专利名称：一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种垂直轴(又称立轴)式风カ机，是ー种以垂直轴和垂直形式的叶片进行水平回转运转方式将风能转化为机械能的机械装置。
背景技术：
垂直轴风カ机运转时因为有一半的叶片是逆风方向转动的，即存在“负升力“、“负推力”的问题，所以固定叶片形式的垂直轴风カ机效率很低。本世纪初德国人“A.贝茨”提出了系统的风能利用理论(包括推导数学公式)，指出水平轴螺旋桨式风力机的理论风能利用效率仅是风能中总能量的0. 593 (即风能利用效率系数)，再加上实际的机械能转化为电能中的各个环节的各种损耗，实际上只能达到70%的实际转化效果，所以实际上从风能中能够获得的能量效率系数仅为0. 415，这是水平轴风カ 机的理论效率，A.贝茨理论说明了风能利用的特点和效率，现代大規模已经推广的水平轴螺旋桨式的风カ机(风カ发电机组)就是建立在“A.贝茨理论”基础上的。而垂直轴风カ机尤其是“固定叶片方式”的垂直轴风カ机，在回转中有一半的迎风面积是负的(顶风的)，不仅不能产生有效的风能，还要消耗掉顺风产生的风能功率的至少一半的能量，參照“A.贝茨理论”，固定叶片式的垂直轴风カ机效率是极低的，理论上只有0. 2075 (即0. 415 + 2=0. 2075)，因此，固定叶片形式的垂直轴风カ机(垂直轴风カ发电机)没有得到大发展，就是因为效率太低所致。但是，垂直轴风カ机因为还利用了风能的阻力(推力)能量，这就是帆船的应用风能的方式，(但是至今也没用发现总结出升力和阻力垂直轴风カ的理论)，所以如果能够解决迎风面叶片的阻カ问题和回转中各个位置的升力及推力问题，就可以充分的利用风能的推力效应和升カ效应，大幅度的提高垂直轴风カ机从风中获得的能量，提高风能利用效率。因此，最关键的问题就是叶片在不同位置的与风向的夹角问题，能够调节好这个夹角，就可以大幅度的提高垂直轴风カ机的风能利用效率，有人提出比水平轴风カ机风能利用效率还高，因为没用理论计算支持，只能说是经验值了。尤其是垂直轴风カ机在运转中不需要对准风向，是“无风向型”风カ机，即便风向快速变化也能够持续的利用风能，这一点是优于传统的水平轴螺旋桨型风力机的，同时运行时转速较慢，特别“安静”没有大的噪声，一般又不需要安装的太高，因此受到人们的青睐，目前国内外都在大力的研究垂直轴风カ机(含风カ发电机)。为了解决迎风面的阻力问题和充分的利用叶片在不同位置的风カ能量，首先是采用了活动的，即可以转动的垂直式叶片，使叶片在回转圆周的不同位置都能够产生“正风力”(包括阻力推力和升力推力)，在“正迎风面”的位置时使阻力減少到最小，而且除正迎风面不产生推动カ外，其它位置的叶片都产生正推动力，这样就比固定叶片方式效率大为提高，不但利用了风能的升力效应，也利用了风能的阻力效应，使得总效率大大提高，所以，及时的调整叶片在不同的位置有不同的攻角是动叶片式垂直轴风カ技术研究的最主要方向。但是因为垂直轴一般形式是，在ー个主立轴的形式下，叶片推动横梁架围绕主立轴转动，呈圆周形转动，叶片在上风向和下风向是不同的攻角位置(叶片与风向的夹角叫攻角)，如在迎风面，叶片的头部向圆周形的外部，尾部向圆周形的内部并且在迎风面的半个圆周内，姆一度圆周角的叶片攻角位置都不相同，而在下风向时正好相反，是尾部向圆盘形的外部，头部向圆盘形的内部的状态，也就是每个圆周角都是不同的攻角位置。为此，很多人提出了多种人工干预调整叶片攻角的方法，提出并设计了诸如机械方式的、电动机调整方式的、电子测速计算控制方式的、计算机微机处理方式的、利用计算机处理并且使用磁力控制方式的，但是这些方式都有很多缺点，分析如下I、人工干预不能够及时的调整叶片攻角到最佳位置注名词解释人工干预(人工介入、人工调整，利用可控制的能量调整叶片的攻角)，…指利用多种动カ装置通过人工设定的多种方式，含各种机械方式、电动方式、电子探测微机运算后按照计算好的数据调节叶片的攻角方式，使之处于最理想的位置，都属于人エ干预范围。 垂直轴风カ机的转速较慢，每分钟一般是60转左右，按照60转/每分钟来分析，姆秒钟转ー圈，即ー个360°的圆周,在旋转ー圈时叶片在360°的圆周内姆一度圆周角的攻角都是不同的，都需要调整，因为一秒钟转动ー圈即360圆周角，应该在1/360秒的时间内就要调整好这个位置的叶片，也就是说在0. 0027秒内就要调整到当时的风速状态下的最佳位置(I秒+360=0. 0027秒)。而在不同的风速下每个叶片攻角的位置都是不同的，都需要重新计算參数并调整好，但是要在这么短的时间内将很多叶片(叶片的数量范围有2、3、4、5、6、8、12、16…N个叶片)调整到最佳状态，就需要根据叶片的数量设置多套调节执行机构，在极短的时间内将每个叶片都调节到最佳的理想位置，但这是十分困难的，就是因为时间太短，仅0. 0027秒，在这么短的时间里需要计算參数、得出执行数据并且通过执行机构对叶片进行调整，还要求调整到最正确的位置，这样的要求条件，以目前的技术水平是不可能达到，所以说在实际上是难以实施的。假如我们降低要求，在每10度圆周角内调整ー下(如图1)，即便是每10度圆周角度调整一次(精度下降10倍)也需要0. 027秒内完成，如果不能在这么短的时间内调整好，那么垂直轴风カ机的效率就不会高，从而使整个风カ机的效率大幅度的下降，调整的攻角位置与理想攻角位置的误差越大效率越低。要达到在这么短的时间内，随时的按照变化的风速、风向调整到理想位置，无论是机械式、电动式、计算机处理式等等都是很难办到的，即便是从理论上分析是正确的，但是因为实际上调整允许的时间太短，目前已知的技术达不到此种要求，所以此类方式是不实用的，在实际操作中是难以实施的。说明(图1)，这是ー个叶片在一秒钟转动一周(360° )时的理论位置图，也是公知的理论位置，如果能够按照这个标准及时准确的调整每个叶片的攻角，将会获得最高的风能利用效率。2、人工干预方式需要消耗大量的能源，尤其是风速较大时，叶片的风压也很大，转动叶片很困难，需要消耗大量的能源才能够调整并且保持好叶片的攻角，即便是在风速低时也需要连续不断的消耗能源，因为叶片在360度的圆周范围内都是要随时变换不同的攻角的，所以调整叶片攻角的功率消耗是一直存在并且不能中断的，除非是停风、停机时是不用能源的。这些能源一般都是利用电力，通过电动方式运行也有利用风カ机本身的机械能转换为机械カ来调整，使用机械能也是要消耗掉大量的风カ机产生的能量的，况且在风速低于一定的范围值时，产生的机械力量很小，无カ调整叶片的攻角。前后一算账还是总输出功率大幅度的下降，总输出功率减去调整叶片位置所消耗掉的功率，最終所得无几，是得不偿失的。所以人工干预方式消耗的能源太多，如果消耗掉的能量数量大到ー个极限范围的数值时，即超过了该风カ机所产生的总能量时，也就失去了建立这个风力机的意义了，因此人工干预方式并不是一种能够解决实际问题的方式。3、另外，人工干预方式结构复杂、调整机构关节点特别多(包括齿轮、齿条、导槽、滑块、限位机构等)，这些装置在严酷的大自然中受冷热寒暑、风沙雨雪、腐蚀磨损的环境影响下，也是不能够正常安全长期运行的，需要大量的维修工作支持，因为上述原因，所以成本不低、制造复杂、运行困难、管理不易、维修困难、很难推广。·4、在以这种方式制作微型、小型风カ机时因为调整机构复杂、精密，安装空间特别小，也是更不容易解决エ艺方面的问题。以人工干预的方式，无论是机械式、电动式、磁力式、电子控制式、微机处理控制式来调整垂直轴风カ机攻角的方式是不完全、不理想、无法做到垂直轴风カ机的最高效率运行，也不能降低成本和安全长期运行的。纵观现在的多种垂直轴风カ机(垂直轴风カ发电机)的结构形式均为ー根或者是两根支架，呈“H”型支撑在叶片的内部中间，此类支撑杆受カ极大，极易损坏。
实用新型内容本实用新型的目的是提供ー种利用风カ自身能量调节攻角的垂直轴风カ机，以解决现有的垂直轴风カ机存在的不能自动调整攻角、效率低下的问题。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案ー种利用风カ自身能量调节攻角的垂直轴风カ机，包括叶片、框架，所述框架至少为2个，所述框架由旋转主轴、上横梁、下横梁、内侧立杆和外侧立杆组成，所述上横梁和下横梁固定在旋转主轴上，所述内侧立杆和外侧立杆固定在上横梁和下横梁之间，所述内侧立杆和外侧立杆之间对称设有弹性组件，所述弹性组件之间设有叶片，所述叶片摆动轴固定在上横梁和下横梁之间，所述叶片摆动轴设在叶片正投影面的纵向中心线与叶片头部之间。所述叶片摆动轴和叶片尾部的距离与叶片摆动轴与叶片头部的距离之比为5. 2 4. 8 8. 8 I. 2等分之间。所述叶片摆动轴和叶片尾部的距离与叶片摆动轴与叶片头部的距离之比为5. 5 4. 5、6 :4 或 6. 5 :3. 5。所述框架为“ ロ”形。所述弹性组件的外形为“I”形、“*”形、“C”形、“D”形、“B”形、“0”形或“S”形，
且中间为方形、十字形。所述内侧立杆和所述外侧立杆之间距离为叶片的宽度的I至5倍。[0032]本实用新型具有以下优点I、本实用新型框架为为外支撑框架，内侧立杆、外侧立杆与中轴形成ー个“川”字形框架，叶片安装在此“川”字框架的中间，内侧立杆、外侧立杆与框架的上横梁与下横梁形成ー组坚固的框架结构，达到了最強的设计结构，可以使用最少的材料制作出強度最大的部件；2、弹性组件对叶片起到扶持、缓冲和调整的作用，当叶片从迎风面的上风向转换到背风向的下风向的位置点时，叶片在极短的时间里面有ー个角度很大 的快速翻转状态，对回转机构的冲击特别大，一些设计了翻板式叶片的垂直轴风カ机，就是因为这个特别大的冲击カ没有解决，所以不能安全正常的运行，极短的时间内就会被冲击损坏，而本实用新型中的这种结构是利用弾性材料的特点，使叶片在快速的翻转中不产生硬性的冲击力量，整个翻转的过程是柔性的连续受カ状态，即实现了快速翻转，又保持了在没有冲击的状态下的稳定运转，使叶片和机组都可以长寿命的安全运行。整个机组仅有叶片中轴(叶片自转)和连接在立柱上的整个横梁架(叶片组围绕立柱旋转，又称为公转)是转动的部件，除此以外再无任何的转动部件，有别与其它的垂直轴风カ机和风カ发电机；3、本实用新型的叶片的中轴位置是“偏置”的，从叶片迎风面正投影的方向看，叶片中轴中心线两边的受风面积不同，有很大的差别(利用风的压力差)，被风吹动时会产生很大的偏转カ矩，会自动的向受风面积大的一面转动，而在框架式柔性叶片扶持缓冲结构的扶持下又不会失去控制，随便乱转，会自动的偏转到最佳的位置，风カ大时偏转的角度大，风カ小时偏转的角度小，是ー个自动的适应不同风速的叶片攻角位置姿态并且是连续快速自动调整的(可以在0. 0027秒内快速调整到最佳角度)。本实用新型解决了长期困扰垂直轴风カ机的效率不高、结构复杂、制造困难、运行困难、成本太高的难题，本实用新型的风カ机不需要人为的通过多种方式，再消耗额外功率去调节叶片攻角位置，充分利用风能自身的力量，及时自动的使每个叶片在不同的位置上，调整到最佳角度，并且是最高结构强度的外框架结构形式，使垂直轴风カ机的风能利用效率达到最高、其结构简単、强度大、成本低，故障少，解决了叶片在极短时间内调整攻角的实际难题，具有良好的实际使用效果。
以下结合附图对本实用新型做进ー步说明。
图I是叶片在一秒钟转动一周(360° )时的理论位置图；图2是本实用新型的结构示意图；图3是本实用新型的一种实施方式的框架的结构示意图；图4是图3的俯视图；图5是叶片无风时的示意图；图6是叶片顺风时的示意图；图7是叶片逆风时的示意图；图8是叶片摆动轴安装位置的示意图(内、外侧立杆未画出)；图9是弹性组件外形为“I”形的示意图；图10是弹性组件外形为形的示意图；[0048]图11是弹性组件外形为“C”形的示意图；图12是弹性组件外形为“D”形的示意图；图13是弹性组件外形为“B”形的示意图；图14是弹性组件外形为“0”形的示意图；图15是弹性组件外形为“S”形的示意图。
具体实施方式
实施例I如图2、3、4所示，本实用新型ー种利用风カ自身能量调节攻角的垂直轴风カ机，包括叶片8、框架，框架为6个，框架由旋转主轴2、上横梁3、下横梁4、内侧立杆5和外侧立 杆6组成，上横梁3和下横梁4固定在旋转主轴2上，内侧立杆5和外侧立杆6固定在上横梁3和下横梁4之间，内侧立杆5和外侧立杆6之间对称设有弹性组件7，弹性组件7之间设有叶片8，叶片摆动轴9固定在上横梁3和下横梁4之间。如图8所示，叶片摆动轴9设在叶片正投影面的纵向中心线与叶片头部之间。从叶片顶端看叶片的横剖面，叶片头部为A，叶片尾部为C，叶片摆动轴9为B，叶片摆动轴9和叶片尾部的距离为BC，叶片摆动轴9与叶片头部的距离为AB，BC AB为5. 5 :
4.5。弹性组件7由金属、非金属、橡胶、塑料、塑胶、牛筋、弹性复合材料等有机和无机弾性材料制作而成。内侧立杆5和所述外侧立杆6之间距离为叶片8的宽度的5倍。如图3所示，框架I为“ ロ”形。如图9所示，弹性组件7的外形为“I”形，中间为方形、十字形。实施例2叶片摆动轴9和叶片尾部的距离为BC，叶片摆动轴9与叶片头部的距离为AB，BC AB 为 6 :4。内侧立杆5和所述外侧立杆6之间距离为叶片8的宽度的3倍。如图10所示，本实施例的弹性组件7的外形为形。其他同实施例I。实施例3叶片摆动轴9和叶片尾部的距离为BC，叶片摆动轴9与叶片头部的距离为AB，BC AB 为 6. 5 :3. 5。如图11所示，本实施例的弹性组件(7)的外形为“C”形。内侧立杆5和所述外侧立杆6之间距离为叶片8的宽度的I倍。其他同实施例I。实施例4叶片摆动轴9和叶片尾部的距离为BC，叶片摆动轴9与叶片头部的距离为AB，BC AB 为 5. 2 :4. 8。如图12所示，本实施例的弹性组件7的外形为“D”形。其他同实施例I。[0074]实施例5叶片摆动轴9和叶片尾部的距离为BC，叶片摆动轴9与叶片头部的距离为AB，BC AB 为 8. 8 :1. 2。如图13所示，本实施例的弹性组件7的外形为“B”形。其他同实施例I。实施例5如图14所示，本实施例的弹性组件7的外形为“0”形。其他同实施例I。实施例6如图15所示，本实施例的弹性组件7的外形为“S”形。其他同实施例I。本实用新型的利用风カ产生的“叶片偏转力矩”的大小是可以根据不同地区的风况进行宽范围调节的，调节的方法就是设置不同的“叶片偏置中轴位置”，其中轴的安装位置设计方法和范围如下从叶片顶端看叶片的横剖面，叶片头部为A，叶片尾部为C，叶片摆动轴9为B，叶片摆动轴9和叶片尾部的距离为BC，叶片摆动轴9与叶片头部的距离为AB，BC AB为5. 2 :
4.8 8. 8 I. 2等分之间。最佳位置范围是三种，即5. 5:4. 5 ; 6:4 ； 6. 5:3. 5，在高风速地区可以采用
5.5 :4. 5的位置，在低风速地区可以采用6. 5:3. 5，总之很宽的调节范围可以适应多种风速地区需要。例如中轴的最大等分是距叶片尾端8. 8等分，距叶片头端为I. 2等分，以此类推，中轴位置从距叶片尾端的5. 2等分开始，一直到距叶片尾端的8. 8等分为止，很宽的调节范围可以适应不同的地区风况特点。本专利所制造的风カ机中整个机组仅有叶片摆动轴(叶片自转)和连接在立柱上的整个横梁架(叶片组围绕立柱旋转，又称为公转)是转动的部件，除此以外再无任何的转动部件，最简洁的结构设计是本专利的一大最明显的特点，有别与其它的垂直轴风カ机和风カ发电机。本专利中所指的叶片的横剖面形状包括平板形和“飞机翼型”两种，“飞机翼型范围内的“NAKA-2412”型的“双面対称的流线型”叶片，此种叶片加工制造有一定的难度，但是效率较高，平板形叶片效率略低但加工容易，可以大幅度的降低风カ机的制造成本，各有特点均可根据实际需要采用，实用中可以根据不同的环境条件采用上述一种或者两种。叶片的正面投影几何外形是方形、圆形、三角形、和多边形。调整中轴安装位置，适合不同地区的风况，采用升力与阻力(推力)复合方式，达到叶片的的快速自动调整，即实现了最高的风能利用效率又结构简单实用安全，成本特低。实验效果I、《100瓦(微型)自调叶片攻角垂直轴风カ机》叶片尺寸高0.8米、宽0.25米回转体直径1.6米；叶片数量5片；[0096]叶片翼型NAKA_2412形；启动风速き3. 5m/s ;工作风速3.5-20m/s ；额定转速范围60-120转/每分钟；配套发电机永磁低速交流发电机I台，功率300瓦；输出功率4. 5m/s时输出30瓦；6m/s风速时输出80瓦；10m/s风速时输出100瓦；15m/s风速时输出200瓦；20m/s风速时输出300瓦。停机风速大于20m/s时由电磁刹车自动刹车停机，另设I套手动刹车系统，可以随时进行刹车；抗大风性能在大于20m/s吋，电磁刹车系统会根据转速大于120转时，自动进行刹车，刹车后风力机不再转动，叶片也不用特意保护，当风速达到25m/s以上时(包括台风吋)可根据天气预报，提前1-2天将全部叶片拆下，因为距离地面很近，叶片底部距离地面只有0. 3-0. 5米高，所以拆卸叶片很方便，仅凭坚固的框架即可抵抗ぎ25m/s的风速和台风；适用范围家庭中的照明、楼梯的走廊灯、路灯、庭院灯等，风カ机本身仅200元，配套蓄电池和逆变器成本在1000元以内(普通铅酸蓄电池如果采用锂离子蓄电池，价格在4000元以内)。2、《2千瓦(小型)自调叶片攻角垂直轴风カ机》叶片尺寸高I. 5米、宽0.45米回转体直径3米；叶片数量5片；叶片翼型NAKA_2412形；启动风速き3. 5m/s ;工作风速3.5-20m/s ;额定转速范围60-100转/每分钟；配套发电机永磁低速交流发电机I台，功率3千瓦；输出功率4. 5m/s时输出280瓦；6m/s风速时输出420瓦；10m/s风速时输出I千瓦；15m/s风速时输出I. 8千瓦；20m/s风速时输出2. 6-3千瓦功率；停机风速大于20m/s时由电磁(离心力)刹车系统自动刹车停机，另设I套手动刹车系统，可以随时进行刹车；抗大风性能在大于20m/s时，电磁刹车系统会根据转速大于120转时，自动进行刹车，刹车后风力机不再转动，叶片也不用特意保护，当风速达到25m/s以上时(包括台风吋)可根据天气预报，提前1-2天将全部叶片拆下，因为距离地面很近，叶片底部距离地面只有0. 3-0. 5米高，所以拆卸叶片很方便，仅凭坚固的框架即可抵抗25m/s的风速和台风；适用范围公路路灯、高速公路路灯、家庭炊事使用等，风カ机本身仅1000元，配套蓄电池和逆变器成本在10000元以内(普通铅酸蓄电池)如果采用锂离子蓄电池，价格在30000元以内。3、《50千瓦(中型)自调叶片攻角并网型垂直轴风カ发电机組》叶片尺寸闻8米、宽3. 5米；回转体直径15米；[0121]叶片数量6片；叶片翼型NAKA_2412形；启动风速き3m/s ；工作风速3-20m/s;额定转速范围30-60转/每分钟；配套发电机交流异步发电机10台，每台功率I千瓦，总输出功率70千瓦，在30-60分钟内可以达到超载出力150%，即可以短时允许总输出功率达105千瓦有功功率。并网方式本机采用“异步发电机自同期并网”方式，具体为10台异步发电机组分次并网，并非是一次性全部发电机投入并网，而是根据风速的大小，风カ机转速的高低，经“PCL”自动控制器预先设定好參数，根据当时的风速和风カ机的转速控制这10台发电机 分别、分次逐步的投入或者撤出电网达到充分利用当时的风速情况高效平稳无冲击并网的工作状态；输出功率4. 5m/s时输出14千瓦(2台发电机);6m/s风速时输出21千瓦(3台发电机)；10m/s风速时输出42千瓦(6台发电机)；15m/s风速时输出56千瓦(8台发电机)；20m/s风速时输出80-105千瓦(10台发电机)的总有功功率，上述向电网输出的均为有功
功率;停机风速大于20m/s时由电磁刹车自动刹车停机，另设I套手动刹车系统，可以随时进行刹车；抗大风性能在大于20m/s吋，“PLC”自动控制器会根据风速和转速情况自动进行刹车，刹车后风カ机不再转动，本机叶片为伸縮型叶片，通过液压机构可以将叶片高度降低到长度的1/4，并且有“自锁紫”装置可以抗台风损坏。可根据天气预报，提前几小时操作液压系统降低叶片长度，安全度过台风期。功率范围50千瓦范围，海边使用的低风速机组，成本低、抗台风，每台投资30-100万元，每年按照4000小时实际发电量计算(沿海有效风能时间是5000-6000小吋)最低可上网20万度电，毎度电按照0. 6元计算可得12万元2. 5-3年收回成本。4,((200千瓦(大型)自调叶片攻角并网型垂直轴风カ发电机组》叶片尺寸高12米、宽5. 5米；回转体直径30米；叶片数量6片；叶片翼型NAKA_2412形；启动风速き3m/s;工作风速3-20m/s;额定转速范围30-60转/每分钟；配套发电机交流异步发电机10台，每台功率20千瓦，总输出功率200千瓦，在30-60分钟内可以达到超载出力150%，即可以允许总输出功率达225千瓦有功功率。并网方式本机采用“异步发电机自同期并网”方式，具体为10台异步发电机组分次并网，并非是一次性全部发电机投入并网，而是根据风速的大小，风カ机转速的高低，经“PCL”自动控制器预先设定好參数，根据当时的风速和风カ机的转速控制这10台发电机分别、分次逐步的投入或者撤出电网达到充分利用当时的风速情况高效平[0142]稳无冲击并网的工作状态；输出功率4. 5m/s时输出50千瓦；6m/s风速时输出100千瓦；10m/s风速时输出150千瓦；15m/s风速时输出180千瓦；20m/s风速时输出200-225千瓦的总有功功率，上述向电网输出的均为有功功率；停机风速大于20m/s时由电磁刹车自动刹车停机，另设I套手动刹车系统，可以随时进行刹车；抗大风性能在大于20m/s吋，“PLC”自动控制器会根据风速和转速情况自动进行刹车，刹车后风カ机不再转动，本机叶片为伸縮型叶片，通过液压机构可以将叶片高度降低到长度的1/4，并且有“自锁紫”装置可以抗台风损坏。可根据天气预报，提前几小时操作液压系统降低叶片长度，安全度过台风期。说明功率范围200千瓦范围，海边使用的低风速机组，成本低、抗台风，每台投资 150万元，每小时额定发电量为200千瓦有功功率电能，每年按照4000小时实际发电量计算(沿海有效风能时间是5000-6000小吋)最低可上网80万度电，毎度电按照0. 6元计算可得48万元3-4年收回成本。5、10 (50)兆瓦轨道式垂直轴风カ发电机装置轨道形式椭圆形环形轨道，长3000米；叶片尺寸高10米、宽3. 5米；发电车辆300个，每个发电5-10千瓦(4-5级风，风速5-8m/s)，每辆发电车安装1-3片叶片，使用本专利的实用新型技术内容，自动调整叶片的受风“攻角”高效产生推动力，使发电车辆沿着圆形(包括椭圆形、不规则圆形)轨道运行，也可以说，就是一列风カ推动的车辆组。车辆ー走,轮轴转动,从这个车辆的轮轴引出动力，带动安置在此车辆上的发电机发出的交流电，经安置在车上的三相整流器整流为690V (或者是自行确定的电压等级标准)的直流电，经过受电弓方式(即现在的高速电动火车的方式，正是ー种电动火车的“逆向运行”方式，即风吹车走，发电送出)。从车辆下面设置的的直流母线输出后，经直流交流逆变变压器，逆变成三相交流电后与电网并联入网。总功率在我国东南沿海的海边每年有5000-6000小时的3-5级风(风速4-8m/s)，本系统在此风速范围内的额定发电量为10-50兆瓦，即每小时发电1-5万度电能，按照每小时I万度电计算，毎年5000小时可以发电5000万度，毎度电按照0. 6元计算，毎年可收入3000万元，投入I亿元，3. 5年可以收回投资。
权利要求1.一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机，包括叶片，其特征在于还包括框架，所述框架至少为2个，所述框架由旋转主轴(2)、上横梁(3)、下横梁(4)、内侧立杆(5 )和外侧立杆(6 )组成，所述上横梁(3 )和下横梁(4 )固定在旋转主轴(2 )上，所述内侧立杆(5 )和外侧立杆(6 )固定在上横梁(3 )和下横梁(4 )之间，所述内侧立杆(5 )和外侧立杆(6)之间对称设有弹性组件(7)，所述弹性组件(7)之间设有叶片(8)，所述叶片摆动轴(9)固定在上横梁(3)和下横梁(4)之间，所述叶片摆动轴(9)设在叶片正投影面的纵向中心线与叶片头部之间。
2.如权利要求I所述的一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机，其特征在于所述叶片摆动轴(9)和叶片尾部的距离与叶片摆动轴(9)与叶片头部的距离之比为5.2 :4. 8 8. 8 :1. 2等分之间。
3.如权利要求2所述的一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机，其特征在于所述叶片摆动轴(9)和叶片尾部的距离与叶片摆动轴(9)与叶片头部的距离之比为5.5 -A. 5、6 :4 或 6. 5 3. 5。
4.如权利要求I所述的一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机，其特征在于所述框架(I)为“口”形。
5.如权利要求I所述的一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机，其特征在于所述弹性组件(7)的外形为“I”形、形、“C”形、“D”形、“B”形、“0”形或“S”形，且中间为方形、十字形。
6.如权利要求I至5任一所述的一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机，其特征在于所述内侧立杆(5)和所述外侧立杆(6)之间距离为叶片(8)的宽度的I至5倍。
专利摘要本实用新型提供了一种利用风力自身能量调节攻角的垂直轴风力机，包括叶片、框架，所述框架至少为2个，所述框架由旋转主轴、上横梁、下横梁、内侧立杆和外侧立杆组成，所述上横梁和下横梁固定在旋转主轴上，所述内侧立杆和外侧立杆固定在上横梁和下横梁之间，所述内侧立杆和外侧立杆之间对称设有弹性组件，所述弹性组件之间设有叶片，所述叶片摆动轴固定在上横梁和下横梁之间，所述叶片摆动轴设在叶片正投影面的纵向中心线与叶片头部之间。本实用新型的风力机充分利用风能自身的力量，及时自动的使每个叶片在不同的位置上，调整到最佳角度，并且是最高结构强度的外框架结构形式，解决了叶片在极短时间内调整攻角的实际难题，具有良好的实际使用效果。
文档编号F03D7/06GK202520480SQ20122018568
公开日2012年11月7日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者赵春华, 郑尔历 申请人:赵春华, 郑尔历