CN101915218A - 一种垂直轴风力发电装置 - Google Patents

一种垂直轴风力发电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101915218A
CN101915218A CN 201010257802 CN201010257802A CN101915218A CN 101915218 A CN101915218 A CN 101915218A CN 201010257802 CN201010257802 CN 201010257802 CN 201010257802 A CN201010257802 A CN 201010257802A CN 101915218 A CN101915218 A CN 101915218A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vertical shaft
resistance
lift
blade
wind power
Prior art date
Application number
CN 201010257802
Other languages
English (en)
Other versions
CN101915218B (zh
Inventor
张�杰
吴占松
Original Assignee
张�杰
吴占松
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 张�杰, 吴占松 filed Critical 张�杰
Priority to CN 201010257802 priority Critical patent/CN101915218B/zh
Publication of CN101915218A publication Critical patent/CN101915218A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101915218B publication Critical patent/CN101915218B/zh

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Abstract

一种垂直轴风力发电装置,包括发电机、系统支架、垂直轴、叶片支架以及一组升力型叶片和一组阻力型叶片;升力型叶片和阻力型叶片以垂直轴为中心分别在两个不同直径的圆周上均匀布置,且升力型叶片布置在外圆周上,阻力型叶片布置在内圆周上。在每个阻力型叶片顶部还设有一个用于自动调节阻力型叶片受风面积的离心稳速控制器。该风力发电装置可以同时利用升力和阻力,实现低风速正常发电;当风速加大时,离心稳速控制器可使阻力型叶片转动相应的一个角度,减少受风面积,因此具有抗风能力强、不受风向限制以及安全稳定运行的特点。本发明既适用1kW~10kW小型风电系统,也适于兆瓦级大型风电系统。

Description

一种垂直轴风力发电装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种风力发电设备,特别涉及一种垂直轴式风力发电装置,属于可再 生能源技术领域。
背景技术
[0002] 目前,世界能源消费构成是以煤、石油、天然气等不可再生能源为主。不可再生能 源的过度开发和利用,不仅带来了能源危机,更带来了日益严重的环境污染问题。例如,由 于大量使用劣质煤,我国已有70%的国土受到酸雨的影响,水体酸化会改变水生生态,而土 壤酸化会使土壤贫瘠化,导致陆地生态系统的退化。随着全球气候变暖和能源危机,各国都 在加紧对风力的开发和利用,尽量减少二氧化碳等温室气体的排放,保护我们赖以生存的 地球。
[0003] 风能资源具有可再生、永不枯竭、无污染等特点,综合社会效益高。我国幅员辽阔, 海岸线长,风能资源比较丰富。据国家气象局估算,全国风能密度为lOOW/m2,风能资源总 储量约1.6X105MW,特别是东南沿海及附近岛屿、内蒙古和甘肃走廊、东北、西北、华北和青 藏高原的部分地区,每年风速在3m/s以上的时间近4000h左右,一些地区年平均风速可达 6〜7m/s以上,具有很大的开发利用价值。根据“十一五”国家风电发展规划,2010年全国 风电装机容量达到500万千瓦,2020年全国风电装机容量达到3000万千瓦。而2006年底, 全国已建成和在建的约91个风电场,装机总容量仅260万千瓦。可见,风机市场前景诱人, 发展空间广阔。
[0004] 目前常见的风力发电机是水平轴风力发电机,即叶片在风驱动下绕着水平轴旋 转;这种风力发电机存在启动风速高、噪音大、抗风能力差、受风向影响和维护困难等缺点, 限制了风力资源的开发和利用。因此,近些年来,不少国家在开发垂直轴风力发电机,它的 叶片是垂直设置的,这些叶片环绕着一根同样垂直于地面的轴旋转。垂直轴风力发电机有 多项优点,如不择风向,节省了对风选向装置,使结构设计简单化;塔架较矮,且发电机传 动、减速制动等装置都安装在机组下方,因此安装、维修方便,造价成本较低;强、大风时,减 速、停机操作容易,效果较好;叶片形状可塑变化性强,可做成各种形状。
[0005] 垂直轴风力发电机主要分为阻力型和升力型两种。阻力型垂直轴风力发电机主要 是利用空气流过叶片产生的阻力作为驱动力,而升力型则是利用空气流过叶片产生的升力 作为驱动力。由于叶片在旋转过程中,随着转速的增加阻力急剧减小,而升力反而会增大, 所以升力型的垂直轴风力发电机的效率要比阻力型的高很多。然而升力型垂直轴风力机有 两大缺点限制了其应用,一是其空气动力性能较低,再一个“致命”的缺点就是没有“自启动 能力”。而阻力型风力机天然具有良好的“自启动能力”;如果采用这种阻力型风力机,就只 需解决空气动力性能低的一个问题就行了。另外,升力型垂直轴风力机一般仍有较高的尖 速比,可达3〜5,其叶片的切线速度一般可达40〜50m/s ;而阻力型的尖速比则最大为1, 这就是说,阻力型风力机的叶片最大切线速度不可能超过风速,所以它可以在强风中工作, 这正是阻力型风力机的最大优点,同时由此产生的低噪声也带来其另一大优点。[0006] 因此,同时采用阻力型与升力型两种叶片,将二者的优点结合起来,开发一种新型 的垂直轴式风力发电设备,使之达到微风启动、大风稳定又不受风向限制,是十分必要的。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种垂直轴风力发电装置,通过采用升力型叶片与阻力型叶 片相结合的结构形式,将两者的优点相结合,并克服其存在的不足和缺陷,使之达到微风启 动、静音运行、抗风暴力强又不受风向限制,从而实现小风能发电、大风时系统安全稳定运 行的目的。
[0008] 本发明的技术方案如下:
[0009] 一种垂直轴风力发电装置,含有一组升力型叶片、垂直轴、叶片支架,发电机以及 系统支架,所述的垂直轴与发电机的轴相连接,其特征在于:该垂直轴风力发电装置还包括 一组阻力型叶片,所述的升力型叶片和阻力型叶片安装在叶片支架上,并以垂直轴为中心 分别在两个不同直径的圆周上均勻布置,且升力型叶片布置在外圆周上,阻力型叶片布置 在内圆周上;在每个阻力型叶片顶部设有一个用于自动调节阻力型叶片受风面积的离心稳 速控制器,该离心稳速控制器包括壳体,以及设置在壳体内的齿轮、齿条、力平衡块和弹簧, 该弹簧的一端固定在壳体上,弹簧另一端与齿条的一端连接,齿条的另一端与所述的力平 衡块相连,所述的齿轮与阻力型叶片同轴安装。
[0010] 本发明的技术特征还在于:升力型叶片和阻力型叶片的个数相同,且每个升力型 叶片在同一径向方向对应一个阻力型叶片。
[0011] 本发明的又一技术特征是:在离心稳速控制器的壳体内还设有用于限定齿条位置 的两个限位轴承。
[0012] 上述技术方案中,所述的升力型叶片和阻力型叶片的个数各采用2〜5片。
[0013] 本发明与现有技术相比,具有以下优点及突出性效果:本发明由于采用了升力型 叶片与阻力型叶片相结合的结构形式,并设置离心稳速控制器,因此该发明的性能优势是 可以同时利用升力和阻力,实现低风速正常发电,具有抗风能力强,且不受风向限制的特 点;当风速加大时,风机转速随风速增大,离心力增加,离心稳速控制器可使阻力型叶片转 动相应的一个角度,减少受风面积,因此可以达到自稳定及超风速自动保护的目的。
附图说明
[0014] 图1为本发明提供的垂直轴风力发电装置一种实施例的整体结构示意图。
[0015] 图2为图1的A-A剖视图。
[0016] 图3为离心稳速控制器的结构示意图。
[0017] 图中:1_升力型叶片;2-阻力型叶片;3-垂直轴;4-叶片支架;5-系统支架;6_发 电机;7-联轴器;8-离心稳速控制器;9-壳体;10-力平衡块;11-第一限位轴承;12-齿轮; 13-第二限位轴承;14-齿条;15-弹簧;16-螺栓。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图对本发明的具体结构和工作原理作进一步的说明。
[0019] 本发明提供的垂直轴风力发电装置包括一组升力型叶片1、一组阻力型叶片2、垂直轴3、叶片支架4、发电机6以及系统支架5,所述的升力型叶片1和阻力型叶片2安装在 叶片支架4上,并以垂直轴为中心分别在两个不同直径的圆周上均勻布置,且升力型叶片 布置在外圆周上,与叶片支架固定连接;阻力型叶片布置在内圆周上,并通过叶片轴与叶片 支架铰接。升力型叶片1和阻力型叶片2的个数可以相同,也可以不同,升力型叶片和阻力 型叶片的个数一般均为2〜5片。
[0020] 升力型叶片和阻力型叶片可以布置同一径向方向,也可以分别布置在不同的径向 方向上。图1和图2为发明提出的一种优选实施例的结构示意图,即升力型叶片和阻力型 叶片的个数相同,且每个升力型叶片在同一径向方向对应一个阻力型叶片。
[0021] 所述的垂直轴3通过轴承与系统支架5连接,叶片支架4的上部和下部通过法兰 固定在垂直轴3上。垂直轴3通过联轴器7与发电机6的轴相连接,并通过上下两组轴承 支承在系统支架5上。所述轴承可采用既能承受轴向力又可同时承受径向力的组合结构。
[0022] 在每个阻力型叶片顶部设有一个用于自动调节阻力型叶片受风面积的离心稳速 控制器8,该离心稳速控制器包括壳体9,以及设置在壳体内的齿轮12、齿条14、力平衡块10 和弹簧15,该弹簧的一端固定在壳体9上,弹簧的另一端与齿条12的一端连接,齿条的另一 端与所述的力平衡块10连接,齿轮12通过螺栓16固定在阻力型叶片的轴上,即齿轮12与 阻力型叶片安装在同一轴上(如图3所示)。当风速较小时,风向与阻力型叶片相垂直,可 推动叶片正常旋转,叶片转动带动垂直轴转动,并将动力传送到发电机,从而实现低风速下 正常发电。当风速加大时,垂直轴转速随风速增大,离心力增加,置于离心稳速控制器壳体 内的力平衡块10向远离垂直轴的方向移动,带动齿条并通过齿轮拉动阻力型叶片转动相 应的一个角度,从而减少受风面积;当风速正常时,由于弹簧的作用,阻力型叶片又回复到 与风向相垂直的位置,从而达到自稳定及超风速自动保护的目的。
[0023] 在离心稳速控制器的壳体内还设有用于限定齿条位置的第一限位轴承11和第二 限位轴承13,其作用是为了保证齿条14按要求的轨迹滑动,使之与齿轮12有效啮合。
[0024] 对于IKW〜IOKW小型风力发电系统,其叶片高度约为1〜5m,外园直径为3〜8m ; 对于兆瓦级风力发电系统,其叶片高度约为60〜120m,外径约30〜60m。
5

Claims (4)

  1. 一种垂直轴风力发电装置,含有一组升力型叶片(1)、垂直轴(3)、叶片支架(4),发电机(6)以及系统支架(5),所述的垂直轴与发电机的轴相连接,其特征在于:该垂直轴风力发电装置还包括一组阻力型叶片(2),所述的升力型叶片(1)和阻力型叶片安装在叶片支架上,并以垂直轴为中心分别在两个不同直径的圆周上均匀布置,且升力型叶片布置在外圆周上,阻力型叶片布置在内圆周上;在每个阻力型叶片顶部设有一个用于自动调节阻力型叶片受风面积的离心稳速控制器(8),该离心稳速控制器包括壳体,以及设置在壳体内的齿轮(12)、齿条(14)、力平衡块(10)和弹簧(15),该弹簧的一端固定在壳体上,弹簧的另一端与齿条的一端连接,齿条的另一端与所述的力平衡块相连,所述的齿轮与阻力型叶片同轴安装。
  2. 2.按照权利要求1所述一种垂直轴风力发电装置,其特征在于:升力型叶片和阻力型 叶片的个数相同,且每个升力型叶片在同一径向方向对应一个阻力型叶片。
  3. 3.按照权利要求1或2所述的一种垂直轴风力发电装置,其特征在于:在离心稳速控 制器的壳体内还设有用于限定齿条位置的两个限位轴承。
  4. 4.按照权利要求1或2所述的一种垂直轴风力发电装置,其特征在于:所述的升力型 叶片和阻力型叶片的个数各采用2〜5片。
CN 201010257802 2010-08-20 2010-08-20 一种垂直轴风力发电装置 CN101915218B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010257802 CN101915218B (zh) 2010-08-20 2010-08-20 一种垂直轴风力发电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010257802 CN101915218B (zh) 2010-08-20 2010-08-20 一种垂直轴风力发电装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101915218A true CN101915218A (zh) 2010-12-15
CN101915218B CN101915218B (zh) 2012-05-02

Family

ID=43322810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010257802 CN101915218B (zh) 2010-08-20 2010-08-20 一种垂直轴风力发电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101915218B (zh)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102287325A (zh) * 2011-06-02 2011-12-21 田壁斌 具配重单元之水平旋转风车叶片
CN103233857A (zh) * 2013-04-07 2013-08-07 哈尔滨工程大学 一种具有双层叶片的垂直轴风力机
CN103775283A (zh) * 2012-10-22 2014-05-07 北京航空航天大学 一种新型升阻互补型垂直轴风力机
CN104018985A (zh) * 2014-06-06 2014-09-03 东北农业大学 垂直轴风力机柔性可伸缩辅助叶片机构
CN104564517A (zh) * 2015-01-29 2015-04-29 中国石油大学(华东) 一种具有阻力型支撑杆且可变转动惯量的垂直轴风轮
CN106014867A (zh) * 2016-07-14 2016-10-12 浙江大学 一种小型便携风力发电机
CN106150827A (zh) * 2015-04-28 2016-11-23 李治中 磁悬浮控制变桨高效流体动力机
CN106286122A (zh) * 2016-10-31 2017-01-04 南京师范大学 一种带双层升力增强及升阻自动转换叶片的垂直轴风力机
WO2017219393A1 (zh) * 2016-06-24 2017-12-28 济南高新开发区中泰环保技术开发中心 一种垂直轴风力发电装置
CN108266314A (zh) * 2018-04-10 2018-07-10 中国石油大学(华东) 一种具有对称开缝式叶片的h型垂直轴风力发电装置
CN109826749A (zh) * 2019-02-21 2019-05-31 清华大学 一种辅翼变桨且可自启动的大型达里厄风机
TWI661122B (zh) * 2017-11-07 2019-06-01 行政院原子能委員會核能硏究所 風力發電機葉片及包含此風力發電機葉片的垂直軸風力發電機
CN110307120A (zh) * 2019-08-05 2019-10-08 杭州德飙新能源科技有限公司 一种高效利用风能的风力发电机叶片
CN110985304A (zh) * 2020-01-02 2020-04-10 李燕芳 一种垂直轴风力发电机

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201757026U (zh) * 2010-03-08 2011-03-09 王德恒 分体式垂直轴风力发电机系统
CN201794718U (zh) * 2010-08-20 2011-04-13 张�杰 一种垂直轴风力发电装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201757026U (zh) * 2010-03-08 2011-03-09 王德恒 分体式垂直轴风力发电机系统
CN201794718U (zh) * 2010-08-20 2011-04-13 张�杰 一种垂直轴风力发电装置

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102287325A (zh) * 2011-06-02 2011-12-21 田壁斌 具配重单元之水平旋转风车叶片
CN103775283A (zh) * 2012-10-22 2014-05-07 北京航空航天大学 一种新型升阻互补型垂直轴风力机
CN103233857A (zh) * 2013-04-07 2013-08-07 哈尔滨工程大学 一种具有双层叶片的垂直轴风力机
CN103233857B (zh) * 2013-04-07 2016-01-27 哈尔滨工程大学 一种具有双层叶片的垂直轴风力机
CN104018985A (zh) * 2014-06-06 2014-09-03 东北农业大学 垂直轴风力机柔性可伸缩辅助叶片机构
CN104564517A (zh) * 2015-01-29 2015-04-29 中国石油大学(华东) 一种具有阻力型支撑杆且可变转动惯量的垂直轴风轮
CN104564517B (zh) * 2015-01-29 2017-10-13 中国石油大学(华东) 一种具有阻力型支撑杆且可变转动惯量的垂直轴风轮
CN106150827B (zh) * 2015-04-28 2018-07-17 李治中 磁悬浮控制变桨高效流体动力机
CN106150827A (zh) * 2015-04-28 2016-11-23 李治中 磁悬浮控制变桨高效流体动力机
WO2017219393A1 (zh) * 2016-06-24 2017-12-28 济南高新开发区中泰环保技术开发中心 一种垂直轴风力发电装置
CN106014867A (zh) * 2016-07-14 2016-10-12 浙江大学 一种小型便携风力发电机
CN106286122A (zh) * 2016-10-31 2017-01-04 南京师范大学 一种带双层升力增强及升阻自动转换叶片的垂直轴风力机
TWI661122B (zh) * 2017-11-07 2019-06-01 行政院原子能委員會核能硏究所 風力發電機葉片及包含此風力發電機葉片的垂直軸風力發電機
CN108266314A (zh) * 2018-04-10 2018-07-10 中国石油大学(华东) 一种具有对称开缝式叶片的h型垂直轴风力发电装置
CN109826749A (zh) * 2019-02-21 2019-05-31 清华大学 一种辅翼变桨且可自启动的大型达里厄风机
CN110307120A (zh) * 2019-08-05 2019-10-08 杭州德飙新能源科技有限公司 一种高效利用风能的风力发电机叶片
CN110985304A (zh) * 2020-01-02 2020-04-10 李燕芳 一种垂直轴风力发电机

Also Published As

Publication number Publication date
CN101915218B (zh) 2012-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wagner Introduction to wind energy systems
Eldridge Wind machines: report
Paraschivoiu Wind turbine design: with emphasis on Darrieus concept
Möllerström et al. A historical review of vertical axis wind turbines rated 100 kW and above
US20110156392A1 (en) Wind turbine control
Balat A review of modern wind turbine technology
EP2226498A1 (en) A constant direction four quadrant lift type vertical shaft wind power generator
US9018791B2 (en) Impact type wind-driven power generating device
CN1415853A (zh) 风叶调速式风力机
CN202132181U (zh) 一种垂直轴升阻复合型风力发电系统
CN106762393A (zh) 折叠式叶片风力发电装置
CN101821160A (zh) 线性风力发电机
CN104514680B (zh) 发电效率提高的可变型翼潮汐风力发电机
CN1730934A (zh) 风力及海流发电叶片调速机
CN202789331U (zh) 一种兆瓦级直驱型风力发电机组
US20100171314A1 (en) Vertically Oriented Wind Tower Generator
CN202250621U (zh) 一种垂直轴风力发电设备
JP5455092B1 (ja) 風力原動機
CN201763530U (zh) 轨道式大型垂直轴风力发电机组
CN207835390U (zh) 一种可同时利用风能和太阳能的光伏支架
CN201443471U (zh) 圆通水平轴风力发电机组
CN201159141Y (zh) 两用风力发电机
CN102192101B (zh) 一种流体能量提升和转换装置
CN105508138A (zh) 一种基于倾斜铰接叶片的前端支撑可调变桨装置
CN103089553A (zh) 一种铰接式桁架定变桨组合叶片装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C06 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C10 Entry into substantive examination
GR01 Patent grant
C14 Grant of patent or utility model
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Zhang Jie

Document name: Notification to Pay the Fees

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120502

Termination date: 20160820

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee