CN105986967A

CN105986967A - 一种垂直轴风力发电装置

Info

Publication number: CN105986967A
Application number: CN201610467764.0A
Authority: CN
Inventors: 王京福
Original assignee: JINAN HIGH-TECH DEVELOPMENT ZONE ZHONGTAI ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY DEVELOPMENT CENTER
Current assignee: JINAN HIGH-TECH DEVELOPMENT ZONE ZHONGTAI ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY DEVELOPMENT CENTER
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2036-06-24
Also published as: CN105986967B

Abstract

一种垂直轴风力发电装置，包括塔架，塔架通过固定件与转动轴连接，转动轴下部与发电机构连接，转动轴上安装数个叶框，每个叶框上分别安装相应的叶片框，叶片框与叶片连接，第一支撑板位于叶框的右端，第一支撑板通过连接件与第一连杆一端铰接，叶片框的上部边框上安装第一固定座，第一固定座上安装第一导向杆，第一导向杆上安装第一滑动座，第一导向杆上分别安装第一弹簧和第二弹簧，第一滑动座安装在第一弹簧和第二弹簧之间。它提高了发电装置的发电效率。它还能避免发电装置遇大风或台风时在极速风速下对叶片产生的破坏，保护叶片不受损伤。它还具有叶片转动角度小于、风能使用率高等优点。

Description

一种垂直轴风力发电装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术，是一种垂直轴风力发电装置。

背景技术

本领域技术人员近几年对垂直轴风力发电装置做了较多改进，使一台垂直风力发电装置的发电总量达到了3000kw以上，并解决了许多风力发电装置使用寿命短，维修量大等不足，同时还解决了风力发电装置叶片结构的不足，达到在风力较小的情况下也能做功发电等。但是，经过使用后发现这种发电装置虽有较多优点，仍存在不足：叶片的转速不能控制，当风速较大时叶片转速较快，叶片的做功能力较小，导致发电效率低，这也是本领域长期以来难以解决的问题；叶片转动时相邻叶片间易产生碰撞，易使叶片损坏；叶片与自身安装的叶框之间的限位时产生碰撞，使叶片或叶框变形，风速越大变形越严重，导致叶片或叶框的使用寿命缩短等，环境噪音一般在70-80分贝。上述不足均同时还导致发电装置的发电效率降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种垂直轴风力发电装置，它能够解决现有技术的不足，提高风力发电装置的发电效率。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案：一种垂直轴风力发电装置，包括塔架，塔架通过固定件与转动轴连接，转动轴下部与发电机构连接，转动轴上安装数个叶框，每个叶框上分别安装相应的叶片框，叶片框与叶片连接，第一支撑板位于叶框的右端，第一支撑板通过连接件与第一连杆一端铰接，叶片框的上部边框上安装第一固定座，第一固定座上安装第一导向杆，第一导向杆上安装第一滑动座，第一导向杆上分别安装第一弹簧和第二弹簧，第一滑动座安装在第一弹簧和第二弹簧之间，第一连杆的另一端与第一滑动座铰接，第一弹簧的一端固定于第一导向杆的一端，另一端与第一滑动座一侧连接，第二弹簧的一端固定于第一导向杆的另一端，第二弹簧的另一端与第一滑动座的另一侧连接，叶框上安装固定轴，叶片框绕固定轴转动。第一固定座的一侧安装第一锁紧机构，第一锁紧机构有第一电磁阀，第一电磁阀通过第一轴与第一滑块连接，第一滑块上设置第一键，第一滑块安装在第一套内，第一滑块下部安装第一销轴，第一销轴上安装第一单向转动棘齿，第一单向转动棘齿的齿端面向第一导向杆。第一单向转动棘齿面向第一滑块的第一侧面是曲面或斜面，第一单向转动棘齿的第一末端面是曲面或斜面，第一单向转动棘齿的第一侧面和第一末端面限制第一单向转动棘齿的齿端逆时针转动。第一支撑板的下端通过连接件与第二连杆一端铰接，叶片框的下部边框上安装第二固定座，第二固定座上安装第二导向杆，第二导向杆上分别安装第三弹簧和第四弹簧，第二导向杆上安装第二滑动座，第二滑动座位于第三弹簧和第四弹簧之间，第三弹簧的一端固定在第二导杆一端，另一端与第二滑动座一侧固定，第四弹簧一端固定在第二导向杆另一端，第四弹簧另一端与第二滑动座另一侧固定。第二固定座的一侧安装第二锁紧机构，第二锁紧机构有第二电磁阀，第二电磁阀通过第二轴与第二滑块连接，第二滑块上设置第二键，第二滑块装在第二套内，第二滑块下部安装第二销轴，第二销轴上安装第二单向转动棘齿，第二单向转动棘齿的齿端面向第二导向杆。第二单向转动棘齿面向第二滑块的第二侧面是曲面或斜面，第二单向转动棘齿的第二末端而是曲面或斜面，第二单向转动棘齿的第二侧面和第二末端限制第二单向转动棘齿的齿端逆时针转动。第一支撑板上部安装第一支撑座，第一连杆的一端与第一支撑座铰接，第一支撑座的表面上安装第一缓冲垫。叶片框绕固定轴逆时针转动的最大角度是75º-90º。叶片框的左端设置第二支撑板，第二支撑板上端安装第三支撑座，第二支撑板下端安装第四支撑座，第三支撑座和第四支撑座上分别安装缓冲垫，叶片框转至水平位置后与缓冲垫相触。固定轴安装在叶框长度方向的第一距离L₁ 和第二距离L₂ 的结合部位，第二距离L₂ 的长度大于第一距离L₁的长度。

本发明的优点在于：彻底解决了风速越大发电效率越低的难题，能够持续稳定发电，同时避免了叶片在转动时相邻叶片间产生的碰撞，还避免了叶片与自身安装的叶框间产生的碰撞，提高了叶片、叶框、叶片框的使用寿命，大幅提高了发电效率。本发明的结构使叶片框绕固定轴转动较为缓慢，增加了风作用于叶片曲面上的时间,从而增加了叶片的做功能力，提高了发电装置的发电效率。本发明所述装置还能避免发电装置遇大风或台风时在极速风速下对叶片产生的破坏，保护叶片不受损伤。本发明所述装置还具有叶片转动角度小于、风能使用率高等优点。

附图说明

附图1是本发明结构示意图；附图2是图1中叶片和叶片框结构27的放大结构示意图；附图3是图2中叶片框上部安装的缓冲结构放大示意图；附图4是图3中A向转动180º放大结构示意图；附图5是图4中B-B剖视结构示意图；附图6是图2中叶片框下部安装的缓冲结构放大示意图；图7是图6中C向放大结构示意图；图8是图7中D-D剖视结构示意图。

具体实施方式

对照附图对本发明做进一步说明。

本发明的贡献在于使叶片框转动时的速度放缓，增加风作用于叶片曲面上的时间，解决了长期以来风速较大时发电效率反而降低的难题。

本发明提供的技术方案是：一种垂直轴风力发电装置，包括塔架30，塔架30通过固定件与转动轴28连接，转动轴28下部与发电机构29连接，转动轴28上安装数个叶框19，每个叶框19上分别安装相应的叶片框22，叶片框22与叶片23连接，第一支撑板20位于叶框19的右端，第一支撑板20通过连接件与第一连杆14一端铰接，叶片框22的上部边框上安装第一固定座12，第一固定座12上安装第一导向杆18，第一导向杆18上安装第一滑动座13，第一导向杆18上分别安装第一弹簧17和第二弹簧16，第一滑动座13安装在第一弹簧17和第二弹簧16之间，第一连杆14的另一端与第一滑动座13铰接，第一弹簧17的一端固定于第一导向杆18的一端，另一端与第一滑动座13一侧连接，第二弹簧16的一端固定于第一导向杆18的另一端，第二弹簧16的另一端与第一滑动座13的另一侧连接，叶框19上安装固定轴21，叶片框22绕固定轴21转动。本发明的上述方案彻底解决了风速大时发电效率反而降低的难题。彻底避免了相邻叶片间及叶片和自身叶框间的碰撞。当风作用于叶片曲面时，叶片框22绕固定轴21逆时针转动，由于第一弹簧17和第二弹簧16的作用力，在第一连杆14的带动下，叶片框22缓慢转动，延长了风作用于叶片23上的时间。当风作用叶片曲面上叶片框22转动至第二弹簧16的压缩极限位时，叶片框22与叶框19间的开合角度最大，该角度一般接近90º时为最佳角度，当然，该角度如果大于90º，发电效率仍较公知技术有较大提高。本发明优选的方案是：叶片框22绕固定轴21逆时针转动的最大角度是75º-90º。本发明所述的缓冲结构包括连杆、固定座、导向杆、及弹簧等，本发明所述的缓冲结构根据使用需要可以安装一个，安装在叶片框的上部或下部。

本发明优选的结构是：固定轴21位于叶框19长度方向的第一距离L₁和第二距离L₂的相结合部位，第二距离L₂的长度大于第一距离L₁的长度，第一距离L₁的长度起点位于第一支撑板20（或支撑轴）的中心线，终点位于固定轴21的中心线，第二距离L₂的长度起点位于固定轴21的中心线，终点位于第二支撑板31的中心线。这种优选的结构使叶片框22的二分之一以上的长度位于固定轴21的左侧，使叶片23曲面的受风作用面积加大，叶片的做功能力加大，从而进一步提高发电效率。

本发明提供的进一步方案是：第一固定座12的一侧安装第一锁紧机构35，第一锁紧机构35有第一电磁阀4，第一电磁阀4通过第一轴36与第一滑块5连接，第一滑块5上设置第一键11，第一滑块5安装在第一套8内，第一滑块5下部安装第一销轴9，第一销轴9上安装第一单向转动棘齿10，第一单向转动棘齿10的齿端面向第一导向杆18。本发明提供的锁紧机构主要用于当出现台风等特大风速时，由控制器启动第一电磁阀4，第一滑块5带动第一单向转动棘齿10向第一导向杆18移动，第一单向转动棘齿10的齿端卡在第一滑动座13一侧，使第一滑动座13不能移动，使叶片停止转动，保持叶片处固定的漏风位置，保护叶片不受损伤。当风速降低时电磁阀复位，叶片恢复正常做功运动。第一销轴9上安装第一扭簧32，第一扭簧32用于复位。所述控制器可以是电脑、单片机或可编程控制器等，风速仪将所测风速传至控制器，控制器启动电磁阀工作。

本发明的进一步方案是：第一单向转动棘齿10面向第一滑块5的第一侧面33是曲面或斜面，第一单向转动棘齿10的第一末端面34是曲面或斜面，第一单向转动棘齿10的第一侧面33和第一末端面34限制第一单向转动棘齿10的齿端逆时针转动。本发明所述的左、右、上、下、顺时针、逆时针均以图示位置为参考基准。

本发明发电装置的发电量较小时，可使用较小的叶片，相应的叶框、叶片框均缩小，安装一个缓冲结构即可达到本发明所述效果。本发明所述叶框沿转动轴28垂直方向排列多层，沿转动轴28水平方向排列多个，每个叶框上均安装相应的叶片框及叶片。当本发明所述发电装置的发电量较大时，叶片的体积选择较大，为此，本发明提供的优先方案是：第一支撑板20的下端通过连接件与第二连杆50一端铰接，叶片框22的下部边框上安装第二固定座48，第二固定座48上安装第二导向杆52，第二导向杆52上分别安装第三弹簧53和第四弹簧54，第二导向杆52上安装第二滑动座49，第二滑动座49位于第三弹簧53和第四弹簧54之间，第三弹簧53的一端固定在第二导杆52一端，另一端与第二滑动座49一侧固定，第四弹簧54一端固定在第二导向杆54另一端，第四弹簧54另一端与第二滑动座49另一侧固定。本发明所述的连接件是安装在第一支撑板20上的第一支撑座15，第二支撑座51也可以是与第一支撑板20一体结构的凸起座。

本发明提供的进一步优选方案是：第二固定座48的一侧安装第二锁紧机构56，第二锁紧机构56有第二电磁阀40，第二电磁阀40通过第二轴72与第二滑块41连接，第二滑块41上设置第二键47，第二滑块41装在第二套44内，第二滑块41下部安装第二销轴45，第二销轴45上安装第二单向转动棘齿46，第二单向转动棘齿46的齿端面向第二导向杆52。第二销轴45上安装第二扭簧68，第二扭簧68用于复位。第二锁紧机构56的作用、效果及工作过程等均与第一锁紧机构相同。本发明所述的第二单向转动棘齿46面向第二滑块41的第二侧面69是曲面或斜面，第二单向转动棘齿46的第二末端而70是曲面或斜面，第二单向转动棘齿46的第二侧面69和第二末端70限制第二单向转动棘齿46的齿端逆时针转动。

本发明在第一支撑板20的上下两端分别安装缓冲结构，使叶片框的转速缓慢，尽可能多的使风作用于叶片曲面上的时间延长，增加叶片的做功能力，进一步提高发电效率。

本发明所述的第一支撑板20上部安装第一支撑座15，第一连杆14的一端与第一支撑座15铰接，第一支撑座15的表面上安装第一缓冲垫26。第一支撑板20下部安装第二支撑座51，第二支撑座51的表面上安装第二缓冲垫55。安装在叶框19上的另一个叶片框转至水平位置时，与第一缓冲垫26和第二缓冲垫55相触。本发明所述的叶片框22的左端设置第二支撑板31，第二支撑板31上端安装第三支撑座58，第二支撑板31下端安装第四支撑座61，第三支撑座58和第四支撑座61上分别安装缓冲垫，叶片框22转至水平位置后与缓冲垫相触。本发明在第一支撑座15的表面上安装的第一缓冲垫26装在第一支撑座15上的孔内，第二支撑座51的表面上安装的第二缓冲垫55装在相应的孔内，缓冲垫的外表面凸出孔的最外端，使叶片框22复位时不碰撞第二支撑板31，从而进一步降低本发明所述发电装置的运行噪音。本发明所述的发电装置运行噪音极低，在正常天气情况下，环境噪音一般为35分贝左右。本发明所发电装置使用的叶片23是整体式结构，整体式叶片23的长度方向两端分别与相应的叶片框22长度方向的两边框连接，叶片23的长度方向曲面是整体曲面，进一步增加风作用于叶片曲面的面积，不产生风漏现象。本发明所述的第一固定座12安装在叶片框22上边框的中部，这是优选方案，第二固定座48安装叶片框22下边框的中部，这也是优选方案。本发明经试用能够达到持续稳定发电，发电效率比现有技术提高40%左右。

图中1壳体、2第一支撑框架、3顶盖、6弹簧、7外套、24叶片框支撑杆、25叶片支撑架、37锁紧机械安装座、38第二支撑框架、39第二电磁阀、40壳体、42弹簧、57是第二支撑板31上铰接的另一组叶片、叶片框上的连接、60是第二支撑板31上铰接的另一组叶片、叶片框上的第四连接、59第三缓冲垫、62第四缓冲垫。

Claims

1.一种垂直轴风力发电装置，包括塔架（30），塔架（30）通过固定件与转动轴（28）连接，转动轴（28）下部与发电机构（29）连接，转动轴（28）上安装数个叶框（19），其特征在于：每个叶框（19）上分别安装相应的叶片框（22），叶片框（22）与叶片（23）连接，第一支撑板（20）位于叶框（19）的右端，第一支撑板（20）通过连接件与第一连杆（14）一端铰接，叶片框（22）的上部边框上安装第一固定座（12），第一固定座（12）上安装第一导向杆（18），第一导向杆（18）上安装第一滑动座（13），第一导向杆（18）上分别安装第一弹簧（17）和第二弹簧（16），第一滑动座（13）安装在第一弹簧（17）和第二弹簧（16）之间，第一连杆（14）的另一端与第一滑动座（13）铰接，第一弹簧（17）的一端固定于第一导向杆（18）的一端，另一端与第一滑动座（13）一侧连接，第二弹簧（16）的一端固定于第一导向杆（18）的另一端，第二弹簧（16）的另一端与第一滑动座（13）的另一侧连接，叶框（19）上安装固定轴（21），叶片框（22）绕固定轴（21）转动。

2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电装置，其特征在于：第一固定座（12）的一侧安装第一锁紧机构（35），第一锁紧机构（35）有第一电磁阀（4），第一电磁阀（4）通过第一轴（36）与第一滑块（5）连接，第一滑块（5）上设置第一键（11），第一滑块（5）安装在第一套（8）内，第一滑块（5）下部安装第一销轴（9），第一销轴（9）上安装第一单向转动棘齿（10），第一单向转动棘齿（10）的齿端面向第一导向杆（18）。

3.根据权利要求2所述的一种垂直轴风力发电装置，其特征在于：第一单向转动棘齿（10）面向第一滑块（5）的第一侧面（33）是曲面或斜面，第一单向转动棘齿（10）的第一末端面（34）是曲面或斜面，第一单向转动棘齿（10）的第一侧面（33）和第一末端面（34）限制第一单向转动棘齿（10）的齿端逆时针转动。

4.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电装置，其特征在于：第一支撑板（20）的下端通过连接件与第二连杆（50）一端铰接，叶片框（22）的下部边框上安装第二固定座（48），第二固定座（48）上安装第二导向杆（52），第二导向杆（52）上分别安装第三弹簧（53）和第四弹簧（54），第二导向杆（52）上安装第二滑动座（49），第二滑动座（49）位于第三弹簧（53）和第四弹簧（54）之间，第三弹簧（53）的一端固定在第二导杆（52）一端，另一端与第二滑动座（49）一侧固定，第四弹簧（54）一端固定在第二导向杆（54）另一端，第四弹簧（54）另一端与第二滑动座（49）另一侧固定。

5.根据权利要求4所述的一种垂直轴风力发电装置，其特征在于：第二固定座（48）的一侧安装第二锁紧机构（56），第二锁紧机构（56）有第二电磁阀（40），第二电磁阀（40）通过第二轴（72）与第二滑块（41）连接，第二滑块（41）上设置第二键（47），第二滑块（41）装在第二套（44）内，第二滑块（41）下部安装第二销轴（45），第二销轴（45）上安装第二单向转动棘齿（46），第二单向转动棘齿（46）的齿端面向第二导向杆（52）。

6.根据权利要求5所述的一种垂直轴风力发电装置，其特征在于：第二单向转动棘齿（46）面向第二滑块（41）的第二侧面（69）是曲面或斜面，第二单向转动棘齿（46）的第二末端而（70）是曲面或斜面，第二单向转动棘齿（46）的第二侧面（69）和第二末端（70）限制第二单向转动棘齿（46）的齿端逆时针转动。

7.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电装置，其特征在于：第一支撑板（20）上部安装第一支撑座（15），第一连杆（14）的一端与第一支撑座（15）铰接，第一支撑座（15）的表面上安装第一缓冲垫（26）。

8.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电装置，其特征在于：叶片框（22）绕固定轴（21）逆时针转动的最大角度是75º-90º。

9.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电装置，其特征在于：叶片框（22）的左端设置第二支撑板（31），第二支撑板（31）上端安装第三支撑座（58），第二支撑板（31）下端安装第四支撑座（61），第三支撑座（58）和第四支撑座（61）上分别安装缓冲垫，叶片框（22）转至水平位置后与缓冲垫相触。

10.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电装置，其特征在于：固定轴（21）安装在叶框（19）长度方向的第一距离L₁ 和第二距离L₂ 的结合部位，第二距离L₂ 的长度大于第一距离L₁的长度。