[发明专利]垂直轴发电环、对拉飞悬机、方法暨翼片、翼轮、翼轮机

说明书

技术领域

地面垂直轴发电环，属于地面垂直轴风轮发电机。

高空垂直轴发电环，属于以自转旋翼为风轮的高空发电机。

水平自转翼环对拉飞悬机，属于翼环对拉机构。

千米高塔廉价高效建设方法，属于一种廉价、快速地建立超高塔的方法。

复合式升力翼片，属于旋翼、风轮、水轮或飞行器的翼片。

变形翼片，属于旋翼、风轮、水轮或飞行器的翼片。

超越式垂直轴风轮，属于垂直轴风轮或水轮。

拢翼式环状风轮，属于风轮、水轮或旋翼。

垂直轴环状竖切式升力翼轮，属于风轮或水轮。

水平自转翼轮，属于翼环式或中轴式的垂直轴的旋翼或风轮。

水平自转翼轮机，属于翼环式或中轴式的垂直轴的旋翼机或风轮机。

夹轮式环状风轮机，属于风轮机或水轮机。

磁浮式环状风轮机，属于风轮机或水轮机。

偏心接缆风轮机，属于风轮机或水轮机。

背景技术

一、现有垂直轴向的中轴式地面风轮发电机和翼环式地面发电环具有结构简单、造价低、易于维护、启动风速低、输出扭矩大和无需转向机构而自然适应八方来风等诸多优点，但是缺点也十分突出。

(一)将发电机置于地面的垂直轴风轮发电机具有结构简单、造价低、易于维护、启动风速低、输出扭矩大和无需转向机构而自然适应八方来风等诸多优点，但是有中轴的大型塔式垂直轴风轮发电机却存在抗风能力差、容易倾倒的致命弱点，尤其是当其翼片垂直长度过大时更是难以在强风中立足。这大概就是其难以推广的主要原因。

(二)海拔高度越大风力越大，因此以垂直高度大为优势的大型垂直轴风轮发电机的翼片就必然在不同高度承受着不同风速、风压，这就造成上下翼段相互拉扯、抵抗的结果，上翼段截取了大得多的风能本应有更大的功率转化了中轴扭矩，但是速度明显慢得多的下翼段却拖累着它，使它的有效风能大减，并且上下翼段之间的相互抵抗还造成翼片的过早损坏。取消下翼段可以消除上下翼段的相互抵抗，但是，取消下翼显然会白白浪费掉下段风能。

(三)现行垂直轴塔式风轮发电机采用中轴式风轮机作为其动力机，最大只能推动小于十兆瓦(十千千瓦)的发电机，而罗琮贵于2012年提出的以卸纳翼环为风轮的垂直轴环状风轮发电机(详见于CN2012102080577)虽然可以推动总容量达百万千瓦级的发电模块，而且具有启动风速低，输出扭矩大等优点，但是由于卸纳翼片以正面迎风，因此运行速度较慢。

垂直轴环状风轮发电机怎样才能克服上述弱点而保留上述优点？

二、现有自转旋翼机构既不能提供广阔的水平平台，也不适宜用作大部分地区的风力发电机构。

(一)目前为止，只有自转旋翼机构能够将平台或装置带上高空并利用风力维持悬停甚至巡航，但是，现有自转旋翼无法实现水平自转(即旋转面处于水平状态下自转，或说是轴向垂直状态下自转)，它只有在中轴形成一定仰角的条件下，才能实现迎风自旋转。罗琮贵原先提出的翼环式自转旋翼机构具有巨大的承载能力，仅就承载力而言，其足以建造广阔的平台，然而，其实现自旋转的前提条件同样必须是中轴线形成一定的后仰角，因此其并不适宜于建造广阔的水平平台。只有在轴向垂直的条件下，翼环式的自旋翼机构才能提供最为广阔的水平平台。

(二)虽然，现有自转旋翼风轮发电机构运行于风向、风速恒定的平流层或运行于对流层某些风向、风速基本恒定的风带或区域，是可以实现定点的悬停的，但是，在这种高度，由于空管的缘故，绝大部分地区不可能获准设置此种类型高空发电机构。只有在千米以下，高空风电才可以广泛设置，而广泛设置，才能极大地减轻电网的压力，极大地降低电网建设和维护的资金耗费和人力、物力的浪费，极大地拓展风电的市场空间，并极大地降低风电价格(目前电价中约有三分之一为长距离电网附加的成本)。

然而，千米以下的空域，风向极为多变，现有以自转旋翼提供浮升力的机构不可能实现低空定点悬停，而只能随风转向、飘移，而随风转向、飘移就必然占用过大的空域。一个大型发电机构经常性地随风飘移在社区和工厂上空，其必然造成巨大的社会心理威胁。

要解决这个问题，就必须让自转旋翼具备既不会随风飘移，又无需随风转向的本领。如何才能达到这两个目的呢？

并且，千米以下的空域，风力极不稳定，常有弱风、无风时段。如何才能使自转旋翼实现永久定点悬停呢？