双侧风能全利用竖直风车风电的希望——风车结构的大胆创新！当前风力发电多数采用的是升力型水平轴风车，其特点是：转速高、风能利用率较高，其叶尖速比通常在4以上，效率大约在45%；而阻力型垂直轴风车尖速比一般为0.3至0.6，在0.5左右时才能获得较高的功率输出，若风轮直径较大转速会很低，其效率大约仅有35%根据上述分析，看起来阻力型垂直轴风车似乎没有发展前途但上述比较是在风轮尺寸、重量和成本一定的条件下，并且是对普通阻力型垂直轴风车只能利用一侧风能，其叶片逆风旋转时还会抵消部分风能的情况下得出来的结论既没有考虑到阻力型垂直轴风车的叶片面积，通常远远大于升力型叶片面积的实际情况，也没有考虑到阻力型风车的风时利用率非常高的优点；那就更不可能考虑到最新发明的阻力型垂直轴风车，不仅叶片的逆风阻力几乎可以忽略不计，同时还可以双侧风能全利用的特点正是西方国家的理论研究数据束缚了我们的思维，许多人不加分析地人云亦云，盲目否定阻力型垂直轴风车的发展前景要知道西方国家通用的升力型三桨水平轴风车，更适合西欧环境，当地风速较高、风力和风向相对较稳；而我们中国的风速较低，风力和风向变化较大不加分析地大量引进西方国家的三桨水平轴风力发电设备，实践证明弊端显现，因风时利用率太低，许多风电设备每年多数时间处于停转闲置状态。
真正的优劣比较，最科学的方法应当是，将投资运行成本和全年发电量进行对照评判讲到这儿，可能有人会问：你说的最新发明是什么？别急，听我慢慢道来该发明属于阻力型垂直轴风车范畴；但又有别于一般的垂直轴风车，因为该风车的旋转中心位置，并没有一根实实在在的垂直转动轴；如果在中心位置真的有一根垂直转动轴，就无法同时利用双侧风能，所以才起名叫“双侧风能全利用竖直风车”该发明已申报了国家发明专利，申请号：200910032465.4 ，申请日：20090708，公开日：20091202该发明一旦实施成功，可打破西方国家普遍推广使用的三桨水平轴风车的“神话”，预计可将风能利用效率提高数十倍，使风电成本远远低于火电，不仅可以扭转全国大型风电场普遍亏损的局面，还可以逐步减少碳排量，并有可能改变未来能源结构也许有人会嘲笑，哪儿冒出这么一个狂人？其实，我们中国人要有自信心，尽管西方的技术是成熟的，但不一定是最好的、最实用的！要相信中国人能够按照胡锦涛总书记的要求“抢抓世界新一轮能源革命先机”！让我把“双侧风能全利用竖直风车”原理和特点介绍完，请你再作评价附图）见（附图），在竖直塔上分层安装可旋转的大型内齿齿轮，在每层大型内齿齿轮的外侧固定联接4根水平力臂，相邻层力臂的旋转方向相反，以达到竖直塔双侧风能全利用的目的。
阻力平面型桨叶安装在力臂上，并可绕力臂翻转，接受风力时呈竖直状态，逆风时翻转为水平状态力臂每旋转一周，桨叶翻转两次，桨叶翻转是靠力臂旋转的强大推力和控制环片的相互作用，强制力臂上的内齿螺旋轮来回位移，从而推动外齿螺旋轮90度来回转动完成的其决窍是安装在竖直塔上可转动的控制环片，其下侧面有两个半径大小不同的半圆形沟槽，通过直线形沟槽平滑过渡过地连成一圈，能让内齿螺旋轮上的滑块沿沟槽受控旋转并径向位移在伺服跟踪装置的调节下，不仅能确保桨叶随风向适时翻转；而且还能确保桨叶处于翻转方位时，相邻层力臂错开45度角桨叶是由具备泄风功能的弹性小叶片排列组成，以确保风车的正常平稳运行该风车的特点是：桨叶受风面积大、逆风阻力小、启动风速低、转速低、噪声低、双侧风能全利用，整体效率并不低；不仅结构新颖、制作简便、风时利用率高，而且对材质和加工精度要求不太高，符合中国国情，方便普及应用，更适合于大型风力发电场使用并且该风车稍加简化后可用于水能转换，使正常流动的水力资源得到开发利用，避免了拦河筑坝周期长、投资高、对环境破坏大的弊端当然，任何一项新事物，要经过实践检验才能得到人们的认可，理论上再好也得做出实物，才能让人心服口服。
该风车既然是最新发明，其实施也得有一个过程，何况作为一个大型风车发明，具体实施难度当然更大，不是发明者个人力所能及希望广大风电专家学者和热爱风电事业的网友就此开展讨论，评估该发明是否具有可行性？是否符合中国的国情？是否有普及推广的价值？特别希望爱挑剔的网友拍“砖头”，指出其中的问题和缺陷，并提出改进意见和建议邮箱：[url=mailto:njwsr@]njwsr@[/url] （附件：该发明专利的详细资料） 发 明 专 利 说 明 书 双侧风能全利用竖直风车 所属技术领域 本发明涉及风电和水电技术领域，是一种竖直式风能或水能的流体动能接收装置 背景技术 为保护环境节约资源，人类正在加大风能、水能和太阳能等可再生资源的开发力度，特别是提高风能和水能的开发利用效率，正是人们努力攻克的重点目标现常用风力发电装置——水平轴风车，存在三桨叶片迎风面积小，桨叶运动方向与风向垂直，风能利用率低，启动和运行风速要求高，对桨叶的外形、材质、重量和强度要求极高，加工难度大等问题而现有的垂直轴风车，虽然能解决桨叶迎风面积不足和运动方向与风向不一致的问题，但逆风阻力仍然较大的难题还有待克服，并且只能利用一侧风能。
同样，目前的水力开发也存在拦河筑坝建设周期长、投资成本高的问题所以，必须要为风能和水能的开发利用，寻找更科学有效的途径本发明正是基于这样的思路，提出一种新颖高效的解决方案 发明内容 本发明是一种大型塔式竖直风车，适合大型风力发电场使用它能有效解决多种垂直轴风车逆风阻力仍然较大，另侧风能不好利用的难题该风车不仅桨叶迎风面积大，逆风阻力小，还做到了双侧风能全利用，且无需辅助启动，启动时正反转都可以装置稍加简化，同样适合于水能的开发利用 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 在竖直塔上分层安装可旋转的大型内齿齿轮，内齿齿轮上固定联接4根（3到6根都可以，4根为宜）水平力臂，每根力臂上安装可翻转的平面型桨叶，迎风时竖直，逆风时转为水平桨叶每周翻转两次，是靠沿力臂移动的内齿螺旋轮，推动外齿螺旋轮转90度角实现的，桨叶的每次翻转都是在不承载风力的方位时快速完成内齿螺旋轮的移动距离和方位，受控制环片的控制，能够保证桨叶跟踪风向及时翻转；控制环片通过风向跟踪齿轮，受伺服跟踪装置调节桨叶由多个具有泄风功能的弹性叶片排列组成，既对桨叶起保护作用，也有利于风车平稳运转 如果风车仅用单层4个桨叶组成，总会有一侧风能白白浪费。
为了达到风能的充分利用，本发明将风车设计成多层，每相邻层之间旋转方向相反为减少处于翻转方位时桨叶的数量，同时避免相邻层间的桨叶翻转时碰擦，采用伺服跟踪装置调节，确保桨叶处于翻转方位时，相邻层的力臂错开45度角伺服跟踪装置在对同一方向旋转的力臂偏转调节时，有时需要强迫桨叶顶风旋转一定角度，必须提供较大力矩；但由于调节的偏转角度不大，时间又很短暂，消耗能量并不大；况且，对大型风电场来说，风向相对稳定，变化不是很频繁为充分利用双侧风能，进行这样的跟踪调节还是非常值得另外，为减少风向跟踪调节次数，可以设定风向超过允许误差角度范围，才进行跟踪调节 由于风车可任意方向旋转启动，统一输出力矩的方向也会随之改变尽管风车可以输出正反两个方向的力矩，但不会影响发电机按原方向正常运转，因为只要在发电机前安装一个变向齿轮箱，就能将不同方向的输入力矩，自动转换成相同方向的输出力矩 本发明稍加简化，更适合于水能的开发利用由于河流的流向和流速相对平稳，可取消伺服跟踪装置，把控制环片固定联接在竖直塔上；还可取消弹性叶片，把桨叶做成整体平面板考虑到水流不会中断，且流速变化不大，变化也很缓慢，只要适当人为调节，就能让发电机发出比较稳定的电流，可直接提供民用，还能节约蓄电池转换的成本。
附图说明 下面结合附图对本发明进一步说明 图1是风车结构全图 图2是桨叶翻转原理图 图3是控制环片及控制沟槽图 图4是传动齿轮和风向跟踪齿轮结构图 图中：1.竖直塔, 2.大型内齿齿轮, 3.力臂, 4.桨叶, 5. 控制环片, 6.内齿螺旋轮, 7.外齿螺旋轮, 8. 弹性叶片， 9. 传动齿轮, 10.风向跟踪齿轮 具体实施方式 （图1） 图1中：竖直塔（1）上分层安装可转动的大型内齿齿轮（2）、可转动的控制环片（5）在大型内齿齿轮（2）上等角度地联接4根水平力臂（3）在力臂（3）上安装桨叶（4）、内齿螺旋轮（6）、外齿螺旋轮（7）桨叶（4）是由弹性叶片（8）排列组成桨叶每周翻转两次，保持迎风时面积最大、逆风时阻力最小相邻层力臂的旋转方向相反，使得竖直塔的双侧风能全利用 （图2） 图2中：桨叶（4）（图中只画出部分）与外齿螺旋轮（7）固定联接，并能绕力臂（3）翻转，迎风时呈竖直，逆风时转为水平桨叶是由若干弹性叶片（8）排列组成，每个弹性叶片都能向两个方向偏转或弯曲，其弹性从内向外逐渐变弱，强风时释放过大风力，既可保护桨叶免受损害，又能维持风车运转平稳。
内齿螺旋轮（6）和外齿螺旋轮（7）是带有类似“来福线”状纹的螺旋齿轮，相互配套时，一个主动做直线运动，另一个就被动做旋转运动内齿螺旋轮（6）套在外齿螺旋轮（7）上，并能作距离为m的移动，推动外齿螺旋轮（7）转90度角，从而带动桨叶（4）翻转内齿螺旋轮（6）移动的距离和方位，受控制环片（5）的控制 （图3） 图3中：控制环片底部的控制沟槽，是大小不同半径的半圆弧形槽，通过两条直槽平滑过渡连成一圈，大小半圆弧的半径之差为m当内齿螺旋轮（6）上的滑块，在控制沟槽内运行时，受旋转力臂的强力推动，被强制作距离为m的径向位移 （图4） 图4中：安装在竖直塔内的传动齿轮（9），在传递动力的同时，限定相邻层间的力臂同速反向旋转，还能将不同方向的旋转力矩，转换为统一方向的输出力矩另外，受伺服服跟踪装置的调节，确保桨叶处于翻转方位时，相邻层力臂正好错开45度角由于风车启动时，力臂旋转方向不受限制，虽然会造成统一输出力矩的方向改变，但只要通过转向齿轮箱调节，仍能自动保持发电机按正常方向运转由于桨叶是迎风水平旋转，不会发生低速停转现象；所以，可适当加大输出负载，让风车始终保持慢速旋转。
这样既有利于桨叶承载更大风力，也有利于减小逆风阻力和机械磨损，同时也为桨叶留下足够的翻转时间 在用于水能转换时，结构可以简化由于水流方向固定，流速相对稳定，伺服跟踪装置不需要了，控制环片（5）可以固定联接在塔身上；桨叶（4）可以做成完整的平面板，不需要由弹性叶片（8）排列组成 可行性分析 运行在控制环片（5）控制沟槽中的滑块，在旋转力臂的强力推动下，能够产生足够的径向位移力，因为控制环片（5）的直径较大，大小半圆弧形槽半径差距不大，又是平滑过渡，就两层正反旋转的8根力臂整体分析，每转45度角有两个桨叶翻转，同时却有3根力臂在做功，其中1个力臂处于产生最大力矩方位 另外，通过加长外齿螺旋轮（7）的长度，增加内齿螺旋轮（6）位移的距离，可以增强翻转推力；同样，加大控制环片的半径，减少位移量m与半径的比值，可使两个半圆弧之间的过渡更加平缓，有利于提高滑块的位移推力所以，该项发明的实施具有很强的可行性 伺服跟踪装置是现有常用技术，目前的大型水平轴三桨风车的伺服跟踪装置，能对塔顶几十吨重的电机和风叶进。