[发明专利]双侧风能全利用竖直风车

说明书

所属技术领域

本发明涉及风电和水电技术领域，是一种竖直式风能或水能的流体动能接收装置。

背景技术

为保护环境节约资源，人类正在加大风能、水能和太阳能等可再生资源的开发力度，特别是提高风能和水能的开发利用效率，正是人们努力攻克的重点目标。现常用风力发电装置——水平轴风车，存在三桨叶片迎风面积小，桨叶运动方向与风向垂直，风能利用率低，启动和运行风速要求高，对桨叶的外形、材质、重量和强度要求极高，加工难度大等问题。而现有的垂直轴风车，虽然能解决桨叶迎风面积不足和运动方向与风向不一致的问题，但逆风阻力仍然较大的难题还有待克服，并且只能利用一侧风能。同样，目前的水力开发也存在拦河筑坝建设周期长、投资成本高的问题。所以，必须要为风能和水能的开发利用，寻找更科学有效的途径。本发明正是基于这样的思路，提出一种新颖高效的解决方案。

发明内容

本发明是一种大型塔式竖直风车，适合大型风力发电场使用。它能有效解决多种垂直轴风车逆风阻力仍然较大，另侧风能不好利用的难题。该风车不仅桨叶迎风面积大，逆风阻力小，还做到了双侧风能全利用，且无需辅助启动，启动时正反转都可以。装置稍加简化，同样适合于水能的开发利用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在竖直塔上分层安装可旋转的大型内齿齿轮，内齿齿轮上固定联接4根(3到6根都可以，4根为宜)水平力臂，每根力臂上安装可翻转的平面型桨叶，迎风时竖直，逆风时转为水平。桨叶每周翻转两次，是靠沿力臂移动的内齿螺旋轮，推动外齿螺旋轮转90度角实现的，桨叶的每次翻转都是在不承载风力的方位时快速完成。内齿螺旋轮的移动距离和方位，受控制环片的控制，能够保证桨叶跟踪风向及时翻转；控制环片通过风向跟踪齿轮，受伺服跟踪装置调节。桨叶由多个具有泄风功能的弹性叶片排列组成，既对桨叶起保护作用，也有利于风车平稳运转。

如果风车仅用单层4个桨叶组成，总会有一侧风能白白浪费。为了达到风能的充分利用，本发明将风车设计成多层，每相邻层之间旋转方向相反。为减少处于翻转方位时桨叶的数量，同时避免相邻层间的桨叶翻转时碰擦，采用伺服跟踪装置调节，确保桨叶处于翻转方位时，相邻层的力臂错开45度角。伺机服跟踪装置在对同一方向旋转的力臂偏转调节时，有时需要强迫桨叶顶风旋转一定角度，必须提供较大力矩；但由于调节的偏转角度不大，时间又很短暂，消耗能量并不大；况且，对大型风电场来说，风向相对稳定，变化不是很频繁。为充分利用双侧风能，进行这样的跟踪调节还是非常值得。另外，为减少风向跟踪调节次数，可以设定风向超过允许误差角度范围，才进行跟踪调节。

由于风车可任意方向旋转启动，统一输出力矩的方向也会随之改变。尽管风车可以输出正反两个方向的力矩，但不会影响发电机按原方向正常运转，因为只要在发电机前安装一个变向齿轮箱，就能将不同方向的输入力矩，自动转换成相同方向的输出力矩。

本发明稍加简化，更适合于水能的开发利用。由于河流的流向和流速相对平稳，可取消伺服跟踪装置，把控制环片固定联接在竖直塔上；还可取消弹性叶片，把桨叶做成整体平面板。考虑到水流不会中断，且流速变化不大，变化也很缓慢，只要适当人为调节，就能让发电机发出比较稳定的电流，可直接提供民用，还能节约蓄电池转换的成本。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是风车结构全图。

图2是桨叶翻转原理图。

图3是控制环片及控制沟槽图。

图4是传动齿轮和风向跟踪齿轮结构图。

图中：1.竖直塔，2.大型内齿齿轮，3.力臂，4.桨叶，5.控制环片，6.内齿螺旋轮，7.外齿螺旋轮，8.弹性叶片，9.传动齿轮，10.风向跟踪齿轮。

具体实施方式

图1中：竖直塔(1)上分层安装可转动的大型内齿齿轮(2)、可转动的控制环片(5)。在大型内齿齿轮(2)上等角度地联接4根水平力臂(3)。在力臂(3)上安装桨叶(4)、内齿螺旋轮(6)、外齿螺旋轮(7)。桨叶(4)是由弹性叶片(8)排列组成。桨叶每周翻转两次，保持迎风时面积最大、逆风时阻力最小。相邻层力臂的旋转方向相反，使得竖直塔的双侧风能全利用。

图2中：桨叶(4)(图中只画出部分)与外齿螺旋轮(7)固定联接，并能绕力臂(3)翻转，迎风时呈竖直，逆风时转为水平。桨叶是由若干弹性叶片(8)排列组成，每个弹性叶片都能向两个方向偏转或弯曲，其弹性从内向外逐渐变弱，强风时释放过大风力，既可保护桨叶免受损害，又能维持风车运转平稳。