CN102269121A

CN102269121A - 垂直轴风力旋转发电系统

Info

Publication number: CN102269121A
Application number: CN2011102396705A
Authority: CN
Inventors: 李荣江
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2011-12-07

Abstract

本发明涉及一种垂直轴风力旋转发电系统。包括塔架、设在塔架下部的与风叶轴连接的变速器、与此变速器连接的发电机组、蓄电瓶和电器箱，设置在风叶轴上的风叶轴承、风叶轴支架、设置在风叶轴承中间的风叶轴及叶片，其特征在于在风叶轴承的上下两端分别设有风叶轴支架，在塔架上设有风力旋转发生器，在风叶轴的上下两端设有风叶连接件，所述的风叶两端分别与风叶连接件相连接。本发明的优点是：采用了导流旋转蓄能升力式与阻力式转变相结合，能有效收集所有的迎面风，能导流旋转蓄能，推动所有的叶片围绕叶轴进行轴向转动带动发电机发电，能充分利用风能、减少占地面积，降低运行成本，达到节能降耗，实现真正绿色能源的目的。

Description

垂直轴风力旋转发电系统

技术领域

本发明属于风力发电领域，特别涉及一种垂直轴风力旋转发电系统。

背景技术

目前普遍使用的是水平轴式发电机技术比较成熟，而垂直轴式风力发电机技术还不成熟主要是发电效率低。垂直轴式风力发电有两种方式，升力式和阻力式。升力式垂直轴风力发电机叶片断面为飞机机翼形，其风轮的叶片翼形结构类似于飞机翼，叶片由连接件与叶轴连接，分部在叶轴周围，叶片与叶轴平行，其叶片对风的阻力非常小，而升力非常大用做叶轮的旋转力带动发电机发电。阻力式垂直轴风力发电机叶片为弧形或碗型，分部在叶轴周围叶片与叶轴平行，其叶片凹面对风的阻力非常大，而凸面对风的阻力较小与风速仪相式。另有一种是在叶轮外围安装一种聚集风的装置类是螺壳装置，风从大口进入小口流出用夹角将风加速，吹在叶片上转动发电，同时也将对风轮产生不利的反向风挡在外面，至今为止还都没有投入使用，其主要是因为加速的螺壳装置太大的占用了叶片的力矩，在加速过程对风能损失大，运行方式为纯阻力式，达不到使用的效果。垂直轴式风力发电机，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向，在转动过程有部分旋转叶片在逆风转动的过程会损失部分动能。由于现有的水平轴式和垂直轴式风能的利用率低，生产成本高，运转噪音大，结构复杂，占地面积大，运行成本高等。与现有的采用化石能源发电相比没有竞争优势。因此人们都在寻求另一种结构简单，风能利用率高，生产、运行成本低，外形美观，真正达到节能降耗绿色能源的风力发电设备。

发明专利申请200910188291.0、 200810147318.7 、等垂直轴风力发电机与一种导风塔风力发电机公开了，是在转子的外围设置转子叶片，转子叶片的外围设置一个固定涡壳，涡壳上设有一圈涡壳导流片等距分布在涡壳上，导流叶片与转子轴的夹角为20-60度。另一例：风叶为阻力型的平板、弧形板或碗型板，固定在轮毂电机的轮毂外缘上按左旋或右旋顺向排列，导风护罩的罩架是由两层法兰盘之间装有导风叶片与罩架半径的夹角在30-60度之间，导风叶片为平板或弧形板。其工作原理都是在环形法兰盘上设置多个导风叶片，由相邻导风叶片形成夹角是根据流体特性，风从大口进入从小口流出时速度就加快了，导风叶片的作用是将对风叶有利的顺向风加速，同时将对风叶不利的逆向风隔离，来提高微风启动点。但仍有一些不足之处：1、相邻导风叶片形成夹角加速风的速度使导风叶片较长、较大占用了风叶与叶轴的半径，减小了扭矩，降低风能的使用效率；

2、导风叶片将对风叶不利的逆向风隔离而流失将近一半的迎面风能，也使总体风能的利用率下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种垂直轴风力旋转发电系统，采用导流旋转储能升力式与阻力式转变相结合，能有效收集所有的迎面风能导流旋转蓄能，产生旋转风推动所有的叶片围绕叶轴轴向运动带动发电机发电。比同类产品生产成本更低、应用范围广、外形美观、减小力矩失衡的震动、充分利用风能、减少占地面积降低运行成本达到节能降耗，实现真正绿色能源的目的。

按照本发明的垂直轴风力旋转发电系统，包括塔架、设在塔架下部的与风叶轴连接的变速器、与此变速器连接的发电机组、蓄电瓶和电器箱，设置在风叶轴上的风叶轴承、风叶轴支架、设置在风叶轴承中间的风叶轴及叶片，其特征在于在风叶轴承的上下两端分别设有风叶轴支架，在塔架上设有风力旋转发生器，所述的风力旋转发生器由上下两端分别与风叶轴支架连接的法兰，等距排列设置在上下法兰之间的集风导流叶片所组成，所述的集风导流叶片由集风段与导流段连接组成，所述的集风导流叶片与风叶轴半径延伸线相重合的两端点段为集风段，集风段两端点在叶轴半径延伸线上为0度，导流段偏离风叶轴半径延伸线形成逆时针或顺时针排列成漩涡状，所述的导流段与集风段两端分别连接上下法兰，在风叶轴的上下两端设有风叶连接件，所述的风叶两端分别与风叶连接件相连接。

所述的风叶与风叶轴为100度-170度，与导流叶片涡状方向一致成漩涡状排列。

所述的风叶为翼型或片状。

所述的风叶连接件为盘形或连杆。

采用本发明的垂直轴风力旋转发电系统，当迎风面处的风经集风导流片的集风段，集风段在风力旋转发生器上呈放射状收集口收集迎面风再经所连接的导流段进行同向导流作用使每股风流与相对应风叶的最佳攻角形成上升力，推动风叶旋转，形成了升力方式旋转；

由于本发明在所述的风叶轴周围等距分布设置多个风叶，风叶与风力旋转发生器的集风导流叶片相邻，其集风导流叶片与风叶共同围成筒状，形成风力旋转储能室。

本发明的优点是：采用了导流旋转蓄能升力式与阻力式转变相结合，能有效收集所有的迎面风，能导流旋转蓄能，推动所有的叶片围绕叶轴进行轴向转动带动发电机发电。比同类产品生产成本更低、应用范围广、外形美观、减小力矩失衡的震动、能充分利用风能、减少占地面积降低运行成本达到节能降耗，实现真正绿色能源的目的。

附图说明

图1为发明垂直轴风力旋转发电系统剖面结构示意图。

图2为图1俯视图。

图3为本发明集风导流叶片结构示意图。

图4为旋转风的形成流动传动过程示意图。

图5 为图1的将多个风力旋转发生器串接起来的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2、图3所示，按照本发明的垂直轴风力旋转发电系统，包括塔架8、设在塔架8下部的与风叶轴15连接的变速器4、与此变速器4连接的发电机组5、蓄电瓶7和电器箱6，设置在风叶轴15上的风叶轴承9、风叶轴支架1、设置在风叶轴承9中间的风叶轴15及叶片13，其特征在于风叶轴承9上分别设有风叶轴支架1，在塔架8上设有风力旋转发生器11，所述的风力旋转发生器11由上下两端分别与风叶轴支架1连接的上法兰10和下法兰3，等距排列设置在上下法兰3、10之间的集风导流叶片2所组成，所述的集风导流叶片2是由集风段2-1与导流段2-2连接组成；所述的集风导流叶片2与风叶轴15半径延伸线相重合的两端点段为集风段2-1，集风段2-1两端点在风叶轴15半径延伸线上为0度，导流段2-2偏离风叶轴15半径延伸线形成逆时针或顺时针排列成漩涡状，所述的导流段2-2与集风段2-1两端分别连接上下法兰10和3 ，在风叶轴15的上下两端设有风叶13风叶连接件14，所述的风叶13两端分别与风叶连接件14相连接。

所述的风叶13与风叶轴15为100度-170度，与集风导流叶片2涡状方向一致成漩涡状排列。

所述的风叶13为翼型或片状。

所述的风叶连接件14为盘形或连杆。

图4示出了发明的垂直轴风力旋转发电系统旋转风的形成流动传动过程。

a)集风导流升力方式运行方法：

当迎风面处的风经集风导流叶片2的集风段2-1 ，集风段2-1呈放射状收集口收集迎面风再经所连接的导流段2-2进行同向导流作用使每股风流与相对应风叶13的最佳攻角上形成上升力推动风叶13旋转，形成了升力方式旋转。

b)风力加速及阻力方式的运行方法：

当多股气流汇聚在风力旋转储能室12内壁叠加旋转和离心力的作用下加大压力提高速度，加述气流吹在非最佳攻角风叶13上，形成阻力推动风叶13转动，在风叶13和离心力的作用下将低速风再次反向通过集风导流叶片2排出。形成了阻力方式旋转。

C)旋转蓄能运行方法：

当做功后旋转风速超过叶片13转速的风能继续旋转，再次与迎风面的风叶13尾部的多股新风叠加重合加大压力提高速度推动风叶13转动，反复如此推动风叶13形成蓄能效果。在风力旋转蓄能室12内高述旋转的风与集风导流叶片2的涡向相同形成引射效应减小了迎面风进入的阻力。

在风力旋转发生器11的集风导流叶片2集风段2-1筒形排列总体上形成放射形扩口面对迎面风收集全部迎面风力，再经导流段2-2导流，在风力旋转储能室12内旋转，根据流体的特性由于在风力旋转储能室12内旋转的风与经集风导流叶片2的气流方向相同相互形成引射作用，减小风进入的阻力，提高了逆风区的风力的进入量，大大的提高了风能的利用率。风力旋转发生器11与风叶13经两端的风叶连接件14连接风叶轴15形成的风力旋转储能室12共同作用形成旋转风时时推动风叶13轴向转动，失去动能的低速风在离心力的作用下在被风面排出。气流是通过风力旋转发生器11多股气流汇聚在风力旋转储能室12内壁旋转和离心力的作用下增加密度加述，风力旋转发生器11与现有的相比由于的集风导流叶片2设置了集风段2-1风能收集利用率高，使风力旋转发生器11的筒壁较窄、增大了风叶13与风叶轴15的半径，加大了扭矩，大大提高了启动点加大发电量。

按照本发明的垂直轴风力旋转发电系统，使用时风吹向风力旋转发生器11上的集风导流叶片2，在风力旋转发生器11内形成升力方式运行与阻力方式运行的转变方法。风在风力旋转储能室12内围绕风叶轴15加速旋转，推动风叶轴15上的风叶13转动，经风叶轴15带动发电机组5发电，环形筒状风力旋转发生器11提高了迎风面风能的利用率，在风力旋转储能室12内加大了旋转风力的速度，做到了提高风能的充分利用节约与微风启动，整体为筒形柱状外形美观，结构简单

本发明可将多个风力旋转发生器11串接起来，可使在生产中和安装时更方便，结构更牢固，截风面积增大发电的功率更大，如图5所示。采用串接方式为了运输安装方便和加强整体结构强度。

适用于风力发电厂、电动汽车、路灯、户外广告、草原、岛屿、山区、平原、海湾，河流等地方用电使用。

Claims

1.一种垂直轴风力旋转发电系统，包括塔架结构、设在塔架下部的与风叶轴连接的变速器、与此变速器连接的发电机组、蓄电瓶和电器箱，设置在风叶轴上的风叶轴承、风叶轴支架、设置在风叶轴承中间的风叶轴及叶片，其特征在于在风叶轴承的上分别设有风叶轴支架，在塔架上设有风力旋转发生器，所述的风力旋转发生器由上下两端分别与风叶轴支架连接的法兰，等距排列设置在上下法兰之间的集风导流叶片所组成，所述的集风导流叶片由集风段与导流段连接组成，所述的集风导流叶片与风叶轴半径延伸线相重合的两端点段为集风段，集风段两端点在叶轴半径延伸线上为0度，导流段偏离风叶轴半径延伸线形成逆时针或顺时针排列成漩涡状，所述的导流段与集风段两端分别连接上下法兰，在风叶轴的上下两端设有风叶连接件，所述的风叶两端分别与风叶连接件相连接。

2.根据权利要求1所述的垂直轴风力旋转发电系统，其特征在于所述的风叶与风叶轴为100度-170度，与导叶流片涡状方向一致成漩涡状排列。

3.根据权利要求1所述的垂直轴风力旋转发电系统，其特征在于所述的风叶为翼型或片状。

4.根据权利要求1所述的垂直轴风力旋转发电系统，其特征在于所述的风叶连接件为盘形或连杆。