CN201092934Y - 垂直轴风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种垂直轴风力发电机，为了克服目前垂直轴风力发电机风轮转速低、且风能利用率低及水平轴风力发电机的风轮转速控制困难和由此造成的不安全、不稳定因素以及噪音高的等问题而发明。包括机架，以及设置在机架上的垂直于水平面的旋转轴，旋转轴上安装有风轮，其特征在于，所述的风轮为水平轴风力发电机用风轮；还包括一导风装置，安装在风轮上方，用于将风引导至风轮上。本实用新型吸取了水平轴风力发电机和垂直轴风力发电的优点，克服了其各自的缺点，具有结构简单、风能利用率高、启动容易、运行安全、噪音低、维护方便等优点。

Description

垂直轴风力发电机
技术领域
本实用新型涉及一种利用风力发电的装置，尤其是能够实现高转速和高效率的垂直轴风力发电机。
背景技术
目前，风力发电机按风轮轴线安装位置与水平面的相对位置分为两种，一种为水平轴风力发电机，即其风轮轴线安装位置与水平面的夹角不大于15度；另一种为垂直轴风力发电机，即其风轮轴线的安装位置与水平面垂直。
水平轴风力发电机采用扭曲式桨叶结构的风轮，风能利用率在目前最高可达到50％；但其风轮转速控制困难，不安全和不稳定因素造成的事故频繁发生，而且水平轴风力发电机的噪音很高，对环境造成了污染。
垂直轴风力发电机可以接受来自任何方向的风，普遍不使用对风装置，结构简单，而且发电机可以安装在地面上，便于维护；但其风轮结构采用平板式、S式、翼型式等结构，风轮转速很低，不能满足发电机的转速要求，风能利用率相对很低，一般不会超过20％。而Φ型风轮结构虽然风能利用率可以达到35％，但是启动困难，需要其他动力启动。
发明内容
为了克服目前垂直轴风力发电机风轮转速低且风能利用率低及水平轴风力发电机的风轮转速控制困难和由此造成的不安全、不稳定因素以及噪音高的不足，本实用新型提供了一种垂直轴风力发电机，该垂直轴风力发电机不仅风能利用率高、启动容易、转速高，而且运行安全、噪音低、维护方便。
为达到上述目的，本实用新型的垂直轴风力发电机包括：机架，以及设置在机架上的垂直于水平面的旋转轴，旋转轴上安装有风轮，其特征在于，所述的风轮为水平轴风力发电机用风轮；还包括一导风装置，安装在风轮上方，用于将风引导至风轮上。
其中，上述的导风装置至少包括：安装在机架上的回转体，在所述的回转体上安装有包括一迎风口和一出风口的导风罩，迎风口与出风口之间为导风通道；在导风罩上固定安装有对风舵；所述导风罩的出风口与风轮的位置相对应。
进一步地，在上述的导风罩出风口下方安装有导风筒，所述的风轮位于导风筒内下部。
进一步地，所述的导风罩为具有两个半圆形开口的1/4空心球体，其球心与回转体的轴线延长线相重合；其中，一个半圆形开口为迎风口，与回转体的旋转轴相平行；另一个半圆形开口为出风口，与回转体的旋转轴相垂直。
进一步地，在所述的导风筒上部还设有一回转轴固定杆，所述的回转轴固定杆通过导风筒的轴心；在回转轴固定杆中心处设有回转体；在所述的回转体上导风罩轴，导风罩铰接在导风罩轴上；在所述导风筒上部设有环形滑道，导风罩底部设有滑轮，与滑道相适配，所述的导风罩能够沿环形滑道做旋转运动。
进一步地，在所述风轮下方的机架圆周上设有多根辐条状支撑臂，所述的导风筒的下端固定支撑臂上；所述的回转体设置在导风筒上端。
进一步地，在导风罩轴的两端分别绕有限位弹簧，限位弹簧一端固定在导风罩轴上，另一端卡在导风罩。
采用上述的本实用新型，在自动对风转动的导风罩下部安装固定的导风筒，在导风筒下部水平面上安装高效率水平轴风力发电机用风轮，风轮轴垂直水平面。利用导风罩将水平方向的风变成垂直向下的风。导风筒下部的风轮在水平面方向上接受垂直向下的风力而旋转。风叶采用普通水平轴风力发电机的风叶，因此风轮的风能利用率很高，根据贝茨理论和实践经验证明，这种风轮的风能利用率可以达到45％以上。因此本实用新型的风能利用率超过了其他种类的垂直轴风力发电机。由于风轮的旋转轴为垂直轴，因此发电机不仅可以安装在塔架顶部，还可以安装在地面上。本实用新型吸取了水平轴风力发电机和垂直轴风力发电的优点，克服了其各自的缺点，具有结构简单、风能利用率高、启动容易、运行安全、噪音低、维护方便等优点。
附图说明
图1是本实用新型垂直轴风力发电机实施例的立体结构示意图。
图2为图1所示本实用新型垂直轴风力发电机的原理示意图。
图3是图2所示本实用新型垂直轴风力发电机的剖视示意图。
图4是图2所示本实用新型垂直轴风力发电机的A-A剖面图。
图5是图1所示本实用新型垂直轴风力发电机中回转体的剖视放大图。
图6是图2所示本实用新型垂直轴风力发电机受到较大风时的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步地说明。
如图1至图6所示，本实用新型的垂直轴风力发电机，包括机架1，以及设置在机架上的垂直于水平面的旋转轴2，旋转轴上安装有水平轴风力发电机用风轮3；还包括一导风装置4，安装在风轮3上方，用于将风引导至风轮上。
在导风装置下部水平面上安装高效率水平轴风力发电机用风轮，风轮轴垂直水平面。利用导风装置将水平方向的风变成垂直向下的风。因此风轮的风能利用率很高，根据贝茨理论和实践经验证明，这种风轮的风能利用率可以达到45％以上。
其中，上述的导风装置4至少包括：安装在机架上的回转体41，在所述的回转体上安装有包括一迎风口和一出风口的导风罩42，迎风口与出风口之间为导风通道；在导风罩上固定安装有对风舵43；所述导风罩的出风口与风轮的位置相对应。对风舵43的自动顺风向作用使导风罩42在对风舵43的控制下以回转体轴线为轴心转动，并使导风罩42的迎风口可以自动对准风向，将水平方向的风通过导风罩42引导至风轮3上，实现了采用具有最高风能利用率的水平轴发电机风轮在垂直轴风力发电机上的使用。其中，上述的回转体的结构没有特别限定，只要不影响导风罩旋转和导风即可，如可为环形，也可套形(见下)。
作为本实用新型的进一步地改进，在所述的导风罩42出风口下方安装有导风筒44，所述的风轮3位于导风筒44内下部，使风轮在水平面方向上通过导风筒接受垂直向下的风力而旋转。这样即可以防止风对风轮的转速产生负面影响，而且其本身也具有阻隔噪音、防止风叶折断飞出的作用，使本实用新型的垂直轴风力发电机运行安全、噪音低。而且导风筒44可以延伸到接近地面，因而风力可以沿导风筒44延伸到接近地面，所以风轮3和发电机可以安装在地面上，更方便风轮和发电机的维护。
上述的导风罩的形状和结构没有特别的限定，如可以方的、圆的，也可为弯脖形、喇叭形等，只要能将水平的风引导成垂直的风即可。本实施例的导风罩为具有两个半圆形开口的1/4空心球体，其球心与回转体的轴线延长线相重合；其中，一个半圆形开口为迎风口，与回转体的旋转轴相平行；另一个半圆形开口为出风口，与回转体的旋转轴相垂直。这种导风罩结构简单、加工方便。
导风罩42可采取多种方式安装在导风筒44上，作为本实用新型的进一步地改进，在所述的导风筒44上部还设有一回转轴固定杆45，所述的回转轴固定杆45通过导风筒44的轴心，其作用是固定和加强导风筒44上部圆环，给导风罩(4)的回转体设置一个安装位置；在回转轴固定杆中心处设有回转体41，如图5所示，导风罩轴46的中间位置是套状回转体，导风罩42整体在对风舵43的控制下通过导风罩轴46上的套状回转体内部的回转上轴承和回转下轴承绕回转体轴线在滑道(12)的整个水平圆周上转动；在所述的回转体上设有导风罩轴46，导风罩42铰接在导风罩轴46上；在所述导风筒44上部设有环形滑道441，导风罩底部设有滑轮，滑轮与滑道441相适配，所述的导风罩能够沿环形滑道做旋转运动。这样，在设计风速范围内，对风舵43使导风罩42正面始终对准风向，将风导入下面的导风筒44内。当风速超过设计的安全风速要求时，导风罩42在风力的作用下会沿水平方向的导风罩轴46轴心转动而将后面抬起，让风分流，进入导风筒44的风力减小，因而风轮转速降低，保持风轮转速在一定范围内，避免损坏风叶和烧毁发电机(如图6所示)。
上述的导风筒是这样固定在机架上的：在所述风轮下方的机架圆周上设有多根辐条状支撑臂，支架臂由多根钢管组成，其两端固定在导风筒下圆周和机架的上圆周上。所述的回转体设置在导风筒上端。
作为本实用新型的进一步地的改进，在导风罩轴46的两端分别绕有限位弹簧461，限位弹簧一端固定在导风罩轴46上，另一端卡在导风罩42上，这样可以调节和限制导风罩绕导风罩轴转动的力矩，并限制导风罩最大转角不超过45度。

Claims (7)

1.一种垂直轴风力发电机，包括机架，以及设置在机架上的垂直于水平面的旋转轴，旋转轴上安装有风轮，其特征在于，所述的风轮为水平轴风力发电机用风轮；还包括一导风装置，安装在风轮上方，用于将风引导至风轮上。
2.如权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的导风装置至少包括：安装在机架上的回转体，在所述的回转体上安装有包括一迎风口和一出风口的导风罩，迎风口与出风口之间为导风通道；在导风罩上固定安装有对风舵；所述导风罩的出风口与风轮的位置相对应。
3.如权利要求2所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：在所述的导风罩出风口下方安装有导风筒，所述的风轮位于导风筒内下部。
4.如权利要求3所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述的导风罩为具有两个半圆形开口的1/4空心球体，其球心与回转体的轴线延长线相重合；其中，一个半圆形开口为迎风口，与回转体的旋转轴相平行；另一个半圆形开口为出风口，与回转体的旋转轴相垂直。
5.如权利要求4所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：在所述的导风筒上部还设有一回转轴固定杆，所述的回转轴固定杆通过导风筒的轴心；在回转轴固定杆中心处设有回转体；在所述的回转体上导风罩轴，导风罩铰接在导风罩轴上；在所述导风筒上部设有环形滑道，导风罩底部设有滑轮，与滑道相适配，所述的导风罩能够沿环形滑道做旋转运动。
6.如权利要求3、4或5所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：在所述风轮下方的机架圆周上设有多根辐条状支撑臂，所述的导风筒的下端固定支撑臂上；所述的回转体设置在导风筒上端。
7.如权利要求5所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：在导风罩轴的两端分别绕有限位弹簧，限位弹簧一端固定在导风罩轴上，另一端卡在导风罩。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107269469A (zh) * 2017-08-11 2017-10-20 周东宁 低压引流式风力发电机

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