CN101089387A - 大型垂直轴风力发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风轮叶片的长度与其材料性能基本无关的大型垂直轴风力发电设备，所要解决的技术问题是：要制造更大容量的风力发电机组，必须制造更大直径的风轮，但目前风轮叶片材料的物理性能已经无法满足设计要求。本发明的要点是：风轮主轴以垂直地面方向安装在塔架上，四个风轮叶片呈十字形安装在风轮主轴上，每个风轮叶片框架里设置纵向柔性百叶片；在垂吊架与叶片框架之间设有斜拉索；在相邻的两个风轮叶片之间设有牵引连杆；卸载装置安装在风轮主轴的底部。本发明的积极效果是：风轮叶片的长度可以达到百米，甚至数百米，而不受风轮材料物理性能的制约。

Description

大型垂直轴风力发电设备

技术领域

本发明涉及一种垂直轴风力发电设备。

背景技术

现代使用的风力发电机大致可分为两类：风轮主轴与地面平行的发电机组称为水平轴风力发电机组；风轮主轴与地面垂直的发电机组称为垂直轴风力发电机组。风力发电机组由底座、发电机、塔架、风轮和传动系统组成。风轮的费用为风力发电机组的30％，是风力发电机组最重要、关键的部件。风轮的作用是将风的动能转换为旋转的机械能，风轮的设计及风轮直径大小关系到能量的转换效率、功率及发电成本。风轮材料的物理性能决定了水平轴风轮的最大直径，也决定了风力发电的功率及发电成本。目前兆瓦级风力发电机已经是国际市场的主流产品，每一片螺旋桨叶片的长度近百米，已接近极限。要制造更大容量的风力发电机组，必须制造更大直径的风轮，但是风轮叶片材料的物理性能已经无法满足设计要求。风力发电要取得决定性的发展，必须解决风轮材料物理性对风轮直径的制约问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种风轮叶片的长度与其材料性能基本无关的大型垂直轴风力发电设备，这样可以将风轮叶片的长度做的很长，进而最大限度的提高风能利用率，降低发电成本。

本发明的目的是这样实现的：它有发电机、塔架、风轮叶片和机械传动控制系统组成，其特征是：风轮主轴以垂直地面方向安装在塔架上，四个风轮叶片装置呈十字形安装在风轮主轴上；在风轮主轴的上端安装垂吊架，垂吊架与风轮上框架之间设有斜拉索，设置斜拉索的目的是使风轮框架的长度不受其材料物理性的制约，风轮叶片框架可以设计、制造的非常长，进而可以大幅度的提高风能利用率，降低发电成本；相邻的两个风轮框架之间设有连杆，其目的是使风轮叶片框架与主轴连接的根部应力均匀分布，连杆使四个风轮叶片框架连接成一个整体，可有效的解决了风轮框架振动、挥舞等问题；在主轴的底部设置卸载装置，使输出轴不承受轴向力。

本发明与现有技术方案相比，，具有以下效果：

1、本发明的风轮结构不受风轮材料物理性能的制约，风轮叶片的长度可以达到百米，甚至数百米，制造成本及重量比水平轴风力发电的风轮低50％，每座风力发电设备的风能利用率可以提高100％以上。

2、本发明的风轮结构具有变帆矩控制功能。结构简单、可靠、自动化程度高，通过叶片角度的改变，调节相对气流连续的变化，使风轮功率输出达到希望的范围。

附图说明

下面结合附图进一步说明本发明。

图1是本发明的主视图。

图2是图1的俯视图。

具体实施方式

风轮主轴19的底部通过法兰盘20连接副轴21，副轴21上焊接加强板23，加强板23上安装轴25、轴25上安装钢轮24，钢轮24作用在环型导轨26上，环型导轨26安装、定位在塔架27上。这种设计目的是使与风轮主轴19连接的所有载荷通过环型导轨26卸载给塔架27，因此，使输出轴22不承受轴向力，运动平稳，构成卸载装置。输出轴22通过法兰盘与风轮主轴19连接，输出轴22通过轴承与塔架27定位，输出轴22连接增速设备及发电机28。风轮主轴19以垂直地面的方向安装在塔架27上。风轮上框架12通过若干个垂直连接杆13连接风轮下框架15，在风轮框架内纵向安装若干组柔性百叶片14，构成风轮叶片装置，风轮叶片装置呈+字形安装在风轮主轴19上。风轮框架上设置水平、垂直机械连杆传动装置。若干组柔性百叶片14两端的输出轴9上安装曲柄10；水平伞齿轮7的输出轴5上安装曲柄6；变速电机、减速机4的输出轴2上安装曲柄3，所有曲柄与连杆11连接，构成连杆传动机构，完成水平、垂直机械控制传动。工作程序为：变速电机、减速机的输出轴2带动曲柄3转动，曲柄3带动连杆11，连杆11的往复运动带动若干组曲柄做圆周运动。水平连杆传动带动若干组柔性百叶片做圆周运动，垂直连杆传动的目的是使若干组柔性百叶片同步做圆周运动。连杆11的往复运动带动水平伞齿轮7旋转，带动垂直伞齿轮16，垂直伞齿轮16的端面上同样也安装曲柄18，曲柄18连接垂直连杆17，连杆17与风轮下框架15上的垂直伞齿轮曲柄连接，完成垂直机械传动。水平、垂直的连杆传动机构由PLC全程控制系统控制，PLC全程控制系统根据风向仪、风速仪反馈的信号决定柔性百叶片14的偏转角度及旋转速度。通常风轮连杆框架内一侧柔性百叶片的角度垂直于风向，与之平行，另一侧的风轮连杆框架内柔性叶片的角度平行于风向，因此，产生最大压力差，使风轮叶片带动风轮主轴旋转。PLC全程控制系统通过风向仪、风速仪反馈相对气流连续变化的信号，控制、改变风轮框架内柔性百叶片的角度，使风轮功率输出达到希望的范围。

风轮主轴19的上端安装垂吊架1，垂吊架1与风轮上框架11之间设有刚性斜拉索8。目的是使风轮框架的长度不受材料机械性能的制约。在相邻的风轮框架之间设有刚性连杆31。(参见图2)目的是使风轮框架与风轮主轴19连接的根部应力，均匀分布。风轮连杆框架因此连接成一个整体，可以有效的解决大型风轮叶片在运动时产生的震动、挥舞等问题。

Claims (3)

1、一种大型垂直轴风力发电设备，它有发电机、塔架、风轮叶片和机械传动控制系统组成，其特征是：风轮主轴以垂直地面方向安装在塔架上，四个风轮叶片装置呈十字形安装在风轮主轴上；在风轮主轴的上端安装垂吊架，垂吊架与风轮上框架之间设有刚性斜拉索；相邻的两个风轮框架之间设有刚性连杆；在主轴的底部设置卸载装置。

2、按照权利要求1所述的大型垂直轴风力发电设备，其特征是：所说的风轮叶片为：风轮上框架通过若干个垂直连接杆连接风轮下框架，在风轮框架内纵向安装若干组柔性百叶片，构成风轮叶片装置，风轮框架上设置水平、垂直机械连杆传动装置，若干组柔性百叶片两端的输出轴上安装曲柄，水平伞齿轮的输出轴上安装曲柄，变速电机、减速机的输出轴上安装曲柄，所有曲柄与连杆连接，构成连杆传动机构。

3、按照权利要求1或2所述的大型垂直轴风力发电设备，其特征是：所说的卸载装置是：在主轴的底部设有呈十字分布的加强板，每个加强板底设有钢轮，钢轮运行在环形轨道上，环形轨道安装、定位在塔架上。

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