于江、 河、湖、海上的航标灯、灯塔及野外流动单位，也适用于分散居住的居民点。它使用寿 命长，基本无维修。实施例2在干旱地区的农田灌溉。我国的西北地区，华北、华中、松辽等平原地区的多 数农田，都急需稳定的农田灌溉。这些地区又都属中、小风力范围。因此可选用图3所示的风塔单元组合成风力抽水机组。不用发电机9，改用涡轮式水泵与主轴3轴连接。如 风速稍小，可配合适当的增速齿轮，将水抽到一个蓄水池，再利用滴灌等节水方式进行 常年、无人值守的自动灌溉。即节省了抽水用电，又节省了大量人力。在风力抽水后， 还有能量富余的地区，还可配适当的发电机组。实施例3 治沙先锋。现在人们都希望通过绿化来逐渐治理沙漠。但按现今的治理方法 看，绿化速度慢，植被成活率低是主要的瓶颈。故在沙漠中有一定地下水源的点，安装 如图6所示的抗风减灾抽水并发电机组，重新建立定居点。该机组所使用风塔数按居民 点用水、用电量配置。定居点绿化后，再扩大，最后连成片。实施例4抗风减灾风力发电机组。在沿海岸一带，安装如图6所示的机组，并在每一风 塔上加装过载保护装置，有主发电机皮带轮13，备用发电机皮带轮15，及风控张紧皮带 轮14等器件。特别是在台风经常袭击的地区，设立多道吸能防线，一定能减小风灾，接 收到更多能源，缓解沿海电力供应紧缺的现状。
权利要求
1.一种垂直轴式抗风减灾风力动力机组，由均勻布置在轴套外侧的三个以上的勺 状叶片，垂直安装组成风轮，多个半径不等的风轮，依次紧固于同一主轴上，成塔式结 构，主轴下端头与主发电机，涡轮式水泵等负载轴连接，组成风动力的基本单元风塔， 多个风塔可按等距离布置，底部固定后，在主轴顶端通过轴承用金属杆连接起来，在外 层风塔顶端加装钢丝拉线加固成整体机组，使之能抗击超强风暴，在风力稍小的人口集 中区，设置一随风转动的分流导气装置，在超强风地区，主轴的下部末端设置用风速自 动控制的离合装置，离合装置的另一端安装待拖动的发电机或涡轮式水泵等负载。
2.根据权利要求1所述的垂直轴式抗风减灾风力动力机组，其特征是每个叶片中 部和尖部呈勺状的椭圆形凹凸状，根部为顺延的直角形，椭圆的长、短轴比随不同地区 风速增加而增大，在超强风地区的叶片凹面内侧加装加强筋片，且在叶片安装在轴套上 后，再在每个叶片尖部用金属线连接起来，组成一个风轮。
3.根据权利要求1所述的垂直轴式抗风减灾风力动力机组，其特征是多个半径不 等的风轮，依次紧固在垂直于地面的主轴上，成塔式结构，主轴的下端头与主发电机或 涡轮式水泵等负载轴连接，在超强风地区使用的主发电机应为穿芯轴式，便于与离合装 置的主发电机皮带轮连接。
4.根据权利要求1所述的垂直轴式抗风减灾风力动力机组，其特征是在超强风地 区使用时，在主发电机轴的末端，加装主发电机皮带轮，通过皮带与待拖动的备用发电 机连接，在皮带内环加装由风速自动控制的张紧皮带轮，设定其在超过某一风速后，张 紧皮带轮正好绷紧皮带，代动备用发电机转动。
5.根据权利要求1所述的垂直轴式抗风减灾风力动力机组，其特征是在中、小 风力地区，在风轮外加装一随风转动的分流导气装置，该装置形似鼠笼，有上、下两个 环，通过轴承与主轴连接，风塔上的所有可动部分均可在上下环内自由转动，环的外侧 安装垂直地面的风舵，在环的另一外侧加装一燕形分流导气板，板的尖部借助风舵的换 位始终保持在对准来风方向上靠显凸面半侧的中心位置，对整个装置进行配重，使之能 随风自由转动，对准来风方向。
6.根据权利要求1所述的垂直轴式抗风减灾风力动力机组，其特征是在超强风地 区，多个风塔呈等边三角形顶点位置设立，风塔顶端通过轴承用金属杆连接起来，并在 外层风塔顶端加装钢丝拉线，加固成整体。
全文摘要
一种垂直轴式抗风减灾风力动力机组。由多个勺状叶片垂直安装于轴套上组成一风轮。多个半径不等的风轮紧固于同一主轴上，成塔式结构。主轴下端与主发电机或涡轮式水泵轴连接，组成风动力的基本单元风塔。多个风塔可等距离安装，底部固定后，主轴顶端通过轴承用金属杆连接起来。在外层风塔顶端加装钢丝拉线，加固成整体。在中小风力地区，设置一随风转动的分流导气装置，使其在2m/s的风速能运行。在超强风地区，设置由风速自动控制的离合装置，在主机过载前将备用机投入运行，避免主机过载。由于本机组具有抗风减灾，效率高，适应风速范围广，成本低，工作可靠和功能多等优势。能在大多数地区和多个行业采用，具有极大的社会和经济效益。
文档编号F03D7/06GK102022285SQ20101056976
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者倪敏禄 申请人:倪敏禄