本發(fā)明屬于風(fēng)能利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是適用于風(fēng)力機械及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

從發(fā)改委、能源局網(wǎng)站獲悉，兩部委聯(lián)合下發(fā)了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)》，其中指出，重點開展10mw級及以上風(fēng)電機組，以及100米級及以上風(fēng)電葉片等方面研發(fā)與攻關(guān)。2020年目標(biāo)。形成200~300米高空風(fēng)力發(fā)電成套技術(shù)。掌握自主知識產(chǎn)權(quán)的10mw級以下大型風(fēng)電機組及關(guān)鍵部件的設(shè)計制造技術(shù)，形成國際競爭力;突破近海風(fēng)電場設(shè)計和建設(shè)成套關(guān)鍵技術(shù)，形成海上風(fēng)電工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了開發(fā)10mw級及以上風(fēng)電機組，以及100米級及以上風(fēng)電葉片，形成200~300米高空風(fēng)力發(fā)電成套技術(shù)，以及特別適用于海上風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)。

本發(fā)明的目的是為了提供一種浮力型風(fēng)力機風(fēng)輪或葉片，當(dāng)所述風(fēng)輪或葉片，旋轉(zhuǎn)到上半圈時位置時，輪或葉片與軸之間的距離增長；當(dāng)所述風(fēng)輪或葉片，旋轉(zhuǎn)到下半圈時位置時，使風(fēng)輪或葉片與軸之間的距離縮短；這樣就可以使得在利用高空200-300米風(fēng)能資源時，塔桿不用增高，還可以提高效率。

風(fēng)力機通常包括具有至少一個轉(zhuǎn)子葉片和聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)子以及機艙，所述聯(lián)軸器在水平軸風(fēng)力機中也叫做輪轂；在垂直軸風(fēng)機中也可以葉片通過連桿直接和軸相連。

本發(fā)明提供了一種浮力型風(fēng)力機風(fēng)輪或葉片，所述浮力型風(fēng)力機風(fēng)輪或葉片，包括風(fēng)輪或葉片殼體，其特征是，在所述風(fēng)輪或葉片殼體的內(nèi)部或外部，安裝或設(shè)置有密閉空間裝置；在所述密閉空間裝置內(nèi)盛有密度小于空氣的氣體，或在所述密閉空間裝置內(nèi)是稀薄氣體；所述稀薄氣體，是用真空泵抽出一部分空氣，是密度小于空氣的空氣；在所述風(fēng)輪或葉片的內(nèi)部或外部，安裝有滑動連桿；所述滑動連桿與軸或聯(lián)軸器相連接；所述密閉空間裝置產(chǎn)生向上的浮力；所述浮力大于風(fēng)輪或葉片和滑動連桿及密閉空間裝置的總重量以及葉片旋轉(zhuǎn)到下半圈時所產(chǎn)生的離心力之和，當(dāng)所述風(fēng)輪或葉片，旋轉(zhuǎn)到下半圈時位置時，風(fēng)輪或葉片在浮力的作用下，通過滑動連桿向上位移，使風(fēng)輪或葉片與軸之間的距離自動縮短或葉片長度自動縮短；當(dāng)所述風(fēng)輪或葉片，旋轉(zhuǎn)到上半圈時位置時，風(fēng)輪或葉片在浮力的作用下，通過滑動連桿向上位移，使風(fēng)輪或葉片與軸之間的距離自動增長或葉片長度自動增長。

優(yōu)選的，所述滑動連桿可以是一根連桿，可以與軸或聯(lián)軸器產(chǎn)生相對位移。在所述滑動連桿與軸或聯(lián)軸器之間，安裝有控制位移裝置，當(dāng)葉片增長或收縮到設(shè)計位置時，可以自動固定。

優(yōu)選的，所述滑動連桿可以分為兩部分，采用套筒式結(jié)構(gòu)，下部分固定在軸或聯(lián)軸器上，上部分可以與下部分自由伸縮；上部分與葉片相連；在兩部分連桿內(nèi)，安裝有控制位移裝置，當(dāng)葉片增長或收縮到設(shè)計位置時，可以自動固定。

本發(fā)明中，當(dāng)風(fēng)輪或葉片轉(zhuǎn)動到低于軸的位置，為下半圈位置；當(dāng)風(fēng)輪或葉片轉(zhuǎn)動到高于軸的位置，為上半圈位置。

所述密度小于空氣的氣體，是指所有相對分子量小于29的氣體的密度,都小于空氣的密度，例如,氫氣、氦氣、氖氣、氮氣、一氧化碳、甲烷,氟化氫、乙炔等。

優(yōu)選的，所述密閉空間裝置內(nèi)盛有氫氣或氦氣或氖氣或氮氣或所述氣體的任意比例混合體。

最優(yōu)選的是使用氦氣。但為了降低成本，也可以使用氫氣和氮氣或氫氣和氦氣的混合氣體，這樣既可以克服單獨使用氫氣容易引爆的缺點，還可以降低成本，也可以達到我們的使用目的。

所述風(fēng)輪或葉片殼體可以采用任意材料，包括柔性材料或硬質(zhì)材料。

所述密閉空間裝置可以采用任意材料，包括軟性材料或硬質(zhì)材料。

在風(fēng)輪或葉片的外部使用密閉空間裝置時，所述密閉空間裝置可以使用雙層結(jié)構(gòu)，殼體使用硬質(zhì)材料，內(nèi)層使用軟性材料。

當(dāng)所述密閉空間裝置采用軟性材料時，例如，采用橡膠類膜材料或塑料類膜材料時，須在其內(nèi)部充入密度小于空氣的氣體，例如氦氣或氫氣與氮氣的混合體；橡膠類膜材料或塑料類膜材料體積便會膨脹，然后密封。所述密閉空間裝置在空氣中產(chǎn)生向上的浮力，所述浮力就會抵消或部分抵消風(fēng)輪或葉片向下的重力，從而降低風(fēng)輪或葉片的重量，當(dāng)所述密閉空間裝置體積足夠大時，其所產(chǎn)生的浮力大于風(fēng)輪或葉片向下的重力時，所述風(fēng)輪或葉片的重量即為零或負值。

當(dāng)所述密閉空間裝置采用硬質(zhì)材料時，其有兩種選擇，即可以采用在其內(nèi)部充入密度小于空氣的氣體產(chǎn)生浮力，也可以將其內(nèi)部空間內(nèi)的空氣抽出，形成稀薄氣體，也可以產(chǎn)生向上的浮力，所述浮力就會抵消或部分抵消風(fēng)輪或葉片向下的重力，從而降低風(fēng)輪或葉片的重量。

當(dāng)所述密閉空間裝置內(nèi)的氣體壓力足夠大時，其完全可以替代或部分替代風(fēng)輪或葉片內(nèi)部的支撐體，從而減少支撐體材料，降低風(fēng)輪或葉片本身的重量。

我們通過大量的計算及模擬實驗得出結(jié)論，當(dāng)密閉空間裝置內(nèi)的氣體壓力大于1.5—2個大氣壓時，其完全可以替代或部分替代風(fēng)輪或葉片內(nèi)部的支撐體。

當(dāng)所述密閉空間裝置采用軟性材料時，由于其可以和風(fēng)輪或葉片的內(nèi)部更緊密的貼合，當(dāng)其充滿壓力時，可以緊密的貼合在風(fēng)輪或葉片的內(nèi)壁上且對內(nèi)壁形成非常均勻的壓力，因此，可以使風(fēng)輪或葉片在運轉(zhuǎn)時減小顫動或震動，可以減少能量損失，提高發(fā)電效率并同時提高設(shè)備的使用壽命。

所述密閉空間裝置也可以是風(fēng)輪或葉片殼體本身，在所述殼體內(nèi)部，設(shè)置好一定的區(qū)域，充滿密度小于空氣的氣體，然后密封。也在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。當(dāng)然，這種方法存在一定的缺陷，不是最好的選擇。所述密閉空間裝置就是密封后氣體不再外泄。

由于所述風(fēng)輪或葉片采用了密閉空間裝置和滑動連桿，所受浮力大于總重量，只有在密閉空間裝置體積十分巨大時才有實際意義，因此，所述風(fēng)輪或葉片的長度與橫截面積，越大越好，尤其適用于100米以上長度的風(fēng)機葉片和/或風(fēng)輪或葉片的橫截面積大于100平方米以上的升力型垂直軸葉片，及10兆瓦以上大型機組使用，由于總重量很輕，因此，也尤其適用于開發(fā)200-300米以上風(fēng)能資源以及海上風(fēng)力發(fā)電。

優(yōu)選的，所述風(fēng)輪或葉片，殼體采用硬質(zhì)材料。例如玻璃鋼或合金材料。所述密閉空間裝置采用軟性材料。例如橡膠類膜材料或塑料類膜材料。

一種形成浮力型風(fēng)力機風(fēng)輪或葉片的方法，包括風(fēng)輪或葉片殼體，其特征是，在所述風(fēng)輪或葉片殼體的內(nèi)部或外部，安裝或設(shè)置有密閉空間裝置；在所述密閉空間裝置內(nèi)盛有密度小于空氣的氣體，或在所述密閉空間裝置內(nèi)是稀薄氣體；所述稀薄氣體，是用真空泵抽出一部分空氣，是密度小于空氣的空氣；在所述風(fēng)輪或葉片的內(nèi)部或外部，安裝有滑動連桿；所述滑動連桿與軸或聯(lián)軸器相連接；所述密閉空間裝置產(chǎn)生向上的浮力；所述浮力大于風(fēng)輪或葉片和滑動連桿及密閉空間裝置的總重量以及葉片旋轉(zhuǎn)到下半圈時所產(chǎn)生的離心力之和，當(dāng)所述風(fēng)輪或葉片，旋轉(zhuǎn)到下半圈時位置時，風(fēng)輪或葉片在浮力的作用下，通過滑動連桿向上位移，使風(fēng)輪或葉片與軸之間的距離自動縮短或葉片長度自動縮短；當(dāng)所述風(fēng)輪或葉片，旋轉(zhuǎn)到上半圈時位置時，風(fēng)輪或葉片在浮力的作用下，通過滑動連桿向上位移，使風(fēng)輪或葉片與軸之間的距離自動增長或葉片長度自動增長。

所述風(fēng)輪或葉片的殼體采用硬質(zhì)材料，所述密閉空間裝置采用軟性材料。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過有效利用風(fēng)輪或葉片浮力大于風(fēng)輪或葉片及滑動連桿的總重量的特性，使得當(dāng)風(fēng)輪或葉片旋轉(zhuǎn)到上半圈時位置時，風(fēng)輪或葉片與軸之間的距離自動增長；旋轉(zhuǎn)到下半圈時位置時，使風(fēng)輪或葉片與軸之間的距離自動縮短；這樣就可以使得在利用高空200-300米風(fēng)能資源時，塔桿不用增高，還可以提高效率。

四、附圖說明：

圖1是本發(fā)明所述水平軸風(fēng)機葉片結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖2是本發(fā)明所述另一水平軸風(fēng)機風(fēng)輪結(jié)構(gòu)原理主視圖示意圖；

圖3是本發(fā)明所述垂直軸風(fēng)機風(fēng)輪水平安裝結(jié)構(gòu)原理左視圖示意圖；

圖4是本發(fā)明所述垂直軸風(fēng)機風(fēng)輪水平安裝結(jié)構(gòu)原理正視圖示意圖；

圖5是本發(fā)明所述另一垂直軸風(fēng)機風(fēng)輪水平安裝結(jié)構(gòu)原理正視圖示意圖；

圖6是本發(fā)明所述垂直軸風(fēng)機風(fēng)輪傾斜安裝結(jié)構(gòu)原理正視圖示意圖；

圖7是本發(fā)明所述滑動連桿上部與滑動連桿下部內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖8是本發(fā)明所述再一垂直軸風(fēng)機風(fēng)輪水平安裝結(jié)構(gòu)原理正視圖示意圖；

附圖標(biāo)志

1風(fēng)機葉片2密閉空間裝置3滑動連桿上部4滑動連桿下部5風(fēng)力機塔桿

6風(fēng)輪軸7單滑動連桿8發(fā)電機系統(tǒng)9支撐塔座10定位塊11對風(fēng)裝置12正向風(fēng)13逆向風(fēng)14垂直軸方向15斜軸與垂直軸方向的夾角

五、具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述：

實施例一：

如圖1圖2所示，圖1是本發(fā)明所述水平軸風(fēng)機葉片結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2是本發(fā)明所述另一水平軸風(fēng)機風(fēng)輪結(jié)構(gòu)原理主視圖示意圖；在葉片殼體1的根部外面安裝有一個或多個密閉空間裝置2，所述密閉空間裝置2是充滿氦氣與氫氣或氮氣與氫氣混合體的密閉裝置，在葉片殼體1的根部，安裝有滑動連桿上部3，滑動連桿上部3與滑動連桿下部4連接，滑動連桿上部3與滑動連桿下部4為套筒式結(jié)構(gòu)，滑動連桿上部3可以在滑動連桿下部4內(nèi)自由伸縮；如圖2所示，當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)到下半圈位置時，由于密閉空間裝置2產(chǎn)生的浮力大于葉片與連桿及密閉空間裝置2的總重量以及葉片向下的離心力之和，且浮力的方向總是向上的，因此，可以產(chǎn)生沿滑動連桿方向向上或傾斜向上的分力，因此，可以推動連桿3向上移動，收縮到連桿4內(nèi)部，使整個風(fēng)葉的長度縮短；當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)到上半圈位置時，由于密閉空間裝置2產(chǎn)生的浮力大于葉片與連桿及密閉空間裝置2的總重量之和，且浮力的方向總是向上的，因此，可以產(chǎn)生沿滑動連桿方向一個向上或傾斜向上的分力，因此，可以帶動連桿3向上移動，連桿3可以從連桿4內(nèi)部自動伸出，使整個風(fēng)葉的長度增長；由于高度越高，風(fēng)能密度越大，因此，本發(fā)明可以在不加長風(fēng)機塔桿的情況下，更多的利用高空風(fēng)能，提高發(fā)電效率。

實施例二：

如圖3、圖4所示，圖3是本發(fā)明所述垂直軸風(fēng)機風(fēng)輪或葉片水平安裝結(jié)構(gòu)原理左視圖示意圖；圖3所示是將垂直軸風(fēng)機的風(fēng)輪或葉片以及軸及發(fā)電機系統(tǒng)水平安裝使用；圖3為5個葉片垂直軸風(fēng)機示意圖；圖4是本發(fā)明所述垂直軸風(fēng)機風(fēng)輪水平安裝結(jié)構(gòu)原理正視圖示意圖；為了作圖簡單清楚，在圖4中，將葉片簡化為2個葉片，原理與5個葉片風(fēng)機相同；由于俯視圖為公知常識，省略。

在葉片殼體1的內(nèi)部安裝有一個或多個密閉空間裝置2，所述密閉空間裝置2是充滿氦氣與氫氣或氮氣與氫氣混合體的密閉裝置，葉片殼體1上安裝有滑動連桿上部3，滑動連桿上部3與滑動連桿下部4連接，滑動連桿上部3與滑動連桿下部4為套筒式結(jié)構(gòu)，滑動連桿上部3可以在滑動連桿下部4內(nèi)自由伸縮；如圖3所示，當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)到下半圈位置時，由于密閉空間裝置2產(chǎn)生的浮力大于葉片與連桿及密閉空間裝置2的總重量以及葉片向下的離心力之和，且浮力的方向總是向上的，因此，可以產(chǎn)生沿滑動連桿方向向上或傾斜向上的分力，因此，可以推動連桿3向上移動，收縮到連桿4內(nèi)部，使整個滑動連桿的長度縮短；當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)到上半圈位置時，可以產(chǎn)生沿滑動連桿方向一個向上或傾斜向上的分力，因此，可以帶動連桿3向上移動，連桿3可以從連桿4內(nèi)部自動伸出，使整個滑動連桿的長度增長；所述連桿4安裝在軸或聯(lián)軸器上。

由于垂直軸風(fēng)機沒有對風(fēng)裝置，而當(dāng)垂直軸風(fēng)機水平安裝使用時，需要有對風(fēng)裝置；所述對風(fēng)裝置安裝在塔桿或支撐裝置上；對于垂直軸風(fēng)機來說，有正向風(fēng)和逆向風(fēng)的區(qū)別，所述正向風(fēng)就是推動風(fēng)輪做正功的風(fēng)；所述逆向風(fēng)，就是對風(fēng)機發(fā)電做功起阻礙作用的風(fēng)；所述對風(fēng)裝置，包括控制裝置和支撐裝置；其特征是，可以控制風(fēng)輪或葉片和/或發(fā)電機系統(tǒng)繞以塔桿或垂直軸方向為軸心旋轉(zhuǎn)，并使所述風(fēng)輪的上半圈始終面對正向風(fēng)，從而產(chǎn)生最大的功率輸出；所述控制器包括風(fēng)速儀、風(fēng)向儀、傳感器以及控制器；風(fēng)速儀和風(fēng)向儀接收風(fēng)力的方向及大小，通過傳感器將信號傳遞給控制器，控制器通過支撐裝置控制風(fēng)輪和/或發(fā)電機系統(tǒng)繞塔桿5旋轉(zhuǎn)并固定在設(shè)定位置，如圖3所示，所述設(shè)定位置是正向風(fēng)12始終對準(zhǔn)上半圈風(fēng)葉的位置。如此，可以大大提高風(fēng)能利用效率。

實施例三：

如圖5所示，圖5是本發(fā)明所述另一垂直軸風(fēng)機風(fēng)輪水平安裝結(jié)構(gòu)原理正視圖示意圖；

左視圖和俯視圖為公知常識，省略。本實施例中，在風(fēng)輪軸6或聯(lián)軸器上設(shè)置有圓孔，單滑動連桿7穿過圓孔，所述滑動連桿7的上、下兩端分別安裝葉片；滑動連桿7可以在圓孔內(nèi)自由移動；葉片殼體1的內(nèi)部安裝有一個或多個密閉空間裝置2，當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)到下半圈位置時，由于浮力的作用，可以產(chǎn)生沿滑動連桿方向向上或傾斜向上的分力，因此，可以推動連桿7向上移動，使整個滑動連桿在下半圈的長度縮短，上半圈的滑動連桿增長；同理，當(dāng)上半圈的葉片再次旋轉(zhuǎn)到下半圈是，由于浮力的作用，可以產(chǎn)生沿滑動連桿方向向上或傾斜向上的分力，因此，可以推動連桿7再次向上移動，使整個滑動連桿在下半圈的長度縮短；如此循環(huán)往復(fù)；同時，對風(fēng)裝置將風(fēng)輪的上半圈始終面對正向風(fēng)12的位置，如此，可以大大的提高發(fā)電效率。為簡化作圖，圖5只畫出了兩個葉片，實際應(yīng)用當(dāng)中，可以利用多個葉片，均在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。

實施例四：

如圖6所示，圖6是本發(fā)明所述垂直軸風(fēng)機風(fēng)輪傾斜安裝結(jié)構(gòu)原理正視圖示意圖；左視圖和俯視圖為公知常識，省略。本實施例是將公知垂直軸風(fēng)機傾斜安裝，安裝軸斜軸6與原垂直軸方向14有一夾角15，所述夾角15大于零或小于零，也就是說，夾角15不等于零；優(yōu)選的，所述夾角15在30度—75度之間。傾斜安裝的優(yōu)勢在于，既可以利用葉片浮力傾斜向上的分力，帶動葉片1和連桿7向斜上方移動，又可以適當(dāng)降低塔架的高度，甚至可以將發(fā)電機組安裝在地面；所述對風(fēng)裝置也易于安裝，可以大幅度降低成本。工作原理與實施例二或三相同。

本發(fā)明所述述密閉空間裝置2其作用可以替代風(fēng)輪內(nèi)部的支撐裝置，但在許多情況下，只是部分替代，在風(fēng)輪或葉片的內(nèi)部，也還需要用到普通的支撐裝置的。

實施例五：

如圖7所示，圖7是本發(fā)明所述滑動連桿上部與滑動連桿下部內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；在所述滑動連桿上部3與滑動連桿下部4之間，安裝有定位塊10，所述定位塊10的作用是，當(dāng)滑動連桿上部3與滑動連桿下部4移動到設(shè)定位置時，可以自動鎖定。

實施例六：

如圖8所示，圖8是本發(fā)明所述再一垂直軸風(fēng)機風(fēng)輪水平安裝結(jié)構(gòu)原理正視圖示意圖；左視圖和俯視圖為公知常識，省略。本實施例中，在風(fēng)機塔桿的兩側(cè)，對稱水平安裝兩組垂直軸風(fēng)輪或葉片；在塔桿5上安裝有對風(fēng)裝置11；如此安裝的優(yōu)勢在于對風(fēng)裝置所受的阻力比較平衡；工作原理與實施例二或三相同。