利用浮力型风轮或叶片的风力机及形成方法技术

本发明专利技术公开了一种利用浮力型风轮或叶片的风力机及形成方法，通过有效利用风轮或叶片浮力大于风轮或叶片及滑动连杆的总重量的特性，使得当风轮或叶片旋转到上半圈时位置时，风轮或叶片与轴之间的距离自动增长；旋转到下半圈时位置时，使风轮或叶片与轴之间的距离自动缩短；这样就可以使得在利用高空200‑300米风能资源时，塔杆不用增高，还可以提高效率。

【技术实现步骤摘要】
利用浮力型风轮或叶片的风力机及形成方法
本专利技术属于风能利用
，尤其是适用于风力机械及风力发电

技术介绍
从发改委、能源局网站获悉，两部委联合下发了《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》，其中指出，重点开展10MW级及以上风电机组，以及100米级及以上风电叶片等方面研发与攻关。2020年目标。形成200~300米高空风力发电成套技术。掌握自主知识产权的10MW级以下大型风电机组及关键部件的设计制造技术，形成国际竞争力;突破近海风电场设计和建设成套关键技术，形成海上风电工程技术标准。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了开发10MW级及以上风电机组，以及100米级及以上风电叶片，形成200~300米高空风力发电成套技术，以及特别适用于海上风力发电的关键技术。本专利技术的目的是为了提供一种浮力型风力机风轮或叶片，当所述风轮或叶片，旋转到上半圈时位置时，轮或叶片与轴之间的距离增长；当所述风轮或叶片，旋转到下半圈时位置时，使风轮或叶片与轴之间的距离缩短；这样就可以使得在利用高空200-300米风能资源时，塔杆不用增高，还可以提高效率。风力机通常包括具有至少一个转子叶片和联轴器的转子以及机舱，所述联轴器在水平轴风力机中也叫做轮毂；在垂直轴风机中也可以叶片通过连杆直接和轴相连。本专利技术提供了一种利用浮力型风轮或叶片的风力机，所述利用浮力型风轮或叶片的风力机，包括发电机系统、风轮轴、风轮或叶片壳体，其特征是，在所述风轮或叶片壳体的内部或外部，安装或设置有密闭空间装置；在所述密闭空间装置内盛有密度小于空气的气体，或在所述密闭空间装置内是稀薄气体；所述稀薄气体，是用真空泵抽出一部分空气，是密度小于空气的空气；在所述风轮或叶片的内部或外部，安装有滑动连杆；所述滑动连杆与轴或联轴器相连接；所述密闭空间装置产生向上的浮力；所述浮力大于风轮或叶片和滑动连杆及密闭空间装置的总重量以及叶片旋转到下半圈时所产生的离心力之和，当所述风轮或叶片，旋转到下半圈时位置时，风轮或叶片在浮力的作用下，通过滑动连杆向上位移，使风轮或叶片与轴之间的距离自动缩短或叶片长度自动缩短；当所述风轮或叶片，旋转到上半圈时位置时，风轮或叶片在浮力的作用下，通过滑动连杆向上位移，使风轮或叶片与轴之间的距离自动增长或叶片长度自动增长。优选的，所述滑动连杆可以是一根连杆，可以与轴或联轴器产生相对位移。在所述滑动连杆与轴或联轴器之间，安装有控制位移装置，当叶片增长或收缩到设计位置时，可以自动固定。优选的，所述滑动连杆可以分为两部分，采用套筒式结构，下部分固定在轴或联轴器上，上部分可以与下部分自由伸缩；上部分与叶片相连；在两部分连杆内，安装有控制位移装置，当叶片增长或收缩到设计位置时，可以自动固定。本专利技术中，当风轮或叶片转动到低于轴的位置，为下半圈位置；当风轮或叶片转动到高于轴的位置，为上半圈位置。所述密度小于空气的气体，是指所有相对分子量小于29的气体的密度,都小于空气的密度，例如,氢气、氦气、氖气、氮气、一氧化碳、甲烷,氟化氢、乙炔等。优选的，所述密闭空间装置内盛有氢气或氦气或氖气或氮气或所述气体的任意比例混合体。最优选的是使用氦气。但为了降低成本，也可以使用氢气和氮气或氢气和氦气的混合气体，这样既可以克服单独使用氢气容易引爆的缺点，还可以降低成本，也可以达到我们的使用目的。所述风轮或叶片壳体可以采用任意材料，包括柔性材料或硬质材料。所述密闭空间装置可以采用任意材料，包括软性材料或硬质材料。在风轮或叶片的外部使用密闭空间装置时，所述密闭空间装置可以使用双层结构，壳体使用硬质材料，内层使用软性材料。当所述密闭空间装置采用软性材料时，例如，采用橡胶类膜材料或塑料类膜材料时，须在其内部充入密度小于空气的气体，例如氦气或氢气与氮气的混合体；橡胶类膜材料或塑料类膜材料体积便会膨胀，然后密封。所述密闭空间装置在空气中产生向上的浮力，所述浮力就会抵消或部分抵消风轮或叶片向下的重力，从而降低风轮或叶片的重量，当所述密闭空间装置体积足够大时，其所产生的浮力大于风轮或叶片向下的重力时，所述风轮或叶片的重量即为零或负值。当所述密闭空间装置采用硬质材料时，其有两种选择，即可以采用在其内部充入密度小于空气的气体产生浮力，也可以将其内部空间内的空气抽出，形成稀薄气体，也可以产生向上的浮力，所述浮力就会抵消或部分抵消风轮或叶片向下的重力，从而降低风轮或叶片的重量。当所述密闭空间装置内的气体压力足够大时，其完全可以替代或部分替代风轮或叶片内部的支撑体，从而减少支撑体材料，降低风轮或叶片本身的重量。我们通过大量的计算及模拟实验得出结论，当密闭空间装置内的气体压力大于1.5—2个大气压时，其完全可以替代或部分替代风轮或叶片内部的支撑体。当所述密闭空间装置采用软性材料时，由于其可以和风轮或叶片的内部更紧密的贴合，当其充满压力时，可以紧密的贴合在风轮或叶片的内壁上且对内壁形成非常均匀的压力，因此，可以使风轮或叶片在运转时减小颤动或震动，可以减少能量损失，提高发电效率并同时提高设备的使用寿命。所述密闭空间装置也可以是风轮或叶片壳体本身，在所述壳体内部，设置好一定的区域，充满密度小于空气的气体，然后密封。也在本专利技术保护范围之内。当然，这种方法存在一定的缺陷，不是最好的选择。所述密闭空间装置就是密封后气体不再外泄。由于所述风轮或叶片采用了密闭空间装置和滑动连杆，所受浮力大于总重量，只有在密闭空间装置体积十分巨大时才有实际意义，因此，所述风轮或叶片的长度与横截面积，越大越好，尤其适用于100米以上长度的风机叶片和/或风轮或叶片的横截面积大于100平方米以上的升力型垂直轴叶片，及10兆瓦以上大型机组使用，由于总重量很轻，因此，也尤其适用于开发200-300米以上风能资源以及海上风力发电。优选的，所述风轮或叶片，壳体采用硬质材料。例如玻璃钢或合金材料。所述密闭空间装置采用软性材料。例如橡胶类膜材料或塑料类膜材料。一种形成利用浮力型风轮或叶片的风力机的方法，包括发电机系统、风轮轴、风轮或叶片壳体，其特征是，在所述风轮或叶片壳体的内部或外部，安装或设置有密闭空间装置；在所述密闭空间装置内盛有密度小于空气的气体，或在所述密闭空间装置内是稀薄气体；所述稀薄气体，是用真空泵抽出一部分空气，是密度小于空气的空气；在所述风轮或叶片的内部或外部，安装有滑动连杆；所述滑动连杆与轴或联轴器相连接；所述密闭空间装置产生向上的浮力；所述浮力大于风轮或叶片和滑动连杆及密闭空间装置的总重量以及叶片旋转到下半圈时所产生的离心力之和，当所述风轮或叶片，旋转到下半圈时位置时，风轮或叶片在浮力的作用下，通过滑动连杆向上位移，使风轮或叶片与轴之间的距离自动缩短或叶片长度自动缩短；当所述风轮或叶片，旋转到上半圈时位置时，风轮或叶片在浮力的作用下，通过滑动连杆向上位移，使风轮或叶片与轴之间的距离自动增长或叶片长度自动增长。所述风轮或叶片的壳体采用硬质材料，所述密闭空间装置采用软性材料。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过有效利用风轮或叶片浮力大于风轮或叶片及滑动连杆的总重量的特性，使得当风轮或叶片旋转到上半圈时位置时，风轮或叶片与轴之间的距离自动增长；旋转到下半圈时位置时，使风轮或叶片与轴之间的距离自动缩短；这样就可以使得在利用高空2本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用浮力型风轮或叶片的风力机，所述利用浮力型风轮或叶片的风力机，包括发电机系统、风轮轴、风轮或叶片壳体，其特征是，在所述风轮或叶片壳体的内部或外部，安装或设置有密闭空间装置；在所述密闭空间装置内盛有密度小于空气的气体或在所述密闭空间装置内是稀薄气体；所述稀薄气体是密度小于空气的空气；在所述风轮或叶片的内部或外部，安装有滑动连杆；所述滑动连杆与轴或联轴器相连接；所述密闭空间装置产生向上的浮力；所述浮力大于风轮或叶片和滑动连杆及密闭空间装置的总重量以及叶片旋转到下半圈时所产生的离心力之和，当所述风轮或叶片，旋转到下半圈时位置时，风轮或叶片在浮力的作用下，通过滑动连杆向上位移，使风轮或叶片与轴之间的距离自动缩短或叶片长度自动缩短；当所述风轮或叶片，旋转到上半圈位置时，风轮或叶片在浮力的作用下，通过滑动连杆向上位移，使风轮或叶片与轴之间的距离自动增长或叶片长度自动增长。

【技术特征摘要】
1.利用浮力型风轮或叶片的风力机，所述利用浮力型风轮或叶片的风力机，包括发电机系统、风轮轴、风轮或叶片壳体，其特征是，在所述风轮或叶片壳体的内部或外部，安装或设置有密闭空间装置；在所述密闭空间装置内盛有密度小于空气的气体或在所述密闭空间装置内是稀薄气体；所述稀薄气体是密度小于空气的空气；在所述风轮或叶片的内部或外部，安装有滑动连杆；所述滑动连杆与轴或联轴器相连接；所述密闭空间装置产生向上的浮力；所述浮力大于风轮或叶片和滑动连杆及密闭空间装置的总重量以及叶片旋转到下半圈时所产生的离心力之和，当所述风轮或叶片，旋转到下半圈时位置时，风轮或叶片在浮力的作用下，通过滑动连杆向上位移，使风轮或叶片与轴之间的距离自动缩短或叶片长度自动缩短；当所述风轮或叶片，旋转到上半圈位置时，风轮或叶片在浮力的作用下，通过滑动连杆向上位移，使风轮或叶片与轴之间的距离自动增长或叶片长度自动增长。2.根据权利要求1所述利用浮力型风轮或叶片的风力机，其特征是，所述风轮或叶片的壳体采用硬质材料，所述密闭空间装置采用软性材料。3.根据权利要求1所述利用浮力型风轮或叶片的风力机，其特征是，所述密闭空间装置的壳体采用硬质材料，所述密闭空间装置的内层采用软性材料。4.根据权利要求1所述利用浮力型风轮或叶片的风力机，其特征是，所述滑动连杆是单滑动连杆，所述单滑动连杆与轴或联轴器相连，在所述轴或联轴器上，设置有圆形孔；所述单滑动连杆穿过圆形孔；所述单滑动连杆在圆形孔内可以做相对位移；所述滑动连杆7的上、下两端分别安装叶片。5.根据权利要求1所述利用浮力型风轮或叶片的风力机，其特征是，所述滑动连杆是采用套筒式结构，下部分固定在轴或联轴器上，上部分可以与下部分自由伸缩；上部分与叶片相连；在两部分连杆内，安装有定位块，当叶片增长或收缩到设计位置时，可以自动锁定。6.根据权利要求1所述利用浮力型风轮或叶片的风力机，其特征是，所述叶片为水平轴叶片，在叶片壳体的根部外面...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟英志，
申请(专利权)人：孟英志，
类型：发明
国别省市：河北,13