CN103147922A - 垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置，包括风轮和聚风罩结构，聚风罩为均衡分布于风轮外侧的4个导风板，每个导风板包含两个导风面，其中第一导风面位于风轮的径向位置，第二导风面的外端连接第一导风面的外端，第二导风面的内端靠近风轮的运行轨迹并位于相邻两个第一导风面之间，可充分利用风能，不受风向限制，2级以上的风力便可发电，是清洁、无污染能源，规模可根据需要情况配置，结构简单、牢固安全，施工难度低，故障率低，环境适应能力强，与同等规模发电机组比较可大幅减少投资。

Description

垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置

技术领域

本发明涉及风力发电设备，尤其涉及垂直式风力发电机组的动力装置。

背景技术

垂直式风力发电机组的动力装置机座、主轴和叶轮构成，叶轮接收风力推动主轴旋转，由主轴带动发电机组发电。

CN101169102A公开一种大功率聚风导流风动机，包括机座、主轴、叶轮、聚风罩、尾舵和动力输出轮，叶轮外安装有环绕该叶轮周面轮廓的环形的导流架，导流架的上盖中心与主轴转动连接，导流架的下盖中心与机座转动连接，聚风罩有两个分别连接在导流架的左右两个外侧，并向后和两翼延伸，尾舵沿前后方向设置，其前端通过水平设置的铰接轴与导流架的上端铰接。该装置可尽量大的收集风力，但结构复杂，笨重，制造成本高。

CN202417836U公开一种立式聚能风力发电机，包括中心轴，固定基座，设于固定基座组件外可环绕固定基座组件转动的聚风罩组件，聚风罩通过风向尾舵调节走向。聚风罩组件能够汇聚风能，但结构复杂，聚风罩的转动降低了安全性能，在风力较大的情况下发电机组容易倾倒，不适用于家居楼宇中使用。

CN202215432U公开一种聚能回收式风力发电机，外部装有聚能加速罩，静叶轮根部固定于外罩上，两叶轮之间形成收缩型槽道、整周对称分布，与圆周半径呈60度夹角，加速罩上下面镶有密封环，防止风力纵向的流失；内部旋转筒结构的外壁固定有升力型动叶轮，动叶内部为空心结构，8片叶轮沿筒壁对称分布，旋转筒内部为空心结构，下部固定于立轴，旋转筒的上下面配置风能回收的两片扇叶。由于聚风罩密度大，进入扇叶的风排出阻力大，风力利用率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种构造简单，安全稳固，风力利用率极高的垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置。

该垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置包括风轮和聚风罩结构，风轮包括位于中心的主轴和连接主轴的叶轮，主轴下端作为动力输出端连接变速结构及发电机组，叶轮接收风力推动主轴转动从而为发电机组提供原动力，聚风罩位于风轮外侧，其特征在于，所述聚风罩为均衡分布于风轮外侧的4个导风板，每个导风板包含两个导风面，其中第一导风面位于风轮的径向位置，第二导风面的外端连接第一导风面的外端，第二导风面的内端靠近风轮的运行轨迹并位于相邻两个第一导风面之间。

本发明中，第二导风面的内端优选位于相邻两个第一导风面之间的中线。

风轮包含多层叶轮，每层叶轮由均衡布置的4个以上相同叶片构成，相邻叶轮层之间的叶片错开一个角度，该角度为叶轮层中叶片之间夹角的三分之一。

每层叶轮之间有圆形夹板，叶片通过其上方和下方的圆形夹板固定，3层或者6层叶轮组成一个重复叠加单元，重复叠加单元的上方和下方的圆形夹板上各连接一单向轴承，单向轴承的中心连接主轴。

上述叶片优选为平行于主轴的弧面，外端形成卷曲，更优选是平行于主轴的半圆筒形或L形。

本发明充分利用风能，不受风向限制， 2级以上的风力便可发电，是清洁、无污染能源，规模可根据需要情况配置，小至孤岛、轮船、家庭天台、游牧民使用可流动携带使用的风电单元，中型可建在高楼中的镂空楼层、天台建造单机并装或多组叠装形成风电场，大型可建成镂空楼盘建筑群安装若干风电场并装形成风电规模，成为大型风力发电站可与水、火发电站，甚至核电站相比的发电场。结构简单、牢固安全，施工难度低，故障率低，环境适应能力强，与同等规模发电机组比较可大幅减少投资。

附图说明

图1是本发明一种实施方式剖面图。

图2是A-A剖视图。

图3、图4、图5、图6、图7、图8是叶轮叶片剖面形状示意图。

图9是叶轮受风力作用的力学原理示意图。

具体实施方式

图1和图2所示的垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置包括主轴1、风轮和聚风罩，主轴1下部连接变速结构2及发电机组3。

风轮包含多层叶轮，每3层叶轮为一重复叠加单元，每层叶轮由均衡布置的4个相同叶片4和层与层之间的圆形夹板5构成，叶片4通过其上方和下方的夹板5、6固定，叶片4之间夹角的90度，相邻叶轮层之间的叶片4错开30度角，通过夹板5、6使叶轮层之间不产生窜风从而降低运行噪音。叶轮的层数和直径可以依据安装场地的大小和发电规模确定。每1—2个重复叠加单元的上方的圆形夹板8和下方的圆形夹板9各连接一单向轴承14、15，单向轴承14、15的内端连接主轴1。叶轮通过单向轴承14、15将旋转动力传递给主轴1，使主轴1的旋转产生原动力，在任意一个叶轮叠层单元发生故障的情况下，其它重复叠加单元和发电机组仍可正常运转，维修时也不影响其它叠层单元正常运转。

叶片4为平行于主轴的弧面，其截面优选是半圆筒形或者L形，如图2的叶片截面为半圆筒形，图3的叶片截面形状为L形，图4的叶片截面是转角为圆弧的L形，叶片的这种选择可使风力的受力中心靠近外端，从而最大限度利用风力，使主轴产生更大的扭力。

在规模较大的情况下，可增大风轮直径，选用如图5和图6所示的风轮，每个叶轮层由6个叶片构成，其叶片形状分别与图2、图3、图4的叶轮一致；风电规模更大时可选用更大风轮直径，使用如图7和图8的风轮，每个叶轮层由8个叶片构成，其叶片形状分别与图2、图3、图4的叶轮一致；以此类推还可以使用每个叶轮层由8个以上叶片构成的风轮，其叶片形状分别与图2、图3、图4的叶轮一致。

聚风罩为4个导风板16、17、18、19，每个导风板4包含两个导风面20、21，两个导风面20、21均为平面形状，其中第一导风面20位于风轮的径向，其内端22靠近叶片4的外端的运行轨迹，第二导风面21的外端23连接第一导风面20的外端23，其内端24靠近叶片4的外端的运行轨迹，位于两个第一导风面20和另一导风板的第一导风面25之间的中线，第一导风面20的内端22和第二导风面21的内端24可由圆弧形面板26封闭，4个导风板均衡分布于风轮的外侧。

图9所示，在没有本发明聚风罩的情况下，风向如箭头所示，吹向风轮的受风面积小于一半会能推动风轮旋转成为动力风b，另外大于一半会阻止风轮旋转成为阻力风a，本发明聚风罩刚好遮盖阻力风位置，将阻力风导向成为动力风。同时，由于聚风罩风口面积远远大于风轮的迎风面积，聚风罩在风轮上形成受风洞成为压力风源，使风轮的输出动力大幅度增加，因此只需要1-2级风便可使风轮有足够的动力带动发电机组。

聚风罩通过固定支架固定，四脚落地，十分稳固，可根据风电规模需要和场地情况通过伸展导风板改变聚风罩大小。主轴1通过轴承27、28支撑并固定在聚风罩固定支架的上部和下部，中部可以使用多个轴承29将主轴1固定在聚风罩的固定支架（图1所示），防止主轴1转动过程出现摆动，使风轮工作绝对稳固，聚风罩的外部和上部可包裹一金属网或非金属网30，防止鸟类、人畜进入风轮，由此本发明安全可靠。本发明依据规模需要可增大风轮直径，增多风轮叶片，及延长伸展聚风罩增大受风面，提高达到所需的扭矩。风轮材质选用不锈钢板材或热镀锌板材用螺丝连接组合，风轮支架为金属支架。聚风罩材质，小型可选用金属板材或塑料板材通过支架制成聚风罩，大中型发电机组可土木结构或钢筋混凝土结构制成聚风罩。

Claims (6)

1.一种垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置，包括风轮和聚风罩结构，风轮包括位于中心的主轴和连接主轴的叶轮，主轴下端作为动力输出端连接变速结构及发电机组，叶轮接收风力推动主轴转动从而为发电机组提供原动力，聚风罩位于风轮外侧，其特征在于，所述聚风罩为均衡分布于风轮外侧的4个导风板，每个导风板包含两个导风面，其中第一导风面位于风轮的径向位置，第二导风面的外端连接第一导风面的外端，第二导风面的内端靠近风轮的运行轨迹并位于相邻两个第一导风面之间。

2.根据权利要求1所述垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置，其特征在于，所述第二导风面的内端位于相邻两个第一导风面之间的中线。

3.根据权利要求1或2所述垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置，其特征在于，所述风轮包含多层叶轮，每层叶轮由均衡布置的4个以上相同叶片构成，相邻叶轮层之间的叶片错开一个角度，该角度为叶轮层中叶片之间夹角的三分之一。

4.根据权利要求3所述垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置，其特征在于，所述每层叶轮之间有圆形夹板，叶片通过其上方和下方的圆形夹板固定，3层或者6层叶轮组成一个重复叠加单元，重复叠加单元的上方和下方的圆形夹板上各连接一单向轴承，单向轴承的中心连接主轴。

5.根据权利要求3或4所述垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置，其特征在于，所述叶片为平行于主轴的弧面，外端形成卷曲。

6.根据权利要求5所述垂直式聚风罩风力发电动力机组的动力装置，其特征在于，所述叶片为平行于主轴的半圆筒形或L形。

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