CN107165776A - 大型立轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

大型立轴风力发电机，立轴（1）的外围装有可围绕立轴（1）转动的多个扇叶（2），两支立轴（1）平行安装在立方体框架（3）的后侧两端，框架（3）的前侧（4）装有两片分风板（5），两片分风板（5）的外侧边缘固定在框架（3）前侧（4）两端，内侧向前倾斜而呈尖角状，整机的重心设有中心轴（8），中心轴（8）上部与框架（3）转动连接，下部固定在地面上，框架（3）前后两侧的四个角设有支撑轮（9）。有益效果：扇叶受风面积大，风力利用率高，结构简单，坚固耐用，加之整体支撑，转动灵活，适于大功率发电作业，可望替代现有大型风力发电机，成为风能利用的首选机型。

Description

大型立轴风力发电机

技术领域

本发明涉及一种风力机械，即一种大型立轴风力发电机。

背景技术

风力发电机也称风机、风力机，主要工作部件是风轮，风轮有叶片和风轮轴。风轮轴的安装方向多见平轴和立轴两种。目前，大规模安装的大型风力发电机多采用平轴式，也称轴流式，其风轮为三支与风轮轴线相垂直的扇叶，利用其机翼型断面获得旋转力矩而作工。平轴风机叶片的断面力学特性虽好，但扇叶与风向相对，旋转后会阻挡气流的流动，因而扇叶数量不能太多，受风面积较小，风力利用率不高。立轴风机也称径流式风机，其风轮轴竖立安装，风轮轴的外围装有多片扇叶，扇叶的表面与风轮轴的轴线相平行。立轴风机迎风面积大，但立轴两侧扇叶产生的力矩方向相反，会相互抵消而不能转动，实际应用中扇叶须采用框架结构，在一侧铰连面板，一侧的面板闭合时另一侧面板开启，才能形成扭矩。可是面板频繁的开关，极易损坏，因而只能在小型风力机上采用，大型风力机还没有采用立轴。

发明内容

本发明的目的是提供一种扇叶受风面积大，风力利用率高，且不易损坏的大型立轴风力发电机。

上述目的是由以下技术方案实现的：研制一种大型立轴风力发电机，立轴的外围装有可围绕立轴转动的多个扇叶，扇叶的表面与立轴的轴线相平行，其特点是：所述立轴有两支，平行安装在立方体框架的后侧两端，框架的前侧装有两片分风板，两片分风板的外侧边缘固定在框架前侧两端，两片分风板的内侧向前倾斜相接呈尖角状，立方体框架的整机重心设有中心轴，框架与中心轴上部转动连接，中心轴下部固定在地面上，框架前后两侧的四个角均设有向下延伸的支撑柱，支撑柱下端设有可在地面上转动的支撑轮。

所述支撑轮与地面的轨道相配合，当各个支撑轮与所述中心轴的距离不等时，轨道是两个环形轨道，框架前侧的两个支撑轮与内环轨道相配合，后侧的两个支撑轮与外环轨道相配合；当各个支撑轮与所述中心轴的距离相等时，框架前侧后侧四个支撑轮与一个环形轨道相配合。

所述框架下端的四个支撑轮均设有悬浮磁块，悬浮磁块下端的磁极与所对轨道的磁极相同。

所述扇叶由多个长条状的叶片组成，各个叶片在立轴的外围上下依次安装，或上下相邻的两个叶片相互错开安装。

所述长条形叶片的一面为凹面，另一面为凸面。

所述长条形叶片有上板和下板，上板下板之间有销轴铰连构成断面为尖角状的凹面，至少上板后面设有细杆构成的叶片架，上板设有摆转机构。

所述摆转机构是在下板下边缘设有微型电机，微型电机的输出轴装有齿轮，齿轮与齿条相配合，齿条上端与上板相铰连。

所述扇叶是一个矩形的平面扇叶或曲面扇叶。

所述叶片长24000—26000mm，所述上板长宽均1000mm,所述上板和下板所构成的凹面叶片高1000mm，所述立轴上依次安装叶片20层以上，每层叶片均布8个。

所述分风板设有两片延长板，安装在分风板后面即框架的前侧面，且可在动力机的带动下向内外两侧滑动；或贴附在分风板的一侧，且可在动力机的带动下沿分风板滑动。

本发明的有益效果是：扇叶受风面积大，分风板挡住立轴内侧的扇叶，而把风力分送到立轴外侧，加大立轴外侧风力，风力利用率高，结构简单，坚固耐用，加之整体支撑，转动灵活，适于大功率发电作业，可望替代现有大型风力发电机，成为风能利用的首选机型。

附图说明

图1是第一种实施例的主视图；

图2是第一种实施例的俯视图；

图3是第一种实施例的部件立轴风机单体的主视图；

图4是第一种实施例的部件立轴风机单体的俯视图；

图5是第一种实施例的部件框架的主视图；

图6是第一种实施例的部件框架的俯视图；

图7是第一种实施例的轴测图；

图8是第一种实施例的框架摆转动作俯视图；

图9是第二种实施例的框架摆转动作俯视图；

图10是第三种实施例的部件立轴风机单体的主视图；

图11是第三种实施例的部件立轴风机单体的俯视图；

图12是第四种实施例的部件叶片的主视图；

图13是第四种实施例的部件叶片的A—A断面图；

图14是第四种实施例的部件叶片的B—B断面图；

图15是第四种实施例的部件叶片状态一的局部放大主视图；

图16是第四种实施例的部件叶片状态一的局部放大左视图；

图17是第四种实施例的部件叶片状态二的局部放大主视图；

图18是第四种实施例的部件叶片状态二的局部放大左视图；

图19是第五种实施例的部件立轴风机单体的主视图；

图20是第六种实施例的部件立轴风机单体的俯视图；

图21是第七种实施例的延长板关闭动作的俯视图；

图22是第七种实施例的延长板展开动作的俯视图；

图23是第八种实施例的延长板关闭动作的俯视图；

图24是第八种实施例的延长板展开动作的俯视图；

图25是第九种实施例的轴测图。

图中可见：立轴1，扇叶2，框架3，前侧4，分风板5，后侧6，叶片7，中心轴8，支撑轮9，轨道10，凹面11，凸面12，上板13，下板14，叶片架15，微型电机16，齿条17，销轴18，平面扇叶19，曲面扇叶20，延长板21，调向翼板22，悬浮磁块23。

具体实施方式

本发明总的构思是：采用成对的立轴风机，两立轴前方设置分风板，把风力分向两侧，机架整体可转动，且设有多点支撑。下面结合附图介绍九种实施例：

第一种实施例：图1、图2介绍一种大型立轴风力发电机，其主要部件是立轴风机，也就是径流风机，立轴风机是在立轴1的外围装有可围绕立轴转动的多个扇叶2，扇叶2的表面与立轴1的轴线相平行。其特点是：所述立轴1有两支，平行安装在立方体的框架3后侧两端。结合图3、图4可见，立轴1外围的扇叶2由多个长条状的叶片7组成，各个叶片7在立轴1的外围上下依次安装。对于大型风力机来说，叶片长24000—26000mm，优选25000mm，叶片宽1000mm，立轴上依次安装叶片20层以上，每层叶片均布8个。上下相邻叶片之间可设有100—1000mm的间隙，这样，立轴的高度22000—400000mm。叶片320个。

结合图5、图6、图7可见，框架3是一个长方体框架，框架的长度在50000mm以上，宽25000mm以上。框架3的前侧4装有两片分风板5，两片分风板5的外侧边缘固定在框架3前侧两端，两片分风板5的内侧向前倾斜相对而呈尖角状。长方体框架1的整机重心处设有中心轴8，框架3与中心轴8上部转动连接，中心轴8下部固定在地面上，框架3前后两侧的四个角均设有向下延伸的支撑柱，支撑柱下端设有可在地面上转动的支撑轮9。支撑轮9下面可以是硬化的地面，如图8所示，框架连同风机整体随风转动，使分风板5的前端始终与风向相对。

为了使框架整体随风向转动，推荐采用风力传感器，控制电机的动作，确定整机的转向。

考虑到整机的重量较大，支撑轮9的压力很大，在地面上最好铺设钢轨10。如果中心轴8不在四个支撑轮对角连线的交叉点上，轨道10应当如图6、图7、图8所示是两个环形轨道，框架前侧的两个支撑轮与内环轨道相配合，后侧的两个支撑轮与外环轨道相配合。

第二种实施例：在第一种实施例的基础上改进，通过调整参数或采取配重措施，使中心轴8恰好处在四个支撑轮9对角连线的交叉点上，轨道10可以如图9所示，仅有一个环形轨道，比第一种实施例省略了一个环形钢轨。

第三种实施例：在前述实施例的基础上改进。如图10、图11所示，所述扇叶2不是一个整块，而是由多个长条状的叶片7组成，上下相邻的两个叶片7相互错开安装。错开安装的好处是可以优化扇叶的通风性能，即使上下相邻叶片之间的距离很小，气流也很容易通过，这样，叶片上下距离就可以小一些，同样高的立轴高可以安装更多层叶片。

第四种实施例：在前述实施例的基础上改进。如图12所示，所述长条形叶片7一面为凹面11（见图13），另一面为凸面12（见图14）。这种凹面可以是尖角状，也可以是圆弧状。其主要作用是更好的阻拦气流，提高风力的利用率，获得更多的电能。

对于大型风力机来说，叶片的面积很大，在风速过高时容易损坏。为此，需要考虑调整迎风面积的调整问题。图15、图16介绍的长条形叶片7有上板13和下板14，上板13下板14之间有销轴18铰连构成断面为尖角状的凹面。其中，至少上板13后面设有细杆构成的叶片架15，上板13设有摆转机构。

摆转机构的形式很多，图中例举的是在下板14下边缘设有微型电机16，当然微型电机16也可以设在下板下边缘之外的构件上。微型电机16的输出轴装有齿轮，齿轮与齿条17相配合，齿条17上端与上板13上边缘相铰连。当风力过大时，即可如图17、图18所示，通过人力控制或自动控制，微型电机16开动，带动齿条17动作，拉下上板，扩大通风的空间。同样，当风力不大时，可以使电机反转，关闭上板。

为了简化结构，上下相对的两层叶片相对应的上板之间可以采用串联的拉杆，仅在一个叶片上安装微型电机16就可以使下面的叶片同步动作。

实验证明，采用上述结构，能够很好的适应大型风力发电机的需求，其结构参数可以达到：叶片长25000mm，叶片上板和下板长宽均为1000mm,上板和下板所构成的凹面叶片最大高度1000mm，所述立轴上依次安装叶片20层以上，每层围绕立轴均布8个叶片。一个立轴可以安装160个以上的叶片，整机安装320个以上的叶片，接受宽50000以上mm、高20000mm以上的气流做功，完全可以替代现有的大型平轴风力发电机。而与同功率的大型平轴风力发电机相比，本风力机的结构简单，造价低廉，使用方便，综合成本大幅度降低。

第五种实施例：在前述实施例的基础上改进。如图19所示，扇叶2是一个矩形的板面。是没有间隙的整个面板。这种结构比较简单，安装也比较方便，但由于气流难以通过，低速风受阻后难以流动，作业风速需要大一些。

第六种实施例：在前述实施例的基础上改进。如图20所示，扇叶2是一个曲面的矩形板。可以是整块的扇叶，也可以分成多条叶片。扇叶2处于立轴外侧时，凹面向前，可以更好的接受风力，而且叶片向后转动的阻力相对减小，风的利用率非常高，不失为一种优选的结构。

第七种实施例：如图21所示，所述分风板5设有两片延长板21，安装在分风板5的后面即框架3的前侧面，且可如图22所示，在动力机的带动下向内外两侧滑动。其作用是，当风力超过特定指标时，动力机开启，带动延长板21向外滑动，以阻挡风力，防止气流直吹叶片7，降低风机的转速，以避免因转动过速而发生故障。

第八种实施例：如图23所示，所述分风板5设有两片延长板21，贴附在分风板5的一侧，可在分风板的前侧，也可以在分风板的后侧，且可如图24所示，在动力机的带动下沿分风板滑动。其作用是，当风力超过特定指标时，动力机开启，带动延长板21向外滑动，以阻挡风力，防止气流直吹叶片7，降低风机的转速，以避免因转动过速而发生故障。与第七种实施例相比，这种延长板21为斜向滑动，气流阻力较小，可以把气流分散到风机之外，效果更佳。

第九种实施例：图25所表示的风力机是在前述实施例的基础上进行改进。主要是增加了调向翼板22。这种调向翼板22固定在框架3的上面，其作用是可以改变框架3的方向，使分风板5的尖角保持与风向相对。

此外，框架3下端的四个支撑轮9均设有悬浮磁块23，悬浮磁块23下端的磁极与所对轨道10的磁极相同，以产生相互排斥的磁力，产生磁悬浮的效果，减轻整机对轨道10的正压力，以增强整机围绕中心轴8转动的灵活性，保证分风板5的前端与风向相对。

Claims (10)

1.大型立轴风力发电机，立轴（1）的外围装有可围绕立轴（1）转动的多个扇叶（2），扇叶（2）的表面与立轴（1）的轴线相平行，其特征在于：所述立轴（1）有两支，平行安装在立方体框架（3）的后侧两端，框架（3）的前侧（4）装有两片分风板（5），两片分风板（5）的外侧边缘固定在框架（3）前侧（4）两端，两片分风板（5）的内侧向前倾斜相接而呈尖角状，立方体框架（3）的整机重心设有中心轴（8），框架（3）与中心轴（8）上部转动连接，中心轴（8）下部固定在地面上，框架（3）前后两侧的四个角均设有向下延伸的支撑柱，支撑柱下端设有可在地面上转动的支撑轮（9）。

2.根据权利要求1所述的大型立轴风力发电机，其特征在于：所述支撑轮（9）与地面的轨道（10）相配合，当各个支撑轮与所述中心轴（8）的距离不等时，轨道（10）是两个环形轨道（10），框架（3）前侧的两个支撑轮（9）与内环轨道（10）相配合，后侧的两个支撑轮（9）与外环轨道（10）相配合；当各个支撑轮（9）与所述中心轴（8）的距离相等时，框架（3）前侧后侧四个支撑轮（9）与一个环形轨道相配合。

3.根据权利要求1所述的大型立轴风力发电机，其特征在于：所述框架下端的四个支撑轮（9）均设有悬浮磁块（23），悬浮磁块（23）下端的磁极与所对轨道（10）的磁极相同。

4.根据权利要求1所述的大型立轴风力发电机，其特征在于：所述扇叶（2）由多个长条状的叶片（7）组成，各个叶片（7）在立轴（1）的外围上下依次安装，或上下相邻的两个叶片（7）相互错开安装。

5.根据权利要求4所述的大型立轴风力发电机，其特征在于：所述长条形叶片（7）的一面为凹面（11），另一面为凸面（12）。

6.根据权利要求5所述的大型立轴风力发电机，其特征在于：所述长条形叶片（7）有上板（13）和下板（14），上板（13）下板（14）之间有销轴（18）铰连构成断面为尖角状的凹面（11），至少上板（13）后面设有细杆构成的叶片架（15），上板（13）设有摆转机构。

7.根据权利要求6所述的大型立轴风力发电机，其特征在于：所述摆转机构是在叶片（7）的下板（14）下边缘设有微型电机（16），微型电机（16）的输出轴装有齿轮，齿轮与齿条（17）相配合，齿条（17）上端与叶片（7）的上板（13）相铰连。

8.根据权利要求1所述的大型立轴风力发电机，其特征在于：所述扇叶（2）是一个矩形的平面扇叶（19）或曲面扇叶（20）。

9.根据权利要求7所述的大型立轴风力发电机，其特征在于：所述叶片（7）长24000—26000mm，所述上板（13）长宽均1000mm,所述上板（13）和下板（14）所构成的凹面叶片高1000mm，所述立轴（1）上依次安装叶片（7）20层以上，每层叶片（7）围绕立轴（1）均布8个。

10.根据权利要求1所述的大型立轴风力发电机，其特征在于：所述分风板（5）设有两片延长板（21），安装在分风板（5）后面即框架（3）的前侧（4）面，且可在动力机的带动下向内外两侧滑动；或贴附在分风板（5）的一侧，且可在动力机的带动下沿分风板（5）滑动。