CN110761943A - 垂直轴活页可控速风力发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了垂直轴活页可控速风力发电装置，包括基座，垂直转轴，网片组，以垂直转轴的轴心线为圆心的圆形支撑轨道，轨道支架，活页组，多个底部带有滑轮的网格形叶片框架，叶片框架延竖直方向放置，叶片框架的一侧与垂直转轴连接，活页组与网片组分别固定在叶片框架的网格的两面上形成大叶片，滑轮在支撑轨道上滑动，轨道支架支撑起支撑轨道；活页组包扩活页框，多个长方形活页叶片，钢丝轴，活页叶片的一边固定在钢丝轴上，钢丝轴的两端绑扎在活页框上；网片组包括网片，滚轮，固定在叶片框架的工型槽(垂直滑道)，能将网片收起的卷扬机，使网片贴近叶片框架的禁锢条，网片上边与卷扬机相连，两个侧边在工型槽(垂直滑道)内，底边的两角带有易于在工型槽(垂直滑道)内运动的滚轮。本发明重点是转速可控制，架构更牢固，建造成本低，适合改造目前所有的风电项目。风能利用率是目前所有风电的20倍以上。
Description
技术领域
本发明属于风能利用领域，具体涉及一种风力发电技术，具体的说，是一种垂直轴活页可控速风力发电技术。
背景技术
能源就是人类用来维持生存活动的能量来源。随着社会的发展，人们对能源的需求越来越大。目前，我们常用的能源主要来自化石燃料，但这种资源在地球上的存量是有限的，并正日渐枯竭。因此，我们有需要开发其他种类的能源，包括可再生能源等。
风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能是清洁的、无污染的可再生资源，它取之不尽、用之不竭，在能源短缺和环境趋向恶化的今天，风能越来越受到世界各国的重视，也越来越多地被应用到风力发电中。
风力发电是一种洁净无污染的可再生能源。目前，世界各国都竞相发展风电事业，利用风能的步伐不断加快，风力发电规模逐步扩大，风力发电由小到大、由单机到并网运行快速发展，已经形成一种新兴产业。
风力发电机是把动能转换为机械能，再把机械能转换为电能或热能等的能量转换装置，它是风力发电中间最主要的部分。风力机的性能是决定风力发电机组效率的关键。
水平轴风力发电机是目前技术最成熟且占据市场主流的产品，单水平轴风力发电机由于结构的原因存在以下缺点：
1、受力面积较低，风能利用率太低。
2、风叶制作技术要求高，运输困难。且在几十米的高空，维修困难。
3、对风力的要求较高，一般只有在风力达到四级以上的情况才能带动风轮叶片旋转，而四级以下的风力都会导致能源浪费。故选址要求较高。
现有的垂直轴风力发电机存在以下缺点：
1、启动难。垂直轴风力发电机的轴线与风成垂直关系，所以，其无法像水平轴风力发电机那样能够较为方便地利用风能进行启动，因此，垂直轴风力发电机的启动较为困难。
2、控速难。现有的垂直轴风力发电机的叶片受力面积与方向是不可变化的，当风速超大时，会超速旋转，对发电机组产生过高负荷，损坏发电机，还可能将叶片折断或将风塔损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垂直轴活页可控速风力发电装置，以解决水平轴风力发电装置制作所存在的制作要求高，维修困难，成本高，选址要求高及垂直轴风力发电机启动难、控速难的问题。
为实现上述目的，本申请提供了一种垂直轴活页可控速风力发电装置，包括基座，垂直转轴，活动网片组，以所述垂直转轴的轴心线为圆心的圆形支撑轨道，轨道支架，活页组，多个底部带有滑轮的网格形叶片框架，所述叶片框架延竖直方向放置，所述叶片框架的一侧与所述垂直转轴连接，所述活页组与所述活动网片组分别固定在所述叶片框架的网格的两面上形成大叶片，所述滑轮在所述支撑轨道上滑动，所述轨道支架支撑起所述支撑轨道；所述活页组包扩活页框，多个长方形活页叶片，钢丝轴，所述活页叶片的一边固定在钢丝轴上，钢丝轴的两端绑扎在活页框上；所述活动网片组包括网片，滚轮，固定在所述叶片框架的工型槽(垂直滑道)，能将所述网片收起的卷扬机，使所述网片贴近所述叶片框架的禁锢条，网片上边与卷扬机相连，两个侧边在工型槽(垂直滑道)内，底边的两角带有易于在工型槽(垂直滑道)内运动的滚轮，所述卷扬机固定在所述叶片框架的上部。
禁锢条数量为多根，分为横向和纵向，同向相邻两根间距为30-50cm。纵向禁锢条在相邻工型槽(垂直滑道)的中间位置均匀分布，上端与卷扬机固定，下端与叶片框架连接，横向禁锢条与工型槽连接。禁锢条使网片贴近叶片框架的网格。
活页组固定在叶片框架的同一面，这一面为大叶片的正面，另一面为大叶片的反面，反面安装有活动网片组。活动网片组中的网片全部舒展后能够将叶片框架覆盖。
网片为能够卷起的柔韧材料，例如钢丝网，高分子材料网。
卷扬机可安装电子自动控速器。用于控制卷扬机启停及收卷。
活页叶片的长度为一般为70-100cm,宽度为5-15cm，一边与钢丝轴粘接。
垂直轴活页可控速风力发电装置工作时，大叶片的正面在迎风时活页叶片上都受到风的推力，当大叶片的正面迎风并与风向垂直时，所有活页组中的各个叶片在风力的作用下贴紧叶片框架背面上覆盖的网片，整个大叶片完全闭合，形成挡风板，此时活页叶片和大叶片受到风的推力最大。当大叶片的正面在顺风向时即大叶片背面迎风，则网片先于活页叶片迎风，活页叶片在风的作用下远离网片，大叶片成为网状的框架，则风对其产生的阻力可以忽略不记，则在此范围内大叶片不受力。如此，始终有大叶片被风推动转动，从而带动垂直转轴转动。如此，增大了正向挡风面积减小了反向的挡风面积，从而提供风能利用率。垂直转轴带有平面轴承放置在基座内，平面轴承支撑垂直转轴。垂直转轴上的第一齿轮带动与发电机相连的第二齿轮转动，通过基座内的发电机将动能转化为电能。
当风速过大，需要降低转速时，电子自动控制器启动卷扬机将部分或全部网片收起，迎风面的活页叶片没有网片阻挡，被风吹开，减少了大叶片的迎风面积，受到风的推力减小，转速降低。当网片全部卷起时，失去动力叶片，所有叶片都是同等受风推力，大活叶理论上属于静止状态。使用滑轮的刹车系统维修时固定大叶片。
进一步地，多个所述叶片框架沿轴向环绕所述垂直转轴均匀排列。
进一步地，所述活页叶片为柔性材料制成，可以沿着所述钢丝轴360度旋转。只有网片能控制其转动范围，决定活页组所受推力大小。
进一步地，所述支撑轨道设置成多个半径相差4-10m的同心圆形轨道。按照叶片框架底边长度确定支撑轨道的数量，每隔4-10m在叶片框架底边底部设置滑轮，同时设置相应支撑轨道，支撑轨道由轨道支架固定。大叶片旋转式时，滑轮在支撑轨道表面上滑动，这样整体结构牢不可摧，不怕狂风。支撑轨道增加了本发明垂直轴活页可控速风力发电装置工作时的稳定性、安全性。
进一步地，所述活页叶片由塑料膜、铝塑片、高分子材料布或者薄不锈钢片材料制成。
进一步地，所述大叶片为3-5片。
进一步地，所述叶片框架为三个、四个或者五个时，相邻叶片框架的网格由管件连接，
管件之间带有支撑、斜支撑及剪刀撑形成满堂架，能增加本发明的稳定性。
本发明所提供的垂直轴活页可控速风力发电装置可用于其他利用风能的机械上。例如安装在船上，将风能转换为动能。
本发明所提供的垂直轴活页可控速风力发电装置与现有技术相比，具有如下优点：
1、最大化的利用迎风面积，提高风能利用率。
2、装置更简单、实用，降低整套装置的成本。
3、架构牢固，重心低，与水平轴风力发电相比安装容易和维修简单、维护成本低。
4、本发明所提供的垂直轴活页可控速风力发电装置带有支撑大叶片的支撑轨道，所以结构安全稳固，并且降低了对于框架材料的要求，故降低了降低整套装置的成本。
5、重量轻，风能利用率高。小型装置可以在城市楼顶安装、使用。
6、装置能够在低风速下运动，所以对选址要求降低，扩大了风力发电的适用范围，使风力发电能够得到更广泛的应用。
7、本发明社会效益显著，单位面积内风能利用率是现有技术中的风力发电机的10-20倍以上。
8、本发明所提供的垂直轴活页可控速风力发电装置易启动。
9、易控速。网片能够收起，调整大叶片的受力面积，从而防止发电机超速转动带来的风险。
附图说明
图1为拥有4个大叶片的本发明结构示意图
图2为支撑轨道示意图
图3为本发明的大叶片正面迎风时活页组示意图
图4为本发明的大叶片反面迎风时活页组的示意图
图5为本发明的大叶片正面示意图
图6为本发明的大叶片反面示意图
图7为A部分放大图
图8为本发明工作原理图
图中，1-基座，1.1-平面轴承，1.2-第一齿轮，1.3-第二齿轮，1.5-发电机，2-垂直转轴，3-支撑轨道，3.1-轨道支架，4-滑轮，5-大叶片，5.1-叶片框架5.2-主体网格，5.3-结构网格6-活页组，6.1-活页框，6.2-活页叶片，6.3-钢丝轴，7-活动网片组，7.1-网片，7.2-卷扬机，7.3-工型槽(垂直滑道)，7.4-滚轮，7.5-禁锢条8-支撑杆。
实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的说明：
实施例1
如图1、图2、图3、图4所示；
一种垂直轴活页可控速风力发电装置，包括基座1，垂直转轴2，活动网片组7，以垂直转轴2的轴心线为圆心的圆形支撑轨道3，轨道支架3.1，活页组6，多个底部带有滑轮4的网格形叶片框架5.1，叶片框架5.1延竖直方向放置，所述叶片框架5.1的一侧与垂直转轴2连接，活页组6与活动网片组7分别固定在叶片框架5.1的网格的两面上形成大叶片5，滑轮4在支撑轨道3上滑动，轨道支架3.1支撑起支撑轨道3；活页组6包扩活页框6.1，多个方形活页叶片6.2，钢丝轴6.3，活页叶片6.2的一边固定在钢丝轴6.3上，钢丝轴6.3的两端绑扎在活页框上6.1。垂直转轴2带有平面轴承1.1放置在基座内。如图6图7所示，活动网片组7包括网片7.1，滚轮7.4，固定在叶片框架5.1的工型槽(垂直滑道)7.3，能将网片7收起的卷扬机7.2，使网片7.1贴近叶片框架5.1的禁锢条7.5，网片7.1上边与卷扬机7.2相连，两个侧边在工型槽(垂直滑道)内7.3，底边的两角带有易于在工型槽(垂直滑道)7.3内运动的滚轮7.4，卷扬机7.2固定在叶片框架5.1的上部。
本实施例中先预制活页组标准件，活页框6.1为边长70cm的正方形，活页叶片6.2的长为70cm,宽度为12cm。钢丝轴6.3为直径1mm-5mm略长于活页叶片6.2的钢丝钢丝钢丝，钢丝与活页叶片6.2的长端粘接，钢丝轴6.3能够两端固定活页框上。活页叶片6.2被钢丝轴固定在活页框上,6个活页叶片紧密排列能将活页框覆盖。活页框6.1上活页叶片6.2能够以钢丝轴6.3为轴在风力作用下摆动。
叶片框架5.1为边长32m的方框，内为10.5m见方的用不锈钢组合管焊接形成的主体网格5.2，主体网格5.2与叶片框架5.1结合处的叶片框架5.1底端下部安装有滑轮4及滑轮刹车系统(图中未示出)。主体网格5.2内为2.1m见方的由不锈钢短管焊接形成的结构网格5.3。活页组6预制件紧密的固定在结构网格5.3上。如图5所示，活页组6固定在叶片框架4的同一面，这一面为大叶片5的正面。
如图6、图7所示，叶片框架5.1另一面(即反面)还安装多组活动活动网片组6，本实施例中网片为网眼规格3cm*3cm的钢丝网。结构网格5.3的框上固定有工型槽(垂直滑道)7.3，工型槽(垂直滑道)7.3与叶片框架5.1的高度相同，与叶片框架同高，卷扬机7.2装在叶片框架5.1顶端。钢丝网上边在卷扬机7.2内，两个侧边在工型槽(垂直滑道)内7.3内，底边的两角带有易于在工型槽(垂直滑道)7.3内运动的滚轮7.4。纵向禁锢条7.5在相邻工型槽(垂直滑道)的中间位置均匀分布，上端与卷扬机固定，下端与叶片框架5.1连接，横向禁锢条与工型槽连接。禁锢条7.5使钢丝网贴近结构网格5.3。
禁锢条7.5数量为多根，相邻两根间距为30-50cm。
卷扬机可安装电子自动控速器，用于控制卷扬机启停及收卷。如图8所示，本发明工作原理如下:垂直轴活页可控速风力发电装置工作时，当大叶片5的正面在角AOC的范围内时活页叶片上都受到风的推力，当大叶片5的正面在AB位置时，大叶片5正面与风向垂直，所有活页组中的各个叶片6.2在风力的作用下贴紧叶片框架5.1背面上所覆盖的钢丝网，活页组状态如图3所示，整个大叶片5完全闭合，形成挡风板，此时活页叶片6.2和大叶片5受到风的推力最大。当大叶片5的正面在角COA范围内时，钢丝网先于活页叶片6.2迎风，活页叶片6.2在风的作用下远离钢丝网，大叶片5成为网状的框架，则风对其产生的阻力可以忽略不记，则在此范围内大叶片5不受力。如此，处于角AOC的范围内大叶片5被风推动转动，从而带动垂直转轴2转动。平面轴承垂直转轴2上的第一齿轮1.2带动与发电机1.5相连的第二齿轮1.3转动从而将动能转化为电能。
当风速过大，需要降低转速时，利用卷扬机7.2将部分或全部钢丝网收起，迎风面的活页叶片6.2没有钢丝网阻挡，被风吹开，减少了大叶片5的迎风面积，受到风的推力减小，转速降低。当钢丝网全部卷起时，失去动力叶片，所有叶片都是同等受风推力，此时大活叶理论上属于静止状态。
使用滑轮4的刹车系统(图中未示出)维修时固定大叶片。
本实施例中4个叶片框架沿轴向环绕所述垂直转轴均匀排列。
本实施例中活页叶片为薄塑料片。
实施例2
在实施例1的基础上，本相邻叶片框架5.1的网格由管件连接，管件之间带有支撑、斜支撑及剪刀撑形成满堂架，能增加本发明的稳定性。
尽管已经示出和描述了本发明实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种垂直轴活页可控速风力发电装置，其特征在于，包括基座，垂直转轴，活动网片组，以所述垂直转轴的轴心线为圆心的圆形支撑轨道，轨道支架，活页组，多个底部带有滑轮的网格形叶片框架，所述叶片框架延竖直方向放置，所述叶片框架的一侧与所述垂直转轴连接，所述活页组与所述活动网片组分别固定在所述叶片框架的网格的两面上形成大叶片，所述滑轮在所述支撑轨道上滑动，所述轨道支架支撑起所述支撑轨道；所述活页组包扩活页框，多个长方形活页叶片，钢丝轴，所述活页叶片的一边固定在钢丝轴上，钢丝轴的两端绑扎在活页框上；所述活动网片组包括网片，滚轮，固定在所述叶片框架的工型槽，能将所述网片收起的卷扬机，使所述网片贴近所述叶片框架的禁锢条，网片上边与卷扬机相连，两个侧边在工型槽内，底边的两角带有易于在工型槽内运动的滚轮，所述卷扬机固定在所述叶片框架的上部。
2.活动网片组根据权利要求1所述的垂直轴活页可控速风力发电装置，其特征在于，多个所述叶片框架沿轴向环绕所述垂直转轴均匀排列。
3.根据权利要求1所述的垂直轴活页可控速风力发电装置，其特征在于，所述活页叶片为柔性材料制成，可以沿着所述钢丝轴360度旋转。
4.据权利要求1所述的垂直轴活页可控速风力发电装置，其特征在于，所述支撑轨道设置成多个半径相差4-8m的同心圆形轨道。
5.根据权利要求3所述的垂直轴活页可控速风力发电装置，其特征在于，所述活页叶片由塑料膜、铝塑片、高分子材料布或者薄不锈钢片材料制成。
6.根据权利要求1所述的垂直轴活页可控速风力发电装置，其特征在于，所述大叶片为3-5片。
7.根据权利要求1所述的垂直轴活页可控速风力发电装置，其特征在于，所述叶片框架为三个、四个或者五个时，相邻叶片框架的网格由管件连接，且管件之间带有支撑及斜支撑形成满堂架。
8.根据权利要求1所述垂直轴活页可控速风力发电装置，其特征在于，所述装置可用于其他利用风能的机械上。
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|---|---|---|---|
| CN201911257900.3A CN110761943A (zh) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | 垂直轴活页可控速风力发电装置 |
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| CN (1) | CN110761943A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024078538A1 (zh) * | 2022-10-12 | 2024-04-18 | 武汉云太极科技有限公司 | 开闭式垂直轴流体轮发电装置及发电组 |
-
2019
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