?本发明专利技术涉及到构建串型风轮和相应的磁悬浮串型风车方法，在垂直方向上串联安装两个及以上的2～3叶片达里厄式风轮来构造成一个新的风轮，风轮的特点和能够使其产生自启动能力的关键点是：1.在整个风轮垂直方向的投影中，任意相邻两个叶片的横截面，其几何中心点与风轮转动中心的连线之间的夹角θ存在以下关系：所有锐角θ之和大于120度，优选条件为θ＝360/∑y，式中y为风轮叶片数；2.上下层叶片在轴向上交叉的部分不应超过上下层风轮高度之和的25％；3.各层风轮的最大直径处相差不超过1/3；4.各层风轮的高度相差不超过50％。根据这些条件构造成了串型风轮，并进一步采用磁悬浮技术构建磁悬浮串型风车，使之更容易启动和高效。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉一种串型风轮及磁悬浮串型风车的构造方法，属于风力动能利用的能源 领域。
技术介绍
截取风能，用于带动风力发电机主要依靠风轮，风轮的形式不仅与了风能的利用 率密切相关，也与风能利用成本密切相关。达里厄式风轮即是垂直轴升力型风轮，具有无需 对风向、运转安静、制造容易的特点，因此也是目前用于风力发电的主要风轮形式之一，并 且针对它的改进不断，结构多样，它有很多变形，在风轮构型上包括Φ型、H型、Δ型、 型 及S型，在叶片造型上有直叶片、C型弯曲叶片和S型叶片等，尽管它们的外形不同、采用叶 片的造型不同，但是它们都属于利用叶片的升力来驱使风轮转动，因此在广义上仍属于达 里厄式风轮。其中Φ型、H型、Δ型、 型虽然具有叶片制造简单的优点，但是其在叶片仅为 2 3片时，却难以自启动，但这种2 3叶片的形式又是气动动效率高的形式，因此达里厄 风轮存在效率与启动性的矛盾。长期以来，为解决自启动问题，采用的方法是多叶片，或者 加上启动装置，或者与阻力型的风轮结合在一起，这又带来了成本的增加并影响气动效率。使达里厄式风轮能够良好地自启动，同时兼顾高的效率，对于发展这类风轮的应 用具有现实的意义。
技术实现思路
本专利技术人经过研究，提出了解决达里厄式风轮既能保持较高的气动效率高，又能 实现较顺利自启动的方案。本专利技术的技术措施本专利技术系采用在垂直方向上串联安装两个及以上的2 3叶片达里厄式风轮来构 造成一个新的风轮，即将原有的达里厄风轮进行层叠安装，且每层叶片在轮毂的圆周上相 互错开，每一层称为一个单体风轮。由于当最简单的2个H型风轮上下串联在一起时，整个 风轮就像一个“串”字型，故名“串型风轮”，如图1所示。这种串型风轮可以由多个单体风 轮上下串联而成，如图2中加所示，显然最简单的串型风轮由两个单体风轮构成。这种串 型风轮的特点和能够使其产生自启动能力的关键点是1.在整个风轮垂直方向的投影中，任意相邻两个叶片的横截面，其弦线中心点与 风轮转动中心的连线之间的夹角θ存在以下关系所有锐角(含直角)θ之和大于120度， 如图1中It所示；优选条件为θ = 360/ Σ y，式中y为风轮叶片数；2.上下层叶片在轴向上交叉的部分不应超过上下层风轮高度之和的25%，如图4 所示；3.各层风轮的最大直径处相差不超过1/3 ；4.各层风轮的高度相差不超过50%。串型风轮的造型随各层单体风轮的造型而变，已知的单体风轮造型有H型、Φ型、Δ型、▽型、 型，它们会因以下因素而变叶片形状、支撑叶片的支撑构造、叶片横截面的 形状。串型风轮的叶片形状可为直叶片、C型叶片，其中C型叶片又可以分为跳绳曲线型和 圆弧型。由各种造型叶片构成的每层单体风轮分别有H型、Δ型、▽型、 型、Φ型、鼓型，如 图1、图2、图3所示。串型风轮可由这些造型的单体风轮随意串联组合而成，即可以是H型 与H型相配、H型与Φ型相配、Φ型与Φ型相配、H型与Δ型相配、Δ型与Δ型相配….等 等，但是除非特殊要求，一般以每层单体都相同或互为镜像为优选，这更易于降低制造成 本。单体风轮的造型与支撑结构形状有关，虽然通过简单的串联复数层单体风轮就可 以得到一个串型风轮，但是为了降低整个串型风轮的制造成本、简化结构、降低风阻，在本 专利技术的串型风轮中有时也会在各层单体风轮上下交叉处的支撑臂做一些变化，最主要的是 上下层单体风轮在交叉处的支撑臂，共用一个水平面。实现这种共用一个水平面的方法，是在上下风轮的交叉处，叶片的支撑臂采用十 字型或1型，如图2中2b和图7所示；Φ型风轮由于可以直接将叶片联到轮毂上，因此在 有些时候，以Φ型风轮作为单体风轮的串型风轮，就可以不采用这些支撑结构。在非交叉处，对叶片的支撑臂可以采用水平悬臂支撑和斜臂三角形支撑，它们均 可以用于直叶片和C型叶片，形成各种构型，如图1、图2、图3、图5、图6中各型串型风轮所7J\ ο串型风轮的水平悬臂支撑如图1所示。在水平臂太长情况下，可用一条斜向拉绳 连接轮毂与每层单体风轮的下臂，以加强下臂的支撑力。串型风轮的斜臂三角形支撑如图5所示。为了加强支撑的强度，在每个斜臂之间 加用水平梁相连接，这种连接使斜臂与水平梁共同构成了一个三角型，使整个支撑结构更 加强有力和稳固，如图6、图7、图8所示。达里厄式垂直轴风轮都采用横截面为流线型具有升力的翼型，串型风轮也一样， 风轮叶片的截面形状可以是对称翼型、平凸翼型和凹凸翼，如图9所示。根据已有的知识， 制造叶片的材料可以采用铝及铝合金、不锈钢、铁片、玻纤/碳纤复合材料、竹木等，以质 轻、强度高的为好。根据一般的规律，垂直轴风车的风叶在安装时叶片的弦线与轮毂的圆周的切线有 0 10度的夹角，本专利技术的串型风轮风叶的安装角度也相应地采用这种设置。本专利技术不仅解决了达里厄式风轮顺利自启动的问题，且保持了 2 3叶片达里厄 式风轮效率高的特点，相较于多叶片的达里厄式风轮而言，同样长度的叶片获得了更大的 扫风面积，降低了单位装机成本，具有更好的效益；对于大型的达里厄式风轮而言，制造过 长的叶片工艺上有难度，采用本技术，就可以用较短的叶片来制造出更高更大型的风轮。在使用本专利技术串型风轮制作风车的时候，由于本专利技术系采用多层单体风轮构成， 故风车的发电机可以安装在本串型风轮的底部，也可以安装在本串型风轮的上下单体风轮 之间，如图7所示。进一步地，为了使串型风轮能够在更低的风速下启动，增加低风速下带动发电机 发电的能力，延长风车的使用寿命，本专利技术人根据磁悬浮能够减轻风轮启动阻力的原理，进 一步提出了建造磁悬浮串型风车的方案。本专利技术利用磁吸的原理，将风轮全部或部分腾空，并使用径向磁轴承，使风轮在轴向上减少对推力轴承的压力，在径向上减少对径向轴承的摩擦力，以此制造出磁悬浮串型 风车。除了采用目前市场上常用的磁悬浮发电机来制造出磁悬浮串型风车外，本专利技术还 提供了以下制造出磁悬浮串型风车的方法本专利技术实现磁悬浮的办法，是将助浮磁体安放于发电机外，并根据发电机转子是 内转子还是外转子来确定吸升磁体的安放位置。对于内转子发电机，如图10所示，需要采用双出轴的发电机，吸升的磁体108安置 于发电机的底部107下，在发电机的下出轴1101上安装固定的极性相反的受吸磁体109和 磁体盘110，风轮则直接安装在发电机的上出轴1105上，依靠磁体的吸力，托起风轮和发电 机转子106 ；其径向摆动的减少，则依靠径向的磁轴承1104来实现，这种径向的磁轴承安装 在发电机上出轴1105和发电机定子壳105之间的套筒内。对于外转子发电机，如图11所示，其定子轴119穿出外转子123，风轮的轮毂120 套在定子轴119上，定子轴穿出风轮的轮毂上端，吸升的磁体113安装在定子轴顶端磁体盘 112下，在风轮轮毂上端安装极性相反的受吸磁体114及相应的磁体盘115，在磁体盘112 和磁体盘115之间安装有推力轴承111，起到避免磁体113和磁体114完全接触的作用，风 轮的轮毂下端则连在发电机的外转子123上，其径向的磁悬浮由安装在定子轴和风轮轮毂 间的径向磁轴承117和122承担。附图说明图1为串型风轮示意图。为采用直叶片的两个“中”字型单体风轮构成的串型风 轮，其中，11为上层单体风轮的风叶，12为上层单体风轮风叶的上水平支撑臂，13为串型风 轮本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种串型风轮，为垂直轴升力型风轮，其特征在于：系由复数个２～３叶片的达里厄式风轮以串联的方式层叠安装而成，且每层叶片在轮毂的圆周上相互错开。它们符合以下条件：ａ．在整个风轮垂直方向的投影中，任意相邻两个叶片的横截面，其弦线中心点与风轮转动中心的连线之间的夹角θ存在以下关系：所有锐角（含直角）θ之和大于１２０度，优选条件为θ＝３６０／∑ｙ，式中ｙ为风轮叶片数；ｂ．上下层叶片在轴向上交叉的部分不应超过上下层风轮高度之和的２５％；ｃ．各层风轮的最大直径处相差不超过１／３；ｄ．各层风轮的高度相差不超过５０％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李永平，
申请(专利权)人：李永平，
类型：发明
国别省市：11
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