一种垂直轴风力发电机的制作方法
【专利说明】
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技术领域
[0001]一种风力发电机，特别是其风轮之转轴是垂直状态的风力发电机，它可以高效地利用风、或类似的流体(如:江、河流水或海洋流中的水体......等等)来为人们发电。
(二)
【背景技术】
[0002]目前的垂直轴风力发电机，是利用风轮叶片之凹心的迎风面的捉风能力大于其凸起的背风面所受到的阻力而产生的压力差来推动风轮转动并带动发电机组来发电的。这种形式的风力发电机，由于其叶片之凸起的背风面仍然会在其风向的投影面上承受有气体的阻力，故而对叶片之凹心面所捕获到的风能的消耗仍然是很大的；另外，由于为了减少风轮之叶片背风面的阻力，其风轮之叶片又都是被制成了 “弯刀柳叶”式的窄条形状，因此又大大地削弱了叶片的捉风能力，亦即极大地限制了它的装机容量。
[0003]本发明的目的在于:提供一种新型的垂直轴风力发电机，它可以全面地克服现有之垂直轴风力发电机的上述不足一一即彻底地解除掉风轮叶片之背风面一侧的阻力并将该阻力转化为动力；同时又强化了风轮之叶片与整机的捉风能力，从而可以更为有效地利用风能和提尚装机容量。
(三)
【发明内容】
[0004]本发明的目的可以这样地来实现:在一个具有一定高度与足够稳定性的钢制或砼建(钢筋混凝土建筑)平台的中心处，穿过平台固定着一段的垂直的套管。在该套管上段的外侧通过一个推力向心滑动轴承套装着一个圆筒形托套，在该托套的上面水平地固焊着一块具有一定刚性的偏流集风罩的下面板。该偏流集风罩之下面板的水平外形近似于一个“标枪头”的形状一一亦即一个近似于“凸”字的底边再与一个以该底边为底边的等腰三角形对接后所组成的外围形状，且定义标枪头的尖端为偏流集风罩的正前方。该推力向心滑动轴承的轴心线在偏流集风罩之下面板的对称中心面内，并通过套管上端的外螺纹、一个平垫和锁紧螺母来控制着偏流集风罩下面板的轴向窜动。该偏流集风罩下面板与托套一起可以围绕着套管自由地做水平转动。在该套管的内部通过于其上、下两端背朝背配置的二个推力向心轴承又支承着一个贯穿的带有轴肩的立轴。在该立轴的轴肩上通过一个平键套装着一个圆柱形的风轮，同时，通过立轴上端的外螺纹与一个平垫和锁紧螺母控制着风轮的轴向窜动。一一所谓的圆柱形风轮:是指该风轮之每一个叶片的上、下两端各与其上端或下端呈水平形态的圆环形端板密接，每个叶片的内边又都与其同一轴毂密接，且每一个叶片的水平截面又都具有同一方向的弯曲弧度一一(并确定其凹心的一面为迎风面)；从而在任何两个相邻的叶片之间又都形成了一个垂直的近似于三棱体形的盲头收风料斗；风轮的外围轮廓呈圆柱形。风轮的下端面与偏流集风罩之下面板的上表面应具有一定的间隙。偏流集风罩下面板的轴后宽度应适当地大于风轮的直径；而其轴后长度应略大于风轮的半径；偏流集风罩之下面板的轴前宽度应当较大地大于风轮的直径一一以便于广集风源；而其轴前长度则应当大于风轮的半径与偏流集风罩的吃风深度之和。在偏流集风罩下面板之左、右侧边的上面，沿着左、右二侧边通过螺栓和螺母分别固定着一块垂直的、如形相符的、具有一定刚性、且相互对称的偏流集风罩的左、右边板；而在该左、右边板的上面又通过螺栓和螺母固定着一块水平的、具有一定刚性、而其外围形状和尺寸与偏流集风罩之下面板的外围完全一样的偏流集风罩的上面板，并且该上面板的下表面与风轮的上端面亦应具有适当间隙。于此，偏流集风罩的上、下面板、左、右边板便共同组成了一个完整的偏流集风罩，并且在该偏流集风罩之正面投影的方向上于其前、后两端各自形成一个矩形开口 ；而在其前矩形开口的最前端，尚有两个相对于其纵向对称中心面左、右对称的斜向开口。在偏流集风罩的前矩形开口内，于风轮叶片的背风面一侧一一(在本案中，设定其背风面一侧是在立轴的左边)有一块上下垂直的导流斜板，该导流斜板的左边顺着偏流集风罩左边板的内表面向后顺滑过一段距离之后与之较为平顺地密接；而其右边则是从前向后同时又从左向右一直延伸到风轮的前沿并又向右略微越过风轮的轴心线；而其上、下两边则是分别地与偏流集风罩上面板的下表面和偏流集风罩下面板的上表面密接。在偏流集风罩后端之对称中心面处，于上面板的上面和下面板的下面顺着对称中心面的方向各自紧固着一段具有一定刚性与一定长度的尾杆，在该二尾杆的远端固定着一块具有一定面积的、其垂直投影呈(γ)字形的垂直尾翼一一尾翼的垂直投影之所以制成(γ)字形是为了强化它的舵转能力。立轴的下端通过离合器与一个变速箱一发电机组顺序联接。其中，变速箱和发电机组都可以直接或通过支架与平台相对固定。而发电机组的输出电缆可以直接通入地面接收站。如此，便形成了一个基本的垂直轴风力发电机:如有来风，在垂直尾翼的舵转作用下，偏流集风罩的前矩形开口便会对准来风，大量的流动性气体便会涌入到偏流集风罩的前矩形开口内，但是，由于导流斜板的导引作用，会把进入该矩形开口之左半部分的气体导引到右边一一亦即把本要冲向风轮叶片之背风面一侧的气流导入到了风轮之叶片的迎风面一侧；又由于气流的喉管效应，会使得风轮之叶片的迎风面一侧受到的推力更大、速度更快；而此时风轮之叶片的背风面一侧则几乎是在静态的气体中转动。亦即，本装置不但能夠最大程度地解除掉风轮叶片之背风面一侧所要承负的阻力，同时又可以把该阻力转变为助力。转动的风轮通过立轴一离合器一变速箱一发电机组便可进行发电。
[0005]为了避免因风速过高而引起高电压对设备造成损害，可以在偏流集风罩的前端配置上一套“翼形升力板风速自控装置”。该翼形升力板风速自控装置的结构如下:在偏流集风罩之左、右边板的前半部位之适当的位置上(一一该位置应当在导流斜板之左边的前面)，贯穿性地固定着上、下两根水平的圆筒形导管，该二导管都应处在同一个与偏流集风罩之对称中心面垂直的垂面内，且又有一定的上下间距；在每一导管之左、右两半部分内，又都各自装配着一根可以在导管内自由地作轴向滑动的圆柱形轴棒，并且左边的上、下两根轴棒的外端同时固定在一块翼形升力板的内侧平面之偏后一些的位置上；该翼形升力板是一块具有一定宽度、一定厚度与一定垂直长度的垂直板件，它的水平截面呈内平外凸一一即如同飞机机翼横断面的形状，且圆厚的垂直一边朝前一一可称该翼形升力板为左翼形升力板；而在右边的上、下两根轴棒的外端也同时固定在一块与左翼形升力板的大小、形状和位置完全对称的右翼形升力板的内侧平面上；在左、右翼形升力板之内侧平面的前半部分之适当位置，又都各自固定着一个可以铰接连杆的耳座一一可分别地称之为左外耳座和右外耳座；在偏流集风罩的前端之左、右两个斜向的开口内各自配有一个翻转门一一可分别地称之为左翻转门和右翻转门；所谓的翻转门是指该门的门体是一块矩形板件，该门的门轴上下垂直地套装在偏流集风罩的上、下面板之间，其门体可以各自在左、右两个斜向的开口内自由地翻转，而在该二翻转门的轴后部分同时向外旋转到最大角度时，该二翻转门的门体可以把偏流集风罩的前矩形开口关闭；在左、右二翻转门门体内侧的轴后之适当位置上，对称地各自固定着一个带圆孔的耳板一一可分别地称之为左耳板和右耳板，通过左、右耳板上的圆孔挂拉着一根拉簧；在左、右二翻转门门体外侧的后半部位之适当位置上，也对称性地各自固定着一个可以铰接连杆的耳座一一可分别地称之为左内耳座和右内耳座，并且左外耳座与左内耳座、右内耳座、右外耳座都处在同一尚度的水平面内其具体高度应接近于偏流集风罩前矩形开口的中间水平面。用等长的左、右连杆并配以通用的圆柱销和开口销分别地将左外耳座与左内耳座、右内耳座与右外耳座进行铰接。便完成了一套“翼形升力板风速自控装置”。其中，左、右连杆的长度应当是:在无风的情况下，拉簧可以把左、右翼形升力板之间的间距拉到最小，与此同时，左、右翻转门的门体又都正好与偏流集风罩的对称中心面平行。
[0006]本“翼形升力板风速自控装置”的工作原理在于:利用了机翼的升力在其他各相关因素都相对固定不变的情况下其大小与风速的平方成正比这一特性一一(机翼升力=1/2X空气密度X速度平方X机翼面积X机翼的升力系数)，也就是讲，翼形升力板的升力会因风速的快慢变化而陡然增大或陡然减小。即:在风速较低时，翼形升力板的升力会很小，各翻转门门体的后半部分在拉簧的牵拉作用下会全部打开