一种带加长装置的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：

目前水平轴螺旋桨式风力机的技术现在已经十分成熟，积累了大量的经验，研究得十分细致。世界上并不是每一种东西都是越大越好，但是风力发电机却是个例外，风力发电机单机功率越大，其单位发电的成本就越低，因此，世界上许多著名的风机企业，都在不遗余力的进行大型机或超大型机的研制与开发，据互联网资料显示，目前，v164维斯塔斯是世界上最大和最强大的风力涡轮发电机。高131米，直径177米，可以产生产生8兆瓦的电力。这台风力发电机将用于近海，它的每个叶片的翼展为80米，比波音747还长。然而，随着风轮叶片尺寸、重量的不断增大，其给风机设计及工程上带来极大的难度。从发改委、能源局网站获悉，两部委联合下发了《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》，其中指出，重点开展10mw级及以上风电机组，以及100米级及以上风电叶片等方面研发与攻关。2020年目标。形成200~300米高空风力发电成套技术。掌握自主知识产权的10mw级以下大型风电机组及关键部件的设计制造技术，形成国际竞争力;突破近海风电场设计和建设成套关键技术，形成海上风电工程技术标准。目前世界上还没有任何一家企业可以生产出200米以上风轮直径或100米以上叶片及10兆瓦以上风力风机。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种带加长装置的风机风轮或叶片，以及提供一种利用所述风轮或叶片的风力机。所述加长装置是一种可以用来增加风轮直径或可以用来增加叶片长度的装置。提供一种200米以上直径的风轮或100米以上长度的风机叶片，以及提供一种10兆瓦以上单机容量的风力机。

一种带加长装置的风机风轮或叶片，包括至少一个风力机风轮或叶片，其特征是，在所述风轮或叶片上有至少一个加长装置，在所述加长装置的内部或外部，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。

所述加长装置，可以采用任意材料，包括软性材料或硬质材料。

所述加长装置，包括壳体以及内部的密闭空间装置。

所述加长装置，是独立于风轮或叶片的一种装置，所述装置与风轮或叶片连接，是一种可以用来增加风轮直径或可以用来增加叶片长度的装置。

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整个加长装置向下的重力，从而降低加长装置的重量，当所述密闭空间装置体积足够大时，其所产生的浮力大于加长装置向下的重力时，所述加长装置的重量即为零或负值。如此即可以增加风轮的直径或叶片的长度，也可以减轻整体风轮的重量。

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加长装置向下的重力，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加长装置内部的支撑体，从而减少支撑体材料，降低加长装置本身的重量。

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加长装置内部的支撑体。

所述密闭空间装置也可以是所述加长装置壳体本身，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。

所述密闭空间装置是密封后气体不再外泄的装置。

优选的，本发明风机叶片是安装在所述加长装置上。所述加长装置与风机叶片之间是可伸缩的，在所述带加长装置的风机风轮或叶片上包括控制系统、加长装置及叶片，其特征是，所述控制系统连接叶片或加长装置，所述控制系统可以将叶片收缩到加长装置内或从加长装置内伸出叶片，使叶片变短或增长。

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收缩到加长装置内的长度，或控制叶片从加长装置内伸出的长度；所述收缩或伸长的距离，是可以根据风力的大小和方向任意调节的。所述控制系统可以安装在风机的任意位置。

当风力不足时，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伸长到最长位置，可以最大限度的利用风能；当风力超过额定风速时，控制器可以通过动力装置控制叶片收缩到一定位置，使输出功率达到最大；可以将叶片的最短位置设计到完全可以抗台风的位置，当台风来临时，收缩到最短位置，仍然可以继续工作。例如：如果一台普通1.5兆瓦的风机，叶片长度为36米，当台风来临时，只能通过变桨系统停机；如果采用本发明风轮或叶片时，就可以将叶片的长度缩短到20米或者更短的长度，因此，其抗强风能力就会大大提高，就可以在台风中继续工作，充分利用台风的能量，同时，还可以保护设备的安全，提高发电效率。

所述动力装置，可以采用电动机动力，也可以采用液压动力装置或任意公知动力装置。

本发明所述信号接收器也可以接收叶片转动的位置信息，可以根据叶片旋转到不同的位置，任意调节叶片收缩或伸长的距离。

对于水平轴风力发电机来说，当叶片转动到下半圈或下半圈的设定位置时，可以将叶片收缩；当叶片转动到上半圈或上半圈的设定位置时，可以将叶片伸长；这样就可以在设计时有效的降低塔筒的高度；同时，上半圈的风力资源大，下半圈的风力资源小，这样就可以最大限度的提高风能利用率，提高发电效率。

优选的，对于发展10兆瓦以上的大型或超大型风力发电机来说，采用垂直轴风机具有巨大的优势，因此，本发明可以采用垂直轴风力发电机型。对于垂直轴风力发电机来说，所述信号接收器也可以接收到叶片转动到逆风位置或顺风位置，当叶片转动到逆风位置时，通过控制器将叶片收缩；当叶片转动到动力风位置时，可以将叶片伸长；这样就可以大幅度提高发电效率，还可以降低垂直轴风机的推倒力矩。当台风来临时，可以将两边的叶片同时收缩。

所述加长装置可以是独立的，也可以是叶片的一部分。所述可伸缩的部位，可以是在叶片的根部，也可以是在叶片的尖部或任意位置。所述加长装置，可以安装在轮毂上或风机叶片上或风机上任意位置。所述风轮，可以包括叶片连杆。

所述加长装置的形状，可以采用任意形状，优选的，可以做成和相应的风机叶片相同。

优选的，在本发明所述风轮或叶片的内部或外部，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。

一种利用带加长装置的风机风轮或叶片的风力机，包括风轮或叶片、发电机系统，其特征是，在所述风轮或叶片上有至少一个加长装置，在所述加长装置的内部或外部，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。

本发明中，将公知风力发电机系统分为两部分，其一是风轮或叶片，另一部分统称为发电机系统，不做一一细分，其工作过程为由风轮或叶片将风的动能转换为机械能并带动发电机系统发电。

本发明的有益效果是：

本发明通过增加加长装置的方法，可以提供一种超大型200米以上直径或100米以上长度的叶片，以及10兆瓦以上风力发电机，所述加长装置，可以在增加长度的同时，不增加或减小风轮整体的重量。

四、附图说明：

图1是本发明所述水平轴风机叶片结构原理示意图；

图2是本发明所述水平轴风机风轮结构原理主视图示意图；

图3是本发明所述水平轴风机风轮结构原理左视图示意图；

图4是本发明所述水平轴风机风轮另一结构原理主视图示意图；

图5是本发明所述水平轴风机风轮另一结构原理左视图示意图；

图6是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理主视图示意图；

图7是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理左视图示意图；

图8是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理主视图示意图；

图9是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理左视图示意图；

图10是本发明所述垂直轴风机叶片结构原理主视图示意图；

图11是本发明所述垂直轴风机叶片与加长装置结构原理主视图示意图；

图12是本发明所述垂直轴风机结构原理主视图示意图；

图13是本发明所述另一垂直轴风机结构原理主视图示意图；

图14是本发明所述再一垂直轴风机结构原理主视图示意图；

图15是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理主视图示意图；

图16是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理左视图示意图；

图17是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理主视图示意图；

图18是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理左视图示意图；

附图标志

1风机叶片2加长装置3密闭空间装置4风机叶片5塔杆6发电机系统

7轮毂8风机主轴9支撑连杆10小风机叶片a11风机轴

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是本发明所述水平轴风机叶片结构原理示意图；在所述叶片1的根部安装有加长装置2，在所述加长装置2的内部安装有一个或多个密闭空间装置3，所述密闭空间装置3是充满氦气的橡胶密封袋或塑料密封袋，其可以替代或部分替代原有的内部填充物如轻木或泡沫材料或肋板。当叶片运转时，橡胶密封袋或塑料密封袋在加长装置2内产生向上的浮力，托举住加长装置2内壁，可以抵消一部分加长装置2的重力，降低叶片的总体重量，降低运动中产生的震动，提高发电效率。所述加长装置2的形状，与叶片1的根部吻合。

实施例二：

如图2--9所示，图2是本发明所述水平轴风机风轮结构原理主视图示意图；图3是本发明所述水平轴风机风轮结构原理左视图示意图；俯视图为公知常识，省略。本实施例为在水平轴风轮的轮毂7外面，安装有加长装置2，所述加长装置2为椭球型或椭球型的一部分或球型或球型的一部分或任意的形状，所述叶片1或/和4安装在所述加长装置2上。在所述加长装置2的内部安装有一个或多个密闭空间装置3，所述密闭空间装置3是充满氦气的橡胶密封袋或塑料密封袋，其可以替代或部分替代原有的内部填充物如轻木或泡沫材料或肋板。

图4是本发明所述水平轴风机风轮另一结构原理主视图示意图；图5是本发明所述水平轴风机风轮另一结构原理左视图示意图；俯视图为公知常识，省略。本实施例为在水平轴风力机的轮毂7外面，安装有加长装置2，所述加长装置2为椭球型或椭球型的一部分或球型或球型的一部分或任意的形状，所述叶片1或/和4安装在所述轮毂7上。在所述加长装置2的内部安装有一个或多个密闭空间装置3，所述密闭空间装置3是充满氦气的橡胶密封袋或塑料密封袋。

所述加长装置，可以直接安装在风机轴上，替代轮毂的作用。

图6是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理主视图示意图；图7是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理左视图示意图；俯视图为公知常识，省略。本实施例为在水平轴风力机的风轮上，安装有加长装置2，所述加长装置2为环形管状，所述加长装置与轮毂或风机叶片相连，所述叶片1或/和4安装在所述加长装置2上。在所述加长装置2的内部安装有一个或多个密闭空间装置3，所述密闭空间装置3是充满氦气的橡胶密封袋或塑料密封袋。

图8是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理主视图示意图；图9是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理左视图示意图；俯视图为公知常识，省略。本实施例为在水平轴风力机的叶片上，安装有加长装置2，所述加长装置2为环形管状，所述叶片1或/和4安装在所述轮毂7上。在所述加长装置2的内部安装有一个或多个密闭空间装置3，所述密闭空间装置3是充满氦气的橡胶密封袋或塑料密封袋。

实施例三：

如图10、12所示，图10是本发明所述垂直轴风机叶片结构原理主视图示意图；图12是本发明所述垂直轴风机结构原理主视图示意图；左视图与俯视图为公知常识，省略。图10为风机叶片1安装在所述加长装置2上。所述加长装置与风机叶片之间是可伸缩的，在所述带加长装置的风机风轮或叶片上包括控制系统、加长装置及叶片，其特征是，所述控制系统连接叶片或加长装置，所述控制系统可以将叶片收缩到加长装置内或从加长装置内伸出叶片，根据风力的大小或方向，使叶片变短或增长。当风力不足时，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伸长到最长位置，可以最大限度的利用风能；当风力超过额定风速时，控制器可以通过动力装置控制叶片收缩到一定位置，使输出功率达到最大。图12为利用图10所示的风轮或叶片制作的风力机。

实施例四：

如图11、13所示，图11是本发明所述垂直轴风机叶片与加长装置结构原理主视图示意图；图13是本发明所述另一垂直轴风机结构原理主视图示意图；左视图与俯视图为公知常识，省略。图11所示加长装置为横向加长装置，所述叶片1安装在横向加长装置2上，所述横向加长装置2可以使风轮的扫风半径加长。在所述横向加长装置2安装有密闭空间装置3。所述叶片1或/和4内，安装有密闭空间装置3。所述密闭空间装置3是充满氦气的橡胶密封袋或塑料密封袋。

实施例五：

如图14所示，图14是本发明所述再一垂直轴风机结构原理主视图示意图；所述加长装置2为v字形结构，在所述横向加长装置2安装有密闭空间装置3。所述叶片1或/和4内，安装有密闭空间装置3。所述密闭空间装置3是充满氦气的橡胶密封袋或塑料密封袋。所述叶片1或/和4内，安装有密闭空间装置3。所述密闭空间装置3是充满氦气的橡胶密封袋或塑料密封袋。

实施例六：

如图15、16、17、18所示，图15是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理主视图示意图；图16是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理左视图示意图；图17是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理主视图示意图；图18是本发明所述水平轴风机风轮再一结构原理左视图示意图；俯视图为公知常识，省略。所述加长装置2为椭球型或椭球型的一部分或球型或球型的一部分或圆环状结构；由于加长装置2体积巨大，当风吹来时，将会产生巨大的阻力，对风机塔杆产生巨大的推倒力矩，为了解决这个问题，同时，为了提高发电效率，优选的，需要在加长装置2的前面或结构上面，安装至少一个小风机叶片a，本实施例为安装了2或3个小风机叶片a，所述小风机叶片a的长度小于风机叶片1或4；所述小风轮可以降低风力发电机的额度风速，提高发电效率，又可以减小阻力风对塔杆的推倒力矩。