徑流雙輪式風機

徑流雙輪式風機是一種套用徑流雙輪效應的新型風能轉化裝置。本雙輪式風輪機的發明為立軸式風輪等各種直接利用風的推動力使沿著長軸布置漿葉的風輪旋轉工作的風輪類型提供了寬闊可行的技術拓展空間，基本解決了直接利用風的推力換能的立軸式臥軸式風輪機中風葉既要順風做功又要迴轉復位避風而陷入的葉形難以設計等矛盾。動耗差值和比值得到擴大，效率提高，具有廣闊的實用性。這一發明有多種變形及輔助設計，不僅可以獨立安裝運行，還易於與水平軸等其他類型的風輪機型互補組合和聯合使用。

專利信息

以下為中國專利信息檢索結果

申請號：	200810223694	申請日：	2008/10/08
公開日：	2009/04/22	公告日：
公開號：	101413482	公告號：
授權日：		授權公告日：
專利類別：	發明	國別省市代碼：	15[中國|內蒙]
代理機構代碼：	11255[對照表]	代理人：	鄒芳德
發明名稱：	高效徑流雙軸風力機
國際分類號：	F03D 3/02;F03D 11/00
範疇分類號：	28C

背景技術

背景技術：影響立軸式風力機發展的關鍵在於其風輪技術。已有的立軸式風力機皆為孤立的單輪型。這種單輪型風輪的旋轉方向相對於工作風向，其一側是順風的，另一側是逆風的。其設計特點是被動地利用和接受風力，這種風輪屬於少葉工作多葉空轉，其迴轉復位耗能問題是其難以解決的難題，其風能的轉換僅取決於風輪漿葉的流體力學形狀。因此，它在風中所獲得並輸出的旋轉力與復位需要消耗的動能之差值和比值都很小。限於單輪型風輪對漿葉形狀的依賴，在出現了計算機輔助設計的時代，就已標誌著這種單輪型立軸式風機發展的終結，也就是說單輪型立軸式風輪所要求的各種葉片漿葉可以實現窮盡化設計：既能夠在葉輪順風側的葉片或漿葉可最大限度地捕捉風能推動風輪旋轉，又可在迴轉復位時能很好地避風，消耗最小的動能，而這在技術上是相互影響相互制約和相互矛盾的，難以獲得較大的動耗差值。受限於這種矛盾前提中所做的所有技術權衡和選擇的合理性和正確性都是相對的，工作效率低，缺乏實用性，只在測風儀和相關教學中及小功率需要條件中使用。盲目追求單輪型立軸式風力利用技術，使問題複雜化，並無出路，也限制了立軸型風力機的發展；至今立軸型風機既不能做為水平軸風力機的輔助和補充而得到發展，更談不上取而代之成為主流的產品。其應有的安全性、低成本、易製作等優點和特點也無從顯現。

發明目的

本發明的目的是針對單輪型立軸式風輪存在的上述矛盾，依據立軸式風輪這種沿長軸布置漿葉直接利用風的衝力推動旋轉工作的具體特點和工作條件，製作出一種可以減小葉輪迴轉復位時的能量消耗，增加其主動利用風力的能力，直接推動葉輪旋轉做功的高效率大功率的新型雙輪式風輪機。

設計原理

本發明的原理是通過設計一種同步而反向運轉的一對風輪實現的。設立雙風輪的結構為立軸式及這種延長軸布置漿葉直接利用風的衝力旋轉工作如臥軸式風輪提供了寬闊的技術拓展空間：通過互相反轉雙輪的靠近安裝，使雙輪轉至外側的漿葉都順風工作，同時捕捉風的推力和壓力轉為旋轉力並相加；雙輪轉至內側的漿葉合力克服逆風阻力完成迴轉復位；並依靠兩輪內側相對的同方向旋轉，可以互相藉助這種相對一致方向的擾動風壓和氣流互相推動帶動；在兩輪漿葉循環迴轉至逆風處時，又通過各自的葉輪將吹來的風流交替地分撥疊加於兩輪的外側，這就增加了兩輪外側風力。通過這種既積極減小風輪迴轉復位的功耗，又較主動利用風力的設計，就使同步運轉的兩輪輸出的合力，可以遠遠大於獨立的兩個立軸或臥軸風輪輸出的動力之和。

增加獨立風輪為雙輪並立的組合風輪形式，用兩風輪漿葉的互相插間的關係，使他們在同步而反向運轉時，二輪的漿葉互相能交替地重合和互相跟進，互相遮擋，不僅減小了葉輪空轉復位阻力和耗能，還巧妙利用迴轉復位的葉輪交替分撥風流與兩側工作漿葉上而增加了動力輸出，這種通過變被動接受風力為主動利用風力，使立臥軸式風輪有了新的發展，其實現實用化大功率成為可能，使這類風輪的易製作調試，低製作成本低運行成本等明顯特點，其重心下移，安全性好等優點都將得以體現發揮。

並立風輪實施案例

本雙輪立軸風輪機主要由風向調準所需要的能攜帶雙輪公轉也支撐雙輪同步自轉的內部活動框架和外支撐固定的門型框架組成。在內活動框架上裝有調對風向的機電控制系統或簡易的調向翼，兩個垂直軸風輪由拋物線形的漿葉圍成，兩風輪靠近安裝漿葉互相插肩，旋轉方向分為左右向；兩輪旋轉時漿葉的展開方向是迎風方向，收攏方向是去風尾部。兩輪由等齒對輪式齒輪或電子機電同步控制機構實現同步且互相反向運轉，將兩輪外側捕捉的風能轉換為旋轉動力並相加。其動能經變速器、離合器、連軸器輸出到發電機或其他需要拖動的機械上。

圖一、二分別為三漿葉和四漿葉組成的並立雙輪立軸風輪及相互配置安裝的示意圖。其中圖一ABCD線框為風輪機內活動框架示意圖，O、O’兩點分別為其上下軸承的支撐點，用於與門型外支撐固定框架聯接。

漿葉從軸心到外緣是適應運轉時沿漿葉半徑延伸出去的各點不同的線速度製成相應的拋物線形狀捲曲成型，但兩輪的漿葉旋轉方向相反。可選用輕薄材料，如鋁塑板、塑膠板、玻璃鋼板、甚至使用帆用塑布、帆布，亦可用金屬板等製成，通過動平衡檢驗調整，安裝使用。

葉輪和輪軸框架等的具體參數依具體的風況使用功率、風輪轉速等要求靈活地設計出各種類型的機型。葉輪的延長高度可以從地面以上至技術可以達到的高度。超過一定高度的雙軸及漿葉和支撐固定框架，可以採用多層多節的結構，細分精製，聯軸安裝和固定。

因為並立立軸風輪的相互作用和對風力的主動性利用，工作時風輪外緣的線速度不僅可以接近風速，而且可以超過風速，與水平軸飛機翼型漿葉的工作方式不同，立軸式風輪不經過複雜的角度變換，是直接利用風的推力壓力，是以軸心為支點的槓桿形式工作，轉換效率高，啟動力矩大。

並立兩輪型立軸式風輪不僅只作為左右並立的立軸形式利用，其他直接利用風的推動力使沿著長軸布置漿葉的風輪旋轉工作的風輪類型都可利用，因此這種雙輪式技術還可以變化為上下布置的雙臥式或其他雙軸安裝形式設計和製作。

這種雙輪型風輪可直接組成單台獨立的風力機，也可以以其為一個子系統和基礎單元，方便地組成多雙輪系統、雙輪陣列和雙輪集成等，既可以作為立軸式風力機的輔助和補充，增加對空間的有效利用，也可以適應多種環境和場合獨立使用和與其他類型風輪互補聯合使用。

摘要

本雙輪式風輪機的發明為立軸式風輪等各種直接利用風的推動力使沿著長軸布置漿葉的風輪旋轉工作的風輪類型提供了寬闊可行的技術拓展空間：利用雙輪風葉動態結合關係，讓兩風輪的漿葉展開於外側時，兩輪的外側同時捕捉風力做功；而在收攏迴轉時因同向運動能互相借力、互相推動，共同克服阻力；並在逆風處旋轉時交替地分風流與兩輪外側，在外側展開的漿葉便因得到一個疊加的風力而加速旋轉。這種主動利用風力的設計基本解決了直接利用風的推力換能的立軸式臥軸式風輪機中風葉既要順風做功又要迴轉復位避風而陷入的葉形難以設計等矛盾。兩輪輸出的旋轉合力遠超過兩個獨立的立軸或臥軸風輪的動力之和，動耗差值和比值得到擴大，效率提高，具有廣闊的實用性。這一發明有多種變形及輔助設計，不僅可以獨立安裝運行，還易於與水平軸等其他類型的風輪機型互補組合和聯合使用。