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本发明的目的在于提供一种用于垂直轴风力机的圆环形轨道式塔架，使风作用在风轮上的不断变化的力，通过固定在塔架顶部的圆环形轨道，直接传递到塔架上，从而减少了作用在风轮的主轴上的侧向载荷，甚至可以舍弃了主轴与塔架之间的联接轴承。圆环形轨道是一个平面呈圆环形的轨道；圆环形轨道的上表面、下表面、一个侧面(通常是外侧面)是供风轮的旋臂上的三组轮系滚动用的轨道；另一个侧面(通常是内侧面)用于与塔架联接。圆环形轨道通过横樑和斜支撑樑，水平的固定在塔架的顶部。

1.  一种垂直轴风力机的圆环形轨道式塔架，它是由圆环形轨道和塔架组成，其特征在于圆环形轨道位于塔架的顶部。

一种垂直轴风力机的圆环形轨道式塔架
技术领域
本发明是一种垂直轴风力机的圆环形轨道式塔架，用于包括阻力型垂直轴风力机和升力型垂直轴风力机在内的各种垂直轴风力机。
背景技术
垂直轴风力机的风轮可以吸收来自任何方向的风的能量，不需要调向机构；而且垂直轴风力机的增速齿轮箱和发电机系统可以设置在靠近地面的位置，因此垂直轴风力机比较其他种类的风力机来讲，整体的结构要简单，使用中的维护要方便。
但是，对于大型垂直轴风力机来讲，其风轮的主轴和主轴与塔架之间的联接轴承对机械强度有很高的要求。
这是因为垂直轴风力机的风轮在转动时，风作用在风轮上的力会随着风轮在旋转过程中每个叶片的位置----其中主要包括三种位置：叶片运行方向与风向相同时的顺风位置、叶片运行方向与风向相反的逆风位置、上述两者之间的过渡位置----的变化而变化。这种不断变化的力，对垂直轴风力机的风轮的主轴和主轴与塔架之间的联接轴承带来了不断变化的不均衡和不对称的侧向载荷，从而影响到风轮主轴和主轴与塔架之间的联接轴承的使用寿命。因此，为了延长风轮的主轴和主轴与塔架之间的联接轴承的使用寿命，需要其有很高的机械强度。
特别是对于尖速比小于1的阻力型垂直轴风力机来讲，这种不断变化的不均衡和不对称的侧向载荷的负面作用更为明显。
因此，对于大型垂直轴风力机来讲，由于其风轮的主轴和主轴与塔架之间的联接轴承对机械强度有很高的要求，并由此带来了成本上升，甚至成为阻碍其广泛使用的技术方面的和经济方面的难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于垂直轴风力机的圆环形轨道式塔架，使风作用在风轮上的不断变化的力，通过固定在塔架顶部的圆环形轨道，直接传递到塔架上，从而减少了作用在风轮的主轴上的侧向载荷，甚至可以舍弃了主轴与塔架之间的联接轴承。
本发明是这样实现的(如图1、图2所示)：
圆环形轨道式塔架是由一个圆环形轨道和一座塔架组成。
塔架可以是传统的圆筒式塔架，也可以是传统的桁架式塔架。
圆环形轨道是一个平面呈圆环形的轨道；轨道的截面形状可以是矩形、圆形、横置的T形等等的形状；以矩形为例，圆环形轨道的上表面、下表面、一个侧面(通常是外侧面)是供风轮的旋臂上的三组轮系滚动用的轨道；另一个侧面(通常是内侧面)用于与塔架联接。
圆环形轨道通过横樑和斜支撑樑，水平的固定在塔架的顶部。
圆环形轨道式塔架必须与风轮的旋臂上的轮系共同匹配使用。
风轮的旋臂上相对于圆环形轨道的部位有三组轮系在圆环形轨道上滚动(如图3、图4所示)，这三组轮系分别是：承重轮系，用于承担风轮的重量，通常是在圆环形轨道的上表面上运行；中心定位轮系，用于保证风轮主轴的中心位置保持在圆环形轨道的中心位置上----如果在风轮主轴与塔架之间有轴承联接，则这组轮系可以取消----通常是在圆环形轨道的外侧面上运行；安全保障轮系，用于保障旋臂不会从圆环形轨道上脱离，通常是在圆环形轨道的下表面上运行。
附图说明
图1：圆环形轨道式塔架的示意图的侧视图；
图2：圆环形轨道式塔架的示意图的顶视图；
图3：圆环形轨道式塔架与风轮旋臂的轮系共同匹配使用的示意图。其中风轮为帆式风轮；
图4：圆环形轨道式塔架与风轮旋臂的轮系共同匹配使用的示意图的局部放大图。其中“1”为风轮的旋臂；“2”为风轮的承重轮系；“3”为风轮的中心定位轮系；“4”为风轮的安全保障轮系；“5”为圆环形轨道。
具体实施方式
确定圆环形轨道的直径的大小，应该是以风轮在运行中可能带来的侧向载荷的大小所决定，并与塔架的强度相匹配----通常应该高于塔架的强度。一般来讲，圆环形轨道直径越大，体积和重量也越大，因而对塔架的强度要求也越高，但是对减小风轮在运行中可能出现的侧向载荷的负面作用越有效。
所以，对圆环形轨道的设计，实际上就是在风轮运行中可能出现的侧向载荷、塔架的强度、圆环形轨道的直径之间找到一个最佳的匹配点。
圆环形轨道可以使用金属材料制造，并且可以制造成中空的结构。在设计上圆环形轨道的强度要能够保证风轮的运行的需求。
圆环形轨道、横梁与斜支撑樑、塔架三者之间的联接可以使用焊接、铆接或者螺栓紧固等等方式。
圆环形轨道与风轮有两种匹配使用的方式：
1/风轮的中心轴与塔架之间有定位用的联接轴承，风轮的旋臂上没有中心定位轮系。
这种匹配使用的方式的优点是风轮的中心轴定位准确，圆环形轨道的侧面没有做为轨道的强度要求。不足之处是风轮的中心轴、中心轴与塔架之间的联接轴承仍然会受到侧向载荷的负面影响，尽管可能会比没有使用圆环形轨道的塔架的侧向载荷的负面影响小很多；
2/风轮的中心轴与塔架之间没有任何结构上的联接，风轮中心轴的位置完全靠风轮的旋臂上的中心定位轮系与圆环形轨道共同定位。
这种匹配使用的方式的优点是风轮的中心轴完全不受侧向载荷的负面影响，中心轴只负责传递风轮的扭矩，不足之处在于对圆环形轨道的不圆度有较高的要求，并且可能需要在风轮的中心轴与工作机----比如发电机----之间加装万向节系统。
一般的情况下，对于尖速比大于1的升力型垂直轴风力机，第一种匹配使用方式比较有利；对于尖速比小于1的阻力型垂直轴风力机或者大型风力机，第二种匹配使用方式比较有利。