[其他]矩叶型立轴式风能机

说明书

本发明是以风作为动力开发风力能源的一种矩叶型立轴式风能机，由水（油）的浮力承托在风力的作用下围绕立轴转动，通过传动机构带动发电机，将风能变为电能，或带动其他设备，将风能转变为其他形式的能。

现有的风能机多数是横轴式的（也有立轴式的），一般由风叶，横轴（或立轴）、定向舵等组成。由于这些风能机的形式或本身结构的原因，很难适应在低风速条件下运行，抗风害能力低，难以向巨型化方向发展，发电容量小，一般只在几千瓦至几十千瓦之间。在七十年代，美国桑迪亚实验室风能研究中心研制的“打蛋器”式（立轴式）风车，发电容量达10万瓩，但这种风能机启动时需另加外力，风力方向与风叶面不能长时间保持垂直，风车本身结构不能提高风速和改变风向，其架子的结构和质量限制了向巨型化方向的发展。1982年1月由科学画报报导，由黑龙江省机械研究所研制的FD-17型风力发电机（横轴式），是我国目前所见报导的最大的风能发电机，发电容量为20瓩，该风能机的缺点是必须配有测试风向和使桨叶换向的装置，风力方向与风叶面不能垂直，其本身结构不能提高风速，改变风向。

本发明的目的是以一种新颖原理提供一种利用风力资源的立轴式新型风能机，这种风能机主要由风叶（1）、改向柱（4）、立轴（2）、浮箱圈（5）等组成。

风叶（1）外形为矩形，其断面为流线形（或半流线形，薄板形和园弧形），以叶枢（6）垂直向安装在主机支架（8）上，在风力的作用下，风叶（1）转动，当到达一定位置后风叶（1）自动翻转（避风），受翻转限角杆（7）的制约，风叶（1）只能翻转至一定角度，当风叶（1）运转至起始位置后自动复位（受风）。

风叶（1）的叶枢（6），可以有主、次两个叶枢（6、25），这时则有主次两个风叶（1、28），这样在风叶翻叶时可减少阻力。叶枢（6）可设在风叶中心线的一侧或端点，次叶枢（25）也可设在改向柱（4）的壁上，当收叶时次风叶（28）贴在改向柱（4）凹壁处。次风叶（28）可制成伸缩型，当收叶时次风叶（28）可缩进改向柱（4）的凹槽内。叶枢（6）本身可以随风叶转动或不转动。

为了多得风能，也可将风叶制作成装配活动型，利用头叶拉杆（26）和尾叶拉杆（27）。借助风力使风叶自动张开和收拢。这种风叶由主叶（15）、头叶（16）和尾叶（17）三部分组成，当其收拢后呈飞机翼祥的流线型。无论是单一的或装配活动型风叶，均能在任何风向下工作。

风能机的风叶（1）可以设4个，也可以设8个;设8个风叶（1）对大直径风能机减少风叶宽度，多得风能，并能增加运行的平稳性，风能机可设双层或多层。

改向柱（4）为一园筒形，围绕立轴（2）随风叶（1）一起转动，其作用在于改变风向，从而提高风能机的风速。当风至改向柱（4）受阻时，风便改向分成两股，其中一股风向以更多的时间与风叶面长时间保持近似垂直作用（另一股在改向柱（4）与变了位的风叶（1）面之间很快通过），从而增大了风叶面上的风力，可提高风速一倍左右。

立轴（2）可以是实心的也可以是空心的，用钢制或混凝土浇制均可。当空心立轴（3）很高时，为减少风的推力，加强其稳定性，可在立轴上部四周开转窗（30），当风速过大时转窗（30）就打开，当风速小时转窗（30）就关闭。

空心轴（3）可以代替改向柱（4）（即立轴与改向柱合二为一），在立轴外则另设主机支架（8），以便装置风叶（1）;或在空心立轴（3）外另设钢制改向柱（4）。这将大大增加风能机的稳定性，而且可将发电机组安装在空心立轴（3）内，以节省专用厂房。风能机所获得的风能可通过设置在空心立轴（3）壁上的传力窗（19）传入安装在空心立轴（3）内的发电机组，这种传入法距离短，风能机架不受扭力。

浮箱圈（5）置于盛水（油）的池子（18）内，借助水的浮力，承托风能机的结构重量，风能机运行转动时，带动浮箱圈（5）一起转动。浮箱圈（5）为中空、园形，在水中转动时无正面阻力，只有侧面与水的极小的摩擦阻力。这为风能机设计巨型化和低风速下启动运转提供了理论根据，也为风能机设计抗风害能力创造了条件。