CN114033621A - 门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备及其工作方法，其特征在于：所述门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备包括塔架和设在塔架上的座架，所述座架上竖直设有垂直轴和固定在垂直轴上的第一齿轮，所述座架还设有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第二齿轮固定设在发电机的输出轴上；所述垂直轴中部上设有阵列的多组横向支架，各横向支架端部上均设有竖向框架，所述竖向框架上具有至少一个第一镂空口，在第一镂空口上通过第一活页嵌设有外门板，该外门板仅能往第一侧摆转，每个外门板上设有第二镂空口，在第二镂空口上通过第二活页嵌设有内门板，内门板仅能往第一侧相背的方向摆转，所述垂直轴的端部与横向支架的外端连接有拉件。
Description
技术领域：
本发明涉及一种门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备。
背景技术：
在垂直轴类的风力发电机领域里，一般都是小型的发电设备，发电效率低下，成本较高，在垂直轴两侧的叶片风压相差不大，造成旋转的驱动力较小，发电效率也就较低，如何将垂直轴的风力发电机大型化，来提高发电效率，同时又要解决强台风来临造成风轮飞转及强大的风阻的安全问题，以及投资成本问题，这是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备及其工作方法，该门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备设计合理，有利于提高发电效率，以及避免强风状态下的安全问题。
本发明的具体实施方案是：
本发明门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备，其特征在于：包括塔架和设在塔架上的座架，所述座架上竖直设有垂直轴和固定在垂直轴上的第一齿轮，所述座架还设有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第二齿轮固定设在发电机的输出轴上；所述垂直轴中部上设有阵列的多组横向支架，各横向支架端部上均设有竖向框架，所述竖向框架上具有至少一个第一镂空口，在第一镂空口上通过第一活页嵌设有外门板，该外门板仅能往第一侧摆转，每个外门板上设有第二镂空口，在第二镂空口上通过第二活页嵌设有内门板，内门板仅能往第一侧相背的方向摆转，所述垂直轴的端部与横向支架的外端连接有拉件。
进一步的，上述第一镂空口、第二镂空口的形状为矩形、梯形或三角形，所述外门板的形状与第一镂空口相同，且外门板嵌在第一镂空口内，两者间隙配合；所述内门板的形状与第二镂空口相同，且内门板嵌在第二镂空口内，两者间隙配合。
进一步的，上述竖向框架为矩形状的框体，其上具有三个第一镂空口，第一活页的其中一片半页通过螺钉锁紧在竖向框架的第一侧面，第一活页的另一片半页通过螺钉锁紧在外门板的第一侧面。
进一步的，上述内门板的自由端设有磁铁，在外门板上对应位置设有磁铁或铁块。
进一步的，上述竖向框架与横向支架朝向相同。
进一步的，上述竖向框架与横向支架朝向倾斜20-50度。
进一步的，上述横向支架呈矩形框架状，其长度方向上设有多组的竖向框架。
进一步的，上述塔架即为工地使用的塔吊。
本发明门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备的工作方法，其特征在于：门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备包括塔架和设在塔架上的座架，所述座架上竖直设有垂直轴和固定在垂直轴上的第一齿轮，所述座架还设有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第二齿轮固定设在发电机的输出轴上；所述垂直轴中部上设有阵列的多组横向支架，各横向支架端部上均设有竖向框架，所述竖向框架上具有至少一个第一镂空口，在第一镂空口上通过第一活页嵌设有外门板，该外门板仅能往第一侧摆转，每个外门板上设有第二镂空口，在第二镂空口上通过第二活页嵌设有内门板，内门板仅能往第一侧相背的方向摆转，所述垂直轴的端部与横向支架的外端连接有拉件；
工作时，在风力较小状态下，在风的吹动下竖向框架、外门板和内门板处于相嵌合拢状态，各横向支架驱动垂直轴朝一个方向旋转，垂直轴带动第一齿轮和第二齿轮转动，继而驱动发电机输出轴转动，实现发电机发电；
当有大风或台风时，在大风的方向上，位于垂直轴一侧的外门板处于与竖直框架打开时，该侧外门板内的内门板处于合拢闭合，位于垂直轴另一侧的外门板与竖直框架合拢闭合，该侧外门板内的内门板打开。
进一步的，上述塔架即为工地使用的塔吊，在该风力发电设备安装时，预先在横向支架上安装好各外门板和内门板，然后将座架先安装在塔吊的爬升套架上，爬升套架安装在塔吊的安装基节上，此时的塔吊高度较矮，方便拆装组件，接着在座架上安装好具有第一齿轮的垂直轴和垂直轴上的多组横向支架，然后在座架内安装与第一齿轮啮合的第二齿轮，以及与第二齿轮固定连接的发电机，而后根据设计高度需要，往塔吊中安装多个塔吊标准节，最后安装多个标准节的塔吊上，让爬升套架逐步爬升至顶，此时即完成安装。
本申请采用门中门（即竖直框架内安装外门板，外门板内安装内门板）式叶片与拉件（可以是钢丝或直杆体）组合，可轻松延长叶片横向支架的长度，增加发电的效率，同时又节省横向支架的成本和确保整体系统的稳定性，抗强风能力大；
本申请中，创造了门中门式的叶片，彻底改变了垂直轴风力发电设备效率低下的问题，同时又解决了强台风可能造成的重大损失的问题，确保风轮（竖直框架和横向支架）稳定匀速的运转，大大提高发电效率；
传统的风力发电（指大型）设备在强台风来临时，为了安全问题，都要采用刹车，而本申请创新的门中门叶片的特点，遇到强台风会自动减速运转，确保安全的同时，还能稳定发电。
附图说明：
图1是本发明的主视构造示意图；
图2是图1的局部构造示意图；
图3是竖向框架的剖面构造示意图；
图4、5是竖向框架在大风作用下不同风向产生的开启状态剖面图；
图6是本发明一种实施例的俯视构造示意图；
图7是本发明另一种实施例的俯视构造示意图；
图8是图4另一种实施例的构造示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
本发明门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备包括塔架1和设在塔架上的座架2，该塔架1即为目前建筑工地惯用的塔吊，其包括塔基、塔吊标准节和爬升套架等，座架2固定安装在爬升套架上。
座架2上竖直设有垂直轴3和固定在垂直轴上的第一齿轮4，在座架内设有两组间隔设置的轴承，第一齿轮位于两组轴承之间，所述座架还设有与第一齿轮啮合的第二齿轮5，所述第二齿轮5固定设在发电机6的输出轴上。
垂直轴中部上设有阵列的多组横向支架7，在垂直轴上的周向可以设有3-6组横向支架7，横向支架7可以采用方钢制成的平面状矩形框架，各横向支架端部上均设有竖向框架8，竖向框架8的高度方向大于横向支架的高度，所述竖向框架8上设有2-5个的第一镂空口，在第一镂空口上通过第一活页12嵌设有外门板9，该外门板仅能往第一侧摆转，每个外门板上设有第二镂空口，在第二镂空口上通过第二活页13嵌设有内门板10，内门板仅能往第一侧相背的方向摆转，
具体的上述第一镂空口、第二镂空口的形状为矩形、梯形或三角形，所述外门板的形状与第一镂空口相同，且外门板嵌在第一镂空口内，两者间隙配合；所述内门板的形状与第二镂空口相同，且内门板嵌在第二镂空口内，两者间隙配合。
上述竖向框架8为矩形状的框体，其上具有三个第一镂空口，第一活页的其中一片半页通过螺钉锁紧在竖向框架的第一侧面，第一活页的另一片半页通过螺钉锁紧在外门板的第一侧面；外门板的第二镂空口内嵌设内门板，第二活页13的一片半页通过螺钉锁紧在外门板的第二侧面，该第二侧面即为外门板第一侧面相背的一面，第二活页13的另一片半页通过螺钉锁紧在内门板的第二侧面上，以此结构实现外门板仅能往第一侧摆转，内门板仅能往第一侧相背的方向摆转。
垂直轴的端部与横向支架的外端连接有拉件11，该拉件11为金属钢丝、金属杆或高分子塑料杆等。
工作时，在风力较小状态下（如3-5级的风）在风的吹动下竖向框架、外门板和内门板处于相嵌合拢状态，各横向支架驱动垂直轴朝一个方向旋转，垂直轴带动第一齿轮和第二齿轮转动，继而驱动发电机输出轴转动，实现发电机发电；
当有大风或台风时（如10-15级的风），在大风的方向上，位于垂直轴一侧的外门板处于与竖直框架打开时，该侧外门板内的内门板处于合拢闭合，位于垂直轴另一侧的外门板与竖直框架合拢闭合，该侧外门板内的内门板打开；而在6-9级的中大风中，外门板、内门板也会如前述大风状态，但外门板或内门板开启的大小会较小。
进一步的，为了满足不同风力下的工作需要，上述内门板的自由端设有磁铁14或者是弹簧，在外门板上对应位置设有磁铁或铁块，磁铁的吸附力可以进行调节，调节的方式可以是调节两者的间距，即可在图8中外门板的磁铁位置设置沉头调节螺钉15，沉头调节螺钉15与磁铁形成丝杆螺母机构，通过旋动沉头调节螺钉，使磁铁位置沿外门板长度方向调节，以调整与内门板相对位置磁铁的吸力，通过磁铁设计，使在风不大情况下，内门板可以嵌入外门板中，从而可以增加发电效率，而在大风情况下，风克服了吸力和内门板的重力，将其冲开，使内门板与外门板间具有通风道，减少风阻，在外门板与竖直框架之间不设置磁铁吸附结构的原因是，外门板本身的重量已较大，在较大风的情况下才会将其吹开，实现降低风阻，如果再增加磁铁吸附结构即会影响抗强风的作用。
进一步的，为了具有较好的设计，上述竖向框架与横向支架的朝向可以相同（如图6所示），或者上述竖向框架与横向支架朝向倾斜20-50度（如图7所示）；采用上述两种方式中的任意一种，都能够使用，但通过分析，如果采用倾斜20-50度的摆放方式，产生的驱动力会比竖向框架与横向支架朝向相同的方式大，即采用竖向框架与横向支架朝向倾斜20-50度会有更好的驱动力。
进一步的，为了增加发电效率，上述横向支架呈矩形框架状，框体可通风，其长度方向上可设有多组的竖向框架。
本申请中垂直轴的上端使用拉件与下方的横向支架连接固定，也可以使用垂直轴的下部使用拉件与横向支架进行连接固定，这样不仅可大大提高风轮的整体稳定性，也使其较现有框架式或立柱式发电设备重量小，风阻小，制作成本也较低。
本申请的风轮采用拉件安装，可创造性的实现垂直轴风力发电设备大型化，而如果是小型设备即可无需拉件。
本申请垂直轴上端与横向支架通过拉件，不仅起到稳定风轮作用，同时也起到避雷针的作用，能确保下方的电器安全，实现一举两得。
本申请采用门中门叶片的方式，其主要有两大优点，第一，发电效率大大提高，即在吹风方向的一侧，内门板开启情况下，另一侧的外门板关闭，从而使两侧的风压大于零，所以在迎风时，风轮会大大提高转动的效率，第二，内门板的设计具有巨大意义，单遇到大风、强台风时，内门板会脱离磁铁吸力，开启内门板，这样即会减小强大的风阻，确保风轮的安全运转。
本申请采用的拉件也具有巨大意义，在垂直轴领域里突破了风轮大型化，同时抗台风能力强，起到一个与门中门式叶片运转稳定的作用，所采用的拉件制作成本较支架的成本低，同时又起到更稳定的抗大风作用。
在垂直轴的下部具有两组间隔设置的轴承，这样垂直轴更加稳定，在本申请中，两组轴承均可沿轴的下方推出，更换方便，使整机使用寿命延长。
本申请采用建筑工地中广泛使用的塔吊的结构，其主要目的在于可实现方便高度的调整，满足不同的高度使用，无需野外现场大型吊机的吊装，大大方便了其组装。
本发明门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备的工作方法，其特征在于：门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备包括塔架和设在塔架上的座架，所述座架上竖直设有垂直轴和固定在垂直轴上的第一齿轮，所述座架还设有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第二齿轮固定设在发电机的输出轴上；所述垂直轴中部上设有阵列的多组横向支架，各横向支架端部上均设有竖向框架，所述竖向框架上具有至少一个第一镂空口，在第一镂空口上通过第一活页嵌设有外门板，该外门板仅能往第一侧摆转，每个外门板上设有第二镂空口，在第二镂空口上通过第二活页嵌设有内门板，内门板仅能往第一侧相背的方向摆转，所述垂直轴的端部与横向支架的外端连接有拉件；
工作时，在风力较小状态下，在风的吹动下竖向框架、外门板和内门板处于相嵌合拢状态，各横向支架驱动垂直轴朝一个方向旋转，垂直轴带动第一齿轮和第二齿轮转动，继而驱动发电机输出轴转动，实现发电机发电；
当有大风或台风时，在大风的方向上，位于垂直轴一侧的外门板处于与竖直框架打开时，该侧外门板内的内门板处于合拢闭合，位于垂直轴另一侧的外门板与竖直框架合拢闭合，该侧外门板内的内门板打开。
进一步的，上述塔架即为工地使用的塔吊，在该风力发电设备安装时，预先在横向支架上安装好各外门板和内门板，然后将座架先安装在塔吊的爬升套架上，爬升套架安装在塔吊的安装基节上，此时的塔吊高度较矮，方便拆装组件，接着在座架上安装好具有第一齿轮的垂直轴和垂直轴上的多组横向支架，然后在座架内安装与第一齿轮啮合的第二齿轮，以及与第二齿轮固定连接的发电机，而后根据设计高度需要，往塔吊中安装多个塔吊标准节，最后安装多个标准节的塔吊上，让爬升套架逐步爬升至顶，此时即完成安装。
本申请采用门中门（即竖直框架内安装外门板，外门板内安装内门板）式叶片与拉件（可以是钢丝或直杆体）组合，可轻松延长叶片横向支架的长度，增加发电的效率，同时又节省横向支架的成本和确保整体系统的稳定性，抗强风能力大；
本申请中，创造了门中门式的叶片，彻底改变了垂直轴风力发电设备效率低下的问题，同时又解决了强台风可能造成的重大损失的问题，确保风轮（竖直框架和横向支架）稳定匀速的运转，大大提高发电效率；
传统的风力发电（指大型）设备在强台风来临时，为了安全问题，都要采用刹车，而本申请创新的门中门叶片的特点，遇到强台风会自动减速运转，确保安全的同时，还能稳定发电。
本申请采用门中门使叶片，彻底改变了垂直轴风力发电效率低下的问题，同时又改变了抗强风能力弱的问题，创造了抗风能力和提高发电效率的一举两得，并通过拉件的配合，使垂直轴发电设备大型化，可大大提高发电效率，同时又降低材料成本，减轻设备重量和上部压力。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备，其特征在于：包括塔架和设在塔架上的座架，所述座架上竖直设有垂直轴和固定在垂直轴上的第一齿轮，所述座架还设有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第二齿轮固定设在发电机的输出轴上；所述垂直轴中部上设有阵列的多组横向支架，各横向支架端部上均设有竖向框架，所述竖向框架上具有至少一个第一镂空口，在第一镂空口上通过第一活页嵌设有外门板，该外门板仅能往第一侧摆转，每个外门板上设有第二镂空口，在第二镂空口上通过第二活页嵌设有内门板，内门板仅能往第一侧相背的方向摆转，所述垂直轴的端部与横向支架的外端连接有拉件。
2.根据权利要求1所述的门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备，其特征在于：所述第一镂空口、第二镂空口的形状为矩形、梯形或三角形，所述外门板的形状与第一镂空口相同，且外门板嵌在第一镂空口内，两者间隙配合；所述内门板的形状与第二镂空口相同，且内门板嵌在第二镂空口内，两者间隙配合。
3.根据权利要求1所述的门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备，其特征在于：所述竖向框架为矩形状的框体，其上具有三个第一镂空口，第一活页的其中一片半页通过螺钉锁紧在竖向框架的第一侧面，第一活页的另一片半页通过螺钉锁紧在外门板的第一侧面。
4.根据权利要求3所述的门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备，其特征在于：所述内门板的自由端设有磁铁，在外门板上对应位置设有磁铁或铁块。
5.根据权利要求4所述的门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备，其特征在于：所述竖向框架与横向支架朝向相同。
6.根据权利要求4所述的门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备，其特征在于：所述竖向框架与横向支架朝向倾斜20-50度。
7.根据权利要求5或6所述的门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备，其特征在于：所述横向支架呈矩形框架状，其长度方向上设有多组的竖向框架。
8.根据权利要求5或6所述的门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备，其特征在于：所述塔架即为工地使用的塔吊。
9.一种门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备的工作方法，其特征在于：门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备包括塔架和设在塔架上的座架，所述座架上竖直设有垂直轴和固定在垂直轴上的第一齿轮，所述座架还设有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第二齿轮固定设在发电机的输出轴上；所述垂直轴中部上设有阵列的多组横向支架，各横向支架端部上均设有竖向框架，所述竖向框架上具有至少一个第一镂空口，在第一镂空口上通过第一活页嵌设有外门板，该外门板仅能往第一侧摆转，每个外门板上设有第二镂空口，在第二镂空口上通过第二活页嵌设有内门板，内门板仅能往第一侧相背的方向摆转，所述垂直轴的端部与横向支架的外端连接有拉件；
工作时，在风力较小状态下，在风的吹动下竖向框架、外门板和内门板处于相嵌合拢状态，各横向支架驱动垂直轴朝一个方向旋转，垂直轴带动第一齿轮和第二齿轮转动，继而驱动发电机输出轴转动，实现发电机发电；
当有大风或台风时，在大风的方向上，位于垂直轴一侧的外门板处于与竖直框架打开时，该侧外门板内的内门板处于合拢闭合，位于垂直轴另一侧的外门板与竖直框架合拢闭合，该侧外门板内的内门板打开。
10.根据权利要求9所述的门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备的工作方法，其特征在于：所述塔架即为工地使用的塔吊，在该风力发电设备安装时，预先在横向支架上安装好各外门板和内门板，然后将座架先安装在塔吊的爬升套架上，爬升套架安装在塔吊的安装基节上，此时的塔吊高度较矮，方便拆装组件，接着在座架上安装好具有第一齿轮的垂直轴和垂直轴上的多组横向支架，然后在座架内安装与第一齿轮啮合的第二齿轮，以及与第二齿轮固定连接的发电机，而后根据设计高度需要，往塔吊中安装多个塔吊标准节，最后安装多个标准节的塔吊上，让爬升套架逐步爬升至顶，此时即完成安装。
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| CN202111507732.6A Pending CN114033621A (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 门中门叶片与拉件组合式垂直轴高效风力发电设备及其工作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN114033621A (zh) |
-
2021
- 2021-12-10 CN CN202111507732.6A patent/CN114033621A/zh active Pending
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