CN101949356B - 导风式垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种具有特殊结构的垂直轴风力发电机装置。1.导风墙与聚风帽、聚风底连接为一体使整体造型坚固，风轮组在导风墙组的中央位置，能接有效提高风能的利用系数。2.导风墙上开有足够大的通孔，在它的背面安装上调速风门可以调解风轮瞬间增速，使风轮旋转速度平稳，实现输出平稳电流的目标。3.导风墙组能够将迎面吹来的风力引导入风轮的一侧，不受风向的约束，有效提高风能的利用系数。

Description

导风式垂直轴风力发电机

一、技术领域

随着地球能量资源日趋减少，人类开始不断地寻求新能源。风力发电作为补充能源，有着非常广阔的开发利用前景。本发明“导风式垂直轴风力发电机”是一种具有特殊结构的垂直轴风力发电机装置。

二.背景技术

当前的风力发电装置分为两种类型，一种是水平轴风力发电机，另一种是垂直轴风力发电机。本发明“导风式垂直轴风力发电机”，通过特殊的结构设计，能够大大提高风能的利用率。它具有以下特点：截风面积大，风能利用系数高，不受风向的限制，能把来自任何方向风力转化成可应用的风能。同时实现输出平稳电流的目标。

三.发明内容

本发明的“导风式垂直轴风力发电机”，它是垂直轴风力发电设备的一种。由主机、传动轴、支撑架、机房组成。请参考示意图的图1(此为略图，实物较其更为复杂)

图1是双层风轮的结构，通过主机接收风能作用，使安装在主机内的上、下两个风轮同时旋转，经传动轴传给机房内的发电机组发出电能(见图8、图9)。

图2是单层风轮结构，它的原理结构与双层风轮相同，在同等条件与规格下，能够产生的风能是双层风轮结构的一半。

本发明的“导风式垂直轴风力发电机”是通过安装在主机上的多个导风墙形成的‘导风墙组’，将来自各方向的风能引导入风轮的一侧，使风轮按一个方向产生旋转扭矩，这里强调的是形成‘导风墙组’所需的导风墙数量与每个导风墙安装在主机上的角度是不固定的，这要根据风轮的大小与实际情况来决定，风轮直径大“导风墙”需要的数量就要多，反之就要减少些。“导风墙”安装在主机上的角度是根据它的数量来决定的，即所有都是按规格大小来决定的。导风墙组将来自各方向的风能引导入风轮的一侧，使风轮按一个方向产生旋转扭矩也能够阻挡来风吹向风轮另一侧而产生阻力。

在每一个导风墙上开有足够大的通风口，通风口的背后安装“调速风门”，“调速风门”轴的一方安装了弹簧，通过调整弹簧拉力来稳定风轮相应的转速。同时调速风门还能起到减少刹车能量损耗。需要停机的情况下，可以将调速风门完全关闭，风轮得不到风能的推动，用很小的刹车阻力就可以实现停机。

聚风帽与聚风底的形状像两个上下相反对应着的盆状，它们都有一个按底面向外倾斜45度角的封闭面，它们也是主机上所有部件的固定基础件(见图13)(1)聚风帽(2)聚风底。由于它们都有向外倾斜45°(夹角为135°)的斜面，这就增加了接收风能面积，将来自各方向的风能聚集到风轮的一侧，给风轮增加了扭矩。见图3、图4(俯视图，聚风帽被拆除)、图5、图6(俯视图，聚风帽被拆除)，其中图3、图4是双层风轮结构，图5、图6是单层风轮结构。

主机的外形可以制作成多边形，也可以制作成圆形。见图1、图2，其中图1外形为多边形、图2外形为圆形。

本发明“导风式垂直轴风力发电机”风轮，可以制作成单层风轮、双层风轮以及多层风轮结构。见图8、图9(俯视图)、图10、图11(俯视图)，其中多层风轮结构无附图。

每个风轮由三个风斗组成，见图11，(风斗的数量暂定为三个，实施时可根据具体情况增加调整)。当风轮上的风斗在“1”位置时，风斗受来自对面的风能的推动，使风轮按顺时针旋转，将风轮上的风斗旋转到“2”位置时，因在流体的作用下它有一个按顺时针旋转的升力(见图12)；当风轮上的风斗在“3”位置时，因有“导风墙”遮挡了对面的来风，在风斗旋转方向没有阻力，风轮就很通畅地旋转。

风斗的几何形状，以风轮轴向外的风斗，有两个角度。第一个为顶角暂定为45°角，(以后的实施中可能有变化)；第二个α角为迎风角，也是旋转升角，α角度与“导风墙”安装在主机上的角度有密切关系。

四.附图说明

(一)图1是双层风轮结构-“导风式垂直轴风力发电机”的整机示意图。

图2是单层风轮结构-“导风式垂直轴风力发电机”的整机示意图。

它们由：(1)主机、(2)传动轴、(3)支撑架、(4)机房、(5)发电机组、传感系统组成。

1.主机：它是风力发电机的动力来源，主要结构在图3、图4、图5、图6。稍后有详细解释。

2.传动轴：它是由传动杆、上下连轴器构成，它的功能就是将风轮得到的扭矩传给发电机组。

3.支撑架：它由上下法兰组成连接在主机与机房之间，将主机架于中空接受来自各方向的风能。

4.机房：所有的发电设备都安装在机房内，如发电机、变速机构、离合器、刹车机构、所有的电器设备和传感器件等。

5.发电机：通过风轮带动传动轴旋转传给发电机组发出电能。图1是双层风轮的垂直轴风力发电机的示意图；图2是单层风轮的垂直轴风力发电机的示意图，它们的基本结构是相同的。

(二)双层风轮主机：图3是双层风轮实用新型的主机示意图(图中将‘聚风帽盖板’拆除观察内部)：(1)风轮组；(2)聚风帽；(3)上调速风门；(4)上导风墙；(5)隔板；(6)下导风墙；(7)下调速风门；(8)聚风底。

图4是双层风轮实用新型的主机的俯视示意图(图中将‘聚风帽’拆除观察各部件在俯视示意图的位置)。(1)风轮组；(2)调速风门；(3)导风墙；(4)隔板

(三)对双层风轮主机，图3、图4各个部件功能简要说明：

(1)风轮组：它包括风轮、风轮轴、上下轴承。它的作用就是将来自各方向的风能转换为旋转的机械能。

(2)聚风帽组：它包括聚风帽、聚风帽盖板、上轴承座。它有两个作用，

一个作用是起到固定零部件的作用，安装在主机上各种零部件均固定在聚风帽上；

另一个作用是因它有一个向外倾斜45°(夹角为135°)的斜面，能将来自各方向的风能聚集到风轮的一侧，以此增加风斗的受风量。(见图3)

(3)上下风门：它包括风门、风门轴、调整弹簧、弹簧拉杆、上下轴承。它的作用就是调整通往主机的进风量，适时地调整风轮旋转速及获得稳定风能。

(4)上下导风墙：它的第一个作用是它将聚风帽与聚风底牢固地连接在主机的上下部位；第二个作用是能将来自各方向的风能，引导入风轮的一侧，使风轮按一个方向旋转。

(5)隔板：它主要是将上下部位分隔开，也增加导风墙组固的定强度。此隔板只有双层风轮用该工件，单层风轮没有该部件。

(6)聚风底：它包括聚风底、下轴承座、(感应件)，它与聚风帽的功能相同。

(四)图5是单层风轮实用新型的主机示意图：(图中将‘聚风帽盖板’拆除观察各部件)(1)风轮组；(2)聚风帽；(3)导风墙；(4)调速风门；(5)聚风底。

图6是单层风轮实用新型的主机俯视示意图(图中将‘聚风帽，拆除观查内部

各个部件的位置的俯视示意图)。(1)风轮组；(2)调速风门；(3)导风墙；(4)聚风底。

图5、图6所有的零部件在主机上的作用与图3、图4的零部件在主机上的作用是相同的。

(五)图7是单层风轮主机的装配关系示意图，无论是单层风轮、双层风轮和三层风轮，它们的装配关系是相同的。图7包括：(1)上轴承座、(2)聚风帽盖板、(3)聚风帽、(4)风轮组(5)导风墙组、(6)调速风门、(7)下轴承座、(8)聚风底。

(六)图8是双层风轮的示意图。(1)上轴承；(2)上风轮；(3)风轮轴；(4)下风轮；(5)下轴承。其中每个风轮由三个风斗组成。

图9是双层风轮的俯视示意图。(1)风斗

(七)图10是单层风轮示意图。(1)上轴承；(2)风轮；(3)风轮轴；(4)下轴承。

图11是单层风轮的俯视示意图。(1)风斗。

(八)图12是风轮上风斗的截面的示意图。在朝向风轮轴第一个角为顶角，它是两个实体面的交点，暂定为45度角(以后在实施中可能略有变化)；第二个角α为迎风角也称旋转升角，它的角度与“导风墙”安装在主机上的角度有关。

(九)图13、图14是主机中的主要部件的图样(图纸)。

图13(1)聚风帽，上图是正视图下图是俯视图。(2)聚风底，上图是正视图下图是俯视图。

图14(1)导风墙，上图是正视图下图是俯视图。(2)调速风门，(是1∶2放大图)上图是正视图下图是俯视图。

(十)所有附图都是以小型“导风式垂直轴风力发电机”为例。对于大型与超大型的实用新型在原理上是一致的，只是在造型上要根据实际规格而定。

五.具体实施方式

本发明的导风式垂直轴风力发电机，在实施中有小型、大型、超大型的不同方式。

(一)小型实施方式

1、风轮的材料可用玻璃钢类、碳纤维类和其它工程塑料。在加工工艺上可采取手工加工或注射成形等方式。

2、聚风帽、导风壁、调速风门、聚风底，加工材料也可选用玻璃钢类、碳纤维类和其它工程塑料。加工工艺可采取手工加工或注射成形等方式。

3、其它工件可用金属材料和任意非金属材料，这需要在使用工件的允许强度下选择。

4、实用新型的小型实施安装过程：(1)安装时首先将风轮与风轮轴、上轴承、下轴承安装成风轮组。(见图8、图10)；(2)然后再将聚风帽、导风墙、调速风门、聚风底加工安装成一体；(3)所有部件均准备齐全后，再将轴承座安装在聚风底上。接着将风轮组的下轴承安装在聚风底的承座上，在聚风帽上面安装上聚风帽盖板，上轴承座也安装在聚风帽盖板上。将风轮组的上轴承扣在上轴承座内。这样主机安装完毕(见图5、图7)(4)将传动轴安装上、下连轴器，成为传动轴组。传动轴组上端的连轴器安装在风轮轴的下端，传动轴组下端的连轴器与机房内的发电机组相连接。(5)将支撑架安装上、下法兰成为支撑架组。支撑架上法兰与主机聚风底相连接，支撑架的下法兰与机房的上盖相连接(见图1、图2)。整结构安装完毕。

(二)大型与超大型实施方式

1、由于大型和超大型的体积庞大，其中的部分固定件如；机房、支撑架、聚风帽、导风壁、聚风底，在制造时都可以选用钢筋混凝土结构，这样可以节省大量的钢材，当然有些部件采用金属结构更为坚固。

2、大型与超大型的风轮的制造材料，选材时要求重量轻强度高的金属或非金的材料，其制造工艺可采用薄壳骨架式工艺，或其它可行性工艺。

3、大型与超大型的主机安装过程与小型“导风式垂直轴风力发电机”安装过程相同，其它的器件要按它的规格大小的可行性安装。

4、无论小型，大型还是超大型，在制造和安装的各个工序过程中，需要有相应的工装夹具辅助完成。

Claims (6)

1.一种导风式垂直轴风力发电机的主机，由风轮组、聚风帽、上调速风门、上导风墙组、隔板、下导风墙组、下调速风门、聚风底组成，其特征在于：依次按照聚风帽、上导风墙组、隔板、下导风墙组、聚风底的顺序组成一个牢固的圆形整体，风轮组(1)安装在圆形整体的中心部位，聚风帽、聚风底的中心部位安装有轴承座，风轮组主轴的上下轴承安装在所述轴承座上；上、下导风墙组的导风墙上开有通风孔，在通风孔的位置处分别安装上、下调速风门；聚风帽和聚风底具有一个按底面向外倾斜的锥面，能将来自各方向的风能聚集。

2.根据权利要求1所述的导风式垂直轴风力发电机的主机，其特征是上、下导风墙组的导风墙按所需要的数量、所需的角度以圆周排列安装在聚风帽与聚风底之间。

3.根据权利要求1所述的导风式垂直轴风力发电机的主机，其特征是风轮组为单层、双层或三层，每层风轮组安装有三个以上的风斗。

4.根据权利要求3所述的导风式垂直轴风力发电机主机，其特征是风斗内有加强筋。

5.根据权利要求1所述的导风式垂直轴风力发电机的主机，其特征是聚风帽和聚风底的锥面与底面的夹角为135°。

6.根据权利要求1所述的导风式垂直轴风力发电机的主机，其特征是聚风帽和聚风底的锥面的横截面外形为多边形或圆形。

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