CN201155429Y - 低阻力垂直轴风力发电设备 - Google Patents

低阻力垂直轴风力发电设备 Download PDF

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Abstract

一种低阻力垂直轴风力发电设备,包括叶轮、发电机、传动轴、电机支架、立柱,叶轮由轮毂和多个叶片组成,各个叶片周向均布在轮毂的外围,每个叶片竖直设置,各叶片分别通过支臂与轮毂相连,电机支架连接在立柱的顶端,发电机安装在电机支架内,电机支架的上方固接有轴承盒,传动轴由该轴承盒内的轴承支承,传动轴的上、下两端露出于轴承盒,传动轴的上端与轮毂连接,传动轴下端通过联轴器与发电机的主轴连接,本设备任何风向均可运行,无需对风,省去了风向调整系统,结构简单、易维护、易安装,运行稳定、捕风能力强,可以利用微风发电,风能利用率高。

Description

低阻力垂直轴风力发电设备
技术领域
本实用新型涉及风力发电设备,特别涉及低阻力风力发电设备。
背景技术
目前世界上绝大部分风力发电设备都采用水平轴,即其传动轴是水平设置的,叶轮在竖直面内旋转,这种风力发电设备存在如下缺陷:
一、风能利用率低,通用性差,局限性大:
叶轮由轮毂和三条窄而长的桨叶组成,每条桨叶是扭曲的弧面,接触到的风能有限,启动时必须有很大的力矩,因此,启动风速要求较高,桨叶转动时噪音也很大,所以只能设置在人迹罕至的偏远的地方,不能在城市使用,也不能在风向易变的地方使用。
水平轴风力发电设备只能利用强风运转,不能利用微风的能量发电,因而全都建造在平原、丘陵、海岸、岛屿等多风地带,而且受地形、地域、季节、气候的影响,风场选址的局限性较大。
二、运行稳定性很差:
为了使桨叶在竖直面内旋转,桨叶的扫风面必须随时对着风,因此,要由偏航系统寻找风向,由调桨矩系统调整最佳风力入角,单个桨叶与轮毂活动连接,控制复杂、运行稳定性差、捕获风能的效率低。
三、不易安装:
为增加风能捕获功率,只能增加叶轮的半径,由于叶轮处于竖直面,叶轮半径增大必然导致塔架增高,大型的水平轴风力发电设备塔架高度已达百余米,在这么高的塔架上安装发电机、尾翼、方向舵、偏航系统、调桨矩系统等部件都十分麻烦。
实用新型内容
为解决上述问题,本实用新型的目的是提供一种低阻力垂直轴风力发电设备,任何风向均可运行,无需对风,省去了风向调整系统,结构简单、易维护、易安装,运行稳定、捕风能力强,可以利用微风发电,风能利用率高。
为实现上述目的,本实用新型采用以下技术方案:
一种低阻力垂直轴风力发电设备,包括叶轮、发电机、传动轴、电机支架、立柱,其特征是:
所述叶轮由轮毂和多个叶片组成,各个叶片周向均布在轮毂的外围,每个叶片竖直设置,各叶片分别通过支臂与轮毂相连,所述电机支架连接在立柱的顶端,发电机安装在电机支架内,电机支架的上方固接有轴承盒,所述传动轴由该轴承盒内的轴承支承,传动轴的上、下两端露出于轴承盒,传动轴的上端与轮毂连接,传动轴下端通过联轴器与发电机的主轴连接。
所述支臂呈V字形,该支臂的末端连接在轮毂上,该支臂的两个外伸端与所述叶片固接。
所述叶片的纵向轮廓为矩形,所述叶片的横向截面为翼形。
所述电机支架由顶板、底板和支撑杆组成,支撑杆有三根,该三根支撑杆等间距的设置在顶板与底板之间,每根支撑杆的两端分别通过螺钉与顶板、底板固接,所述轴承盒由盒体、盒盖、隔套以及上、下轴承组成,该上、下轴承安装在轴承盒内,隔套设置在上、下轴承之间,盒盖连接在盒体的顶端,盒体通过螺栓连接在电机支架的顶板上。
所述立柱的底端连接有电控柜,电控柜的中部设置有隔板,隔板将电控柜分为上、下两层,上层安装有整流器、充电器和逆变器,下层安装有蓄电池,所述该整流器的输入端与发电机的输出端连接,该整流器的输出端与充电器的输入端连接,该充电器的两个输出端分别与蓄电池的正、负极连接,所述逆变器的两个输入端分别与蓄电池的正、负极连接,逆变器的输出端与负载连接。
本实用新型有以下积极有益效果:
一、适应性强,
本设备采用风车式叶轮,叶片竖直地设立,叶片的纵向轮廓为矩形,面积很大,能接触到非常多的风能,叶片的横向截面与飞机机翼的横向截面相同,为流线型,启动风速低,无需对风装置,不用风向舵,结构简单,风从任何方向来都可以转动,不受地形、地域、季节、气候的影响,无噪声,可以在城市中使用,也可以在风向易变的地方使用,可以利用微风发电,风能利用效率极高。
二、运行稳定,工作可靠:
本设备的叶轮由叶片、支臂、轮毂组成,支臂采用三角形双支点支撑,十分牢固,遇到暴风骤雨的天气,叶片也不会脱落、断裂。通用性强,无需复杂、昂贵的风向跟踪机构,偏航系统及调桨矩系统,任何风向均可使机器有效工作。
三、结构简单,安装方便:
本设备的叶轮在水平面内旋转,叶轮半径加大后,也不需增加立柱的高度,立柱的高度可以在二十米以下,易于运输和安装,可以安装在建筑物顶部,发电机选用低速普通交流励磁发电机,安装、维修保养都非常方便。
附图说明
图1是本实用新型一实施例的结构示意图。
图2是图1中叶轮的放大图。
图3是图2的正视图。
图4是图3的A-A剖视图。
图5是电机支架、轴承盒、联轴器、传动轴、发电机、轮毂的装配图。
图6是图5中联轴器的局部放大图。
图7是图1中电控柜的局部放大图。
图8是电控柜的内部结构示意图。
具体实施方式
图中标号
1.叶轮       2.发电机         3.传动轴        4.电机支架
5.立柱       6.轮毂           7.叶片          8.支臂
9.顶板       10.底板          11.支撑杆       12.螺钉
13.螺钉      14.底盘          15.螺栓         16.轴承盒
17.螺钉      18.盒盖          19.隔套         20.轴承
21.轴承      22.下半联轴器    23.上半联轴器
24.螺栓      25.法兰盘        26.凸缘联轴器
27.螺栓      28.键            29.销钉
30.键        31.销钉          32.主轴
33.电控柜    34.柜门          35.隔板
36.整流器    37.充电器        38.逆变器
39.蓄电池    40.销钉          41.法兰盘
42.轴环      43.轴环
请参照图1、图2、图3,本实用新型是一种低阻力垂直轴风力发电设备,包括叶轮1、发电机2、传动轴3、电机支架4、立柱5。
叶轮1由轮毂6和五个叶片7组成,五个叶片7周向均布在轮毂6的外围,每个叶片7竖直设置。
请参照图3、图4,叶片7的纵向轮廓为矩形,叶片7横向截面为翼形,与飞机的机翼横向截面形状相同。各叶片7分别通过支臂8与轮毂6相连,支臂8呈V字形,支臂8的末端连接在轮毂6上,支臂8的两个外伸端与叶片7固接,形成三角支撑,遇到暴风骤雨的天气,叶片7也不会脱落、断裂。
请参照图5、图6,电机支架4由顶板9、底板10和支撑杆11组成,支撑杆11有三根,三根支撑杆11等间距的设置在顶板9与底板10之间,每根支撑杆的顶端通过螺钉12与顶板9连接,每根支撑杆的底端通过螺钉13与底板10连接,发电机2安装在电机支架4内。
发电机2的底盘14通过螺栓15固定在底板10上,电机支架4的上方固接有轴承盒16,轴承盒16由盒体、盒盖18、隔套19以及上、下轴承20、21组成,上、下轴承20、21安装在轴承盒16内,隔套19设置在上、下轴承20、21之间,盒盖18通过螺钉17连接在盒体的顶端,轴承盒16的盒体通过螺栓24连接在电机支架4的顶板9上。
底板10的下方有连体的法兰盘25,法兰盘25连接在立柱5的顶端,从而使电机支架4与立柱5固接在一起。
传动轴3由轴承盒16内的上、下轴承20、21支承,传动轴3的上、下两端露出于轴承盒16,传动轴3的上端轴头穿置在轮毂6的轴孔中,并通过横向的销钉40与轮毂6固定,传动轴3下端轴头通过联轴器与发电机2的主轴32连接。在传动轴的上部固接有两个轴环42、43,轴环42用于与支撑轮毂6,轴环43则用于与轴承20配合,由轴承20支承。
联轴器可以采用现有技术中的套筒联轴器、凸缘联轴器、柱销联轴器、十字滑块联轴器等。本实施例中,联轴器采用凸缘联轴器26,请参照图6,凸缘联轴器26由上半联轴器23和下半联轴器22组成,传动轴3的下端轴头通过键28与上半联轴器23进行周向定位,通过销钉29与上半联轴器23进行轴向定位。
发电机2的主轴32通过键30与下半联轴器22进行周向定位,通过销钉31与下半联轴器22进行轴向定位。上半联轴器23与下半联轴器22之间通过螺栓27连接。
请参照图7、图8,立柱5的底端通过法兰盘41与电控柜33连接,电控柜33的前侧面设置有柜门34,电控柜33的中部设置有隔板35,隔板35将电控柜分为上、下两层,上层安装有整流器36、充电器37和逆变器38,下层安装有蓄电池39,整流器36的输入端与发电机2的输出端连接,整流器36的输出端与充电器37的输入端连接,充电器37的两个输出端分别与蓄电池39的正、负极连接,逆变器38的两个输入端分别与蓄电池39的正、负极连接,逆变器38的输出端与负载连接。
由于风速多变,风量不稳定,使得发电机2输出的电压及频率波动,不能直接被负载利用,本设备使用蓄电池39储能,先用整流器36将发电机2发出的不稳定的交流电变成直流电,该直流电再经过充电器37稳压、限流,然后对蓄电瓶39充电,使发电机2产生的电能变成化学能储存起来。然后用有保护电路的逆变器38,把蓄电池39输出的直流电变成220V或380V交流电,供负载稳定使用。整流器36、充电器37、逆变器38、蓄电池39均采用现有成熟技术。
本设备不受风向变化的影响,启动风速低,大约每秒三米的微风,便可以开始发电。风能利用效率极高,在城市或内陆地区,小的风力发电机会比大的更合适,因为它更容易被小风量带动而发电,持续不断的小风,会比一时狂风更能供给较大的能量。本设备利用风速的范围是2.5-25m/s,因而不受地域限制,通用性强,本设备可以在远离电网或电网不正常的地区使用,也可代替正常的市电。山区可以借此设备做一个常年不花钱的路灯;城市公路可用它做夜晚的路标灯;本设备的应用领域十分广泛:道路照明、办公、住宅用电、农业、牧业、种植、养殖业、港口、山区、林区、铁路、石油、边防哨所、通讯中继站、公路和铁路信号站、地质勘探和野外考察工作站等都可以使用。

Claims (5)

1.一种低阻力垂直轴风力发电设备,包括叶轮、发电机、传动轴、电机支架、立柱,其特征是:
所述叶轮由轮毂和多个叶片组成,各个叶片周向均布在轮毂的外围,每个叶片竖直设置,各叶片分别通过支臂与轮毂相连,所述电机支架连接在立柱的顶端,发电机安装在电机支架内,电机支架的上方固接有轴承盒,所述传动轴由该轴承盒内的轴承支承,传动轴的上、下两端露出于轴承盒,传动轴的上端与轮毂连接,传动轴下端通过联轴器与发电机的主轴连接。
2.如权利要求1所述的低阻力垂直轴风力发电设备,其特征是:所述支臂呈V字形,该支臂的末端连接在轮毂上,该支臂的两个外伸端与所述叶片固接。
3.如权利要求1所述的低阻力垂直轴风力发电设备,其特征是:所述叶片的纵向轮廓为矩形,所述叶片的横向截面为翼形。
4.如权利要求1所述的低阻力垂直轴风力发电设备,其特征是:所述电机支架由顶板、底板和支撑杆组成,支撑杆有三根,该三根支撑杆等间距的设置在顶板与底板之间,每根支撑杆的两端分别通过螺钉与顶板、底板固接,所述轴承盒由盒体、盒盖、隔套以及上、下轴承组成,该上、下轴承安装在轴承盒内,隔套设置在上、下轴承之间,盒盖连接在盒体的顶端,盒体通过螺栓连接在电机支架的顶板上。
5.如权利要求1所述的低阻力垂直轴风力发电设备,其特征是:所述立柱的底端连接有电控柜,电控柜的中部设置有隔板,隔板将电控柜分为上、下两层,上层安装有整流器、充电器和逆变器,下层安装有蓄电池,所述该整流器的输入端与发电机的输出端连接,该整流器的输出端与充电器的输入端连接,该充电器的两个输出端分别与蓄电池的正、负极连接,所述逆变器的两个输入端分别与蓄电池的正、负极连接,逆变器的输出端与负载连接。
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