一种超大型风机风轮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：

目前世界上最大的风力发电机是8兆瓦的水平轴风力发电机；还没有任何企业可以生产出100米以上的超大型风机叶片以及10兆瓦以上风力发电机，本发明就是要提供一种超大型100米以上风轮或10兆瓦以上风力发电机。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，其目的是，提供一种超大型风机风轮及风力机，可以提供一种大型100米以上可实际应用的风轮或超大型10兆瓦的风力机。

借鉴于力的分解原理，本发明将风的方向分为四个方位，分别为A、B、C、D四个方位，在同一高度的风，无论任意方向的来风，都可以分解为A、B、C、D四个方位当中的两个方位的分量。本发明中定义A方向来风为主视图方向来风，B方向来风为主视图方向的反方向来风，C方向来风为左视图方向来风，D方向来风为左视图方向的反方向来风，A或B或C或D方向来风吹动风轮向O方向旋转。所述O方向，为指定方向，任意方向的来风，都推动风轮向同一方向旋转。

本发明一种超大型风机风轮，包括公知垂直轴风机风轮，所述风轮包括叶片、风轮轴、以及风轮轴与叶片的连接体；其特征是，所述垂直轴风机风轮水平安装或倾斜安装在塔杆或支撑装置上，所述水平安装是指叶片或风轮或风轮轴呈水平方向安装使用；所述倾斜安装是指叶片或风轮或风轮轴与原公知垂直轴有一个角度，所述角度大于零或小于零。如此安装的结果是，所述垂直轴风机风轮当接受A或/和B方向来风时，都可以向O方向旋转，当接受C或/和D方向来风时，则风轮静止不动。为了使C或/和D方向的来风都可以推动风轮向同一方向旋转，解决办法是可以使用偏航装置，使风轮随风向转动，但是这样做的缺点是风轮的另一端无法使用固定支撑，风轮很难做的很大，长度达不到100米以上，为了解决这个问题，因此，本发明在所述风轮上，至少还安装有另一个风轮或叶片，所述风轮或叶片的安装方式是，当D方向来风时，吹动风轮或叶片向O方向旋转。或/和在所述风轮上，至少还有一个风轮或叶片，所述风轮或叶片的安装方式是，当C方向来风时，吹动风轮或叶片向O方向旋转。优选的，在所述风轮上，至少还有两个风轮或叶片，分别为风轮或叶片e或风轮或叶片f，所述风轮或叶片的安装方式是，如果当C方向来风时，吹动风轮或叶片e向O方向旋转；带动所述垂直轴风机风轮向O方向旋转；当D方向来风时，吹动风轮或叶片f向O方向旋转；可以带动所述垂直轴风机风轮向O方向旋转。也就是说，无论风向从任意C或D方向吹来，都可以带动风轮向O方向旋转。这样，也就不必使用偏航装置了。

但是，如此安装，存在一个问题，就是当C方向来风时，有可能吹动风轮或叶片f起阻碍作用或向O方向的反方向旋转；当D方向来风时，有可能吹动风轮或叶片e起阻碍作用或向O方向的反方向旋转；阻碍风轮做功。因此，优选的，在所述风轮或叶片e或风轮或叶片f上，还安装有离合装置，所述离合装置的作用是，当风吹向所述风轮或叶片e或风轮或叶片f上时，如果风轮或叶片e或风轮或叶片f向O方向旋转，则离合装置自动合上，带动所述垂直轴风机风轮做正功；当风吹向所述风轮或叶片e或/和风轮或叶片f上时，如果风轮或叶片e或风轮或叶片f起阻碍作用或向O方向的反方向旋转，则离合装置自动离开，与所述垂直轴风机风轮脱离，不影响所述垂直轴风机风轮向O方向旋转。

所述风轮或叶片e或风轮或叶片f的安装方式是，当D或C方向来风时，吹动风轮或叶片e或风轮或叶片f与水平安装或倾斜安装的垂直轴风机风轮当A或B方向来风时的旋转方向相同。

优选的，所述风轮或叶片e或风轮或叶片f是安装在风轮轴上。

优选的，所述风轮或叶片e或/和风轮或叶片f是垂直安装的。

优选的，所述风轮或叶片e或/和风轮或叶片f是公知水平轴叶片或垂直轴叶片安装在风轮轴上。

优选的，所述离合装置是安装在风轮或叶片e或风轮或叶片f或风轮轴上。

所述离合装置的作用是，当风轮或叶片e或风轮或叶片f相对于垂直轴风轮做正功时，所述离合装置合上，风轮或叶片e或风轮或叶片f和垂直轴风轮合为一体，一起做正功；当风轮或叶片e或风轮或叶片f相对于垂直轴风轮做负功时，所述离合装置打开，风轮或叶片e或风轮或叶片f和垂直轴风轮分离；只有垂直轴风轮带动发电机系统发电，而风轮或叶片e或风轮或叶片f可以自由转动，不会阻碍垂直轴风轮做正功。

本发明可以使任意方向的风，吹向风轮时，风轮都向同一个方向或O方向旋转。省去了偏航装置，同时，在风轮的另一端，也可以安装固定支撑装置了。

优选的，在所述风轮的另一端，安装有固定支撑装置。采用固定支撑的方式可以最大限度的加长风轮的长度。经过大量的理论研究及模拟实验，本发明采用两端固定支撑的方式，风轮或叶片的长度可以达到500米以上。

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。

所述密闭空间装置就是密封后气体不再外泄。

一种利用超大型风机风轮的风力机，包括支撑塔杆、发电机系统、风轮，其特征是，所述风轮是本发明所述一种超大型风机风轮。所述发电机系统安装在支撑塔杆上，所述风轮安装在发电机系统上。

所述超大型风机风轮，包括公知垂直轴风机风轮，所述风轮包括叶片、风轮轴、以及风轮轴与叶片的连接体；其特征是，所述垂直轴风机风轮水平安装或倾斜安装在塔杆或支撑装置上，所述水平安装是指叶片或风轮或风轮轴呈水平方向安装使用；所述倾斜安装是指叶片或风轮或风轮轴与原公知垂直轴有一个角度，所述角度大于零或小于零。

本发明在所述风轮上，还有另外至少一个风轮或叶片，所述风轮或叶片的安装方式是，当D方向来风时，吹动风轮或叶片向O方向旋转。或/和在所述风轮上，至少还有一个风轮或叶片，所述风轮或叶片的安装方式是，当C方向来风时，吹动风轮或叶片向O方向旋转。优选的，在所述风轮上，至少还有两个风轮或叶片，分别为风轮或叶片e或风轮或叶片f，所述风轮或叶片的安装方式是，如果当C方向来风时，吹动风轮或叶片e向O方向旋转；带动所述垂直轴风机风轮向O方向旋转；当D方向来风时，吹动风轮或叶片f向O方向旋转；可以带动所述垂直轴风机风轮向O方向旋转。也就是说，无论风向从C或D方向吹来，都可以带动风轮向O方向旋转。

优选的，在所述风轮或叶片e或风轮或叶片f上，还安装有离合装置，所述离合装置的作用是，当风吹向所述风轮或叶片e或/和风轮或叶片f上时，如果风轮或叶片e或/和风轮或叶片f向O方向旋转，则离合装置自动合上，带动所述垂直轴风机风轮做正功；当风吹向所述风轮或叶片e或/和风轮或叶片f上时，如果风轮或叶片e或风轮或叶片f起阻碍作用或向O方向的反方向旋转，则离合装置自动离开，与所述垂直轴风机风轮脱离，不影响所述垂直轴风机风轮向O方向旋转。

优选的，所述风轮或叶片e或/和风轮或叶片f是安装在风轮轴上。

优选的，所述风轮或叶片e或/和风轮或叶片f是垂直安装的。

优选的，所述风轮或叶片e或/和风轮或叶片f是公知水平轴叶片或垂直轴叶片安装在风轮轴上。

优选的，所述离合装置是安装在风轮或叶片e或/和风轮或叶片f或/和风轮轴上。

所述离合装置的作用是，当风轮或叶片e或/和风轮或叶片f相对于垂直轴风轮做正功时，所述离合装置合上，风轮或叶片e或/和风轮或叶片f和垂直轴风轮合为一体，一起做正功；当风轮或叶片e或/和风轮或叶片f相对于垂直轴风轮做负功时，所述离合装置打开，风轮或叶片e或风轮或叶片f和垂直轴风轮分离，只有垂直轴风轮带动发电机系统发电，而风轮或叶片e或风轮或叶片f可以自由转动，不会阻碍垂直轴风轮做正功。

本发明可以使任意方向的风，吹向风轮时，风轮都向同一个方向或O方向旋转。省去了偏航装置，同时，在风轮的另一端，也可以安装固定支撑装置了。

优选的，在所述风轮的另一端，安装有固定支撑装置。采用固定支撑的方式可以最大限度的加长风轮的长度。经过大量的理论研究及模拟实验，本发明采用两端固定支撑的方式，风轮或叶片的长度可以达到500米以上。

本发明的有益效果是：

本发明采用了垂直轴风机风轮水平安装，外加一垂直安装的风轮或叶片，可以做到任意方向的来风，都推动风轮向同一个方向旋转，这样就可以在风轮的另一端，安装固定支撑装置了，同时，在所述风轮或叶片上或其内部，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。这样就可以使风轮或叶片达到100米以上，可以制造出10兆瓦以上风力机。

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左视图示意图；

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；

附图标志

1水平安装的垂直轴风机风轮或叶片 2密闭空间装置 3风轮或叶片f 4 D方向来风

5风机塔干 6风轮轴 7离合装置 8发电机系统 9固定支撑装置 10风轮或叶片e

11 C方向来风 12垂直方向 13风轮轴安装方向与垂直方向的夹角 14支撑装置

15 A方向来风 16风轮轴与叶片的连接体

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；左视图与俯视图为公知常识，省略。本发明为了简略起见，只画了两个叶片的示意图，所述叶片可以为多个，原理与此相同，均在本发明保护范围之内。

如图1所示，发电机系统8安装在风机塔干5上，垂直轴风机风轮或叶片1水平安装使用，当风从A或/和B方向来风时，风轮旋转方向，从左视图方向看去为逆时针方向。在风轮轴6的另一端，安装有离合装置7，在离合装置7上，安装有风轮或叶片f 3，在风轮轴6上，安装有固定支撑装置9；在所述固定支撑装置9上安装有轴承；所述固定支撑装置9是可以支撑住所述风轮轴6同时使所述风轮轴6可以自由转动的装置。所述风轮或叶片f 3的安装方式为，当D方向来风4吹来时，风轮或叶片f 3的旋转方向为，从左视图方向看去为逆时针方向；此时离合装置7自动闭合，风轮或叶片f 3与风轮或叶片1的旋转方向相同，同时带动发电机做正功；当其他方向来风吹动风轮或叶片f 3向反方向旋转时，离合装置7自动打开，风轮或叶片f 3与风轮轴6自动脱离开，就不会做负功了。在全部所述风轮或叶片上或内部，安装有密闭空间装置2，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。

实施例二：

如图2所示，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；左视图与俯视图为公知常识，省略。本发明为了简略起见，只画了两个叶片的示意图，所述叶片可以为多个，原理与此相同，均在本发明保护范围之内。

本实施例在实施例一的基础上，在所述风轮轴的另一端，安装了风轮或叶片e 10，所述风轮或叶片e 10的安装方式为，当C方向来风11吹来时，风轮或叶片e 10的旋转方向为，从左视图方向看去为逆时针方向；此时离合装置7自动闭合，风轮或叶片e 10与风轮或叶片1的旋转方向相同，同时带动发电机做正功；当其他方向来风吹动风轮或叶片e 10向反方向旋转时，离合装置7自动打开，风轮或叶片e 10与风轮轴6自动脱离开，就不会做负功了。在所述风轮或叶片上或内部，安装有密闭空间装置2，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。

实施例三：

如图3所示，图3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；左视图与俯视图为公知常识，省略。本发明为了简略起见，只画了两个叶片的示意图，所述叶片可以为多个，原理与此相同，均在本发明保护范围之内。

本实施例为所述垂直轴风机风轮或叶片1倾斜安装使用，所述风轮轴6与垂直方向12有夹角13，所述夹角13大于零或小于零，不等于零。倾斜安装的优势在于发电机系统安装在地面，固定支撑装置9还可以支撑的位置在风轮轴6上与支撑塔杆5的同一侧位置。当风从A或/和B方向来风时，风轮旋转方向，从左视图方向看去为逆时针方向。在风轮轴6的另一端，安装有离合装置7，在离合装置7上，安装有风轮或叶片f 3，在风轮轴6上，安装有固定支撑装置9；所述风轮或叶片f 3的安装方式为，当D方向来风4吹来时，风轮或叶片f 3的旋转方向为，从左视图方向看去为逆时针方向；此时离合装置7自动闭合，风轮或叶片f 3与风轮或叶片1的旋转方向相同，同时带动发电机做正功；当其他方向来风吹动风轮或叶片f 3向反方向旋转时，离合装置7自动打开，风轮或叶片f 3与风轮轴6自动脱离开，就不会做负功了。在全部所述风轮或叶片上或内部，安装有密闭空间装置2，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。

实施例四：

图4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；主视图与俯视图为公知常识，省略。本发明为了简略起见，只画了3个叶片的示意图，所述叶片可以为多个，原理与此相同，均在本发明保护范围之内。

本实施例为风轮或叶片e 10或风轮或叶片f 3的结构原理，所述风轮或叶片e 10或风轮或叶片f 3可以采用水平轴风轮或叶片，也可以采用垂直轴风轮或叶片，只要是采用能达到本发明目的的安装方式，都在本发明保护范围之内。

实施例五：

如图5所示，图5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；左视图与俯视图为公知常识，省略。本实施例为两组本发明所述风机风轮或叶片分别对称安装在发电机系统8的两侧，本发明的优势在于还可以多组无限制的排列下去，可以最大限度的降低成本，经大量理论研究及模拟实验测定，水平安装垂直轴风机风轮总长度可达500米以上。