CN102817773A - 低速启动高效率组合垂直轴风机 - Google Patents

Abstract

低速启动高效率组合垂直轴风机属于电气产品。利用阻力式(S型)风叶与升力式(H型)风叶的组合，通过双轴的链接及遥感制动装置、避雷针等保护装置设计而成。有效地解决了传统水平风机的启动风速大，结构复杂，维护不便，使用寿命较短，存在噪声污染等问题。可用于小型风力发电装置、风光互补装置，可广泛应用于街道路灯的发电装置、建筑物顶风能发电装置、湖边公园风能发电装置、农村山区自然能发电装置等。

Description

低速启动高效率组合垂直轴风机

技术领域

本发明涉及风力发电机，属于电气产品。

背景技术

风能资源由于分布广，储量丰富，利用零排放等优点在世界范围内被广泛利用。目前风能的利用主要是风力发电，风力发电技术也是可再生能源利用中相对成熟的技术，许多国家对风力发电的投入都比较大，风力发电事业的在世界范围内得到了较快的发展。

随着风能资源产业的发展，作为小型水平轴百瓦级风力发电机被越来越多的人们所接受。但是这种风力机最大的缺点是体积大、安装不便，一旦有暴风袭击还很容易发生倒倾现象。由于常住居民区不存在大的风场，而水平轴风力机要求的启动风速较高，平时很难启动发电；另外为了保证风力机的叶轮始终处于最大受风面所在位置，还需加上迎风装置，这又增加了风力机设计的难度。

垂直轴风力机是目前风力发电的重要研究方向，因此吸引了大量研究者的关注。垂直轴风力机在某些关键技术方面，要解决水平轴风力机目前面临的问题，如整个系统的结构稳定可靠性、风能利用率较高和环保效果好等方面。垂直轴风力机主要有升力型和阻力型，都可以克服水平轴的这些缺点。其中，升力型的启动转矩小、启动性能差，往往需要靠其他动力启动达到特定的转速才能正常运行，技术和设备复杂，不适合作为简易型的风力机。阻力型垂直轴风力机的起动转矩较大，启动性能良好，但它的运行转速较低，通常认为其风能利用系数低于水平轴风力机和高速型的其他垂直轴风力机，在大规模商业发电上缺乏竞争力。

发明内容

本发明性就是针对以上的情况而设计的一种新型的风机，包括风叶、轴承、永磁发电机、避雷球、遥感制动装置，其特点是：风叶包括两部分，上半部分为阻力式风叶，下半部分为升力式风叶，轴承与水平面垂直，在轴承的外围安装风叶，轴承的上面安装永磁发电机，在轴承的下部安装遥感制动装置，在电机的上面安装避雷球。

所述的阻力式风叶结构简单，采用简单的S型设计。其材料选用不饱和树脂为基材的玻璃钢(UPR-FRP)，这种材料具有：耐腐蚀性能良好、轻质高强、电性能优异、绝热性能良好、易加工、材料的可设计性好等优点。也可选用环氧树脂这种材料具有：形式多样、固化方便、粘附力强、收缩性低、力学性能、电性能、化学稳定性、尺寸稳定性、耐霉菌等特点。用这些材料只要取2～2.5mm的厚度桨叶就可以满足强度的设计要求，由于质量较小，十分有利于微风中风力机的启动。

所述的升力式风叶采用H型风叶，H型风叶具有结构简单，易加工运作稳定等特点。其制作材料可与阻力式风叶的材料形同。

所述的轴承包括两部分，分为内轴承和外轴承，内外轴承通过齿轮及变速装置相连。

所述的遥感制动装置包括遥感天线和制动轴承两部分组成，采用钢结构设计。

附图说明

图1为实施例发明作品“低速启动高效率组合垂直轴风机”主视图。

图2为发明作品“低速启动高效率组合垂直轴风机”俯视图。

图3为发明作品“低速启动高效率组合垂直轴风机”仰视图。

图4为阻力式风叶的设计主视图。

图5为阻力式风叶的设计俯视图。

图6为升力式风叶的设计主视图。

图7为升力式风叶的设计俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明型进一步说明。

实施例：“低速启动高效率组合垂直轴风机”整体由(1)避雷针、(2)阻力式风叶、(3)升力式风叶、(4)遥感制动装置、(5)永磁发电机、(6)中轴、(7)连接杆七部分组成。

避雷针(1)采用提前放电避雷针其优点在于1、最快的抢先放电时间86μs，即优先引雷入地，保护半径大大增加。2、在相同的安装高度下，比普通避雷针的保护半径大几倍。3、纯物理结构型避雷针，内部无电子器件，无老化，无需维护。4、外型美观，选用了最好的防腐316L不锈钢材料。5、重量轻，荷载要求低。

阻力式风叶(2)设计如图4、图5所示。阻力式采用简单的S型设计，将桨叶扭转至顶端弦线与底端弦线之间呈90。这样设计的两支桨叶，无论来风方向如何，风力机处于哪个方位，都能处于一个极佳的受风位置。风力机桨叶高度为H，桨叶直径为d，本发明专利设计的风力机，桨叶纵高H为500mm，桨叶的直径d为500mm。

升力式风叶(3)设计如图6、图7所示。升力式风叶由5片互成72°的叶片组成，通过连接杆(7)与中轴(6)相连。选择五叶片组可明显降低扭矩波动的影响且平衡性较好。每个叶片可由连接杆(7)调节垂直翻转角度，以达到最佳旋转状态。H型风叶截面不变，也不扭曲。形状简单，可批量生产，降低成本。同时五叶片设计可接受来自各个方向的风，不需要昂贵的偏航系统，其自身低风速不启动的缺憾已被上部的S型风叶弥补。在低风速的时候，S型叶片先开始转动，通过中轴齿轮带动H型风时转动，随着风速逐渐增大.H型叶片转速迅速增大-远大于s型叶片转速-超越离合系统保证了“一轴两速”的效果。

遥感制动装置(4)设在中轴(6)的下端，在失控或需要维修时可进行遥控人工制动。由小型天线、集成电路、制动马达组成。

中轴(6)采用一轴两速的设计理念，由内外两层组成，两层之间通过齿轮传动装置相连，外轴与阻力式风叶相连、与永磁发电机的磁极相连，内轴与升力式风机相连、与永磁发电机的线圈相连。当低风速启动时，由于阻力式风叶的低风速启动力矩较大，与阻力式风叶相连的外轴先转动，此时通过内外两轴间的齿轮传动装置，外轴带动内轴转动，当高风速时，由于升力式(H型风叶)的叶尖比大于阻力式(S型风叶)的叶尖比，此时内轴转速大于外轴，通过两内外两轴间的齿轮传动装置，内轴与外轴承齿轮传动分离，两者之间相互不影响，使得内轴仍以较高转速运作，达到风能的高效利用。

永磁发电机(5)采用超强钕铁硼永磁体及优化磁路设计，选用高导磁、耐高温材料，定子组件又经真空浸漆工艺处理，使绝缘性能及使用寿命大为提高。具有结构简单，维护方便，整机重量轻，性能优异的特点。

Claims (3)

1.一种低速启动高效率组合垂直轴风机，包括风叶、中轴、永磁发电机、避雷针、遥感制动装置，其特征是：风叶包括两部分，上半部分为阻力式风叶，下半部分为升力式风叶，中轴与水平面垂直，在中轴的外围安装风叶，中轴的上面安装永磁发电机，在中轴的下部安装遥感制动装置，在电机的上面安装避雷针。

2.如权利要求1所述的低速启动高效率组合垂直轴风机，其特征是：阻力式采用S型设计，将桨叶扭转至顶端弦线与底端弦线之间呈90度，桨叶纵高H为500mm，桨叶的直径d为500mm。

3.如权利要求1所述的低速启动高效率组合垂直轴风机，其特征是：升力式风叶由5片互成72°的叶片组成，每个叶片由连接杆调节垂直翻转角度，以达到最佳旋转状态。

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