CN101963139B - 升阻复合型垂直轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种升阻复合型垂直轴风力发电机，它涉及一种风力发电机。针对目前升力阻力复合型垂直轴风力发电机单向挡风部分产生阻力较小，很难实现自启动及叶片利用效率较低的问题。上短轴与主轴连接，支撑臂法兰设有二至四个支撑臂，每个支撑臂的根部端与支撑臂法兰可拆卸连接，每个支撑臂的两个分支端内设有一个固定叶片和挡杆，活动叶片与活动叶片轴固接，活动叶片轴与支撑臂转动连接，第一下盖和上法兰连接，上法兰与缸筒固接，主轴与下短轴连接，下短轴与传动装置的输入端传动连接，下法兰与缸筒固接，第二下盖和下法兰与底座的上端面可拆卸连接，传动装置与发电机传动连接。本发明用于山区、海岛、船舶远离电网的区域及大型风电场中并网发电。

Description

升阻复合型垂直轴风力发电机

技术领域

本发明涉及一种垂直轴风力发电机。

背景技术

风能是目前技术最成熟、最有开发利用前景的可再生资源。垂直轴风力发电机因为结构简单、无需对风装置、易维护等优点逐渐引起了人们的重视，越来越多的组织和个人投入到了对其的研究之中。

垂直轴风力发电机按其做功方式可分为两个主要类别：一类是阻力型，典型的结构是Savonius风力发电机，其优点是启动转矩较大；缺点是转速慢、风能利用率较低，用于发电缺乏竞争力。另一类是升力型，典型的结构是Darrieus风力发电机。该类型的风力发电机有较高的风能利用率，能够高转速运行，但其启动转矩较小，在低风速下一股很难实现自启动。

授权公告日为2008年12月3日、授权公告号为CN201159137Y的实用新型专利公开了一种升力阻力复合型垂直轴风力发电机，该专利记载了一种升力阻力同时做功的风力发电机，但该发电机中的叶片破坏了翼型的曲线，效率较低，单向挡风部分产生阻力，由于单向挡风部分分较小，所以产生的阻力较小，依然很难自启动。

发明内容

本发明为了解决目前升力阻力复合型垂直轴风力发电机单向挡风部分产生阻力较小，很难实现自启动及叶片利用效率较低的问题，提供了一种升阻复合型垂直轴风力发电机。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：风力发电机包括发电机、发电机支架和底板，发电机装在发电机支架的上端面上，发电机支架的下端面与底板固接，所述风力发电机还包括上短轴、支撑臂法兰、上盖、第一下盖、上法兰、缸筒、第一联轴器、二至四个支撑臂、二至四个组合叶片装置、主轴、第二联轴器、下短轴、第二下盖、底座、传动装置、刹车装置、多个挡杆和下法兰，每个组合叶片装置均由两个垫块、固定叶片、两个活动叶片轴和活动叶片构成，上短轴的一端依次穿过支撑臂法兰的内孔、上盖的内孔、第一下盖、上法兰和缸筒通过第一联轴器与主轴连接，且上短轴与支撑臂法兰周向固定，支撑臂法兰的上端面上沿圆周均布设有二至四个支撑臂，每个支撑臂为叉形，每个支撑臂的根部端与支撑臂法兰可拆卸连接，每个支撑臂的两个分支端内设有一个固定叶片和挡杆，且每个支撑臂的两个分支端分别通过垫块与固定叶片固接，每个支撑臂的两个分支端与挡杆固接，活动叶片与活动叶片轴的一端固接，活动叶片轴的另一端与支撑臂转动连接，第一下盖的下端面和上法兰的上端面可拆卸连接，上法兰的下端面与缸筒的上端面固接，主轴的另一端通过第二联轴器与下短轴的一端连接，下短轴的另一端依次穿过第二下盖的内孔和底座的内孔与传动装置的输入端传动连接，下短轴与刹车装置的输出端周向固定，下法兰的上端面与缸筒的下端面固接，第二下盖设在下法兰内，第二下盖的下端面和下法兰的下端面均与底座的上端面可拆卸连接，传动装置的输出端与发电机的输入端传动连接。

本发明具有以下有益效果：本发明可以在较小的风速下实现自启动，并且有较高的风能利用率。活动叶片可以绕着活动叶片轴旋转，与固定叶片开闭合。当风力发电机启动时或风速较小时，活动叶片打开，利用空气的阻力做功，弥补了升力型在低风速时启动能力差的不足；而当风速较大时，活动叶片与固定叶片闭合，成为一个整体翼型，阻力型转变为升力型，从而弥补了阻力型垂直轴风力发电机风能利用率低的不足。本发明能够在较低的风速下实现自启动，带动发电机发电，实现最大限度的风能利用，且造价低廉，能制成大、中、小型风力发电机。由于以上这些技术特征，致使本发明具有较高的风能利用率风能利用率，其中阻力模式下≥25％，升力模式下≥35％，在相同的功率下比其他类型的风力发电机体积更小，不仅降低了制造成本，同时更有利于安装和维护。

附图说明

图1是本发明整体结构主视图，图2是图1的俯视图，图3是活动叶片与固定叶片组合示意图，图4是图1中C处放大图，图5是固定叶片与支撑臂的连接结构剖视图，图6是活动叶片与活动叶片轴承座的连接结构剖视图，图7是刹车和增速装置示意图，图8是本发明的工作原理图，其中剪头所指为风速方向。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图7说明本实施方式，本实施方式的所述风力发电机包括发电机19、发电机支架17和底板18，发电机19装在发电机支架17的上端面上，发电机支架17的下端面与底板18固接，其特征在于所述风力发电机还包括上短轴1、支撑臂法兰2、上盖3、第一下盖4、上法兰5、缸筒6、第一联轴器7、二至四个支撑臂8、二至四个组合叶片装置9、主轴10、第二联轴器11、下短轴12、第二下盖13、底座14、传动装置15、刹车装置16、多个挡杆20和下法兰21，每个组合叶片装置(9)均由两个垫块(9-1)、固定叶片9-2、活动叶片轴9-3和活动叶片9-4构成，上短轴1的一端依次穿过支撑臂法兰2的内孔、上盖3的内孔、第一下盖4、上法兰5和缸筒6通过第一联轴器7与主轴10连接，且上短轴1与支撑臂法兰2周向固定，支撑臂法兰2的上端面上沿圆周均布设有二至四个支撑臂8，每个支撑臂8为叉形，每个支撑臂8的根部端与支撑臂法兰2可拆卸连接，每个支撑臂8的两个分支端内设有一个固定叶片9-2和挡杆20，且每个支撑臂8的两个分支端分别通过垫块9-1与固定叶片9-2固接，每个支撑臂8的两个分支端与挡杆20固接，活动叶片9-4与活动叶片轴9-3的一端固接，活动叶片轴9-3的另一端与支撑臂8转动连接，第一下盖4的下端面和上法兰5的上端面可拆卸连接，上法兰5的下端面与缸筒6的上端面固接，主轴10的另一端通过第二联轴器11与下短轴12的一端连接，下短轴12的另一端依次穿过第二下盖13的内孔和底座14的内孔与传动装置15的输入端传动连接，下短轴12与刹车装置16的输出端周向固定，下法兰21的上端面与缸筒6的下端面固接，第二下盖13设在下法兰21内，第二下盖13的下端面和下法兰21的下端面均与底座14的上端面可拆卸连接，传动装置15的输出端与发电机19的输入端传动连接。

具体实施方式二：结合图1和图7说明本实施方式，本实施方式的传动装置15由小带轮15-1、皮带15-2和大带轮15-3构成，大带轮15-3装在下短轴12上，大带轮15-3通过皮带15-2与小带轮15-1传动连接，小带轮15-1装在发电机19的输出轴上，此结构实现动力传递和增速。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图7说明本实施方式，本实施方式的刹车装置16由上刹车盘16-1、多个摩擦块16-2、下刹车盘16-3、摇臂16-4、螺杆16-5、限位销16-6和套筒16-7构成，下短轴12的下端与上刹车盘16-1周向固定，下刹车盘16-3与上刹车盘16-1对应设置，下刹车盘16-3上装有多个摩擦块16-2，下刹车盘16-3装在螺杆16-5的上端，螺杆16-5上设有摇臂16-4，螺杆16-5的下部与套筒16-7螺纹连接，套筒16-7上装有限位销16-6，套筒16-7固定在底板18上。此结构使螺杆16-5通过摇臂16-4的转动实现上升和下降，当螺杆16-5上升时，摩擦块16-2与上刹车盘16-1接触时，即可利用摩擦力刹车。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式的活动叶片9-4和固定叶片9-2均为玻璃钢叶片。此结构可减轻活动叶片9-4和固定叶片9-2重量。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式的活动叶片9-4是将标准翼型沿中心轴线对称切割成两部分，两部分中的一部分为活动叶片9-4，其中标准翼型的型号为NACA0015。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式的固定叶片9-2是将标准翼型沿弦线和最大厚度方向处切割成两部分，两部分中质量大的部分为固定叶片9-2。其中标准翼型的型号为NACA0015。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理：由于活动叶片9-4可以旋转，与固定叶片9-2保持开合状态，因此在本发明启动时，首先顺风边(即图8中所示中心线的上半部)的活动叶片9-4在风的作用下被吹开并被限位，活动叶片9-4和固定叶片9-2同时产生阻力。

在风力的作用下，逆风边(即图8中所示中心线的下半部)的活动叶片9-4则一直紧压与固定叶片9-2上，处于闭合状态，使风的阻力作用大大减小。在顺风边和逆风边所产生的阻力差的作用下风力机启动，并开始低速旋转。随着风速增大，顺风边和逆风边的阻力差进一步增大，风力机的转速逐渐增大。

当本发明转速升高到一定值以后，固定叶片9-2与活动叶片9-4的切线速度接近风速，因此在顺风边，风对活动叶片推动作用减弱，在风阻的作用下活动叶片9-4与固定叶片9-2贴合，不再产生阻力型驱动力；在逆风边，由于高转速所产生的离心力使活动叶片9-4保持贴合状态，所有的固定叶片9-2与活动叶片9-4成为一个整体的翼型叶片，本发明变成典型的升力型垂直轴风力发电机，利用空气动力的升力做功，获得较高的风能利用率，充分发挥了升力型垂直轴风力发电机在高风速下风能利用率高的优势。

工作过程：固定叶片9-2和活动叶片9-4通过支撑臂8带动支撑臂法兰2旋转，支撑臂法兰2带动上短轴1，上短轴1通过第一万向联轴器7和主轴10将动力传递到下短轴12，下短轴12带动传动装置15，传动装置带动发电机19主轴，最终将动力传递到发电机19上。

Claims (6)

1.一种升阻复合型垂直轴风力发电机，所述风力发电机包括发电机(19)、发电机支架(17)和底板(18)，发电机(19)装在发电机支架(17)的上端面上，发电机支架(17)的下端面与底板(18)固接，其特征在于所述风力发电机还包括上短轴(1)、支撑臂法兰(2)、上盖(3)、第一下盖(4)、上法兰(5)、缸筒(6)、第一联轴器(7)、二至四个支撑臂(8)、二至四个组合叶片装置(9)、主轴(10)、第二联轴器(11)、下短轴(12)、第二下盖(13)、底座(14)、传动装置(15)、刹车装置(16)、多个挡杆(20)和下法兰(21)，每个组合叶片装置(9)均由两个垫块(9-1)、固定叶片(9-2)、活动叶片轴(9-3)和活动叶片(9-4)构成，上短轴(1)的一端依次穿过支撑臂法兰(2)的内孔、上盖(3)的内孔、第一下盖(4)、上法兰(5)和缸筒(6)通过第一联轴器(7)与主轴(10)连接，且上短轴(1)与支撑臂法兰(2)周向固定，支撑臂法兰(2)的上端面上沿圆周均布设有二至四个支撑臂(8)，每个支撑臂(8)为叉形，每个支撑臂(8)的根部端与支撑臂法兰(2)可拆卸连接，每个支撑臂(8)的两个分支端内设有一个固定叶片(9-2)和挡杆(20)，且每个支撑臂(8)的两个分支端分别通过垫块(9-1)与固定叶片(9-2)固接，每个支撑臂(8)的两个分支端与挡杆(20)固接，活动叶片(9-4)与活动叶片轴(9-3)的一端固接，活动叶片轴(9-3)的另一端与支撑臂(8)转动连接，第一下盖(4)的下端面和上法兰(5)的上端面可拆卸连接，上法兰(5)的下端面与缸筒(6)的上端面固接，主轴(10)的另一端通过第二联轴器(11)与下短轴(12)的一端连接，下短轴(12)的另一端依次穿过第二下盖(13)的内孔和底座(14)的内孔与传动装置(15)的输入端传动连接，下短轴(12)与刹车装置(16)的输出端周向固定，下法兰(21)的上端面与缸筒(6)的下端面固接，第二下盖(13)设在下法兰(21)内，第二下盖(13)的下端面和下法兰(21)的下端面均与底座(14)的上端面可拆卸连接，传动装置(15)的输出端与发电机(19)的输入端传动连接。

2.根据权利要求1所述升阻复合型垂直轴风力发电机，其特征在于传动装置(15)由小带轮(15-1)、皮带(15-2)和大带轮(15-3)构成，大带轮(15-3)装在下短轴(12)上，大带轮(15-3)通过皮带(15-2)与小带轮(15-1)传动连接，小带轮(15-1)装在发电机(19)的输入端上。

3.根据权利要求1或2所述升阻复合型垂直轴风力发电机，其特征在于刹车装置(16)由上刹车盘(16-1)、多个摩擦块(16-2)、下刹车盘(16-3)、摇臂(16-4)、螺杆(16-5)、限位销(16-6)和套筒(16-7)构成，下短轴(12)的下端与上刹车盘(16-1)周向固定，下刹车盘(16-3)与上刹车盘(16-1)对应设置，下刹车盘(16-3)上装有多个摩擦块(16-2)，下刹车盘(16-3)装在螺杆(16-5)的上端，螺杆(16-5)上设有摇臂(16-4)，螺杆(16-5)的下部与套筒(16-7)螺纹连接，套筒(16-7)上装有限位销(16-6)，套筒(16-7)固定在底板(18)上。

4.根据权利要求3所述升阻复合型垂直轴风力发电机，其特征在于活动叶片(9-4)和固定叶片(9-2)均为玻璃钢叶片。

5.根据权利要求4所述升阻复合型垂直轴风力发电机，其特征在于活动叶片(9-4)是将标准翼型沿纵向中心截面对称切割成两部分，两部分中的一部分为活动叶片(9-4)。

6.根据权利要求5所述升阻复合型垂直轴风力发电机，其特征在于固定叶片(9-2)是将标准翼型沿弦线和最大厚度方向处切割成两部分，两部分中质量大的部分为固定叶片(9-2)。

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