一种分层式风机风轮及利用分层式风机风轮的风力机制造技术

本发明专利技术提供了一种分层式风机风轮及利用分层式风机风轮的风力机，通过利用分层式风机风轮，可以有效的利用了叶片根部的风能，降低了风机的启动风速和额定风速，提高了风机的发电效率，从而达到微风启动风机的目的，同时，利用了带加长装置的风机风轮优势，可以有效的增加风轮直径或叶片的长度，可以提供一种超大型200米以上直径或100米以上长度的叶片，以及10兆瓦以上风力发电机，同时，本发明专利技术还具有抗台风的能力。

A stratified fan wind wheel and a wind turbine using a layered fan wind wheel

The invention provides a wind wheel layered fan and a layered fan wind wheel, through the use of hierarchical fan wheel, can effectively use the blade root wind, reduce the starting wind speed and rated wind speed, improve power generation efficiency of the wind turbine, so as to achieve the start of the fan, at the same time, using the device with a lengthened fan wind wheel, can effectively increase the diameter of the wind wheel or the length of the blade, the blade can provide a large diameter of more than 200 meters or 100 meters in length, and more than 10 MW wind power generator, at the same time, the invention also has the ability of anti typhoon.

【技术实现步骤摘要】
一种分层式风机风轮及利用分层式风机风轮的风力机
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
目前水平轴螺旋桨式风力机多是以2叶片或3叶片式结构，由叶片安装在发电机轴或轮毂上形成风轮，这样的结构可以是风轮的转动速度达到最优，其不足之处是启动风速和额定风速要求较高，且叶片根部的风能利用效率很低，为了适应低风速风场的要求，需要不断增加叶片的长度，而增加叶片长度后，风机的抗强风能力又有所下降；因此，专利技术一种可以降低启动风速或额定风速，利用微风启动且又可以抗强风同时提高叶片根部的风能利用效率的风力发电机是十分有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用微风启动且又可以抗强风同时提高叶片根部的风能利用效率的风力发电机。本专利技术的另一目的是提供一种适用于低风速风力资源的风力发电机，同时，本专利技术还可以提供一种带增长装置的风轮或叶片，所述加长装置是一种可以用来增加风轮直径或可以用来增加叶片长度的装置。可以发展超大型风力发电机。本专利技术利用了两种不同长度的风机叶片，为了方便描述，本专利技术定义：普通长度的风机叶片称为长风机叶片，另一种长度短一些的称为短风机叶片或小风轮。一种分层式风机风轮，包括风机轴、轮毂以及至少一个长风机叶片组成的风轮或大风轮，其特征是，在所述长风机叶片组成的风轮上，安装有至少一个短风机叶片或小风轮。所述短风机叶片或小风轮安装在长风机叶片的轮毂上或其前面。所述短风机叶片或小风轮安装在长风机叶片的轮毂上或其前面的风机轴上。所述长风机叶片或短风机叶片可以是任意形状的，如普通的水平轴风机叶片或螺旋状风机叶片。所述长风机叶片组成的风轮可以是任意形状的，如普通的水平轴风机风轮或螺旋状风机风轮。所述短风机叶片组成的风轮可以是任意形状的，如普通的水平轴风机风轮或螺旋状风机风轮。所述分层式是指在同一风机上安装有至少两种或以上长度的风机叶片或两种或以上长度直径的风机风轮。优选的，所述短风机叶片是多个。优选的，所述短风机叶片是2--20个，优选的，所述短风机叶片是3--15个。所述长风机叶片为2—11个。所述短风机叶片越多，所提供的转动力矩越大。优选的，所述短风机叶片是和长风机叶片安装在同一个轮毂上形成一个长短分层的风轮结构。优选的，所述短风机叶片是单独安装另一个轮毂上，形成双风轮结构。优选的，所述短风机叶片组成的小风轮是安装在大风轮的前面。所述短风机叶片或小风轮的作用是提高启动力矩，提高长风机叶片根部的风能利用率，同时提高抗风强度，降低启动风速，从而实现微风发电；其另一作用是可以安装在所述加长装置的前面或上面，用于减小加长装置对风的阻力，从而减小风力对塔杆的推到力矩。优选的，本专利技术所述风轮，还可以选用带加长装置的风机风轮或叶片，所述加长装置是一种可以用来增加风轮直径或可以用来增加叶片长度的装置。优选的，所述加长装置可以替代轮毂的作用。一种带加长装置的风机风轮或叶片，包括至少一个风力机风轮或叶片，其特征是，在所述风轮或叶片上有至少一个加长装置，在所述加长装置的内部或外部，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空气。所述加长装置，可以采用任意材料，包括软性材料或硬质材料。所述加长装置，包括壳体以及内部的密闭空间装置。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。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整个加长装置向下的重力，从而降低加长装置的重量，当所述密闭空间装置体积足够大时，其所产生的浮力大于加长装置向下的重力时，所述加长装置的重量即为零或负值。如此即可以增加风轮的直径或叶片的长度，也可以减轻整体风轮的重量。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，也即在其内部形成真空状态，也可以产生向上的浮力，所述浮力就会抵消或部分抵消加长装置向下的重力，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加长装置内部的支撑体，从而减少支撑体材料，降低加长装置本身的重量。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加长装置内部的支撑体。所述密闭空间装置也可以是所述加长装置壳体本身，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。所述密闭空间装置是密封后气体不再外泄的装置。优选的，本专利技术风机叶片是安装在所述加长装置上。所述加长装置与风机叶片之间是可伸缩的，在所述带加长装置的风机风轮或叶片上包括控制系统、加长装置及叶片，其特征是，所述控制系统连接叶片或加长装置，所述控制系统可以将叶片收缩到加长装置内或从加长装置内伸出叶片，使叶片变短或增长。优选的，在所述加长装置的内部，安装有载体，所述载体，是可以将叶片收缩到载体内或从载体内将叶片伸出的装置。所述控制系统包括信号接收器、控制器及动力装置，通过信号接收器可以接收风力的大小及方向，传导到控制器，控制器可以通过动力装置控制叶片收缩到加长装置内的长度，或控制叶片从加长装置内伸出的长度；所述收缩或伸长的距离，是可以根据风力的大小和方向任意调节的。所述控制系统可以安装在风机的任意位置。当风力不足时，信号接收器可以接收风力的大小及方向，传导到控制器，控制器可以通过动力装置控制叶片伸长到最长位置，可以最大限度的利用风能；当风力超过额定风速时，控制器可以通过动力装置控制叶片收缩到一定位置，使输出功率达到最大；可以将叶片的最短位置设计到完全可以抗台风的位置，当台风来临时，收缩到最短位置，仍然可以继续工作。例如：如果一台普通1.5兆瓦的风机，叶片长度为36米，当台风来临时，只能通过变桨系统停机；如果采用本专利技术风轮或叶片时，就可以将叶片的长度缩短到20米或者更短的长度，因此，其抗强风能力就会大大提高，就可以在台风中继续工作，充分利用台风的能量，同时，还可以保护设备的安全，提高发电效率。所述动力装置，可以采用电动机动力，也可以采用液压动力装置或任意公知动力装置。本专利技术所述信号接收器也可以接收叶片转动的位置信息，可以根据叶片旋转到不同的位置，任意调节叶片收缩或伸长的距离。对于水平轴风力发电机来说，当叶片转动到下半圈或下半圈的设定位置时，可以将叶片收缩；当叶片转动到上半圈或上半圈的设定位置时，可以将叶片伸长；这样就可以在设计时有效的降低塔筒的高度；同时，上半圈的风力资源大，下半圈的风力资本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分层式风机风轮，包括风机轴、轮毂以及至少一个长风机叶片组成的风轮，其特征是，在所述长风机叶片组成的风轮上，安装有至少一个短风机叶片或短风机叶片组成的小风轮。

【技术特征摘要】
2016.12.18 CN 2016111726675;2017.03.18 CN 201710161.一种分层式风机风轮，包括风机轴、轮毂以及至少一个长风机叶片组成的风轮，其特征是，在所述长风机叶片组成的风轮上，安装有至少一个短风机叶片或短风机叶片组成的小风轮。2.根据权利要求1所述一种分层式风机风轮，其特征是，所述短风机叶片或小风轮安装在长风机叶片的轮毂上。3.根据权利要求1所述一种分层式风机风轮，其特征是，所述短风机叶片组成的小风轮是安装在大风轮的前面。4.根据权利要求1所述一种分层式风机风轮，其特征是，在所述风轮或叶片上有至少一个加长装置，在所述加长装置的内部或外部，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空气。5.根据权利要求1所述一种分层式风机风轮，其特征是，所述加长装置可以替代轮毂。6.根据权利要求1所述一种分层式风机风轮，其特征是，在所述风轮或叶片的内部或外部，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空气。7.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的一种分层式风机风轮，其特征是，所述叶片是安装在所述加长装置上；所述加长装置与风机叶片之间是可伸缩的，在所述带加长装置的风机上包括控制系统、加长装置及叶片，所述控制系统连接叶片或加长装置，所述控制系统可以将叶片收缩到加长装置内或从加长装置内伸出叶片，使叶片变短或增长。8.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的一种分层式风机风轮，其特征是，所述风轮或叶片是水平轴风轮或叶片，在水...

【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