[发明专利]V型立式风车

说明书

所属领域

本发明涉及到一种V型立式风车，属于风能利用的能源领域。

技术背景

现有用于风力发电的大型垂直轴风轮，通常是采用达里厄式Φ型风轮为主，这种风轮的结构简单，但是也有着明显的缺陷，由于转轴很长，需要拉索施加紧张力压住结构以保持风轮竖直，导致风轮存在剧烈振动、轴承摩擦力大、不能自启动和刹车等。为解决高大转轴带来的问题，人们又发展了H型风轮，当叶片的支撑臂采用三角向量支撑形式时，长旋转主轴可以省略，其特点是风轮的旋转支点一般位于风轮的中心位置，因此这种H型涡轮需要安装在高大的立柱上，发电机也需要吊装在高空中，会增加成本，而且由于立柱的坚固程度有限，导致它不可能做得很大。

本发明即是试图通过风轮结构的创新，来实现垂直轴风轮既避免采用高大中心转轴或者高大立柱，又能实现大型化的问题，同时实现自启动、提高风能利用率并降低建造成本的目的。

发明内容

发明人经过研究，认为采用一种V字型的风轮能够有效地解决既避免利用高大中心转轴或高大立柱，又能使风轮做大的问题。这种V字型风轮的优点，是可以将风轮的旋转支点放在地面或离地面不高的基础上，方便于安装与维修；该V型风轮的制造方法，是将风轮叶片的支撑臂一端连接在靠近地面的转动底座上，另一端斜向上伸展，支撑臂与支撑臂之间有一定的夹角，就呈现为V字造型，风叶则安装在支撑臂的顶端。为了尽可能地实现风轮扫风面积最大化和提高风轮的高度，这些支撑臂与水平面的夹角应该在30～75度之间，如图1所示，其与水平面夹角θ＝30～75度。由两条支撑臂构成的一个单独V型支撑，由多个支撑臂则构成多V型支撑结构，相应地可制成一个二叶片风轮或多叶片型风轮，如图2所示。为了更稳固地支撑叶片，当叶片较长时，在叶片的支撑臂上，还应该加有小的支撑臂作为副支撑臂，使叶片至少被2个及以上的支撑点支撑住，如图1所示，因此叶片的支撑臂又称为主支撑臂。图1中表示了这种主支撑臂与副支撑臂之间的关系，但是，这种支撑关系并不是唯一的，如图5所示，主支撑臂57也可以在上，而副支撑臂56可以在下，而在下的副支撑臂56也可以有多个。

很显然，这种V型结构，由于旋转支点在风轮的下部，属于一种偏心结构，其上大下小，重心在上，因此它也是一个不稳定结构，除非在底部用一根强大的柱子来作为钉子钉住它，否则它不容易保持站立状态。

本发明采用一种T型的柱子来做这种钉子，实现保证V型结构稳定不倒的目标。该T型柱子由一个立柱与一个圆盘构成，圆盘置于立柱之上，与立柱固定在一起，圆盘的直径根据立柱的高度和支撑臂与水平面的夹角θ而定，圆盘重量应足以压住整个风轮使风轮不倾倒，T型柱的立柱安装在风轮的转动底座中，并同转动底座一起安装在一个坚强的基座上，转动底座和风轮的支撑臂可以T型柱的立柱为圆心旋转，如图1所示。

在T型柱圆盘向下的一面上，安装有环形轨道，每条主支撑臂与环形轨道相对应处，安装有滚轮，该滚轮顶在环形轨道下方，起到防止风轮倾倒的作用，同时保证支撑臂能够绕着环形轨道顺利转动，如图1所示，所述的环形轨道和滚轮的组合也可以用一个推力轴承来代替。

该T型柱亦可以用一个发电机来代替，T型柱的立柱和圆盘，可以作为发电机的定子；而圆盘下的环轨和滚轮，可以作为发电机的转子，主支撑臂直接连在发电机的转子上，如图5所示。

为使风轮既具有较轻的重量，又能够让结构有相当的强度，本发明将各支撑臂之间用水平的连杆相互连接，使之成为一个外观似多面体的框架结构，如同一个具有尖底的花篮，斜向的主支撑臂为这个篮子的经线，水平连杆相当于纬线，通过编织在一起后，可以获得相对坚固的篮子，在这个篮子的经线上端安装风叶而构成风轮，为加强风轮支撑结构的强度，水平连杆可以多层安装，如图1所示。

风轮的风叶一般采用直叶片，使得制造和安装均容易，叶片可以呈垂直的状态安装在主支撑臂和副支撑臂上，也可以成斜坡状安装，呈斜坡状安装可以使风轮更加稳固，这是因为斜坡状的叶片在外侧迎风时，会得到一个向下的分力，而在内侧迎风时，会得到一个向上的分力，因此能够减少风轮的摆动力矩；为尽可能获取最大的扫风面积，风叶在呈斜坡状安装时，风叶倾斜的幅度不应大于45度夹角，因此，风叶的安装角度，其展长方向应该是与垂直方向呈0～45度角，如图1所示，倾斜夹角a＝0～45度。

显然，风轮的风叶除了采用直叶片外，也可以采用“＜”型叶片和C型叶片，但是叶片两端的连线与垂直方向仍会存在0～45度的夹角，如图6、图7所示。