CN117823330A - 一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备，其包括塔架、垂直轴以及风轮，垂直轴的底端连接有发电机组；风轮包括固定座和至少三个横梁，横梁的一端与固定座固定连接，横梁远离固定座的一端设置有组合叶片单元，多个组合叶片单元以垂直轴为中心旋转对称分布；组合叶片单元包括竖向放置的安装框架，安装框架上具有若干个水平排风通道，安装框架上设置有与水平排风通道数量相同的调节叶片，并且调节叶片一一对应铰接于水平排风通道上；组合叶片单元还包括阻挡组件，阻挡组件位于调节叶片的一侧，当调节叶片转动至与阻挡组件相抵时，调节叶片能够将水平排风通道封堵。本申请能够提升垂直轴风力发电设备的抗风能力和发电效率。

Description

一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备

技术领域

本申请涉及风力发电设备的技术领域，尤其是涉及一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备。

背景技术

风力发电机是将风的动能转变为机械能，再由发电机将机械能转变为电能的可再生能源动力装置；随着科技的发展，垂直轴风力发电机以其设计方法先进，风能利用率高，启动风速低，基本不产生噪音等优点，已经逐渐重新被人们认识和重视，具有广泛的市场应用前景。

相关技术中的垂直轴式风力发电机基本都是小型化，效率低下，为了提高发电效率，自然要加大叶片的面积或加长臂梁的长度，来增加发电量，但是，当强台风来临时，垂直轴式发电机的抗风能力无法得到保证，容易出现风力发电机（风轮）的叶片断裂及塔架倒塌的现象，损失严重。

发明内容

为了提升垂直轴风力发电设备的抗风性能，本申请提供一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备。

本申请提供一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备，采用如下的技术方案：

一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备，包括塔架、转动设置于塔架上的垂直轴以及固定设置于垂直轴顶端的风轮，所述垂直轴的底端连接有发电机组；

所述风轮包括固定座和至少三个沿垂直轴的周向阵列排布的横梁，所述横梁的一端与固定座固定连接，所述横梁远离固定座的一端设置有组合叶片单元，多个所述组合叶片单元以垂直轴为中心旋转对称分布；

所述组合叶片单元包括竖向放置的安装框架，所述安装框架上具有若干个贯通两侧且与横梁垂直的水平排风通道，所述安装框架上设置有与水平排风通道数量相同的调节叶片，并且所述调节叶片一一对应铰接于水平排风通道上；

所述组合叶片单元还包括阻挡组件，所述阻挡组件位于调节叶片的一侧，当所述调节叶片转动至与阻挡组件相抵时，所述调节叶片能够将水平排风通道封堵。

通过采用上述技术方案，风力发电设备使用过程中，阻挡组件主要对调节叶片起阻挡的作用，位于调节叶片背风侧的阻挡组件能够阻止调节叶片翻转，使得该位置组合叶片单元的调节叶片保持关闭状态，而与之相远离一侧的组合叶片单元，阻挡组件位于调节叶片的迎风侧，不再起到阻挡的作用，调节叶片能够自由翻转使得气流通过水平排风通道而形成负压，从而使垂直轴能够获得更大的旋转动力，进而有效提升发电设备的发电效率；同时调节叶片在开启状态下，能够降低风轮在转动过程中的风阻，从而无需对风轮进行减速亦能防止风轮飞转，进而能够有效提高垂直轴风力发电设备的抗风性能，降低强风对垂直轴风力发电设备损坏的可能性，有效解决目前垂直轴风力发电设备难以采用大型化进行发电的问题。

可选的，所述阻挡件包括锤线，所述锤线的一端固定于安装框架的顶端，所述锤线的另一端连接有吊锤。

通过采用上述技术方案，在吊锤的重力作用下，锤线处于竖直紧绷的状态；当风力较小时，锤线能够起到较好的阻挡效果，当风力较大时，调节叶片能够克服锤线的阻挡而朝背风侧翻转，此时调节叶片能够部分开启或完全开启，从而能够进一步降低风轮在转动过程中的风阻，进而使得垂直轴风力发电设备的抗风性能更佳。

可选的，所述安装框架的底端设置有防摆件。

通过采用上述技术方案，在瞬时强风的情况下，防摆件能够阻止吊锤产生大幅度的摆动，从而提升风轮在转动过程中的安全性和稳定性。

可选的，所述防摆件采用限位套环，所述锤线靠近吊锤的一端活动穿设于限位套环内。

通过采用上述技术方案，锤线穿设在限位套环内，能够有效对锤线的活动进行约束，从而阻止吊锤产生大幅度的摆动。

可选的，所述调节叶片顶端的侧壁转动穿设有水平连接轴，所述水平连接轴与安装框架固定连接。

通过采用上述技术方案，调节叶片通过水平连接轴铰接在安装框架上，在风轮转动的过程中，调节叶片在自身重力作用下能够自动翻转至竖直状态，从而使得调节叶片进行快速复位。

可选的，所述垂直轴与塔架之间连接有轴承。

通过采用上述技术方案，一方面，设置轴承能够减小垂直轴在转动过程中的阻力，降低垂直轴的动能损耗，从而提升垂直轴风力发电设备的发电效率；另一方面，设置轴承能够减少垂直轴与塔架连接部位之间的磨损，从而提升垂直轴风力发电设备的使用寿命。

可选的，所述组合叶片单元设置有四组。

通过采用上述技术方案，设置四组组合叶片既能够满足在风速较低的情况下，任意方向的风能够将至少一个组合叶片的排风通道开启，又能减少材料的使用，降低生产成本。

可选的，所述固定座的顶端设置有座架，所述座架上设置有拉件，所述拉件远离座架的一端与横梁连接。

通过采用上述技术方案，能够提升风轮整体的稳定性，从而能够轻松延伸横梁的长度，使得垂直轴能够获得更大的转矩，进而提升垂直轴风力发电设备的发电效率。

可选的，所述垂直轴与发电机组之间连接有风力发电增速器。

通过采用上述技术方案，风力发电增速器能够将垂直轴的动力稳定地输入发电机组，从而使得垂直轴风力发电设备获得更加稳定的电量。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：

1.通过组合叶片单元的设置，能够在风力较小的情况下，提升风轮的旋转动力，从而提升垂直轴风力发电设备的发电效率；在风力较大的情况下，调节叶片能够自动打开，从而减小风轮在转动过程的风阻，进而能够提升垂直轴风力发电设备的抗风能力，解决了现有垂直轴发电设备难以实现大型化的问题；

2.通过防摆件的设置，防摆件能够阻止吊锤产生较大幅度的摆动，从而能够提升风轮在转动过程中的稳定性。

附图说明

图1是本实施例中体现垂直轴的结构示意图；

图2是本实施例中风轮的俯视示意图；

图3是本实施例中体现水平连接轴的剖视示意图；

图4是本实施例中体现调节叶片在无风情况下的状态示意图；

图5是本实施例中体现调节叶片在风速较大情况下的第一状态示意图；

图6是本实施例中体现调节叶片在风速较大情况下的第二状态示意图；

图7是图2中A处的放大示意图。

附图标记说明：1、塔架；2、垂直轴；3、风轮；4、轴承；5、风力发电增速器；6、发电机组；7、固定座；8、横梁；9、座架；10、拉件；11、组合叶片单元；12、安装框架；13、水平排风通道；14、调节叶片；15、水平连接轴；16、锤线；17、吊锤；18、限位套环。

具体实施方式

以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备。参照图1，锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备包括塔架1、转动设置于塔架1上的垂直轴2以及固定设置于垂直轴2顶端的风轮3。塔架1安装固定在地面上；垂直轴2与塔架1之间连接有至少两个轴承4，在本实施例中，轴承4设置有三个，并且三个轴承4沿垂直轴2的轴向间隔分布；轴承4的内圈固定套设在垂直轴2上，轴承4的外圈与塔架1固定连接，从而使得垂直轴2稳定地安装在塔架1上。垂直轴2的底端通过万向联轴器连接有风力发电增速器5，风力发电增速器5的输出轴通过万向联轴器连接有发电机组6，从而能够将垂直轴2的机械能稳定传递至发电机组6上。

参照图1和图2，风轮3包括固定座7和至少三个沿垂直轴2的周向阵列排布的横梁8，固定座7固定设置在垂直轴2的顶端；在本实施例中，横梁8设置有四个，横梁8沿垂直轴2的径向延伸，并且横梁8靠近垂直轴2的一端与固定座7固定连接。

固定座7的顶端固定设置有座架9，座架9采用钢结构支架；座架9上固定设置有拉件10，在本实施例中，拉件10采用拉杆，其他实施例中拉件10也可以采用拉绳，拉件10的一端固定连接在座架9的顶端，拉件10的另一端固定连接在横梁8靠近组合叶片单元11的侧壁，从而能够有效提升风轮3的整体结构强度，提升风轮3的抗强台风能力。

横梁8远离固定座7的一端设置有组合叶片单元11，四组组合叶片单元11以垂直轴2为中心旋转对称分布。组合叶片单元11包括安装框架12，在本实施例中，安装框架12为竖向放置的矩形钢结构框架，安装框架12与横梁8固定连接，安装框架12上具有若干个水平排风通道13，水平排风通道13贯通安装框架12的两侧，并且水平排风通道13与横梁8垂直。

参照图3和图4，安装框架12上设置有若干个调节叶片14，调节叶片14的数量与水平排风通道13的数量相同，并且调节叶片14一一对应铰接于水平排风通道13上，当调节叶片14翻转至竖直状态时，调节叶片14能够将水平排风通道13封堵。在本实施例中，调节叶片14为矩形板材，调节叶片14顶端的侧壁转动穿设有水平连接轴15，水平连接轴15与安装框架12固定连接，使得调节叶片14稳定地铰接在安装框架12上，从而能够方便调节叶片14进行快速复位。

参照图4和图5，组合叶片单元11还包括阻挡组件，风轮3在转动的过程中，阻挡组件能够对调节叶片14起阻挡的作用。阻挡组件为锤线16，锤线16固定设置在安装框架12顶端的侧壁。锤线16的活动端连接有吊锤17，本申请实施例中的吊锤17，主要是起到拉住锤线16来挡住调节叶片14掀开的作用；吊锤17的重量可以根据调节叶片14的总体面积大小来选择，从而使得锤线16在无风或风速较小的情况下能够保持竖直绷紧的状态。在其他实施例中，也可以使用拉力弹簧代替吊锤17来拉住锤线16，这样也能起到同样的用途。

参照图5和图6，当风速较大时，调节叶片14能够克服锤线16的阻碍而开启。在本实施例中，锤线16可以采用例如钢丝绳、尼龙绳、弹性绳等丝状线，若调节叶片14采用薄板或软的叶片，锤线16可以采用网状或片状的柔性材料代替。当调节叶片14翻转至竖直状态时，锤线16抵接于调节叶片14的一侧。

参照图2和图7，安装框架12上设置有防摆件，在本实施例中，防摆件采用限位套环18，限位套环18为封闭状的圆环，限位套环18固定连接在安装框架12底端的侧壁，并且锤线16靠近吊锤17的一端穿过限位套环18，从而能够阻止吊锤17产生较大幅度的摆动，使得风轮3转动的过程中更加稳定。

此外，申请需要强调的是，上述固定连接的方式可以为焊接、铆接、螺栓连接或者其他可靠性连接的方式进行连接，从而保证的垂直轴风力发电设备的各个连接部位能够抵抗强台风作用。

本申请实施例一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备的实施原理为：

垂直轴风力发电设备使用的过程中，当风速较小时，其中一侧的调节叶片14的能够开启，使得水平气流能够通过水平排风通道13而形成负压，从而提升风轮3的旋转动力。当风速较大时，调节叶片14能够克服锤线16的阻碍而部分开启或全部开启，风速越大，调节叶片14的开启幅度越大，从而降低风轮3在转动过程中的风阻，进而提升垂直轴风力发电设备的抗风性能。

本申请巧妙地应用吊锤17、锤线16与调节叶片14的组合（即锤线与叶片组合），使得垂直轴风力发电设备的整体结构简单可靠，创造性地实现垂直轴风力发发电设备从小型化向大型化的突破，具有广泛的应用前景。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备，包括塔架（1）、转动设置于塔架（1）上的垂直轴（2）以及固定设置于垂直轴（2）顶端的风轮（3），所述垂直轴（2）的底端连接有发电机组（6）；其特征在于：

所述风轮（3）包括固定座（7）和至少三个沿垂直轴（2）的周向阵列排布的横梁（8），所述横梁（8）的一端与固定座（7）固定连接，所述横梁（8）远离固定座（7）的一端设置有组合叶片单元（11），多个所述组合叶片单元（11）以垂直轴（2）为中心旋转对称分布；

所述组合叶片单元（11）包括竖向放置的安装框架（12），所述安装框架（12）上具有若干个贯通两侧且与横梁（8）垂直的水平排风通道（13），所述安装框架（12）上设置有与水平排风通道（13）数量相同的调节叶片（14），并且所述调节叶片（14）一一对应铰接于水平排风通道（13）上；

所述组合叶片单元（11）还包括阻挡组件，所述阻挡组件位于调节叶片（14）的一侧，当所述调节叶片（14）转动至与阻挡组件相抵时，所述调节叶片（14）能够将水平排风通道（13）封堵。

2.根据权利要求1所述的一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备，其特征在于：所述阻挡件包括锤线（16），所述锤线（16）的一端固定于安装框架（12）的顶端，所述锤线（16）的另一端连接有吊锤（17）。

3.根据权利要求2所述的一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备，其特征在于：所述安装框架（12）的底端设置有防摆件。

4.根据权利要求3所述的一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备，其特征在于：所述防摆件采用限位套环（18），所述锤线（16）靠近吊锤（17）的一端活动穿设于限位套环（18）内。

5.根据权利要求1所述的一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备，其特征在于：所述调节叶片（14）顶端的侧壁转动穿设有水平连接轴（15），所述水平连接轴（15）与安装框架（12）固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备，其特征在于：所述垂直轴（2）与塔架（1）之间连接有轴承（4）。

7.根据权利要求1所述的一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备，其特征在于：所述组合叶片单元（11）设置有四组。

8.根据权利要求1所述的一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备，其特征在于：所述固定座（7）的顶端设置有座架（9），所述座架（9）上设置有拉件（10），所述拉件（10）远离座架（9）的一端与横梁（8）连接。

9.根据权利要求1所述的一种锤线与叶片组合式高效垂直轴风力发电设备，其特征在于：所述垂直轴（2）与发电机组（6）之间连接有风力发电增速器（5）。