CN102705171A - 垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，属于特大型风力发电技术领域。技术方案是：包括垂直轴风车、水浮环状船（5）、环状水槽（6）和风电机（9），由多个水浮环状船通过无底船式连接板连接形成一个水浮环状船，垂直叶片同单个水浮环状船成对设置，水浮环状船运行在环状水槽的中间；通过水浮环状船支撑垂直轴风车的叶片旋转。垂直轴风车的中心轴的上下法兰同叶片上的支杆轴向连接保证风车运转时中心轴的垂直度，本案升力型风车和水浮环状船在风车快速转动时有一个向上升的力减小了船在水中的阻力，垂直轴风车的中心轴连接风电机，实现了垂直轴风力发电机做成数兆瓦级的特大型风力发电机组。

Description

垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构
技术领域
本发明涉及一种垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，属于特大型风力发电技术领域。
背景技术
目前，垂直轴叶片大都使用在垂直轴风力发电机上，形成了垂直轴风车技术，由于垂直轴风车的中心轴和支杆长度支撑力受工艺上的限制很难做成兆瓦级特大型垂直轴风电机组，特别是难以完成垂直轴风车的旋转直径在50米以上的风车制造工艺，不能制造出特大型风力发电机组。而现有的水浮大型垂直叶片上都没设置中心杆和叶片连接支杆作为支撑并且叶片重量大,水阻大,十米或几十米的叶片直接安装在水槽内的水轮上，叶片的支撑力很难达到工艺要求,大高度的独立叶片在没有支撑的情况下容易被风吹倒，特别是当水浮风车转动时产生的晃动给风电机的运转带来了不利的影响，以及风能利用率低等问题。
发明内容
本发明目的是提供一种垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，根据升力型风车和水浮环状船的工作原理解决风车在支杆和中心轴连接上不能做成特大型风车的难题，将数个风车叶片安装在同等数量的水浮环状船上，通过连接板结构在一起形成一个水浮船式特大型风车，再通过中心轴上的齿轮带动被动齿轮上的风力发电机发电，或将风车直接带动大功率风力发电机发电，实现了垂直轴风力发电机做成数兆瓦级的特大型风力发电机组，解决背景技术存在的上述问题。
本发明的技术方案是：
垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，包括垂直轴风车1、水浮环状船5、环状水槽6、和风电机9，垂直轴风车设置在环状水槽的中心，水浮环状船设置在环状水槽内，垂直轴风车的叶片设置在水浮环状船上，垂直轴风车的中心轴连接风电机；水浮环状船漂浮在环状水槽上，通过水浮环状船支撑垂直轴风车的叶片旋转，带动风电机发电。
所述的水浮环状船与垂直轴风车的叶片数量相匹配，每个垂直轴风车的叶片都设置在自己的水浮环状船上，所有的水浮环状船用若干个环状无底船式连接板进行连接，构成一个环状整体，设置在环状水槽内，水浮环状船漂浮在环状水槽的水面上，环状无底船式连接板悬空，不与环状水槽的水面接触。
所述水浮环状船形状为两端尖形状；每个环状无底船式连接板连接在两个水浮环状船的首尾之间，水浮环状船支撑上面的垂直轴风车的叶片，环状无底船式连接板不与环状水槽的水面接触，减少了阻力，这也是本发明与背景技术的重要区别之一。
所述的垂直轴风车的叶片为升力型叶片3，通过双支杆2与中心轴4连接；升力型叶片内部有金属加强结构支撑，双支杆包括上支杆和下支杆，下支杆做为横拉支杆，将垂直轴风车的叶片同中心轴连接，上支杆作为斜拉支杆，将叶片2/3处同中心轴的顶部进行连接，形成一个直角三角形的双支杆角形结构。垂直轴风车的叶片与叶片之间通过环形结构连接在一起。上支杆、下支杆与中心轴的上法兰、下法兰连接，是一个轴套式的连接，当叶片上下晃动时，双支杆随之晃动，但中心轴始终保持垂直，不晃动。
所述的中心轴为空心轴，其直径是叶片宽度的1/3，中心轴顶部装有上法兰，其高度是叶片高度的1/4，中心轴底部为实心金属圆柱体，圆柱体上部直接插入中心轴上部的空心轴内进行固接，圆柱体的下部直接插入三个等距离的圆轴承套11中，进行轴式动态配合连接。在圆柱体上还装有一个中心轴齿轮，中心轴齿轮同风电机上的风电机齿轮进行啮合，风电机和风电机上齿轮的金属结构架12同地下混泥土底座13设置在一起，风车下法兰也可直接带动大功率发电机发电。
垂直轴风车的数个升力型叶片直接固定在水浮环状船的上方，其叶片同中心轴的下支杆夹角呈97°角，风车叶片宽度是水浮环状船宽度的1/2。
环状水槽包括全封闭的外圆盘和全封闭的内圆盘，外圆盘结构是一个空心环形封闭水槽，水槽中装有水，水槽内外圆中心宽度大于水浮环状船宽度的1/5，水槽深度是水浮环状船高度的2倍；内圆盘的外沿同外圆盘的内沿是同一个圆状的金属体或者混泥土结构的隔水板，内圆盘中间是一个空心圆，没有水，在内圆盘中间装有垂直轴风车中心轴基础座和中心轴，还装有风电机及风电机上部的小型齿轮，小型齿轮同中心轴上部的大型齿轮进行啮合，以带动风电机转动发电。
本发明的积极效果是：提供了一种垂直轴双支杆多个水浮船连接式特大型风力发电机组结构，根据升力型风车和水浮环状船的工作原理解决风车在支杆和中心轴连接上不能做成特大型风车的难题，将数个风车叶片安装在同等数量的水浮环状船上，通过环状无底船式连接板形成一个水浮船式特大型风车，再通过中心轴上的齿轮带动被动齿轮上的风力发电机发电，或将风车直接带动大功率风力发电机发电，实现了垂直轴风力发电机做成数兆瓦级的特大型风力发电机组。
附图说明
附图1是本发明实施例侧视示意图；
附图2是本发明实施例俯视示意图；
图中：双支杆2、升力型叶片3、中心轴4、水浮环状船5、环状水槽6、中心轴齿轮7、风电机齿轮8、风电机9、叶片底座10、圆轴承套11、金属结构架12、混泥土底座13、环状无底船式连接板14、法兰上的双轴套15、支杆上的横轴16。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明
垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，包括垂直轴风车、水浮环状船5、环状水槽6和风电机9，垂直轴风车设置在环状水槽的中心，水浮环状船设置在环状水槽内，垂直轴风车的叶片设置在水浮环状船上，垂直轴风车的中心轴4连接风电机；水浮环状船漂浮在环状水槽上，通过水浮环状船支撑垂直轴风车的叶片旋转，带动风电机发电。
所述的水浮环状船与垂直轴风车的叶片数量相匹配，每个垂直轴风车的叶片都设置在自己的水浮环状船上，再将所有的水浮环状船用若干个环状无底船式连接板进行连接，构成一个环状整体，设置在环状水槽内，水浮环状船漂浮在环状水槽的水面上，环状无底船式连接板悬空，不与环状水槽的水面接触，但隔离船型形成水道双边的冲击浪，使船行出一条水道，起到了保护水道，减少水阻的作用，又减少了整个环形船全部航行在水中增加的阻力。
所述水浮环状船形状为两端尖形状；每个环状无底船式连接板连接在两个水浮环状船的首尾之间，水浮环状船支撑上面的垂直轴风车的叶片，环状无底船式连接板不与环状水槽的水面接触，减少了阻力，这也是本发明与背景技术的重要区别之一。
所述的垂直轴风车的叶片为升力型叶片3，通过双支杆2与中心轴4连接；升力型叶片内部有金属加强结构支撑，双支杆包括上支杆和下支杆，下支杆做为横拉支杆，将垂直轴风车的叶片同中心轴连接，上支杆作为斜拉支杆，将叶片2/3处同中心轴的顶部进行连接，形成一个直角三角形的双支杆角形结构。垂直轴风车的叶片与叶片之间通过环形结构连接在一起。上支杆、下支杆与中心轴的上法兰、下法兰连接，是一个轴套式的连接，当叶片上下晃动时，双支杆随之晃动，但中心轴始终保持垂直，不晃动。
所述的中心轴为空心轴，其直径是叶片宽度的1/3，中心轴顶部装有上法兰，其高度是叶片高度的1/4，中心轴顶部为实心金属圆柱体，圆柱体上部直接插入中心轴下部的空心轴内进行固接，圆柱体的下部直接插入三个等距离的圆轴承套11中，进行轴式动态配合连接。在圆柱体上还装有一个中心轴齿轮，中心轴齿轮同风电机上的风电机齿轮进行啮合，风电机齿轮的金属结构架12同地下混泥土底座13设置在一起。
垂直轴风车的数个升力型叶片直接固定在水浮环状船的上方，其叶片同中心轴的下支杆夹角呈97°角，风车叶片宽度是水浮环状船宽度的1/2。
环状水槽包括外圆盘和内圆盘，外圆盘结构是一个空心环形封闭水槽，水槽中装有水，水槽内外圆中心宽度大于水浮环状船宽度的1/5，水槽深度是水浮环状船高度的2倍；内圆盘的外沿同外圆盘的内沿是同一个圆状的金属体或者混泥土结构的隔水板，内圆盘中间是一个空心圆，没有水，在内圆盘中间装有垂直轴风车中心轴基础座和中心轴，还装有风电机及风电机齿轮，风电机齿轮同中心轴齿轮进行啮合，以带动风电机转动发电。中心轴齿轮上平面同环形水槽的上平面在同一个平面上，被动的风电机齿轮同风电机轴通过套接结构固接在一起；中心轴齿轮上也可装有数台风电机进行组合式发电或者在风车中心轴的下法兰上安装单台大功率风力发电机发电。
本发明的特点还表现在当风车慢速转动时，通过水面浮力进行支撑，当风车快速旋转时，升力型叶片有一个上升的力，叶片如同气垫船一样通过叶片的升力漂浮在水面，叶片为非金属或碳纤维等新型材料，叶片的单位重量每平方米在50公斤以下。

Claims (8)

1.一种垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，其特征在于：包括垂直轴风车、水浮环状船（5）、环状水槽（6）和风电机（9），垂直轴风车设置在环状水槽的中心，水浮环状船设置在环状水槽内，垂直轴风车的叶片设置在水浮环状船上，垂直轴风车的中心轴连接风电机；水浮环状船漂浮在环状水槽上，通过水浮环状船支撑垂直轴风车的叶片旋转，带动风电机发电。
2.根据权利要求1所述之垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，其特征在于所述的水浮环状船与垂直轴风车的叶片数量相匹配，每个垂直轴风车的叶片都设置在自己的水浮环状船上，所有的水浮环状船用若干个环状无底船式连接板进行连接，构成一个环状整体，设置在环状水槽内，水浮环状船漂浮在环状水槽的水面上，环状无底船式连接板悬空，不与环状水槽的水面接触。
3.根据权利要求2所述之垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，其特征在于所述水浮环状船形状为两端尖形状；每个环状无底船式连接板连接在两个水浮环状船的首尾之间，水浮环状船支撑上面的垂直轴风车的叶片，环状无底船式连接板不与环状水槽的水面接触，当风车带动环状船转动时，环形无底船式连接板阻挡水中激起的波浪，保护船行水道减小水的阻力。
4.根据权利要求1或2所述之垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，其特征在于所述的垂直轴风车的叶片为升力型叶片（3），通过双支杆（2）与中心轴（4）连接；升力型叶片内部有金属加强结构支撑，双支杆包括上支杆和下支杆，下支杆做为横拉支杆，将垂直轴风车的叶片同中心轴连接，上支杆作为斜拉支杆，将叶片2/3处同中心轴的顶部进行连接，形成一个直角三角形的双支杆角形结构；垂直轴风车的叶片与叶片之间通过环形结构连接在一起；上支杆、下支杆与中心轴的上法兰、下法兰连接，是一个轴套式的连接。
5.根据权利要求1或2所述之垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，其特征在于所述的中心轴为空心轴，其直径是叶片宽度的1/3，中心轴顶部装有上法兰，其高度是叶片高度的1/4，中心轴底部为实心金属圆柱体，圆柱体上部直接插入中心轴下部的空心轴内，在中心轴法兰的下部上均设有三个等距离的圆轴承套，圆柱体的下部直接插入三个等距离的圆轴承套（11）中，进行轴式动态配合连接；在圆柱体上还装有一个中心轴齿轮，中心轴齿轮同风电机上的风电机齿轮进行啮合，风电机及风电机齿轮的结构在金属结构架（12）上同地下混泥土底座（13）设置在一起。
6.根据权利要求4所述之垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，其特征在于垂直轴风车的数个升力型叶片直接固定在水浮环状船的上方，其叶片同中心轴的下支杆夹角呈97°角，风车叶片宽度是水浮环状船宽度的1/2。
7.根据权利要求1或2所述之垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，其特征在于环状水槽包括外圆盘和内圆盘，外圆盘结构是一个空心环形封闭水槽，水槽中装有水，水槽内外圆中心宽度大于水浮环状船宽度的1/5，水槽深度是水浮环状船高度的2倍；内圆盘的外沿同外圆盘的内沿是同一个圆状的金属体或者混泥土结构的隔水板，内圆盘中间是一个空心圆，没有水，在内圆盘中间装有垂直轴风车中心轴基础座和中心轴，还装有风电机及风电机齿轮，风电机齿轮同中心轴齿轮进行啮合，以带动风电机转动发电；中心轴齿轮上平面同环形水槽的上平面在同一个平面上，被动的风电机齿轮同风电机轴通过套接结构固接在一起。
8.根据权利要求7所述之垂直轴双支杆水浮船式特大型风力发电机组结构，其特征在于中心轴齿轮上装有数台风电机进行组合式发电，或者在风车中心轴的下法兰上安装单台大功率风力发电机发电。
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