本發(fā)明屬于風能利用技術領域，尤其是適用于風力機械及風力發(fā)電技術領域。

背景技術：

目前水平軸螺旋槳式風力機多是以2葉片或3葉片式結構，由葉片安裝在發(fā)電機軸或輪轂上形成風輪，這樣的結構可以是風輪的轉動速度達到最優(yōu)，其不足之處是啟動風速和額定風速要求較高，且葉片根部的風能利用效率很低，為了適應低風速風場的要求，需要不斷增加葉片的長度，而增加葉片長度后，風機的抗強風能力又有所下降；因此，發(fā)明一種可以降低啟動風速或額定風速，利用微風啟動且又可以抗強風同時提高葉片根部的風能利用效率的風力發(fā)電機是十分有必要的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種利用微風啟動且又可以抗強風同時提高葉片根部的風能利用效率的風力發(fā)電機。本發(fā)明的另一目的是提供一種適用于低風速風力資源的風力發(fā)電機，同時，本發(fā)明還可以提供一種帶增長裝置的風輪或葉片，所述加長裝置是一種可以用來增加風輪直徑或可以用來增加葉片長度的裝置?？梢园l(fā)展超大型風力發(fā)電機。

本發(fā)明利用了兩種不同長度的風機葉片，為了方便描述，本發(fā)明定義：普通長度的風機葉片稱為長風機葉片，另一種長度短一些的稱為短風機葉片或小風輪。

一種分層式風機風輪，包括風機軸、輪轂以及至少一個長風機葉片組成的風輪或大風輪，其特征是，在所述長風機葉片組成的風輪上，安裝有至少一個短風機葉片或小風輪。

所述短風機葉片或小風輪安裝在長風機葉片的輪轂上或其前面。

所述短風機葉片或小風輪安裝在長風機葉片的輪轂上或其前面的風機軸上。

所述長風機葉片或短風機葉片可以是任意形狀的，如普通的水平軸風機葉片或螺旋狀風機葉片。

所述長風機葉片組成的風輪可以是任意形狀的，如普通的水平軸風機風輪或螺旋狀風機風輪。所述短風機葉片組成的風輪可以是任意形狀的，如普通的水平軸風機風輪或螺旋狀風機風輪。

所述分層式是指在同一風機上安裝有至少兩種或以上長度的風機葉片或兩種或以上長度直徑的風機風輪。

優(yōu)選的，所述短風機葉片是多個。優(yōu)選的，所述短風機葉片是2--20個，優(yōu)選的，所述短風機葉片是3--15個。所述長風機葉片為2—11個。所述短風機葉片越多，所提供的轉動力矩越大。

優(yōu)選的，所述短風機葉片是和長風機葉片安裝在同一個輪轂上形成一個長短分層的風輪結構。

優(yōu)選的，所述短風機葉片是單獨安裝另一個輪轂上，形成雙風輪結構。

優(yōu)選的，所述短風機葉片組成的小風輪是安裝在大風輪的前面。

所述短風機葉片或小風輪的作用是提高啟動力矩，提高長風機葉片根部的風能利用率，同時提高抗風強度，降低啟動風速，從而實現(xiàn)微風發(fā)電；其另一作用是可以安裝在所述加長裝置的前面或上面，用于減小加長裝置對風的阻力，從而減小風力對塔桿的推到力矩。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述風輪，還可以選用帶加長裝置的風機風輪或葉片，所述加長裝置是一種可以用來增加風輪直徑或可以用來增加葉片長度的裝置。

優(yōu)選的，所述加長裝置可以替代輪轂的作用。

一種帶加長裝置的風機風輪或葉片，包括至少一個風力機風輪或葉片，其特征是，在所述風輪或葉片上有至少一個加長裝置，在所述加長裝置的內(nèi)部或外部，安裝或設置有密閉空間裝置；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)是稀薄空氣。

所述加長裝置，可以采用任意材料，包括軟性材料或硬質(zhì)材料。

所述加長裝置，包括殼體以及內(nèi)部的密閉空間裝置。

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。

當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整個加長裝置向下的重力，從而降低加長裝置的重量，當所述密閉空間裝置體積足夠大時，其所產(chǎn)生的浮力大于加長裝置向下的重力時，所述加長裝置的重量即為零或負值。如此即可以增加風輪的直徑或葉片的長度，也可以減輕整體風輪的重量。

當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，也即在其內(nèi)部形成真空狀態(tài)，也可以產(chǎn)生向上的浮力，所述浮力就會抵消或部分抵消加長裝置向下的重力，從而降低風輪或葉片的重量。

當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加長裝置內(nèi)部的支撐體，從而減少支撐體材料，降低加長裝置本身的重量。

我們通過大量的計算及模擬實驗得出結論，當密閉空間裝置內(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加長裝置內(nèi)部的支撐體。

所述密閉空間裝置也可以是所述加長裝置殼體本身，在所述殼體內(nèi)部，設置好一定的區(qū)域，充滿密度小于空氣的氣體，然后密封。

所述密閉空間裝置是密封后氣體不再外泄的裝置。

優(yōu)選的，本發(fā)明風機葉片是安裝在所述加長裝置上。所述加長裝置與風機葉片之間是可伸縮的，在所述帶加長裝置的風機風輪或葉片上包括控制系統(tǒng)、加長裝置及葉片，其特征是，所述控制系統(tǒng)連接葉片或加長裝置，所述控制系統(tǒng)可以將葉片收縮到加長裝置內(nèi)或從加長裝置內(nèi)伸出葉片，使葉片變短或增長。

優(yōu)選的，在所述加長裝置的內(nèi)部，安裝有載體，所述載體，是可以將葉片收縮到載體內(nèi)或從載體內(nèi)將葉片伸出的裝置。

所述控制系統(tǒng)包括信號接收器、控制器及動力裝置，通過信號接收器可以接收風力的大小及方向，傳導到控制器，控制器可以通過動力裝置控制葉片收縮到加長裝置內(nèi)的長度，或控制葉片從加長裝置內(nèi)伸出的長度；所述收縮或伸長的距離，是可以根據(jù)風力的大小和方向任意調(diào)節(jié)的。所述控制系統(tǒng)可以安裝在風機的任意位置。

當風力不足時，信號接收器可以接收風力的大小及方向，傳導到控制器，控制器可以通過動力裝置控制葉片伸長到最長位置，可以最大限度的利用風能；當風力超過額定風速時，控制器可以通過動力裝置控制葉片收縮到一定位置，使輸出功率達到最大；可以將葉片的最短位置設計到完全可以抗臺風的位置，當臺風來臨時，收縮到最短位置，仍然可以繼續(xù)工作。例如：如果一臺普通1.5兆瓦的風機，葉片長度為36米，當臺風來臨時，只能通過變槳系統(tǒng)停機；如果采用本發(fā)明風輪或葉片時，就可以將葉片的長度縮短到20米或者更短的長度，因此，其抗強風能力就會大大提高，就可以在臺風中繼續(xù)工作，充分利用臺風的能量，同時，還可以保護設備的安全，提高發(fā)電效率。

所述動力裝置，可以采用電動機動力，也可以采用液壓動力裝置或任意公知動力裝置。

本發(fā)明所述信號接收器也可以接收葉片轉動的位置信息，可以根據(jù)葉片旋轉到不同的位置，任意調(diào)節(jié)葉片收縮或伸長的距離。

對于水平軸風力發(fā)電機來說，當葉片轉動到下半圈或下半圈的設定位置時，可以將葉片收縮；當葉片轉動到上半圈或上半圈的設定位置時，可以將葉片伸長；這樣就可以在設計時有效的降低塔筒的高度；同時，上半圈的風力資源大，下半圈的風力資源小，這樣就可以最大限度的提高風能利用率，提高發(fā)電效率。

當臺風來臨時，可以將葉片同時收縮。

所述加長裝置可以是獨立的，也可以是葉片的一部分。所述可伸縮的部位，可以是在葉片的根部，也可以是在葉片的尖部或任意位置。所述加長裝置，可以安裝在輪轂上或風機上任意位置。所述風輪，可以包括葉片連桿。

優(yōu)選的，所述短風機葉片組成的小風輪是安裝在所述加長裝置的前面或結構面上。

所述加長裝置的形狀，可以采用任意形狀，優(yōu)選的，可以做成和相應的風機葉片相同。

優(yōu)選的，所述加長裝置為橢球型或橢球型的一部分或球型或球型的一部分或任意形狀。

優(yōu)選的，在本發(fā)明所述風輪或葉片的內(nèi)部或外部，安裝或設置有密閉空間裝置；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)是稀薄空氣。

一種利用分層式風機風輪的風力機，包括風輪或葉片、發(fā)電機系統(tǒng)，其特征是，所述風輪是本發(fā)明所述分層式風機風輪。擁有本發(fā)明所述分層式風機風輪的一切優(yōu)勢。

本發(fā)明中，將公知風力發(fā)電機系統(tǒng)分為兩部分，其一是風輪或葉片，另一部分統(tǒng)稱為發(fā)電機系統(tǒng)，不做一一細分，其工作過程為由風輪或葉片將風的動能轉換為機械能并帶動發(fā)電機系統(tǒng)發(fā)電。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過利用分層式風機風輪，可以有效的利用了葉片根部的風能，降低了風機的啟動風速和額定風速，提高了風機的發(fā)電效率，從而達到微風啟動風機的目的，同時，利用了帶加長裝置的風機風輪優(yōu)勢，可以有效的增加風輪直徑或葉片的長度，可以提供一種超大型200米以上直徑或100米以上長度的葉片，以及10兆瓦以上風力發(fā)電機，所述加長裝置，可以在增加長度的同時，不增加或可以減小風輪整體的重量。

四、附圖說明：

圖1是本發(fā)明所述水平軸風機葉片結構原理示意圖；

圖2是本發(fā)明所述水平軸風機風輪結構原理主視圖示意圖；

圖3是本發(fā)明所述水平軸風機風輪結構原理左視圖示意圖；

圖4是本發(fā)明所述水平軸風機風輪另一結構原理主視圖示意圖；

圖5是本發(fā)明所述水平軸風機風輪另一結構原理左視圖示意圖；

圖6是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理主視圖示意圖；

圖7是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理左視圖示意圖；

圖8是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理主視圖示意圖；

圖9是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理左視圖示意圖；

圖10是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理主視圖示意圖；

圖11是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理左視圖示意圖；

圖12是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理主視圖示意圖；

圖13是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理左視圖示意圖；

附圖標志

1長風機葉片 2加長裝置 3密閉空間裝置 4長風機葉片 5塔桿 6發(fā)電機系統(tǒng) 7輪轂 8風機軸 9短風機葉片

五、具體實施方式

下面結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所示，圖1是本發(fā)明所述水平軸風機葉片結構原理示意圖；在所述葉片1的根部安裝有加長裝置2，在所述加長裝置2的內(nèi)部安裝有一個或多個密閉空間裝置3，所述密閉空間裝置3是充滿氦氣的橡膠密封袋或塑料密封袋，其可以替代或部分替代原有的內(nèi)部填充物如輕木或泡沫材料或肋板。當葉片運轉時，橡膠密封袋或塑料密封袋在加長裝置2內(nèi)產(chǎn)生向上的浮力，托舉住加長裝置2內(nèi)壁，可以抵消一部分加長裝置2的重力，降低葉片的總體重量，降低運動中產(chǎn)生的震動，提高發(fā)電效率。所述加長裝置2的形狀，與葉片1的根部吻合。

實施例二：

如圖2--9所示，圖2是本發(fā)明所述水平軸風機風輪結構原理主視圖示意圖；圖3是本發(fā)明所述水平軸風機風輪結構原理左視圖示意圖；俯視圖為公知常識，省略。本實施例為在水平軸風輪的輪轂7外面，安裝有加長裝置2，所述加長裝置2為橢球型或半橢球型或任意可以將風有利于吹向葉片的形狀，所述葉片1或/和4安裝在所述加長裝置2上。在所述加長裝置2的內(nèi)部安裝有一個或多個密閉空間裝置3，所述密閉空間裝置3是充滿氦氣的橡膠密封袋或塑料密封袋，其可以替代或部分替代原有的內(nèi)部填充物如輕木或泡沫材料或肋板。

圖4是本發(fā)明所述水平軸風機風輪另一結構原理主視圖示意圖；圖5是本發(fā)明所述水平軸風機風輪另一結構原理左視圖示意圖；俯視圖為公知常識，省略。本實施例為在水平軸風力機的輪轂7外面，安裝有加長裝置2，所述加長裝置2為橢球型或橢球型的一部分或球型或球型的一部分或任意可以將風有利于吹向葉片的形狀，所述葉片1或/和4安裝在所述輪轂7上。在所述加長裝置2的內(nèi)部安裝有一個或多個密閉空間裝置3，所述密閉空間裝置3是充滿氦氣的橡膠密封袋或塑料密封袋。

圖6是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理主視圖示意圖；圖7是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理左視圖示意圖；俯視圖為公知常識，省略。本實施例為在水平軸風力機的風輪上，安裝有加長裝置2，所述加長裝置2為環(huán)形管狀，所述加長裝置與輪轂相連，所述葉片1或/和4安裝在所述加長裝置2上。在所述加長裝置2的內(nèi)部安裝有一個或多個密閉空間裝置3，所述密閉空間裝置3是充滿氦氣的橡膠密封袋或塑料密封袋。

圖8是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理主視圖示意圖；圖9是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理左視圖示意圖；俯視圖為公知常識，省略。本實施例為在水平軸風力機的葉片上，安裝有加長裝置2，所述加長裝置2為環(huán)形管狀，所述葉片1或/和4安裝在所述輪轂7上。在所述加長裝置2的內(nèi)部安裝有一個或多個密閉空間裝置3，所述密閉空間裝置3是充滿氦氣的橡膠密封袋或塑料密封袋。

實施例三：

如圖10、11所示，圖10是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理主視圖示意圖；圖11是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理左視圖示意圖；俯視圖為公知常識，省略。

本實施例中，所述加長裝置2可以替代了輪轂的作用，所述加長裝置2為橢球狀或部分橢球狀或球狀或部分球狀結構；所述加長裝置2安裝在風機軸8上，在所述加長裝置2的結構上，安裝一組長風機葉片1或4，在所述加長裝置2的前面，安裝一組短風機葉片9。

本實施例為安裝了3個短風機葉片，所述短風機葉片9的長度小于長風機葉片1或4；所述小風輪可以降低風力發(fā)電機的額度風速，提高發(fā)電效率，又可以減小阻力風對塔桿的推倒力矩。

實施例四：

如圖12、13所示，圖12是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理主視圖示意圖；圖13是本發(fā)明所述水平軸風機風輪再一結構原理左視圖示意圖；俯視圖為公知常識，省略。

本實施例中，所述加長裝置2為圓環(huán)狀結構；所述加長裝置2安裝在風機軸8或輪轂7上，在所述加長裝置2的結構上，安裝一組長風機葉片1或4，在所述加長裝置2的前面，安裝一組短風機葉片9。所述加長裝置2也可以安裝在長風機葉片1和4上。

本實施例為安裝了3個短風機葉片，所述短風機葉片9的長度小于長風機葉片1或4；所述小風輪可以降低風力發(fā)電機的額度風速，提高發(fā)電效率，又可以減小阻力風對塔桿的推倒力矩。